JP4867811B2 - Internal combustion engine having a variable valve mechanism - Google Patents
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Description
この発明は、可変動弁機構を備える内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine including a variable valve mechanism.
従来、例えば特許文献1には、同一気筒内に配置された2つの吸気弁の動弁特性を独立して変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関が開示されている。より具体的には、上記従来の内燃機関では、所定の運転条件下において、2つの吸気弁の動弁特性(リフト量など)を異ならせることによって当該2つの吸気弁を通過する吸入空気量を相違させることで、燃焼室内にスワールを発生させるようにしている。
Conventionally, for example,
しかしながら、上記従来の技術においては、2つの吸気弁の吸入空気量を相違させることでスワールを効果的に生成するのに適した吸気ポートの構成に関して、何らの考慮もなされていない。 However, in the above-described conventional technology, no consideration is given to the configuration of the intake port suitable for effectively generating the swirl by making the intake air amounts of the two intake valves different.
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、第1の吸気弁と第2の吸気弁を通過する吸入空気量を相違させることで筒内にスワールを生成する内燃機関において、吸気行程の全域で効果的なスワールを生成可能とする可変動弁機構を備える内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an internal combustion engine that generates a swirl in a cylinder by making the intake air amounts passing through the first intake valve and the second intake valve different from each other. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine including a variable valve mechanism that can generate an effective swirl over the entire intake stroke.
第1の発明は、第1の吸気弁が配置される第1の吸気ポートと、第2の吸気弁が配置される第2の吸気ポートと、当該第1の吸気弁の動弁特性と当該第2の吸気弁の動弁特性とを独立して変更可能とする可変動弁機構と、前記第1の吸気弁と前記第2の吸気弁を通過する吸入空気量に差がつくように前記可変動弁機構を制御することで筒内にスワールを生成するスワール生成手段とを備える内燃機関であって、
前記スワール生成手段は、前記第1の吸気弁の閉じ時期を前記第2の吸気弁の閉じ時期よりも早める片弁早閉じ制御を実行することによって前記の吸入空気量の差を生じさせるものであって、
前記第1の吸気ポートは、前記片弁早閉じ制御の実行時において、前記第1の吸気弁のリフト量がフルリフト量よりも低いリフト量であるときにスワール比がピーク値に達し、かつ、当該フルリフト量であるときには前記ピーク値よりもスワール比が低くなる特性を有しており、
前記第2の吸気ポートは、前記片弁早閉じ制御の実行時において、前記第1の吸気ポートにスワール比の前記ピーク値が到来する際の前記第2の吸気弁のリフト量よりも当該第2の吸気弁のリフト量が高くなったときに当該第2の吸気ポートにスワール比のピーク値が到来するような特性を有しており、
前記第1の吸気ポートがヘリカルポートとして構成されており、
前記第2の吸気ポートがタンジェンシャルポートとして構成されており、
前記第1の吸気弁は、前記片弁早閉じ制御の実行時には、吸気行程の初期から中期の間で開くことを特徴とする。
The first invention includes a first intake port in which a first intake valve is disposed, a second intake port in which a second intake valve is disposed, valve operating characteristics of the first intake valve, and the A variable valve mechanism that allows the valve characteristics of the second intake valve to be changed independently; and the intake air amount that passes through the first intake valve and the second intake valve is different. An internal combustion engine comprising swirl generating means for generating a swirl in a cylinder by controlling a variable valve mechanism,
The swirl generating means generates the difference in the intake air amount by executing a one-valve early closing control that makes the closing timing of the first intake valve earlier than the closing timing of the second intake valve. There,
The first intake port has a swirl ratio that reaches a peak value when the lift amount of the first intake valve is lower than the full lift amount during the execution of the one-valve early closing control, and When it is the full lift amount, it has a characteristic that the swirl ratio is lower than the peak value ,
The second intake port is more than the lift amount of the second intake valve when the peak value of the swirl ratio arrives at the first intake port during execution of the one-valve early closing control. When the lift amount of the
The first intake port is configured as a helical port;
The second intake port is configured as a tangential port;
The first intake valve opens between the initial stage and the middle stage of the intake stroke when the one-valve early closing control is executed .
