JP2007303386A - 内燃機関の動弁制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の動弁制御装置に関し、ポンピングロスを増大させることなくスワール制御と内部ＥＧＲ制御とを同時に行えるようにする。
【解決手段】内燃機関の運転域のうちスワールの制御と内部ＥＧＲの制御とが同時に要求される特定域で内燃機関が運転されるとき、排気弁（ＥＸ１，ＥＸ２）の閉じ時期を吸気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側に設定し、且つ、第１吸気弁（ＩＮ１）と第２吸気弁（ＩＮ２）の各開き時期を吸気上死点よりも進角側の略同時期に設定しつつ、第１吸気弁（ＩＮ１）の閉じ時期を第２吸気弁（ＩＮ２）の閉じ時期よりも進角側に設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の動弁制御装置に関し、詳しくは、吸気弁及び排気弁の開閉時期によって筒内のスワールや内部ＥＧＲ量を制御可能な動弁制御装置に関する。

従来、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されているように、２つの吸気弁を有する内燃機関において、吸気弁間でリフト量に差をつけることで吸入空気流量に差を生じさせ、筒内にスワールを発生させる技術が知られている。スワールは筒内での燃料と空気との混合を促進することができ、燃焼状態の改善に効果がある。

特許文献１に記載の技術では、低回転低負荷運転時、吸排気弁をマイナスオーバーラップの状態にしたときにスワール制御を行うようにしている。また、片方の吸気弁を実質開弁停止を含む低リフト特性にすることで、筒内にスワールを発生させている。特許文献１の記載によれば、吸排気弁をマイナスオーバーラップの状態にすることでポンピングロスを低減することができ、その際にスワール制御を行うことで残留ガス増大時の燃焼安定性を確保することができるとなっている。
特開２００３−２９３８０２号公報 特開２００４−１００５５５号公報

ところで、ディーゼル機関では、ＨＣの低減のために内部ＥＧＲ制御が行われている。ディーゼル機関における内部ＥＧＲ制御には、吸排気弁のマイナスオーバーラップが利用される。図８は従来の内部ＥＧＲ制御にかかる各弁の動作を示す動作図である。図８において、二点鎖線で示すリフトカーブは通常運転時の各弁の動作を示すリフトカーブであり、実線で示すリフトカーブは内部ＥＧＲ制御時の各弁の動作を示すリフトカーブである。図８に示すように、マイナスオーバーラップは、排気弁を吸気上死点（ＴＤＣ）よりも前のタイミングで閉じるとともに吸気弁を吸気上死点よりも後のタイミングで開くことで実現される。

ガソリン機関の場合は、吸気管圧よりも排気管圧のほうが高いため、吸排気弁をオーバーラップ（正のオーバーラップ）させることで筒内に残留ガスを残すことができ、オーバーラップ期間によって残留ガス量（内部ＥＧＲ量）を制御することができる。しかし、ディーゼル機関の場合には、スロットルを有しないために吸気管圧と排気管圧との圧力差がなく、過給機付きのディーゼル機関の場合には、寧ろ吸気管圧の方が排気管圧よりも高い。このため、ディーゼル機関においては、前出の図８に示すように、排気弁を吸気上死点よりも前のタイミングで閉じて筒内に残留ガスを閉じ込めることが内部ＥＧＲ量を制御する上で有効となる。

ディーゼル機関において内部ＥＧＲ制御が有効な運転域は低負荷域であり、その一部運転域（特定域）はスワール制御が有効な運転域と重なっている。この特定域では、スワール制御と内部ＥＧＲ制御とが同時に行われることになるが、その際、マイナスオーバーラップによる内部ＥＧＲ制御に片弁の低リフト化によるスワール制御を単に寄せ集めただけでは、ポンピングロスの増大による燃費の悪化が顕著になってしまう。

