JP6350975B2 - Engine control device - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に、可変動弁機構によって吸気弁の開閉を制御するエンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to an engine control device, and more particularly to an engine control device that controls opening and closing of an intake valve by a variable valve mechanism.

従来から、エンジンの制御装置においては、エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁及び閉弁の時期を適切に制御することにより、特に圧縮自己燃焼運転領域におけるエンジンの運転効率を高める技術が知られている。そして、エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁及び閉弁を制御するための手段としては、弁の開閉を、カムの表面に設けられたカム山の形状に応じて一定の間隔で、且つ一定のリフト量で開閉弁させる、いわゆるメカニカル動弁機構や、所定のタイミングで所定のリフト量で開閉弁させることができる可変動弁機構が知られている(例えば、特許文献1)。   2. Description of the Related Art Conventionally, in an engine control device, a technique for improving the engine operating efficiency particularly in a compression self-combustion operation region by appropriately controlling the timing of opening and closing of an intake valve and an exhaust valve of an engine is known. ing. As a means for controlling the opening and closing of the intake valve and exhaust valve of the engine, the opening and closing of the valve is performed at regular intervals according to the shape of the cam crest provided on the surface of the cam. There is known a so-called mechanical valve mechanism that opens and closes at a predetermined lift amount, and a variable valve mechanism that can be opened and closed at a predetermined timing with a predetermined lift amount (for example, Patent Document 1).

特開2009−121481号公報JP 2009-121481 A

特許文献1に記載された可変動弁機構は、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され、カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、圧力室に接続されており、開閉することにより吸気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を備えている。そして、このような可変動弁機構によれば、カムの形状に完全に依存することなく、油圧バルブによって吸気弁の開閉を制御することができる。   The variable valve mechanism described in Patent Document 1 includes a cam that rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft, a pressure chamber in which engine oil is filled and the oil pressure of the engine oil changes according to the operation of the cam, And a hydraulic valve that is connected to the chamber and controls the hydraulic pressure applied to the intake valve by opening and closing. According to such a variable valve mechanism, the opening and closing of the intake valve can be controlled by the hydraulic valve without completely depending on the shape of the cam.

ところで、近年では、燃費の向上等を実現するために、エンジンの吸気弁及び排気弁のリフトタイミングをエンジンの運転状態に応じてベースプロフィールに対して早めたり、遅延させたりすることが行われている。   By the way, in recent years, in order to realize improvement in fuel consumption, the lift timing of the intake valve and exhaust valve of the engine is advanced or delayed with respect to the base profile according to the operating state of the engine. Yes.

そして、可変動弁機構において、弁の開弁時期を遅らせるためには、クランクシャフトと同期して回転するカムのカム山のプロフィールに従わず、カムの動作によって圧力室が高まったとしても、油圧バルブを制御することにより、カムの動作に連動して弁が作動しないようにすることが必要となる。そして、カムによって圧力室内の圧力が上昇し始めてから所定の時間経過後に、油圧バルブを閉弁することにより、圧力室内の圧力上昇を吸気弁に伝達し、弁を開弁させることで吸気弁の時期を、カム山のプロフィールに対して遅らせる。   In the variable valve mechanism, in order to delay the valve opening timing, even if the pressure chamber is increased by the cam operation without following the cam peak profile of the cam rotating in synchronization with the crankshaft, By controlling the valve, it is necessary to prevent the valve from operating in conjunction with the operation of the cam. Then, after a predetermined time has elapsed after the cam starts to increase the pressure in the pressure chamber, the hydraulic valve is closed to transmit the pressure increase in the pressure chamber to the intake valve, and the valve is opened to open the valve. Delay the time relative to the profile of Mount Cam.