また、第2の発明は、第1の発明において、前記第1の吸気ポートおよび前記第2の吸気ポートは、前記片弁早閉じ制御の実行時において、前記第1の吸気弁のリフト量がフルリフト量に達する前の低リフト状態で、前記第1の吸気ポートが生成するスワールの方が前記第2の吸気ポートが生成するスワールよりも強くなるような特性を有していることを特徴とする。 The second invention is Oite the first inventions, the first intake port and the second intake port, at the time the execution of the single valve early closing control of the first intake valve The swirl generated by the first intake port has a characteristic that the swirl generated by the second intake port is stronger than the swirl generated by the second intake port in a low lift state before the lift amount reaches the full lift amount. It is characterized by.
第1の発明によれば、スワール生成のための片弁早閉じ制御の実行時において、閉じ時期が早められる第1の吸気弁が配置される第1の吸気ポートを利用して、吸気行程の初期に効果的にスワールを生成することが可能となる。そして、吸気行程の中後期には、より遅くまで開かれる第2の吸気弁が配置されるもう一方の吸気ポートである第2の吸気ポートを利用して、スワールを生成することが可能となる。このように、本発明によれば、吸気行程の初期と中後期とでスワール生成を担う吸気ポートを分離できるようになる。このため、吸気行程の全域に渡って効果的にスワールを生成することが可能となる。また、本発明によれば、吸気行程の中後期において、より効果的なスワールを第2の吸気ポートを利用して生成できるように、第2の吸気ポートの特性を決定することができる。更に、本発明によれば、吸気行程の初期には第1の吸気ポートを利用して効果的にスワールを生成でき、かつ、吸気行程の中後期には第2の吸気ポートを利用して効果的にスワールを生成できるように、吸気ポートを構成することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, when the one-valve early closing control for generating the swirl is executed, the first intake port in which the first intake valve whose closing timing is advanced is arranged is used to perform the intake stroke. It becomes possible to generate a swirl effectively in the initial stage. Then, in the middle and late stages of the intake stroke, it is possible to generate a swirl by using the second intake port, which is the other intake port in which the second intake valve that opens until later is arranged. . As described above, according to the present invention, it is possible to separate the intake port responsible for swirl generation at the initial stage and the mid-late stage of the intake stroke. For this reason, it becomes possible to generate a swirl effectively over the entire intake stroke. Furthermore, according to the present invention, the characteristics of the second intake port can be determined so that a more effective swirl can be generated using the second intake port in the middle and later stages of the intake stroke. Furthermore, according to the present invention, the swirl can be effectively generated by using the first intake port at the initial stage of the intake stroke, and the second intake port can be effectively used at the middle and later stages of the intake stroke. Therefore, it is possible to configure the intake port so that swirl can be generated.
第2の発明によれば、吸気行程の初期において、第1の吸気ポートが効果的なスワール生成を担うように吸気ポートを構成することができる。これにより、吸気行程の全域に渡って効果的にスワールを生成することが可能となる。 According to the second invention, the intake port can be configured such that the first intake port is responsible for effective swirl generation at the initial stage of the intake stroke. This makes it possible to effectively generate a swirl over the entire intake stroke.