特許文献１の記載によれば、吸排気弁のマイナスオーバーラップによってポンピングロスを低減できるとなっている。しかし、スロットリングを行わないディーゼル機関では、吸気弁のリフト状態がポンピングロスに与える影響が大きい。特許文献１に記載のように吸気弁を吸気上死点よりも後のタイミングで開く場合には、吸気行程初期のリフト量が低下するために流量係数が減少してポンピングロスが増大してしまう。そして、さらにスワール制御を行う場合には、片方の吸気弁が低リフト状態となるためにポンピングロスの増大はさらに顕著になってしまう。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ポンピングロスを増大させることなくスワール制御と内部ＥＧＲ制御とを同時に行えるようにした内燃機関の動弁制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、開き時期と閉じ時期とを独立して変化させることができ、且つ、開閉時期から定まる作用角にリフト量が連動して変化する第１吸気弁と、少なくとも開閉時期を変更可能な第２吸気弁と、少なくとも開閉時期を変更可能な排気弁とを気筒毎に備える内燃機関の動弁制御装置において、
前記内燃機関の運転域のうちスワールの制御と内部ＥＧＲの制御とが同時に要求される特定域で前記内燃機関が運転されるときには、前記排気弁の閉じ時期を吸気上死点よりも進角側に設定し、且つ、前記第１吸気弁と前記第２吸気弁の各開き時期を吸気上死点よりも進角側の略同時期に設定しつつ、前記第１吸気弁の閉じ時期を前記第２吸気弁の閉じ時期よりも進角側に設定することを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関が前記特定域で運転されるとき、前記第１吸気弁と前記第２吸気弁の各開き時期を前記排気弁の閉じ時期と略同時期に設定することを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記内燃機関が前記特定域のうち高負荷側の運転域で運転されるときには、前記第１吸気弁と前記第２吸気弁の各開弁期間と前記排気弁の開弁期間との間にオーバーラップ期間を設けることを特徴としている。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記内燃機関は、過給機付きのディーゼル機関であることを特徴としている。

第１の発明によれば、排気弁の閉じ時期を吸気上死点よりも進角側に設定することで筒内に残量ガスを残すことができる。つまり、内部ＥＧＲ制御を行うことができる。また、開き時期は略同時期にして第１吸気弁の閉じ時期を第２吸気弁の閉じ時期よりも進角側に設定することで、第１吸気弁と第２吸気弁との間に吸入空気流量の差を生じさせ、筒内にスワールを発生させることができる。つまり、内部ＥＧＲ制御とともにスワール制御を行うことができる。そして、第１吸気弁及び第２吸気弁の各開き時期を吸気上死点よりも進角側に設定することで、吸気弁、特に、低リフト特性となる第１吸気弁の吸気行程初期におけるリフト量を大きくすることができる。これにより、第１の発明によれば、内部ＥＧＲ制御とスワール制御とを同時に行う際のポンピングロスの増大を防止することが可能になる。

第２の発明によれば、各吸気弁の開き時期は筒内の残留ガス量を減少させない範囲内で最も進角される。この場合、第１吸気弁の閉じ時期は要求されるスワール比によって決まるため、開き時期が早くなるとその分作用角が拡大し、それに連動してリフト量も増大する。その結果、同じスワール比で比較したときには、各吸気弁の開き時期を進角するほど、低リフト特性となる第１吸気弁のリフト量を大きくとることができる。したがって、第２の発明によれば、内部ＥＧＲに影響を与えない範囲内でポンピングロスをより低減することができる。

第３の発明によれば、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間との間にオーバーラップ期間が設けられことで、吸気管側から排気管側への吹き抜けが発生して筒内の残留ガス量が減少する。これにより、スワール制御を行いながら残留ガス量を減少側に制御することが可能になる。

第４の発明によれば、過給機付きのディーゼル機関に第１乃至第３の何れか１つの発明にかかる制御が適用されることで、各制御によって得られる上記の効果はより顕著なものとなる。

実施の形態１．
以下、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

本実施の形態では、本発明の動弁制御装置をディーゼル機関に適用する。図１は本実施の形態にかかるディーゼル機関の動弁系の概略構成を示す図である。この図では、通常はバンク毎に複数形成される気筒のうち、１つの気筒２とそれに係わる動弁系を代表して示している。

まず、本実施の形態にかかる動弁系の吸気側の構成について説明する。気筒２には、気筒２内に空気を供給するための吸気口１０１，１０２が二つ並んで形成されている。これら吸気口１０１，１０２には吸気通路１００が接続されている。吸気通路１００の形状、特に、各吸気口１０１，１０２に対応して二股に分岐している部分の形状によって、気筒２内でのスワールの旋回方向が決まる。図では簡略化して示しているが、吸気通路１００は、気筒２内に発生したスワールの旋回方向における上流に第１の吸気口１０１が位置し、下流に第２の吸気口１０２が位置するような形状に形成されている。第１の吸気口１０１は、第１吸気弁１１１によって開閉され、第２の吸気口１０２は、第２吸気弁１１２によって開閉される。図では、第１吸気弁１１１にＩＮ１と記し、第２吸気弁１１２にＩＮ２と記している。