しかしながら、弁の開弁時期を遅らせる制御を行うと、油圧脈動が生じ、油圧バルブの開閉制御に遅延が生じてしまう、という問題があった。即ち、油圧バルブを用いて弁のリフト開始時期を遅らせる場合、カム山のプロフィールに応じて圧力室内の圧力が高まった状態で油圧バルブを作動させ、弁のリフトを開始することとなる。しかしながら、上述したように、圧力室内の圧力が高まった状態で弁のリフトを開始すると、弁に作用する圧力が急激に増加し、圧力室内で油圧脈動が発生してしまう。そして、圧力室内で油圧脈動が発生すると、油圧バルブを閉じる動作が遅れ、弁のリフト量を正確に制御することができなくなってしまう。   However, when the control for delaying the valve opening timing is performed, there is a problem that hydraulic pulsation occurs, and the hydraulic valve opening / closing control is delayed. That is, when the valve lift start timing is delayed using the hydraulic valve, the hydraulic valve is operated in a state where the pressure in the pressure chamber is increased according to the profile of the cam crest, and the valve lift is started. However, as described above, when the valve lift is started in a state where the pressure in the pressure chamber is increased, the pressure acting on the valve is rapidly increased, and hydraulic pulsation is generated in the pressure chamber. If hydraulic pulsation occurs in the pressure chamber, the operation of closing the hydraulic valve is delayed, and the lift amount of the valve cannot be accurately controlled.

そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、弁の開弁時期を遅らせる制御を行う際に、油圧脈動を抑制することにより、弁のリフト量を正確に制御することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and accurately controls the lift amount of the valve by suppressing the hydraulic pulsation when performing control for delaying the valve opening timing. It is an object of the present invention to provide an engine control device that can perform the above-described operation.

上述した課題を解決するために、本発明は、吸気を気筒内に導入するための吸気弁と、この吸気弁に取り付けられ、その開閉を制御する油圧式可変動弁機構であって、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され、カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、圧力室に接続されており、開閉することにより吸気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を有する油圧式可変動弁機構と、吸気弁に取り付けられ、その開閉を制御する機械式可変動弁機構と、油圧式可変動弁機構及び機械式可変動弁機構による吸気弁の開弁時期を制御する吸気弁開弁時期制御手段と、を有するエンジンの制御装置であって、吸気弁開弁時期制御手段は、エンジンの運転状態に応じて、所定の遅角時期までは油圧式可変動弁機構により前記吸気弁の開弁時期を遅角させると共に、所定の遅角時期後は前記機械式可変動弁機構により前記吸気弁の開弁時期を遅角させる、ことを特徴とするIn order to solve the above-described problems, the present invention provides an intake valve for introducing intake air into a cylinder, and a hydraulic variable valve mechanism that is attached to the intake valve and controls the opening and closing thereof. a cam that rotates in synchronization with the rotation, the engine oil is filled therein, a pressure chamber pressure of the engine oil is changed by the operation of the cam, is connected to the pressure chamber, it acts on the intake valve by opening and closing A hydraulic variable valve mechanism having a hydraulic valve for controlling the hydraulic pressure to be driven, a mechanical variable valve mechanism that is attached to the intake valve and controls opening and closing thereof, a hydraulic variable valve mechanism, and a mechanical variable valve An intake valve opening timing control means for controlling the opening timing of the intake valve by the mechanism , wherein the intake valve opening timing control means has a predetermined delay according to the operating state of the engine. Corner Until the period, the opening timing of the intake valve is retarded by a hydraulic variable valve mechanism, and after a predetermined delay timing, the opening timing of the intake valve is retarded by the mechanical variable valve mechanism, It is characterized by that .