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。
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes an
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。
An
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に分配される。
An
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。
An
図1に示す内燃機関10は、各気筒に2つの吸気弁62、66(図3参照)および2つの排気弁(図示省略)を備えているものとする。内燃機関10は、各気筒の吸気弁62、66の動弁特性を変更可能とする吸気可変動弁機構40と、排気弁(図示省略)の動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、2つの吸気弁62、66の動弁特性(リフト量、作用角、閉じ時期など)を独立して変更可能な機構であるものとする。尚、そのような機能を有する吸気可変動弁機構40は、例えば、国際出願の国際公開番号WO 2006/025565 A1号公報に詳述された可変動弁機構によって実現することができる。このため、ここでは、その詳細な説明を省略または簡略するものとする。
The
図2は、図1に示す吸気可変動弁機構40により実現される吸気弁のリフト曲線を示す図である。本実施形態では、スワールの必要な運転領域においては、吸気可変動弁機構40を制御することによって、図2に示すように、一方の吸気弁66の閉弁時期が他方の吸気弁62に比して早められるように制御(片弁早閉じ制御)する。このような片弁早閉じ制御によれば、2つの吸気弁62、66をそれぞれ通過する吸入空気量を相違させることができ、これにより、スワールを良好に生成することができる。尚、本明細書中においては、片弁早閉じ制御時において、吸気弁のリフト量が高くされる方の吸気ポートを「主流ポート(本発明でいう第2の吸気ポート)」と称し、また、吸気弁のリフト量が低くされる方の吸気ポートを「従属ポート(本発明でいう第1の吸気ポート)」と称することとする。
FIG. 2 is a view showing a lift curve of the intake valve realized by the intake
また、排気可変動弁機構42は、排気弁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、吸気可変動弁機構40についても、そのようなVVT機構(図示省略)を併せて備えているものとする。
The exhaust
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。
Further, the system of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. In addition to the various sensors described above, the
[実施の形態1の特徴部分]
(それぞれの吸気ポートに与えられる特性について)
本実施形態の内燃機関10は、吸気ポートの構成に特徴を有している。より具体的には、本実施形態では、上記片弁早閉じ制御の実行時において、リフト量が低くされる方の吸気弁66が配置される吸気ポートである従属ポート(第1の吸気ポート)には、低リフト状態で高いスワール比が得られるような特性が与えられている。より詳細に説明すると、従属ポートには、吸気弁66のリフト量がフルリフト量よりも低いリフト量であるときにスワール比がピーク値に達し、かつ、当該フルリフト量であるときには当該ピーク値よりもスワール比が低くなる特性(図6中の従属Aの特性)が与えられている。
[Characteristics of Embodiment 1]
(About characteristics given to each intake port)
The
一方、本実施形態では、上記片弁早閉じ制御の実行時において、リフト量が高くされる方の吸気弁62が配置される吸気ポートである主流ポート(第2の吸気ポート)には、高リフト状態で高いスワール比が得られるような特性が与えられている。より詳細に説明すると、主流ポートには、従属ポートにスワール比の上記ピーク値が到来する際の吸気弁62のリフト量よりも当該吸気弁62のリフト量が高くなったときに主流ポートにスワール比のピーク値が到来するような特性(図5中の主流Aの特性)が与えられている。
On the other hand, in the present embodiment, during the execution of the one-valve early closing control, the main flow port (second intake port), which is the intake port in which the
また、更に付け加えると、本実施形態の従属ポートおよび主流ポートには、片弁早閉じ制御の実行時において、従属ポート側の吸気弁66のリフト量がフルリフト量に達する前の低リフト状態で、従属ポートによって生成されるスワールの方が主流ポートによって生成されるスワールよりも強くなるような特性が与えられている。
Further, in addition, the dependent port and the mainstream port of this embodiment are in a low lift state before the lift amount of the
(主流ポートと従属ポートの具体例)
図3は、上記のような主流ポートおよび従属ポートの特性を満足する吸気ポート60の構成の一例を表した平面図である。図3に示す一例では、上記片弁早閉じ制御の実行時にリフト量が高くされる方の吸気弁62が配置される吸気ポートである主流ポート60aが、タンジェンシャルポートとして構成されている。このようなタンジェンシャルポートは、基本的に、吸気弁62が高リフト状態にあるときに高いスワール比が得られる特性を有している。より具体的には、このように構成された主流ポート60aによれば、主流ポート60aがシリンダ64の接線方向に沿っているので、吸入空気流量が比較的多くなった高リフト時に、シリンダ64を利用して筒内に効果的にスワールを生成することができる。
(Specific examples of mainstream ports and subordinate ports)
FIG. 3 is a plan view showing an example of the configuration of the
