JP2009121306A - 可変動弁機構を備える内燃機関およびその制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、可変動弁機構を備える内燃機関およびその制御装置に関し、可変動弁機構のみの制御によって、低負荷時、始動時、または冷間時での燃焼の安定化を良好に実現可能とすることを目的とする。
【解決手段】第１吸気弁６４が配置された第１吸気ポート６０を備える。第２吸気弁６６が配置された第２吸気ポート６２を備える。第１吸気ポート６０を、第２吸気ポート６２に比して、スワールの生成能力の高いポートとして構成する。要求される作用角が小さくなるほど、第２吸気弁６６のリフト量よりも第１吸気弁６４のリフト量が小さくなる開弁特性を備える吸気可変動弁機構４０を備える。
【選択図】図５

Description

この発明は、可変動弁機構を備える内燃機関およびその制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、スワールの生成を制御するスワールコントロールバルブと吸気弁の閉じ時期を調整可能な可変動弁機構とを備えるディーゼルエンジンの燃焼制御装置が開示されている。この従来の制御装置は、低負荷領域においては、スワールコントロールバルブによりスワールを弱めるとともに、可変動弁機構により吸気弁の閉じ時期を吸気下死点付近に制御することにより実圧縮比を高めるようにしている。上記従来の制御装置では、以上のような制御によって、低圧縮比としたときに燃焼が不安定となる低負荷域での低温予混合燃焼を安定させるようにしている。

特開平１１−３１５７３９号公報 特開２０００−１９２８２０号公報 特開２００４−３６５６６号公報 特開２０００−３２８９６８号公報 特開２００７−５６７０１号公報

上述したように、上記特許文献１に記載された手法では、低負荷域において燃焼の安定化を図るためには、スワールコントロールバルブおよび可変動弁機構という２つのアクチュエータの制御が必要となる。つまり、上記特許文献１には、可変動弁機構のみを用いて、低負荷域において燃焼の安定化を実現する手法については記載されていない。そのような燃焼の安定化を可変動弁機構のみの制御によって実現可能となれば便宜である。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、可変動弁機構のみの制御によって、低負荷時、始動時、または冷間時での燃焼の安定化を良好に実現可能とする可変動弁機構を備える内燃機関およびその制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、第１吸気弁が配置された第１吸気ポートと、
第２吸気弁が配置された第２吸気ポートと、
前記第１吸気弁と前記第２吸気弁とを異なる開弁特性で駆動可能な吸気可変動弁機構とを備え、
前記吸気可変動弁機構は、要求される作用角が小さくなるほど、前記第１吸気弁のリフト量と前記第２吸気弁のリフト量との差が大きくなる開弁特性を備えていることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記吸気可変動弁機構は、前記開弁特性として、前記第１吸気弁および第２吸気弁の作用角が１８０°ＣＡ付近の作用角にあるときに、前記第１吸気弁のリフト量と前記第２吸気弁のリフト量との差が確保される開弁特性を備えていることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記吸気可変動弁機構は、
カム軸に固定された駆動カムと前記第１吸気弁との間に介在する部材であって、前記第１吸気弁をリフト方向に押圧する第１揺動カム面と、前記駆動カムと対向して形成された第１スライド面とを有し、前記駆動カムの押圧力を前記第１吸気弁に伝達する第１揺動部材と、
前記駆動カムと前記第２吸気弁との間に介在する部材であって、前記第２吸気弁をリフト方向に押圧する第２揺動カム面と、前記駆動カムと対向して形成された第２スライド面とを有し、前記駆動カムの押圧力を前記第２吸気弁に伝達する第２揺動部材と、
前記第１揺動部材および前記第２揺動部材と前記駆動カムとの間に挟まれるように配置され、前記第１スライド面、前記第２スライド面、および前記駆動カムのカム面に接触する中間ローラと、
前記第１スライド面、前記第２スライド面、および前記駆動カムに対する前記中間ローラの位置を変更可能とする制御機構と、を含むものであって、
前記第１スライド面のプロフィールと前記第２スライド面のプロフィールとを異ならしめることによって、要求される作用角が小さくなるほど、前記第１吸気弁のリフト量と前記第２吸気弁のリフト量との差が大きくなる前記開弁特性が与えられていることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、前記第１吸気ポートは、前記第２吸気ポートに対して、スワールの生成能力の高い吸気ポートであって、
前記吸気可変動弁機構は、前記開弁特性として、要求される作用角が小さくなるほど、前記第２吸気弁のリフト量よりも前記第１吸気弁のリフト量が小さくなる開弁特性を備えていることを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、排気弁の閉じ時期を調整可能とする排気可変動弁機構と、
低負荷時、始動時、または冷間時には、前記排気可変動弁機構を用いて、前記排気弁の閉じ時期を遅角側に制御する排気遅角制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、第１吸気弁および第２吸気弁の作用角の調整と一緒に、２つの吸気ポート間の通気特性を変えることができる。つまり、本発明によれば、第１吸気弁および第２吸気弁の作用角の調整と一緒に、スワールの生成特性を変更することができるようになる。その結果、本発明のような開弁特性を備える吸気可変動弁機構を用いて、内燃機関の低負荷時、始動時、または冷間時（以下、「低負荷時等」と略することがある）において、第１吸気弁および第２吸気弁の作用角が小さくなるような制御を行うこととすれば、当該低負荷時等において、スワールが低下するようなスワールの生成特性を得ることが可能となる。これにより、低負荷時等において、冷却損失を低減することができ、燃焼の安定化を図ることが可能となる。