第１吸気弁１１１は、カムシャフト１０に設けられたカム１３１によって駆動される。ただし、カム１３１から第１吸気弁１１１への運動の伝達は、可変動弁機構３０を介して行われる。可変動弁機構３０は、カム１３１から第１吸気弁１１１への運動の伝達特性を変化させることで、第１吸気弁１１１の作動特性を変化させることができる機構である。この可変動弁機構３０では、可変動弁機構３０を構成するコントロールシャフト３２の回転位置に連動して運動の伝達特性が変化するようになっている。コントロールシャフト３２の回転位置は、コントロールシャフト３２に連結されたアクチュエータ３４によって制御される。アクチュエータ３４は、例えば、電気信号によって回転量を制御できるモータと、モータの回転を減速してコントロールシャフト３２に伝達する減速ギヤとから構成することができる。

なお、可変動弁機構３０は次のように構成することができる。カム１３１と第１吸気弁１１１との間に、カム１３１の動作と同期して揺動する揺動カムを備える。揺動カムは、コントロールシャフト３２の回転に伴って第１吸気弁１１１に対する基本の相対角度を変化させることができるように、自由度をもってエンジン本体に組み付けられる。このような構成において、コントロールシャフト３２が回動すると、揺動カムと第１吸気弁１１１の基準の相対角度が変化する。そして、この相対角度が変化すると、カム１３１の運動が揺動カムに伝達され始めた後、つまり、カム１３１の作用により揺動カムが揺動し始めた後、揺動カムが実際に第１吸気弁１１１を押し下げ始めるまでの期間に変化が生ずる。その結果、第１吸気弁１１１では、作用角、リフト量、バルブタイミングといった作動特性が変化することになる。なお、上記の構成はあくまでも可変動弁機構３０が採りうる構成の一例であり、その他の公知の構成を採ることも可能である。

第２吸気弁１１２は、カムシャフト１０に設けられたカム１３２によって駆動される。第２吸気弁１１２では、カム１３２の運動はバルブリフタ１２２から直接、第２吸気弁１１２に伝達される。したがって、第２吸気弁１１２は、可変動弁機構３０を備える第１吸気弁１１１とは異なり、カム１３２の回転運動に対して一定の作動特性で運動する。

上記の構成によれば、各吸気弁１１１，１１２の作動特性は図２に示すようになる。図ではクランク角に対する各吸気弁１１１，１１２のリフト量の変化が示されている。図中に実線で示すリフトカーブは、第２吸気弁１１２のリフトカーブであり、また、第１吸気弁１１１の基本リフトカーブでもある。第１吸気弁１１１は可変動弁機構３０の操作によってその作動特性が変更可能であって作動特性の変更によりリフトカーブが変化する。図中に破線で示すリフトカーブは、可変動弁機構３０の操作によって第１吸気弁１１１が採りうるリフトカーブの例である。図では実現可能なリフトカーブを２例描いているが、第１吸気弁１１１の作動特性は連続的に変更可能であるので、リフトカーブも図中に矢印で示す方向に連続的に変化させることができる。

リフトカーブの変化から分かるように、第１吸気弁１１１のリフト量と作用角は連動して変化する。作用角の変化は第１吸気弁１１１の開閉時期の変化を意味するが、作用角と開閉時期との関係は可変動弁機構３０の構造によって決まる。本実施の形態では、第１吸気弁１１１の開き時期がリフト量及び作用角によらず常に一定となるように、つまり、第１吸気弁１１１の開き時期と第２吸気弁１１２の開き時期とが常に一致するように可変動弁機構３０が構成されている。これにより、本実施の形態では、各吸気弁１１１，１１２の開き時期は同時期としながら第１吸気弁１１１の閉じ時期のみを進角することで、第１吸気弁１１１を第２吸気弁１１２よりも早閉じすることができる。

カムシャフト１０は、クランクシャフト４からの回転運動の伝達を受けて回転する。クランクシャフト４の端部はスプロケット６が設けられ、カムシャフト１０の端部にもスプロケット１２が設けられている。これらスプロケット６，１２をチェーン８で接続することで、クランクシャフト４からカムシャフト１０へ回転運動が伝達される。