また、図3に示す一例では、上記片弁早閉じ制御の実行時にリフト量が低くされる方の吸気弁66が配置される吸気ポートである従属ポート60bが、ヘリカルポートとして構成されている。このようなヘリカルポートは、吸気弁66側の端部が図3に示す平面図上において渦巻き状に湾曲している。このため、吸気弁66が比較的低リフト状態にあるときに高いスワール比が得られるような特性が与えられている。より具体的には、このように構成された従属ポート60bによれば、吸入空気流量が比較的少ない低リフト時に、ポート自体の渦巻き形状を利用して、筒内に効果的にスワールを生成することができる。
In the example shown in FIG. 3, the
以上説明した本実施形態の吸気ポート60の構成を採用したことにより(すなわち、主流ポート60aを高リフト状態にあるときに高いスワール比が得られる特性とし、かつ、従属ポート60bを低リフト状態にあるときに高いスワール比が得られる特性としたことにより)、吸気行程の初期では従属ポート60bを利用したスワール生成を行い、また、吸気行程の中後期では主流ポート60aを利用したスワール生成を行うというように、吸気行程の初期と中後期とでスワール生成を担う吸気ポートが分離されるようになる。このため、吸気行程の全域に渡って効果的にスワールを生成することが可能となる。以下の図4乃至11を参照して、そのような優れた効果について詳述する。
By adopting the configuration of the
(実施の形態1の吸気ポートの構成による効果)
図4は、本発明の実施の形態1の吸気ポート60の構成による効果を確認するために用意された主流ポートおよび従属ポートのそれぞれのサンプルの特性を示す図である。すなわち、図4に示すように、主流ポートとしては、「主流A」および「主流B」と称する2種類のサンプルが準備され、従属ポートとしても、「従属A」および「従属B」と称する2種類のサンプルが準備されている。ところで、スワール比と吸気ポートの流量係数との間には、基本的にトレードオフの関係がある。すなわち、基本的に、流量係数を高めるとスワール比が小さくなり(スワールが弱くなり)、逆に、スワール比を高めると流量係数が小さくなる。
(Effects of the configuration of the intake port of the first embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating characteristics of samples of the mainstream port and the subordinate port prepared for confirming the effect of the configuration of the
「主流A」は、吸気弁が高リフト状態にあるときに流量係数よりもスワール比を高めることを重視して、吸気ポートの特性が決定されている。また、「主流B」は、吸気弁が高リフト状態にあるときにスワール比より流量係数を高めることを重視して、吸気ポートの特性が決定されている。これらの主流Aや主流Bのポート特性の味付けは、吸気ポートの内壁の形状を適宜調整することによって実現可能なものであるが、この主流Aを実現した吸気ポートの一例としては、上述した図3に示される主流ポート60aが該当する。また、この主流Bは、本実施形態の主流ポート60aとの対比のためにポート特性が調整されたサンプルである。
In “main flow A”, the characteristics of the intake port are determined with emphasis on increasing the swirl ratio rather than the flow coefficient when the intake valve is in a high lift state. In “main flow B”, the characteristics of the intake port are determined with emphasis on increasing the flow coefficient from the swirl ratio when the intake valve is in a high lift state. The flavoring of the port characteristics of the mainstream A and the mainstream B can be realized by appropriately adjusting the shape of the inner wall of the intake port. As an example of the intake port that realizes the mainstream A, the above-described diagram is used. 3 corresponds to the
図5は、主流Aおよび主流Bのそれぞれにおけるスワールおよび流量係数の特性を、リフト量との関係で表した図である。図5(A)に示すように、主流A(黒四角印)は、主流B(黒菱形印)に比して高リフト状態において高いスワール比が得られるような特性を有しているのが判る。一方、図5(B)に示すように、流量係数という点においては、主流Bは、主流Aに比して高リフト状態において高くなるような特性を有しているのが判る。 FIG. 5 is a graph showing swirl and flow coefficient characteristics in the main flow A and the main flow B in relation to the lift amount. As shown in FIG. 5A, the main stream A (black square mark) has a characteristic that a high swirl ratio can be obtained in a high lift state as compared with the main stream B (black rhombus mark). I understand. On the other hand, as shown in FIG. 5B, it can be seen that the main flow B has a characteristic that it is higher in the high lift state than the main flow A in terms of the flow coefficient.