第２の発明によれば、第１吸気弁および第２吸気弁の開き時期を排気上死点付近に設定することとすれば、要求される作用角が比較的小さくなった状況下において、第１吸気弁のリフト量と第２吸気弁のリフト量との差を大きく確保しつつ、更に、第１吸気弁および第２吸気弁の閉じ時期を吸気下死点近傍に設定することが可能となる。つまり、本発明によれば、第１吸気弁および第２吸気弁の作用角の調整と一緒に、スワールの生成特性を変更することができるという上述した第１の発明による効果とともに、内燃機関の実圧縮比を良好に高めることが可能となる。その結果、本発明のような開弁特性を備える吸気可変動弁機構を用いて、内燃機関の低負荷時等において、第１吸気弁および第２吸気弁の作用角が１８０°ＣＡ付近の作用角となるような制御を行うこととすれば、当該低負荷時等において、スワールの低下を図りつつ、良好な圧縮端温度を確保することが可能となる。これにより、低負荷時等において、上記第１の発明に比して、燃焼の安定化を更に良好に図ることができる。

第３の発明によれば、吸気弁の開弁特性を連続的に変更可能な機械式の吸気可変動弁機構において、第１スライド面のプロフィールと第２スライド面のプロフィールとを異ならしめることによって、要求される作用角がより小さくなるほど、第１吸気弁のリフト量と第２吸気弁のリフト量との差が大きくなるような上記開弁特性を得ることが可能となる。

第４の発明によれば、要求される作用角が小さい領域において、スワールの生成能力の高い第１吸気ポートを流通する吸入空気量を少なくすることができ、これにより、当該領域において、スワール比を良好に低減することが可能となる。

第５の発明によれば、バルブオーバーラップ期間が十分に長く設定されるようになる。その結果、吸気行程の開始初期に、排気ポートから排気ガスを筒内に逆流させることで、そのような排気ガスの流れと吸気側からのスワール流とを干渉させることができる。これにより、筒内に生成されるスワールを十分に抑制することが可能となる。更に、内部ＥＧＲガス量の増加による吸気温度の上昇効果を得ることもできる。このため、低負荷時等における燃焼の安定化の効果を更に良好に高めることができる。

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、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火式内燃機関）である。内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接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。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ１６によって所定の燃圧まで加圧されて、コモンレール１４内に蓄えられ、コモンレール１４から各インジェクタ１２に供給される。

内燃機関１０の排気通路１８は、排気マニホールド２０により枝分かれして、各気筒の排気ポート６８、７０（図２参照）に接続されている。本実施形態の内燃機関１０は、ターボ過給機２２を備えている。排気通路１８は、ターボ過給機２２の排気タービンに接続されている。また、排気通路１８におけるターボ過給機２２の下流側には、排気ガスを浄化するための排気浄化装置２４が設けられている。

内燃機関１０の吸気通路２６の入口付近には、エアクリーナ２８が設けられている。エアクリーナ２８を通って吸入された空気は、ターボ過給機２２の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ３０で冷却される。インタークーラ３０を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３２により、各気筒の吸気ポート６０、６２（図２参照）に分配される。

インタークーラ３０と吸気マニホールド３２との間には、吸気絞り弁３４が設置されている。また、エアクリーナ２８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３６が設置されている。また、吸気絞り弁３４の下流側には、吸気通路２６内の圧力を検出する吸気圧力センサ３８が設置されている。