このように構成された本発明によれば、エンジンの運転状態に応じて、油圧式可変動弁機構のエンジンオイルの油圧が変化する圧力室内の油圧脈動が発生しにくい所定の遅角時期までは、油圧式可変動弁機構によって弁の開弁時期を遅らせることができる。そして、圧力室内の油圧脈動が発生し易い時期である所定の遅角時期よりも遅い時期の場合には、油圧を用いない機械式可変動弁機構を用いて弁の開弁時期を遅らせる。これにより、弁の開弁時期を遅らせる際に油圧脈動が発生するのを防止し、弁のリフト量を正確に制御することができる。 According to the present invention configured as described above, until a predetermined delay time in which the hydraulic pulsation in the pressure chamber in which the hydraulic pressure of the engine oil of the hydraulic variable valve mechanism changes according to the operating state of the engine is less likely to occur. The valve opening timing of the valve can be delayed by the hydraulic variable valve mechanism. Then, when the timing is later than a predetermined delay timing, which is a timing at which hydraulic pulsation in the pressure chamber is likely to occur , the valve opening timing is delayed using a mechanical variable valve mechanism that does not use hydraulic pressure. Thereby, it is possible to prevent hydraulic pulsation from occurring when the valve opening timing is delayed, and to accurately control the lift amount of the valve.

また、本発明において、好ましくは、吸気弁開弁時期制御手段は、圧縮自己燃焼制御を行っており、吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させている場合に、エンジン回転数に応じて吸気行程における吸気弁の開弁時期が遅くなるように油圧式可変動弁機構の油圧バルブを制御し、吸気弁開弁時期制御手段は、圧縮自己燃焼制御を行っており、吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させており、かつ所定の遅角時期後に、エンジン回転数に応じて吸気行程における前記吸気弁の開弁時期を遅らせるように前記機械式可変動弁機構を制御するIn the present invention, preferably, the intake valve opening timing control means performs compression self-combustion control, and when the burned gas and fresh air are mixed during the intake stroke, the rotation speed of the engine is adjusted. Accordingly, the hydraulic valve of the hydraulic variable valve mechanism is controlled so that the opening timing of the intake valve in the intake stroke is delayed, and the intake valve opening timing control means performs compression self-combustion control. and by mixing the fresh air and burnt gas, and after a predetermined retard timing, the mechanical variable valve mechanism so as to delay the opening timing of the intake valve in the intake stroke according to the rotation speed of the engine To control .

このように構成された本発明によれば、圧縮自己燃焼制御を行っており、かつ吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させている場合に、吸気弁の開弁時期を遅らせることができる。これにより、既燃ガスに対する新気の相対量を減らすことができる。また、圧縮自己燃焼制御を行っており、かつ吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させている場合において、吸気弁の開弁時期をさらに遅らせる場合(所定の遅角時期後の場合)には、吸気弁の制御を、油圧式可変動弁機構による制御から機械式可変動弁機構による制御に切り換えることができる。そして、吸気弁の制御を機械式可変動弁機構による制御とすることにより、吸気弁の開弁時期を遅らせたとしても油圧脈動が生じるのを防止することができる。 According to the present invention configured as described above, when the compression self-combustion control is performed and the burned gas and fresh air are mixed during the intake stroke, the opening timing of the intake valve can be delayed. it can. Thereby, the relative amount of fresh air with respect to burned gas can be reduced. In addition, when the compression self-combustion control is performed and the burned gas and fresh air are mixed during the intake stroke, the opening timing of the intake valve is further delayed (after a predetermined delay timing) The control of the intake valve can be switched from the control by the hydraulic variable valve mechanism to the control by the mechanical variable valve mechanism. By controlling the intake valve by a mechanical variable valve mechanism, it is possible to prevent the occurrence of hydraulic pulsation even if the opening timing of the intake valve is delayed.

また、本発明において、好ましくは、前記エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、スロットル弁の開度を小さくする。   In the present invention, it is preferable that the opening degree of the throttle valve is reduced when the engine speed exceeds a predetermined speed.