一方、図4において、「従属A」は、吸気弁が低リフト状態にあるときに流量係数よりもスワール比を高めることを重視して、吸気ポートの特性が決定されている。また、「従属B」は、吸気弁が低リフト状態にあるときにスワール比より流量係数を高めることを重視して、吸気ポートの特性が決定されている。これらの従属Aや従属Bのポート特性の味付けについても、上記の主流Aや主流Bと同様に実現可能なものであるが、この従属Aを実現した吸気ポートの一例としては、上述した図3に示される従属ポート60bが該当する。また、この従属Bは、本実施形態の従属ポート60bとの対比のためにポート特性が調整されたサンプルである。
On the other hand, in FIG. 4, “subordinate A” determines the characteristics of the intake port with emphasis on increasing the swirl ratio rather than the flow coefficient when the intake valve is in the low lift state. “Subordinate B” determines the characteristics of the intake port with emphasis on increasing the flow coefficient over the swirl ratio when the intake valve is in a low lift state. The seasoning of the port characteristics of the subordinate A and subordinate B can also be realized in the same manner as the mainstream A and mainstream B described above. As an example of the intake port that realizes the subordinate A, FIG. The
図6は、従属Aおよび従属Bのそれぞれにおけるスワールおよび流量係数の特性を、リフト量との関係で表した図である。図6(A)に示すように、従属A(白丸印)は、従属B(白三角印)に比して低リフト状態において高いスワール比が得られるような特性を有しているのが判る。一方、図6(B)に示すように、流量係数という点においては、従属Bは、従属Aに比して低リフト状態において高くなるような特性を有しているのが判る。 FIG. 6 is a diagram showing the swirl and flow coefficient characteristics in each of subordinate A and subordinate B in relation to the lift amount. As shown in FIG. 6A, it can be seen that the subordinate A (white circle mark) has a characteristic that a high swirl ratio can be obtained in a low lift state as compared to the subordinate B (white triangle mark). . On the other hand, as shown in FIG. 6B, it can be seen that in terms of flow coefficient, the subordinate B has a characteristic that it is higher in the low lift state than the subordinate A.
図7は、本発明の実施の形態1の吸気ポート60の構成による効果を確認するために用いられる上記4つのサンプル(主流A等)の組み合わせ例を説明するための図である。ここでは、図7に示すように、本実施形態の吸気ポート60で採用される組み合わせ、すなわち、主流Aと従属Aの組み合わせを「諸元A」と称している。また、主流Bと従属Bとの組み合わせを「諸元B」と称し、主流Aと従属Bとの組み合わせを「諸元C」と称している。このような3つの諸元A、B、Cによれば、諸元Bと諸元Cを比較することで、主流ポートの影響を判断することができるようになり、また、諸元Aと諸元Cを比較することで、従属ポートの影響を判断することができるようになる。
FIG. 7 is a diagram for explaining a combination example of the four samples (mainstream A and the like) used for confirming the effect of the configuration of the
図8は、吸気行程中のスワール比を上記の3つの諸元A、B、Cの間で比較した図である。図8より、クランク角度で0〜60°CA辺りの吸気行程の初期においても、また、クランク角度で90〜180°CA辺りの吸気行程の中後期においても、主流Aと従属Aとを組み合わせた諸元A(本実施形態のポート構成)が最も効果的にスワールを生成できていることが判る。 FIG. 8 is a diagram comparing the swirl ratio during the intake stroke among the above three specifications A, B, and C. From FIG. 8, the mainstream A and the subordinate A are combined even in the initial stage of the intake stroke of 0 to 60 ° CA in the crank angle and in the middle and late stages of the intake stroke in the range of 90 to 180 ° CA of the crank angle. It can be seen that the specification A (port configuration of the present embodiment) can generate the swirl most effectively.