カムシャフト１０とスプロケット１２との間には、バルブタイミング可変機構１４が配置されている。バルブタイミング可変機構１４は、スプロケット１２に対するカムシャフト１０の位相角を変化させることで、吸気弁１１１，１１２のバルブタイミングを変化させる機構である。バルブタイミング可変機構１４の駆動方式は油圧駆動式でもよく電磁駆動式でもよい。

前出の図２に示す各吸気弁１１１，１１２の作動特性は、バルブタイミングが一定の場合の作動特性である。両吸気弁１１１，１１２は同じ開き時期で開弁するようになっているが、バルブタイミング可変機構１４によれば、この開き時期を両吸気弁１１１，１１２同時に進角したり、或いは、同時に遅角したりすることができる。なお、バルブタイミング可変機構１４によれば各吸気弁１１１，１１２の作用角は一定であり、開き時期が変化した分だけ各吸気弁１１１，１１２の閉じ時期も変化する。

なお、カムシャフト１０は同一のバンクに形成される全ての気筒間で共用され、コントロールシャフト３２は同一のバンクに形成される全ての気筒の可変動弁機構間で共用されている。したがって、バルブタイミング可変機構１４を制御することで、全気筒の吸気弁のバルブタイミングが同時に変更されるようになっている。また、アクチュエータ３４によりコントロールシャフト３２の回転位置を制御することで、全気筒の可変動弁機構が一体的に操作されて全気筒の第１吸気弁の作動特性が同時に変更されるようになっている。

次に、本実施の形態にかかる動弁系の排気側の構成について説明する。気筒２には、気筒２内から燃焼ガスを排出するための排気口２０１，２０２が二つ並んで形成されている。これら排気口２０１，２０２には排気通路２００が接続されている。第１の排気口２０１は、第１排気弁２１１によって開閉され、第２の排気口２０２は、第２排気弁２１２によって開閉される。図では、第１排気弁２１１にＥＸ１と記し、第２排気弁２１２にＥＸ２と記している。

吸気側のカムシャフト１０と平行に、排気側にもカムシャフト２０が配置されている。このカムシャフト２０は同一のバンクに形成される全ての気筒間で共用されている。カムシャフト２０には２つのカム２３１，２３２が設けられている。一方のカム２３１の運動はバルブリフタ２２１から直接、第１排気弁２１１に伝達され、もう一方のカム２３２の運動はバルブリフタ２２２から直接、第２排気弁２１２に伝達される。各排気弁２１１，２１２は、カム２３１，２３２の回転運動に対して一定の作動特性で運動する。図示は省略するが、両排気弁２１１，２１２は同一のリフトカーブを描いて動作するようになっている。

カムシャフト２０は、クランクシャフト４からの回転運動の伝達を受けて回転する。カムシャフト２０の端部にはスプロケット２２が設けられ、前述のチェーン８はこのスプロケット２２にも巻き掛けられている。これにより、クランクシャフト４の回転運動はチェーン８を介してカムシャフト２０に伝達される。

カムシャフト２０とスプロケット２２との間には、バルブタイミング可変機構２４が配置されている。バルブタイミング可変機構２４は、スプロケット２２に対するカムシャフト２０の位相角を変化させることで、排気弁２１１，２１２のバルブタイミングを変化させる機構である。バルブタイミング可変機構２４の駆動方式は油圧駆動式でもよく電磁駆動式でもよい。

バルブタイミング可変機構２４によれば、両排気弁２１１，２１２の閉じ時期を同時に進角したり、或いは、同時に遅角したりすることができる。各排気弁２１１，２１２の作用角は一定であるので、閉じ時期が変化した分だけ各排気弁２１１，２１２の開き時期も変化する。また、カムシャフト２０は同一のバンクに形成される全ての気筒間で共用されるため、バルブタイミング可変機構２４を制御することで、全気筒の排気弁のバルブタイミングが同時に変更されるようになっている。

また、図では省略しているが、本実施の形態にかかるディーゼル機関は過給機を備えている。過給機は、吸気通路１００に配置されたコンプレッサと、排気通路２００に配置されてコンプレッサと一体回転するタービンとからなる。吸気通路１００から気筒２内へは、過給機によって過給された空気が供給されるようになっている。