また、図１に示すシステムは、各気筒の吸気弁６４、６６（図２参照）の開弁特性を変更可能とする吸気可変動弁機構４０と、排気弁７２、７４（図２参照）の開弁特性を変更可能とする排気可変動弁機構４２とを備えている。より具体的には、吸気可変動弁機構４０は、気筒当たり２つ配置された吸気弁６４、６６（図２参照）のそれぞれを異なる開弁特性で連続的に変更可能な機構である。吸気可変動弁機構４０の詳細な構成については、図３乃至図５を参照して後述する。

また、排気可変動弁機構４２は、排気弁７２、７４の開閉時期をリフト量および作用角一定のままで変更できる機能（位相可変機能）を備えているものとする。そのような機能は、例えば、排気弁７２、７４の開閉時期を制御するためのＶＶＴ機構（図示省略）を備えることによって実現することができる。

また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサに加え、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ５２やアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ５４等が接続されているとともに、上述した各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、それらのセンサ信号や情報に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを駆動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。

［吸排気ポート周りの構成］
図２は、図１に示す内燃機関１０における吸排気ポート周りの具体的な構成を説明するための図である。
図２に示すように、内燃機関１０は、２つの吸気ポート６０、６２を備えている。第１吸気ポート６０および第２吸気ポート６２には、それぞれ第１吸気弁６４および第２吸気弁６６が配置されている。また、内燃機関１０は、２つの排気ポート６８、７０を備えている。第１排気ポート６８および第２排気ポート７０には、それぞれ第１排気弁７２および第２排気弁７４が配置されている。尚、図２中の各ポート６０等に付された矢印は、各ポート６０等から筒内にガスが導入される際の当該ガスの流れの方向を示している。

第１吸気ポート６０は、第２吸気ポート６２よりも、スワールの生成能力の高いポート、言い換えれば、スワールの生成を主として担うポート（主流ポート）として構成されている。より具体的には、そのようなスワールの生成能力の高いポートは、例えば、第１吸気ポート６０をタンジェンシャルポートとして構成することによって実現することができる。そのようなタンジェンシャルポートとして構成された第１吸気ポート６０によれば、図２に示すように、第１吸気ポート６０がシリンダの接線方向に沿っているので、筒内に効果的にスワールを生成することができる。

また、図２に示すように、第１排気ポート６８は、当該第１排気ポート６８から筒内に逆流するガスの流線が、第１吸気ポート６０から筒内に導入されるガスによる吸気スワール流の流線と衝突するように構成されている。このような第１排気ポート６８の構成によれば、第１排気ポート６８から筒内への排気ガスの逆流が生ずる条件下において、筒内に逆流する排気ガスによって吸気スワール流を弱めることが可能となる。

［吸気可変動弁機構の構成］
図３は、図１に示す吸気可変動弁機構４０の具体的構成を説明するための斜視図である。
本実施形態の吸気可変動弁機構４０の構成は、図４を参照して後述するように、第１スライド面１１０のプロフィールと第２スライド面１１２のプロフィールとを異ならしめている点を除き、例えば、国際出願の国際公開番号ＷＯ ２００６/１３２０５９ 号公報に詳述された可変動弁機構と同様である。このため、当該公報に記載された可変動弁機構と同一の部分については、ここでは、その概略のみを示すこととし、その詳細な説明を省略または簡略するものとする。

図３に示すように、本吸気可変動弁機構４０のカム軸８０には、１気筒当たり２つの駆動カム８２、８４が設けられている。そして、一方の駆動カム８２を中心として左右対称に２つの吸気弁６４、６６が配置されている。第１駆動カム８２と第１吸気弁６４との間には、第１駆動カム８２の回転運動に第１吸気弁６４のリフト運動を連動させる第１可変機構８６が設けられている。また、第１駆動カム８２と第２吸気弁６６との間には、第１駆動カム８２の回転運動に第２吸気弁６６のリフト運動を連動させる第２可変機構８８が設けられている。また、もう一方の駆動カム８４と第１吸気弁６４との間には、第２駆動カム８４の回転運動に第１吸気弁６４のリフト運動を連動させる固定動弁機構９０が設けられている。