図9は、本発明の実施の形態1の吸気ポートの構成(諸元A)によるスワール生成機能の向上効果を説明するためのイメージ図である。図9(A)は、吸気行程の初期での動作を示している。上記片弁早閉じ制御の実行時には、従属ポート60b側の吸気弁66は、主流ポート60a側の吸気弁62に比して早閉じされる。このため、片弁早閉じ制御の実行時には、従属ポート60b側の吸気弁66は、吸気行程の初期から中期の間で低リフト領域のみ使用されることになる。本実施形態では、そのように使用される従属ポート60bが低リフト状態でスワール比が高くなる吸気ポートとされている。このため、吸気行程の初期において、従属ポート60bを利用して、効果的にスワールを生成することが可能となる。
FIG. 9 is an image diagram for explaining the improvement effect of the swirl generation function by the configuration (specification A) of the intake port according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9A shows the operation at the initial stage of the intake stroke. When the one-valve early closing control is executed, the
図9(B)は、吸気行程の中後期での動作を示している。上記片弁早閉じ制御の実行時には、吸気行程の中期以降は、主流ポート60a側の吸気弁62のみがリフト動作を行うので、吸入空気は主流ポート60aのみを通って筒内に流入する。このような吸気行程の中後期では、主流ポート60a側の吸気弁62は、高リフト領域が多用されることになる。本実施形態では、そのように使用される主流ポート60aが高リフト状態でスワール比が高くなる吸気ポートとされている。このため、吸気行程の中後期においては、主流ポート60aを利用して、効果的にスワールを生成することが可能となる。
FIG. 9B shows the operation in the middle and late stages of the intake stroke. When the one-valve early closing control is executed, since only the
図10は、流量係数(行程平均μσ)とスワール比(行程平均Swirl)との関係を1回の吸気行程の平均値という形で表した図である。より具体的には、それぞれの諸元A、B、Cの波形は、従属ポート側の吸気弁の早閉じ度を変化させた際に得られる波形をそれぞれ示し、また、各諸元A、B、Cにおいて、図10における横方向に並んだ3つの点は、等早閉じ度での点に対応している。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the flow coefficient (stroke average μσ) and the swirl ratio (stroke average Swirl) in the form of the average value of one intake stroke. More specifically, the waveforms of the respective specifications A, B, and C show the waveforms obtained when the degree of early closing of the intake valve on the dependent port side is changed, and the respective specifications A, B , C, the three points arranged in the horizontal direction in FIG. 10 correspond to the points at the equal close degree.
図10に示す実験結果によれば、本実施形態の構成(諸元A)が、他の諸元B、Cと比べて、流量係数の低下を招くことなく、高いスワール比を得ることができるようになることが判る。その理由は、他の諸元B、Cは、等早閉じ度において、諸元Aと同等の流量係数を確保することはできても、2つの吸気ポートの流れが干渉しあって十分なスワール比が得られていないためであると考えられる。 According to the experimental results shown in FIG. 10, the configuration (specification A) of the present embodiment can obtain a high swirl ratio without causing a decrease in the flow coefficient as compared with the other specifications B and C. It turns out that it becomes. The reason is that the other specifications B and C are able to secure the same flow coefficient as that of the specification A at the iso-closed degree, but the flow of the two intake ports interferes with each other and the swirl is sufficient. This is probably because the ratio was not obtained.
これに対し、本実施形態の主流ポート60aおよび従属ポート60bの構成によれば、吸気行程の初期には、従属ポート60bを利用して強いスワールを生成することができるとともに、吸気行程の中後期には、スワール比がピーク値を過ぎた従属ポート60bが閉じられた状態で主流ポート60aを利用して強いスワールを生成することができる。すなわち、既述したように、吸気行程の初期と中後期とでスワール生成を担う吸気ポートが分離されるようになる。これにより、2つの吸気ポート間での流れの干渉を避けて、吸気行程の全域に渡って効果的にスワールを生成することが可能となる。その結果、スワール比と流量係数とのトレードオフの関係を改善することが可能となる。
In contrast, according to the configuration of the
図11は、内燃機関10の燃費とNOx排出量との関係を表した図である。本実施形態のシステムのように、吸気弁の片弁早閉じ制御によってスワールを生成するシステムにおいては、従属ポート側の吸気弁の早閉じ度をより大きくするにつれ、スワール比を高くすることができるが、流量係数は低下する(上記トレードオフの関係)。ところが、上述した本実施形態の吸気ポート60の構成によれば、上記のようにトレードオフの関係を改善することができるので、流量係数の低下を招くことなく(すなわち、ポンプ損失の悪化(燃費の悪化)を招くことなく)、十分なスワール比を確保できるようになる。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the fuel consumption of the
スワール比を十分に確保できるようになると、筒内において吸入空気と燃料とのミキシングが改善されるので、スモーク排出量を抑制することができる。そして、スモーク排出量を抑制できる分、EGRガス量を増量することが可能となる。これにより、NOx排出量を低減することが可能となる。このため、図11に示すように、燃費の向上と排気エミッション性能の向上(NOx排出量の低減)とを好適に両立することが可能となる。 When the swirl ratio can be sufficiently secured, the mixing of the intake air and the fuel in the cylinder is improved, so that the smoke discharge amount can be suppressed. And it becomes possible to increase the amount of EGR gas by the amount that can suppress the smoke discharge amount. This makes it possible to reduce the NOx emission amount. For this reason, as shown in FIG. 11, it is possible to suitably achieve both improvement in fuel consumption and improvement in exhaust emission performance (reduction in NOx emission).