本実施形態にかかるディーゼル機関は、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ディーゼル機関の動作を総合的に制御する装置であり、本発明にかかる動弁制御装置としても機能する。ＥＣＵ５０の出力部には可変動弁機構３０のアクチュエータ３４やバルブタイミング可変機構１４，２４が接続されている。また、ＥＣＵ５０の入力部には、図示しないエンジン回転数センサやエアフローメータが接続され、これらセンサからの信号が入力されている。エアフローメータの信号はディーゼル機関のトルクの計算に使用される。ＥＣＵ５０は、各センサからの信号に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を動作させるようになっている。

ＥＣＵ５０が動弁制御装置として機能する場合、ＥＣＵ５０は図３に示すマップにしたがって可変動弁機構３０やバルブタイミング可変機構１４，２４を制御する。図３に示すマップは、エンジン回転数とトルクとから決まるディーゼル機関の運転域に応じて吸気弁１１１，１１２及び排気弁２１１，２１２の動作を決定するためのマップである。図３に示すマップでは、低トルク域に内部ＥＧＲ域が設定されている。この内部ＥＧＲ域では、気筒２の内部ＥＧＲを制御するべく、吸気弁１１１，１１２或いは排気弁２１１，２１２の動作が制御される。また、図３に示すマップでは、低中回転低中トルク域にスワール生成域が設定されている。このスワール生成域では、気筒２内に発生するスワールを強化し、その強さ（スワール比）を制御するべく、吸気弁１１１，１１２或いは排気弁２１１，２１２の動作が制御される。要求されるスワール比は、高回転低トルク側から低回転高トルク側に向けて高くなる。

図３に斜線で示すように、内部ＥＧＲ域とスワール生成域とはその一部の区域（以下、特定域という）において重なっている。ディーゼル機関がこの特定域にあるとき、動弁制御装置としてのＥＣＵ５０には、スワールの制御と内部ＥＧＲの制御とが同時に要求されることになる。以下では、図４を参照して、特定域においてＥＣＵ５０により実施される各弁１１１，１１２，２１１，２１の動作制御の内容について説明する。

図４は、特定域での各吸気弁１１１，１１２及び各排気弁２１１，２１２の動作を示す動作図である。図４において、ＩＮ１と付記された実線で示すリフトカーブは、特定域での第１吸気弁１１１の動作を示すリフトカーブである。ＩＮ２と付記された実線で示すリフトカーブは、特定域での第２吸気弁１１２の動作を示すリフトカーブである。ＥＸ１，ＥＸ２と付記された実線で示すリフトカーブは、特定域での排気弁２１１，２１２の動作を示すリフトカーブである。また、二点鎖線で示すリフトカーブのうちＴＤＣよりも遅角側のリフトカーブは、スワール生成域外、且つ、内部ＥＧＲ域外での吸気弁１１１，１１２の動作を示すリフトカーブである。二点鎖線で示すリフトカーブのうちＴＤＣよりも進角側のリフトカーブは、スワール生成域外、且つ、内部ＥＧＲ域外での排気弁２１１，２１２の動作を示すリフトカーブである。

特定域では、バルブタイミング可変機構２４によって排気弁２１１，２１２のバルブタイミングが変更され、その閉じ時期が吸気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側に設定される。排気弁２１１，２１２が吸気上死点よりも前に早閉じすることで、気筒２内の燃焼ガスの一部は排気通路２００に排気されないでそのまま気筒内２に残留する。本実施の形態のような過給機付きのディーゼル機関では、吸気通路１００の圧力の方が排気通路２００の圧力よりも高いため、このように排気弁２１１，２１２の早閉じによって気筒２内に残留ガスを閉じ込めることが内部ＥＧＲを実現する上で有効である。なお、排気弁２１１，２１２の作用角は一定であるので、閉じ時期の変化に連動して閉じ時期が変化した分だけ開き時期も変化する。