（第１可変機構および第２可変機構の詳細構成）
図３に示すように、可変機構８６、８８では、ロッカーアーム９２は吸気弁６４、６６によって支持されている。可変機構８６、８８は、第１駆動カム８２とロッカーアーム９２との間に介在し、第１駆動カム８２の回転運動とロッカーアーム９２の揺動運動との連動状態を連続的に変化させるようになっている。

これらの可変機構８６、８８は、以下に説明するように、制御軸９４、制御アーム９６、リンクアーム９８、揺動カムアーム（第１揺動カムアーム１００、第２揺動カムアーム１０２）、および中間ローラ（カムローラ１０４、第１アームローラ１０６、および第２アームローラ１０８）を主たる構成部材として構成されている。

揺動カムアーム１００、１０２は、制御軸９４に揺動可能に支持されている。第１揺動カムアーム１００における第１駆動カム８２に対向する側には、第１アームローラ１０６に接触する第１スライド面１１０が形成されており、第２揺動カムアーム１０２における第１駆動カム８２に対向する側には、第２アームローラ１０８に接触する第２スライド面１１２が形成されている。

図４は、吸気可変動弁機構４０を図３中の矢視Ａの方向から見た図である。より具体的には、図４は、第１駆動カム８２のベース円部がカムローラ１０４に接触しているとき、すなわち、揺動カムアーム１００、１０２に対して第１駆動カム８２の押圧力が作用していないときの図である。
図４に示すように、スライド面１１０、１１２は、ともに、中間ローラ１０４等が制御軸９４の軸中心側から揺動カムアーム１００、１０２の先端側に向かって移動するほど、第１駆動カム８２との間隔が徐々に広がるような曲面で形成されている。

本吸気可変動弁機構４０では、第１吸気弁６４を駆動するための第１揺動カムアーム１００に設けられた第１スライド面１１０と、第２吸気弁６６を駆動するための第２揺動カムアーム１０２に設けられた第２スライド面１１２とが異なるプロフィールとなるように設定されている。より具体的には、本実施形態では、第１スライド面１１０のプロフィールと第２スライド面のプロフィールとを異ならせることで、図４に示すように、第１駆動カム８２の押圧力が揺動カムアーム１００、１０２に作用していないときの第１揺動カムアーム１００（太線）と第２揺動カムアーム１０２（細線）の姿勢を異ならせている。つまり、本実施形態では、２つの揺動カムアーム１００、１０２間で、スライド面１１０、１１２とそれぞれの揺動カム面１１４との相対的な関係を異ならせている。更に、本吸気可変動弁機構４０では、スライド面１１０、１１２上における中間ローラ１０４等の位置が揺動カムアーム１００、１０２の先端側に移動するほど、２つの揺動カムアーム１００、１０２間の姿勢の差が大きくなるように、スライド面１１０、１１２のプロフィールが調整されている。

また、スライド面１１０、１１２の反対側には、揺動カム面１１４がそれぞれ形成されている。揺動カム面１１４は、揺動カムアーム１００、１０２の揺動中心からの距離が一定となるように形成された非作用面１１４ａと、非作用面１１４ａから離れた位置ほど制御軸９４の軸中心からの距離が遠くなるように形成された作用面１１４ｂとで構成されている。

また、揺動カムアーム１００、１０２のスライド面１１０、１１２と第１駆動カム８２の周面との間には、上述した中間ローラとして、カムローラ１０４、第１アームローラ１０６、および第２アームローラ１０８が配置されている。より具体的には、カムローラ１０４は、第１駆動カム８２の周面と接触し、また、第１アームローラ１０６および第２アームローラ１０８は、それぞれ第１スライド面１１０および第２スライド面１１２に接触するように配置されている。これらの中間ローラ１０４等は、ともに前述のリンクアーム９８の一端に回転可能に取り付けられている。リンクアーム９８の他端は、制御軸９４に固定された制御アーム９６に回転可能に取り付けられている。そして、制御軸９４は、図示しないアクチュエータによって回転駆動される。

上述した吸気可変動弁機構４０の構成によれば、制御軸９４の回転角度を変化させると、スライド面１１０、１１２上におけるアームローラ１０６、１０８の位置が変化し、リフト動作時の揺動カムアーム１００、１０２の揺動範囲が変化する。より具体的には、制御軸９４を図４における反時計回り方向に回転させると、スライド面１１０、１１２上におけるアームローラ１０６、１０８の位置が揺動カムアーム１００、１０２の先端側に移動する。そうすると、第１駆動カム８２の押圧力が伝達されることで揺動カムアーム１００、１０２が揺動動作を開始した後に、現実にロッカーアーム９２が押圧され始めるまでに要する揺動カムアーム１００、１０２の回転角度は、制御軸９４が図４における反時計回り方向に回転するほど大きくなる。つまり、吸気可変動弁機構４０によれば、制御軸９４を図４における反時計回り方向に回転させることにより、吸気弁６４、６６の作用角およびリフト量を小さくすることができ、また、制御軸９４をその逆の方向に回転させることにより、吸気弁６４、６６の作用角およびリフト量を大きくすることができる。