このように構成された本発明によれば、エンジンの回転数が所定の回転数を超えるまでは、上述したように、吸気弁の開弁時期を遅らせる。そして、エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、スロットル弁の開度を小さくし、これにより、吸気弁を介して気筒内に導入される新気の量を減らし、既燃ガスの相対的な量を増やすことができる。   According to the present invention configured as described above, as described above, the valve opening timing of the intake valve is delayed until the engine speed exceeds a predetermined speed. When the engine speed exceeds the predetermined speed, the throttle valve opening is reduced, thereby reducing the amount of fresh air introduced into the cylinder via the intake valve and The relative amount of gas can be increased.

また、本発明において、好ましくは、さらに、エンジンは、排気を気筒内から排出するための排気弁及びその排気弁の下流側に設けられた排気シャッター弁を有し、エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、排気シャッター弁を閉じる。 In the present invention, it is preferable that the engine further includes an exhaust valve for exhausting the exhaust gas from the cylinder and an exhaust shutter valve provided on the downstream side of the exhaust valve . When the rotation speed is exceeded, the exhaust shutter valve is closed.

このように構成された本発明によれば、エンジンの回転数が所定の回転数を超えるまでは、上述したように、吸気弁の開弁時期を遅らせる。そして、エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、排気シャッター弁を閉じ、これにより、気筒内から一旦排出された既燃ガスをエンジン付近に留めることができる。そして、エンジン付近に留まっている既燃ガスを気筒内に再導入することにより、気筒内の既燃ガスの相対的な量を増やすことができる。   According to the present invention configured as described above, as described above, the valve opening timing of the intake valve is delayed until the engine speed exceeds a predetermined speed. When the engine speed exceeds a predetermined speed, the exhaust shutter valve is closed, so that the burned gas once exhausted from the cylinder can be kept near the engine. The relative amount of burned gas in the cylinder can be increased by reintroducing burnt gas remaining in the vicinity of the engine into the cylinder.

以上のように、本発明によれば、油圧脈動を抑制することにより、吸気弁のリフト量を正確に制御することができる。   As described above, according to the present invention, the lift amount of the intake valve can be accurately controlled by suppressing the hydraulic pulsation.

本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるエンジンにおける吸気弁に適用される油圧式可変動弁機構の概略側面図である。1 is a schematic side view of a hydraulic variable valve mechanism that is applied to an intake valve in an engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による油圧式可変動弁機構のカムを示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows the cam of the hydraulic variable valve mechanism by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるエンジンの制御ブロック図である。It is a control block diagram of the engine by the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。It is explanatory drawing of the driving | operation area | region of the engine by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による第1の運転領域での吸気弁及び吸気弁の基本動作の説明図である。It is explanatory drawing of the basic operation | movement of an intake valve and an intake valve in the 1st operation area | region by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による吸気側の油圧式可変動弁機構の特性についての説明図である。It is explanatory drawing about the characteristic of the hydraulic-type variable valve mechanism by the side of an intake by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による吸気弁の動作についての説明図である。It is explanatory drawing about operation | movement of the intake valve by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による吸気弁のリフト開始時期を決定するためのフロー図である。It is a flowchart for determining the lift start time of the intake valve by embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンについて説明する。   Hereinafter, an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[エンジンの構成]
まず、図1乃至図4を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの構成について説明する。図1は、本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図であり、図2は、本発明の実施形態によるエンジンの吸気弁に適用される吸気側の油圧式可変動弁機構の概略側面図(部分的に断面図を示している)であり、図3は、本発明の実施形態による吸気側の油圧式可変動弁機構のカムを示す概略側面図であり、図4は、本発明の実施形態によるエンジンの制御ブロック図である。
[Engine configuration]
First, the configuration of an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic side view of an intake side hydraulic variable valve mechanism that is applied to an intake valve of the engine according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic side view showing a cam of an intake side hydraulic variable valve mechanism according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a control block diagram of the engine by a form.