また、特定域では、可変動弁機構３０によって第１吸気弁１１１の作動特性が変更され、その作用角が縮小される。前出の図２に示すように、第１吸気弁１１１の作用角が縮小すると、それに伴ってリフト量も減少し、且つ、閉じ時期が早められる。第１吸気弁１１１のリフト量の減少に伴い、第１吸気口１０１から気筒２内へ吸入される空気の流量は、第２吸気口１０２から気筒２内へ吸入される空気の流量よりも相対的に少なくなる。さらに、第１吸気弁１１１が第２吸気弁１１２よりも早閉じされることで、吸気行程の後半では第２吸気口１０２からのみ気筒２内へ空気が吸入されることになる。このように２つの吸気口１０１，１０２間で吸入空気流量に差が設けられることで、気筒２内に発生するスワールは強化され、特に、第１吸気弁１１１が閉じる吸気行程の後半において強いスワールが発生することになる。

さらに、特定域では、バルブタイミング可変機構１４によって吸気弁１１１，１１２のバルブタイミングが進角される。その進角量は、吸気弁１１１，１１２の開き時期が排気弁２１１，２１２の閉じ時期と略同時期になるように、より詳しくは、吸気弁１１１，１１２の開弁期間と排気弁２１１，２１２の開弁期間とが、内部ＥＧＲ量に影響しない程度に僅かにオーバーラップするように設定される。その結果、吸気弁１１１，１１２は吸気上死点よりもかなり前から開き始め、吸気上死点付近、すなわち、吸気行程の初期では吸気弁１１１，１１２は既に大きくリフトした状態となる。

以上のように各吸気弁１１１，１１２及び各排気弁２１１，２１２の動作を制御することで、内部ＥＧＲ制御とスワール制御とを同時に行うことができる。気筒内２に残留する燃焼ガスの量、つまり、内部ＥＧＲ量は、排気弁２１１，２１２の閉じ時期によって制御することができる。すなわち、閉じ時期の進角に伴って内部ＥＧＲ量は増大し、閉じ時期が吸気上死点に近付くにしたがって内部ＥＧＲ量は減少する。また、気筒２内に発生するスワールの強さは、第１吸気弁１１１の作用角によって制御することができる。すなわち、作用角を小さくして第１吸気弁１１１を早閉じするほどスワール比は大きくなり、作用角が大きくなって第１吸気弁１１１の閉じ時期が第２吸気弁１１２の閉じ時期に近付くにしたがってスワール比は小さくなる。

ところで、スワールの強化のために第１吸気弁１１１の作動特性を低リフト特性に変更すると、リフト量の減少に伴って流量係数も減少することになる。しかし、上記の動作制御によれば、吸気弁１１１，１１２の開き時期の進角により、吸気行程初期における各吸気弁１１１，１１２のリフト量を大きくすることができる。また、第１吸気弁１１１の閉じ時期は要求されるスワール比によって決まるため、開き時期が早くなるとその分作用角が拡大し、それに伴ってリフト量も増大する。その結果、同じスワール比で比較したときには、吸気弁１１１，１１２を早閉じした方が早閉じしない場合よりも第１吸気弁１１１のリフト量を大きとることができる。これにより、第１吸気弁１１１の作動特性を低リフト特性へ変更することに伴う流量係数の減少は抑制され、ポンピングロスの増大は防止される。

図５は、本実施の形態にかかるディーゼル機関が特定域で運転されているときの気筒２内の容積と圧力との関係を示すＰＶ線図である。図中に実線で示すＰＶ曲線は、図４の動作図に示すように各弁１１１，１１２，２１１，２１２が動作することで実現されるＰＶ曲線である。一方、破線で示すＰＶ曲線は、図８の動作図に示すように各弁１１１，１１２，２１１，２１２が動作することで実現されるＰＶ曲線である。２つのＰＶ曲線を比較して分かるように、特定域における各弁１１１，１１２，２１１，２１２の動作を図４の動作図に示すように制御することで、ポンピングロスを減少させることができる。つまり、図４の動作図に示す動作制御によれば、ポンピングロスを増大させることなくスワール制御と内部ＥＧＲ制御とを同時に行うことができる。

実施の形態２．
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。

本実施の形態では、実施の形態１と同様、図１に示す構成のディーゼル機関に本発明の動弁制御装置が適用される。本実施の形態においてＥＣＵ５０により実施される動弁制御では、実施の形態１とは異なるマップにしたがって可変動弁機構３０やバルブタイミング可変機構１４，２４の制御が行われる。