また、本吸気可変動弁機構４０は、第１吸気弁６４のリフト運動の連動先を、第１可変機構８６と固定動弁機構９０との間で選択的に切り替えることができるようになっている。このような機能を有する本吸気可変動弁機構４０によれば、第１吸気弁６４のリフト運動の連動先として第１可変機構８６が選択されている場合には、カム軸８０の回転運動は、第１駆動カム８２からカムローラ１０４および第１アームローラ１０６を介して第１揺動カムアーム１００の第１スライド面１１０に伝達されるとともに、第１駆動カム８２からカムローラ１０４および第２アームローラ１０８を介して第２揺動カムアーム１０２の第２スライド面１１２に伝達される。従って、この場合は、制御軸９４の回転に連動させて、第１吸気弁６４および第２吸気弁６６の作用角およびリフト量が後述する図５に示す特性となるように制御することができる（両弁可変制御）。

更に、本吸気可変動弁機構４０によれば、第１吸気弁６４のリフト運動の連動先として固定動弁機構９０が選択されている場合には、カム軸８０の回転運動が第２駆動カム８４から大リフトアーム１１６を介して第１揺動カムアーム１００に伝達される。この場合の第１吸気弁６４の開弁特性は、第２駆動カム８４、大リフトアーム１１６および第１揺動カムアーム１００の形状及び位置関係によって機械的に決まり、制御軸９４の回転角度に関係なく常に一定の開弁特性に固定される。つまり、この場合には、第１吸気弁６４のリフト量および作用角を例えば十分に大きなリフト量および作用角に固定させつつ、もう一方の第２吸気弁６６の開弁特性を制御軸９４の回転角度の調整によって可変制御することが可能になる（片弁固定制御）。

また、中間ローラ１０４等が制御軸９４により近い位置とされるほど、第１駆動カム８２がカムローラ１０４を押圧し始めるタイミング（すなわち、揺動カムアーム１００、１０２の揺動開始タイミング）が遅れることになる。この現象は、吸気弁６４、６６の開弁タイミングを遅角させる要因となる。一方、既述した通り、中間ローラ１０４等が制御軸９４により近い位置とされるほど、揺動カムアーム１００、１０２によってロッカーアーム９２を押圧し始めるタイミングが早くなることになる。この現象は、上記の現象とは逆に、吸気弁６４、６６の開弁タイミングを進角させる要因となる。このため、本吸気可変動弁機構４０によれば、上記の２つの要因を考慮して、各構成要素の形状や位置関係を決定することにより、開弁タイミングを一定としつつ、吸気弁６４、６６の作用角およびリフト量を連続的に変更することが可能となる。

図５は、吸気可変動弁機構４０を用いて両弁可変制御が実行された際のバルブリフト量とバルブ作用角との関係を表した図である。
本吸気可変動弁機構４０によれば、両弁可変制御の実行時には、既述したように、スライド面１１０、１１２上における中間ローラ１０４等の位置が揺動カムアーム１００、１０２の先端側に移動するほど、吸気弁６４、６６の作用角およびリフト量を小さくすることができる。

更に、上述したように、本吸気可変動弁機構４０では、２つのスライド面１１０、１１２を異なるプロフィールに設定している。このような設定によれば、図４に示すように、小作用角制御領域において、２つの揺動カムアーム１００、１０２の姿勢を異ならせることができる。その結果、第１駆動カム８２の押圧力が揺動カムアーム１００、１０２に作用した際に、当該２つの揺動カムアーム１００、１０２間で、吸気弁６４、６６のリフト動作の態様を異ならせることができる。これにより、小作用角制御領域において、第１揺動カムアーム１００により駆動される第１吸気弁６４のリフト量が、第２揺動カムアーム１０２により駆動される第２吸気弁６６のリフト量よりも小さくすることができるようになる。