図1に示すように、エンジン1は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン1は、複数の気筒18が設けられたシリンダブロック11(なお、図1では、1つの気筒のみを図示するが、例えば4つの気筒が直列に設けられる)と、このシリンダブロック11上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン13とを有している。各気筒18内には、コンロッド142を介してクランクシャフト15と連結されているピストン14が往復動可能に嵌挿されている。ピストン14の頂面には、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ141が形成されている。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ67に相対する。シリンダヘッド12と、気筒18と、キャビティ141を有するピストン14とは、燃焼室19を画定する。なお、燃焼室19の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ141の形状、ピストン14の頂面形状、及び、燃焼室19の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。   As shown in FIG. 1, the engine 1 is a gasoline engine that is mounted on a vehicle and supplied with fuel containing at least gasoline. The engine 1 includes a cylinder block 11 provided with a plurality of cylinders 18 (in FIG. 1, only one cylinder is illustrated, but four cylinders are provided in series, for example), and the cylinder block 11 is disposed on the cylinder block 11. The cylinder head 12 is provided, and an oil pan 13 is provided below the cylinder block 11 and stores lubricating oil. A piston 14 connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 142 is fitted in each cylinder 18 so as to be able to reciprocate. A cavity 141 like a reentrant type in a diesel engine is formed on the top surface of the piston 14. The cavity 141 is opposed to an injector 67 described later when the piston 14 is positioned near the compression top dead center. The cylinder head 12, the cylinder 18, and the piston 14 having the cavity 141 define a combustion chamber 19. The shape of the combustion chamber 19 is not limited to the shape illustrated. For example, the shape of the cavity 141, the top surface shape of the piston 14, the shape of the ceiling portion of the combustion chamber 19, and the like can be changed as appropriate.

このエンジン1は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、15以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は15以上20以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。   The engine 1 is set to a relatively high geometric compression ratio of 15 or more for the purpose of improving the theoretical thermal efficiency and stabilizing the compression ignition combustion described later. In addition, what is necessary is just to set a geometric compression ratio suitably in the range of about 15-20.

シリンダヘッド12には、気筒18毎に、吸気ポート16及び排気ポート17が形成されていると共に、これら吸気ポート16及び排気ポート17には、燃焼室19側の開口を開閉する吸気弁21及び排気弁22がそれぞれ配設されている。   The cylinder head 12 is provided with an intake port 16 and an exhaust port 17 for each cylinder 18. The intake port 16 and the exhaust port 17 have an intake valve 21 and an exhaust for opening and closing the opening on the combustion chamber 19 side. Each valve 22 is disposed.

図2に示すように、吸気弁21には、油圧式可変動弁機構72が取り付けられており(図4参照)、この吸気側可変動弁機構72は、油圧を用いて吸気弁21の開閉時期及び/又はリフト量を変化させる。また、吸気弁21には、所定の条件下でのみ作動する機械式可変動弁機構74が取り付けられている。   As shown in FIG. 2, a hydraulic variable valve mechanism 72 is attached to the intake valve 21 (see FIG. 4). The intake side variable valve mechanism 72 opens and closes the intake valve 21 using hydraulic pressure. Change the timing and / or lift amount. The intake valve 21 is provided with a mechanical variable valve mechanism 74 that operates only under a predetermined condition.