ところで、上述した実施の形態1においては、本発明でいう「第1の吸気弁」、「第2の吸気弁」、「第1の吸気ポート」、および「第2の吸気ポート」には、吸気弁66、吸気弁62、従属ポート、および主流ポートがそれぞれ対応している。しかしながら、本発明においては、これらの第1、第2の吸気弁や、第1、第2の吸気ポートは、それぞれ各気筒に1つ設けられた構成に限定されるものではない。すなわち、これらの第1、第2の吸気弁や第1、第2の吸気ポートが、各気筒に2つ以上設けられるような構成であってもよい。
By the way, in the first embodiment described above, the “first intake valve”, “second intake valve”, “first intake port”, and “second intake port” in the present invention include: The
尚、上述した実施の形態1においては、ECU50が上記片弁早閉じ制御が実行されるように吸気可変動弁機構40を制御することにより前記第1の発明における「スワール生成手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the “swirl generation means” according to the first aspect of the present invention is realized by the
10 内燃機関
18 排気通路
20 排気マニホールド
26 吸気通路
32 吸気マニホールド
40 吸気可変動弁機構
42 排気可変動弁機構
50 ECU(Electronic Control Unit)
60 吸気ポート
60a 主流ポート
60b 従属ポート
62 吸気弁(主流ポート側)
64 シリンダ
66 吸気弁(従属ポート側)
10
60
64
Claims (2)
前記スワール生成手段は、前記第1の吸気弁の閉じ時期を前記第2の吸気弁の閉じ時期よりも早める片弁早閉じ制御を実行することによって前記の吸入空気量の差を生じさせるものであって、
前記第1の吸気ポートは、前記片弁早閉じ制御の実行時において、前記第1の吸気弁のリフト量がフルリフト量よりも低いリフト量であるときにスワール比がピーク値に達し、かつ、当該フルリフト量であるときには前記ピーク値よりもスワール比が低くなる特性を有しており、
前記第2の吸気ポートは、前記片弁早閉じ制御の実行時において、前記第1の吸気ポートにスワール比の前記ピーク値が到来する際の前記第2の吸気弁のリフト量よりも当該第2の吸気弁のリフト量が高くなったときに当該第2の吸気ポートにスワール比のピーク値が到来するような特性を有しており、
前記第1の吸気ポートがヘリカルポートとして構成されており、
前記第2の吸気ポートがタンジェンシャルポートとして構成されており、
前記第1の吸気弁は、前記片弁早閉じ制御の実行時には、吸気行程の初期から中期の間で開くことを特徴とする可変動弁機構を備える内燃機関。 The first intake port in which the first intake valve is arranged, the second intake port in which the second intake valve is arranged, the valve operating characteristics of the first intake valve, and the second intake valve A variable valve mechanism that can change the valve characteristics independently, and the variable valve mechanism is controlled so that there is a difference in the amount of intake air that passes through the first intake valve and the second intake valve An internal combustion engine comprising swirl generating means for generating swirl in a cylinder,
The swirl generating means generates the difference in the intake air amount by executing a one-valve early closing control that makes the closing timing of the first intake valve earlier than the closing timing of the second intake valve. There,
The first intake port has a swirl ratio that reaches a peak value when the lift amount of the first intake valve is lower than the full lift amount during the execution of the one-valve early closing control, and When it is the full lift amount, it has a characteristic that the swirl ratio is lower than the peak value ,
The second intake port is more than the lift amount of the second intake valve when the peak value of the swirl ratio arrives at the first intake port during execution of the one-valve early closing control. When the lift amount of the intake valve 2 is high, the peak value of the swirl ratio arrives at the second intake port,
The first intake port is configured as a helical port;
The second intake port is configured as a tangential port;
An internal combustion engine provided with a variable valve mechanism, wherein the first intake valve opens between an initial stage and an intermediate stage of an intake stroke when the one-valve early closing control is executed .
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