また、本実施形態では、上述したように、スライド面１１０、１１２上における中間ローラ１０４等の位置が揺動カムアーム１００、１０２の先端側に移動するほど、２つの揺動カムアーム１００、１０２間の姿勢の差が大きくなるように、スライド面１１０、１１２のプロフィールが調整されている。このため、本吸気可変動弁機構４０によれば、制御軸９４の回転角度の調整によって吸気弁６４、６６の作用角が小さくなるほど、図５に示すように、第２吸気弁６６のリフト量の減少量に対する第１吸気弁６４のリフト量の減少量を大きくすることが可能となる。また、このような吸気弁６４、６６の開弁特性が得られることで、次のような効果を奏することができるようになる。すなわち、吸気弁６４、６６の作用角の調整と一緒に、２つの吸気ポート６０、６２間の通気特性を変えることができ、これにより、スワールの生成特性を変更することができるようになる。更に、本実施形態では、第１吸気ポート６０を、第２吸気ポート６２よりもスワールの生成能力の高いポートとしている。このため、上記開弁特性によれば、要求される作用角が小さい領域において、スワールの生成能力の高い第１吸気ポート６０を流通する吸入空気量を少なくすることができ、これにより、当該領域において、スワール比を良好に低減することが可能となる。更に付け加えると、このような開弁特性は、図６を参照して後述する制御に用いるうえで好適なものである。

また、図５に示す本吸気可変動弁機構４０の上記開弁特性では、吸気弁６４、６６の作用角が１８０°ＣＡ付近の作用角となるときに、第１吸気弁６４と第２吸気弁６６との間で、リフト量に十分な差を与えることができるようになっている。このような開弁特性によれば、吸気弁６４、６６の開き時期が排気上死点付近となるように内燃機関１０を構成するようにすれば、吸気弁６４、６６の閉じ時期が吸気下死点付近となるような作用角の制御領域において、第１吸気弁６４と第２吸気弁６６との間で、リフト量に十分な差を与えることができるようになる。このような構成によれば、吸気弁６４、６６の作用角の調整と一緒に、スワールの生成特性を変更可能としつつ、更に、小作用角に制御された領域において、内燃機関１０の実圧縮比を高めることができるようになる。更に付け加えると、このような設定についても、図６を参照して後述する制御に用いるうえで好適なものである。

［実施の形態１の特徴的な制御］
ところで、従来から、ディーゼル機関の圧縮比を例えば１６以下にするというように低圧縮比化することによって、ディーゼル機関のポンプ仕事の低減を図ることで、燃費の改善を図る試みがなされている。本実施形態の内燃機関１０も、圧縮比が１６以下とされたディーゼル機関であるものとする。このような低圧縮比化されたディーゼル機関では、圧縮比が低いことで、燃料噴射量の少ない状況下である始動時や低負荷時や、ディーゼル機関の暖機がなされていない冷間時において、燃焼が不安定となり、また、未燃ＨＣが多く排出されるという問題があった。その理由は、圧縮端温度が低下することと、低負荷時や始動時のように燃料噴射量が少ない状況下では自着火ができなかったり、火炎が立ち消えしてしまうためである。

また、低負荷時や始動時のように燃料噴射量が少ない状況下において、スワールが強くなるような設定とされていると、気流がシリンダへの熱伝導を促進し、圧縮空気の温度を低下させてしまう。また、特に、ディーゼル機関が暖機していない冷間時では、スワールが強くなるような設定とされていると、圧縮空気の温度がシリンダヘッドやシリンダブロック等への冷却損失として奪われて低下してしまう。このような理由によっても、低負荷時、始動時、或いは冷間時においてスワールが強められていると、燃焼が不安定となり、また、未燃ＨＣが多く排出されるという問題があった。

図６は、本発明の実施の形態１において実行される吸排気弁６４等の特徴的な制御を説明するためのバルブリフトカーブである。
本実施形態のシステムでは、上記図３乃至図５を参照して以上説明した吸気弁６４、６６の開弁特性を得ることのできる吸気可変動弁機構４０に対して、図６に示すような制御を適用することとしている。

先ず、燃料噴射量の多い中高負荷時では、図６中に破線で表した波形のように、第１吸気弁６４および第２吸気弁６６の双方のリフト量を十分に高めた状態で使用するとともに、吸気弁６４、６６の閉じ時期が吸気下死点よりも十分に遅角されたタイミングとなるように、十分に大きな作用角を使用するようにしている。