図６に示すマップは、本実施の形態において可変動弁機構３０やバルブタイミング可変機構１４，２４の制御に使用されるマップである。このマップと図３に示すマップとの相違は内部ＥＧＲ域にある。図６に示すマップでは、内部ＥＧＲ域のうち高負荷側の運転域にオーバーラップ拡大域が設けられている。オーバーラップ拡大域では、吸気弁１１１，１１２の開弁期間と排気弁２１１，２１２の開弁期間とのオーバーラップ期間が制御される。ここでいうオーバーラップとは、所謂マイナスオーバーラップではなく正のオーバーラップである。内部ＥＧＲ域でもその高負荷側では内部ＥＧＲ量を減らすことが要求されるが、この要求は吸気弁１１１，１１２と排気弁２１１，２１２とをオーバーラップさせることで満たすことができる。本実施の形態のような過給機付きのディーゼル機関では、吸気通路１００の圧力のほうが排気通路２００の圧力よりも高いため、排気弁２１１，２１２が閉じる前に吸気弁１１１，１１２を開くことで、吸気通路１００側から排気通路２００側への吹き抜けを発生させ、これにより気筒２内の残留ガス量を減少させることができる。

上記のオーバーラップ拡大域は、内部ＥＧＲ域とスワール生成域とが重なる特定域内にも設けられている。ディーゼル機関が特定域内のオーバーラップ拡大域にあるとき、動弁制御装置としてのＥＣＵ５０には、スワールの制御とオーバーラップの拡大による内部ＥＧＲ制御とが同時に要求されることになる。以下では、図７を参照して、特定域においてＥＣＵ５０により実施される各弁１１１，１１２，２１１，２１２の動作制御の内容について説明する。

図７は、特定域のうちオーバーラップ拡大域での各吸気弁１１１，１１２及び各排気弁２１１，２１２の動作を示す動作図である。特定域のうちオーバーラップ拡大域外では、実施の形態１と同様、図４の動作図に示すように各弁１１１，１１２，２１１，２１２の動作制御が行われる。図７において、ＥＸ１，ＥＸ２と付記された実線で示すリフトカーブは、特定域のうちオーバーラップ拡大域での排気弁２１１，２１２の動作を示すリフトカーブである。二点鎖線で示すリフトカーブは、特定域のうちオーバーラップ拡大域外での排気弁２１１，２１２の動作を示すリフトカーブである。吸気弁１１１，１１２の動作を示すリフトカーブは、オーバーラップ拡大域の内外の別なく、図中に実線で示すリフトカーブとなる。図中にＩＮ１と付記されたリフトカーブが第１吸気弁１１１の動作を示し、ＩＮ２と付記されたリフトカーブが第２吸気弁１１２の動作を示している。

特定域のうちオーバーラップ拡大域では、バルブタイミング可変機構２４によって排気弁２１１，２１２のバルブタイミングが変更され、その閉じ時期が吸気上死点寄りに遅角される。吸気弁１１１，１１２のバルブタイミングには変更は無い。その結果、排気弁２１１，２１２の閉じ時期は吸気弁１１１，１１２の開き時期よりも後になり、排気弁２１１，２１２の開弁期間と吸気弁１１１，１１２の開弁期間とのオーバーラップ期間が拡大する。これによれば、吸気側から排気側への吹き抜けによって内部ＥＧＲ量を減少させることができ、排気弁２１１，２１２の閉じ時期によってオーバーラップ期間を制御することで、内部ＥＧＲ量を制御することができる。また、この場合、吸気弁１１１，１１２のバルブタイミングには変更は無いので、吸気弁１１１，１１２の早開きによってポンピングロスの増大を防止する効果は維持される。つまり、本実施の形態にかかる動作制御によれば、ポンピングロスの増大を防止しつつ、高負荷時には内部ＥＧＲ量を減少側に制御することができる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、以下のように変形して実施してもよい。

図１に示す構成では、１つの気筒に２つの吸気弁と２つの排気弁が設けられているが、排気弁は１つでもよい。また、吸気弁は３つでもよい。その場合、少なくとも１つの吸気弁にその作動特性を変更する手段が設けられていればよい。

第１吸気弁の作動特性を変更する手段としては、上記実施の形態のような可変動弁機構の他、カムを切り替える機構であってもよい。例えば、第１吸気弁用に大作用角カムと小作用角カムの２つのカムを用意しておき、スワール生成域外では大作用角カムによって第１吸気弁を動作させ、スワール生成域ではカムを切り替えて小作用角カムによって第１吸気弁を動作させるようにする。或いは、作用角の異なる複数のカムを用意し、要求されるスワール比に応じて使用するカムを選択してもよい。その場合、前出の図２に示す場合と同様、第１吸気弁の開き時期は一定とし、カムの切り替えに応じて閉じ時期を変化させるようにする。