これに対し、燃料噴射量の少ない低負荷時および始動時や、内燃機関１０の暖機がなされていない冷間時（以下、「低負荷時等」と略することがある）では、吸気弁６４、６６の作用角として、上記中高負荷時よりも小さな作用角域を使用するようにしている。より具体的には、作用角が１８０°ＣＡ程度となる作用角域を使用するようにしている。このような吸気弁６４、６６の設定によれば、低負荷時等において、スワールの生成能力の高い第１吸気ポート６０を開閉するための第１吸気弁６４のリフト量を、他方の第２吸気ポート６２を開閉するための第２吸気弁６６のリフト量よりも小さくすることが可能となる。その結果、スワールの生成能力の高い第１吸気ポート６０を流通する吸入空気量を減らすことで、低負荷時等において、スワール比を低減することができるようになる。これにより、冷却損失の低減を図ることができ、圧縮空気の温度低下を防止することができる。

更に、図６に示す吸気弁６４、６６の設定によれば、低負荷時等において、吸気弁６４、６６の閉じ時期を吸気下死点付近とすることができる。これにより、低負荷時等において、実圧縮比を良好に確保することができ、良好な圧縮端温度を確保できるようになる。以上のように、図６に示す設定によれば、吸気可変動弁機構４０の制御のみによって、低負荷時等において、未燃ＨＣの排出が少なく、安定した燃焼を実現することが可能となる。尚、図６に示す吸気弁６４、６６の設定では、吸気弁６４、６６の開き時期については、運転領域に関係なく、排気上死点付近とされている。

また、図６に示す排気弁７２、７４の設定では、図６中に太線で表した低負荷時等の排気弁７２、７４の閉じ時期は、図６中に細線で表した中高負荷時の排気弁７２、７４の閉じ時期に対して遅角されるようになる。このような排気弁７２、７４の閉じ時期の遅角制御を上述した吸気側の制御と組み合わせることとすれば、バルブオーバーラップ期間が十分に長く設定されるようになる。その結果、吸気行程の開始初期に、排気ポート６８、７０から排気ガスを筒内に逆流させることで、そのような排気ガスの流れと吸気側からのスワール流とを干渉させることが可能となる。これにより、筒内に生成されるスワールを十分に抑制することが可能となる。更に、内部ＥＧＲガス量の増加による吸気温度の上昇効果を得ることもできる。このため、低負荷時等における燃焼の安定化の効果を更に良好に高めることができる。

図７は、上記図６に示す設定を用いた吸排気弁６４等の制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
図７に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転状態が低負荷時、始動時、または冷間時であるか否かが判別される（ステップ１００）。

その結果、内燃機関１０の運転状態が低負荷時、始動時、または冷間時の何れかに該当すると判定された場合には、吸気弁６４、６６の作用角が１８０°ＣＡ程度となるように、吸気可変動弁機構４０の制御が実行される（ステップ１０２）。次いで、十分なバルブオーバーラップ期間を設定できるように、排気可変動弁機構４２を用いて、排気弁７２、７４の閉じ時期が排気上死点後の所定時期にまで遅角される（ステップ１０４）。

ところで、上述した実施の形態１においては、流通する吸入空気量が多くなるほどスワールが強くなる特性を有する第１吸気ポート６０をスワールの生成能力の高いポートとして備えるようにし、低負荷時等において、当該第１吸気ポート６０を開閉する第１吸気弁６４のリフト量を他方の第２吸気ポート６２を開閉する第２吸気弁６６のリフト量よりも小さくしている。しかしながら、本発明の対象となる吸気ポートはこのような構成に限定されるものではない。すなわち、例えば、スワールの生成能力の高い吸気ポートとして、当該吸気ポートを開閉する吸気弁のリフト量が比較的低く、これにより当該吸気ポートを流通する吸入空気量が比較的少ないときにスワールが強くなる特性を有する吸気ポートを備えている場合であれば、上述した実施の形態１の構成とは逆に、低負荷時等において、本発明の吸気可変動弁機構の機能によって吸気弁のリフト量が高められる側の吸気ポートとして、そのようなスワールの生成能力の高い方の吸気ポートを適用するようにしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、第１揺動カムアーム１００が前記第３の発明における「第１揺動部材」に、第２揺動カムアーム１０２が前記第３の発明における「第２揺動部材」に、制御軸９４、制御アーム９６、およびリンクアーム９８が前記第３の発明における「制御機構」に、それぞれ相当している。
また、ＥＣＵ５０が上記ステップ１００および１０４の処理を実行することにより前記第５の発明における「排気遅角制御手段」が実現されている。