実施の形態１では、特定域での吸気弁の開き時期を排気弁の閉じ時期と略同時期としているが、より進角側に吸気弁の開き時期を設定することも可能である。吸気弁とピストンとの衝突を回避するために吸気弁の開き時期に制限が設けられる場合には、その制限時期まで吸気弁の開き時期を進角するようにしてもよい。

実施の形態２で行っているオーバーラップ期間の制御は、吸気弁の開き時期の進角によって行ってもよい。或いは、排気弁の閉じ時期の遅角と吸気弁の開き時期の進角とを組み合わせることでオーバーラップ期間を制御してもよい。これによれば、吸気弁の開き時期をより進角して吸気行程初期におけるリフト量の増大を図りつつ、残留ガス量を減少側に制御することが可能になる。

また、本発明にかかる動弁制御装置は、過給機付きのディーゼル機関だけでなく、自然吸気のディーゼル機関にも適用可能である。また、本発明にかかる動弁制御装置をガソリン機関に適用することも可能である。

本発明の実施の形態１にかかるディーゼル機関の動弁系の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる吸気弁の作動特性を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる動弁制御において用いられるマップを示す図である。 図３に示すマップの特定域での吸気弁及び排気弁の動作を示す動作図である。 本発明の実施の形態１にかかるディーゼル機関が特定域で運転されているときの気筒内の容積と圧力との関係を示すＰＶ線図である。 本発明の実施の形態２にかかる動弁制御において用いられるマップを示す図である。 図６に示すマップの特定域のうちオーバーラップ拡大域での吸気弁及び排気弁の動作を示す動作図である。 従来の内部ＥＧＲ制御にかかる吸気弁及び排気弁の動作を示す動作図である。

符号の説明

２ 気筒
４ クランクシャフト
６，１２，２２ スプロケット
８ チェーン
１０ 吸気側カムシャフト
１４ 排気側バルブタイミング可変機構
２０ 排気側カムシャフト
２４ 排気側バルブタイミング可変機構
３０ 可変動弁機構
３２ コントロールシャフト
３４ アクチュエータ
５０ ＥＣＵ
１００ 吸気通路
１０１，１０２ 吸気口
１１１ 第１吸気弁（ＩＮ１）
１１２ 第２吸気弁（ＩＮ２）
１２２ バルブリフタ
１３１，１３２ 吸気側カム
２００ 排気通路
２０１，２０２ 排気口
２１１ 第１排気弁（ＥＸ１）
２１２ 第２排気弁（ＥＸ２）
２２１，２２２ バルブリフタ
２３１，２３２ 排気側カム

Claims (4)

1. 開き時期と閉じ時期とを独立して変化させることができ、且つ、開閉時期から定まる作用角にリフト量が連動して変化する第１吸気弁と、少なくとも開閉時期を変更可能な第２吸気弁と、少なくとも開閉時期を変更可能な排気弁とを気筒毎に備える内燃機関の動弁制御装置において、
   前記内燃機関の運転域のうちスワールの制御と内部ＥＧＲの制御とが同時に要求される特定域で前記内燃機関が運転されるときには、前記排気弁の閉じ時期を吸気上死点よりも進角側に設定し、且つ、前記第１吸気弁と前記第２吸気弁の各開き時期を吸気上死点よりも進角側の略同時期に設定しつつ、前記第１吸気弁の閉じ時期を前記第２吸気弁の閉じ時期よりも進角側に設定することを特徴とする内燃機関の動弁制御装置。
2. 前記内燃機関が前記特定域で運転されるとき、前記第１吸気弁と前記第２吸気弁の各開き時期を前記排気弁の閉じ時期と略同時期に設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の動弁制御装置。
3. 前記内燃機関が前記特定域のうち高負荷側の運転域で運転されるときには、前記第１吸気弁と前記第２吸気弁の各開弁期間と前記排気弁の開弁期間との間にオーバーラップ期間を設けることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の動弁制御装置。
4. 前記内燃機関は、過給機付きのディーゼル機関であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の動弁制御装置。

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