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に示す内燃機関における吸排気ポート周りの具体的な構成を説明するための図である。 図１に示す吸気可変動弁機構の具体的構成を説明するための斜視図である。 吸気可変動弁機構を図３中の矢視Ａの方向から見た図である。 吸気可変動弁機構を用いて両弁可変制御が実行された際のバルブリフト量とバルブ作用角との関係を表した図である。 本発明の実施の形態１において実行される吸排気弁の特徴的な制御を説明するためのバルブリフトカーブである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１８ 排気通路
２６ 吸気通路
４０ 吸気可変動弁機構
４２ 排気可変動弁機構
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６０ 第１吸気ポート
６２ 第２吸気ポート
６４ 第１吸気弁
６６ 第２吸気弁
６８ 第１排気ポート
７０ 第２排気ポート
７２ 第１排気弁
７４ 第２排気弁
８０ カム軸
８２ 第１駆動カム
８４ 第２駆動カム
８６ 第１可変機構
８８ 第２可変機構
９０ 固定動弁機構
９２ ロッカーアーム
９４ 制御軸
９６ 制御アーム
９８ リンクアーム
１００ 第１揺動カムアーム
１０２ 第２揺動カムアーム
１０４ カムローラ
１０６ 第１アームローラ
１０８ 第２アームローラ
１１０ 第１スライド面
１１２ 第２スライド面
１１４ 揺動カム面

Claims (5)

1. 第１吸気弁が配置された第１吸気ポートと、
   第２吸気弁が配置された第２吸気ポートと、
   前記第１吸気弁と前記第２吸気弁とを異なる開弁特性で駆動可能な吸気可変動弁機構とを備え、
   前記吸気可変動弁機構は、要求される作用角が小さくなるほど、前記第１吸気弁のリフト量と前記第２吸気弁のリフト量との差が大きくなる開弁特性を備えていることを特徴とする可変動弁機構を備える内燃機関。
2. 前記吸気可変動弁機構は、前記開弁特性として、前記第１吸気弁および第２吸気弁の作用角が１８０°ＣＡ付近の作用角にあるときに、前記第１吸気弁のリフト量と前記第２吸気弁のリフト量との差が確保される開弁特性を備えていることを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構を備える内燃機関。
3. 前記吸気可変動弁機構は、
   カム軸に固定された駆動カムと前記第１吸気弁との間に介在する部材であって、前記第１吸気弁をリフト方向に押圧する第１揺動カム面と、前記駆動カムと対向して形成された第１スライド面とを有し、前記駆動カムの押圧力を前記第１吸気弁に伝達する第１揺動部材と、
   前記駆動カムと前記第２吸気弁との間に介在する部材であって、前記第２吸気弁をリフト方向に押圧する第２揺動カム面と、前記駆動カムと対向して形成された第２スライド面とを有し、前記駆動カムの押圧力を前記第２吸気弁に伝達する第２揺動部材と、
   前記第１揺動部材および前記第２揺動部材と前記駆動カムとの間に挟まれるように配置され、前記第１スライド面、前記第２スライド面、および前記駆動カムのカム面に接触する中間ローラと、
   前記第１スライド面、前記第２スライド面、および前記駆動カムに対する前記中間ローラの位置を変更可能とする制御機構と、を含むものであって、
   前記第１スライド面のプロフィールと前記第２スライド面のプロフィールとを異ならしめることによって、要求される作用角が小さくなるほど、前記第１吸気弁のリフト量と前記第２吸気弁のリフト量との差が大きくなる前記開弁特性が与えられていることを特徴とする請求項１または２記載の可変動弁機構を備える内燃機関。
4. 前記第１吸気ポートは、前記第２吸気ポートに対して、スワールの生成能力の高い吸気ポートであって、
   前記吸気可変動弁機構は、前記開弁特性として、要求される作用角が小さくなるほど、前記第２吸気弁のリフト量よりも前記第１吸気弁のリフト量が小さくなる開弁特性を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の可変動弁機構を備える内燃機関。
5. 排気弁の閉じ時期を調整可能とする排気可変動弁機構と、
   低負荷時、始動時、または冷間時には、前記排気可変動弁機構を用いて、前記排気弁の閉じ時期を遅角側に制御する排気遅角制御手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項４記載の可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置。

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