図2に示すように、吸気弁21に適用される油圧式可変動弁機構72は、外部から供給されたエンジンオイルが通過するオイル供給路72aと、オイル供給路72a上に設けられた三方弁としてのソレノイドバルブ72b(油圧バルブに相当する)と、オイル供給路72aからソレノイドバルブ72bを介して供給されたエンジンオイルが充填される圧力室72cと、を有する。この場合、ソレノイドバルブ72bが開弁しているときに、オイル供給路72aと圧力室72cとが流体連通されて、オイル供給路72aから圧力室72cへとエンジンオイルが供給される(図2中の矢印A11参照)。ソレノイドバルブ72bは、通電されていない状態では開弁しており、通電されると閉弁する。より詳しくは、ソレノイドバルブ72bは、通電され続けることにより、閉弁状態が維持される。なお、ソレノイドバルブ72bの上流側のオイル供給路72a上には、図示しない逆止弁などが設けられている。   As shown in FIG. 2, a hydraulic variable valve mechanism 72 applied to the intake valve 21 includes an oil supply path 72a through which engine oil supplied from the outside passes, and a three-way valve provided on the oil supply path 72a. As a solenoid valve 72b (corresponding to a hydraulic valve) and a pressure chamber 72c filled with engine oil supplied from the oil supply passage 72a via the solenoid valve 72b. In this case, when the solenoid valve 72b is open, the oil supply path 72a and the pressure chamber 72c are in fluid communication, and engine oil is supplied from the oil supply path 72a to the pressure chamber 72c (in FIG. 2). Arrow A11). The solenoid valve 72b is open when not energized and closes when energized. More specifically, the solenoid valve 72b is maintained in a closed state by being energized. Note that a check valve (not shown) is provided on the oil supply path 72a upstream of the solenoid valve 72b.

また、油圧式可変動弁機構72は、タイミングベルトなどを介してクランクシャフト15の回転が伝達される吸気カムシャフト23上に設けられたカム72dと、カム72dから伝達された力により揺動するローラーフィンガーフォロア72eと、圧力室72cに連結されており、ローラーフィンガーフォロア72eによって動作されて、圧力室72c内のエンジンオイルの圧力(油圧)を上昇させるポンプユニット72fと、を有する。加えて、油圧式可変動弁機構72は、ソレノイドバルブ72bを介して圧力室72cに連結され、圧力室72c内の油圧によって吸気弁21を開弁させるように動作するブレーキユニット72gと、ブレーキユニット72gが動作していないときに吸気弁21の閉状態を維持するための力を付与するバルブスプリング72hと、を有する。この場合、ソレノイドバルブ72bが閉弁しているときに、オイル供給路72aと圧力室72cとの流体連通が遮断されて、圧力室72cとブレーキユニット72gとが流体連通されることで、圧力室72c内の油圧がブレーキユニット72gに作用する(図2中の矢印A12参照)。   The hydraulic variable valve mechanism 72 swings by a cam 72d provided on the intake camshaft 23 to which rotation of the crankshaft 15 is transmitted via a timing belt and the like, and a force transmitted from the cam 72d. A roller finger follower 72e and a pump unit 72f connected to the pressure chamber 72c and operated by the roller finger follower 72e to increase the pressure (hydraulic pressure) of engine oil in the pressure chamber 72c. In addition, the hydraulic variable valve mechanism 72 is connected to the pressure chamber 72c via the solenoid valve 72b, and operates to open the intake valve 21 by the hydraulic pressure in the pressure chamber 72c. And a valve spring 72h for applying a force for maintaining the closed state of the intake valve 21 when the 72g is not operating. In this case, when the solenoid valve 72b is closed, the fluid communication between the oil supply path 72a and the pressure chamber 72c is interrupted, and the pressure chamber 72c and the brake unit 72g are in fluid communication with each other. The hydraulic pressure in 72c acts on the brake unit 72g (see arrow A12 in FIG. 2).

また、図3に示すように、カム72dは、クランクシャフト23に固定されており、クランクシャフト23の回転と同期して、矢印A13方向に回転する。そして、カム72dが回転すると、カム72dのカム山の回転方向先行側端面72iがローラーフィンガーフォロア72eに作用する。   As shown in FIG. 3, the cam 72d is fixed to the crankshaft 23, and rotates in the direction of arrow A13 in synchronization with the rotation of the crankshaft 23. Then, when the cam 72d rotates, the end surface 72i in the rotational direction of the cam crest of the cam 72d acts on the roller finger follower 72e.

油圧式可変動弁機構72が吸気弁21を開弁させる動作について具体的に説明する。カム72dが吸気カムシャフト23と同期して回転している最中において、カム72dに形成されたカム山(換言するとカムロブ)がローラーフィンガーフォロア72eに接触すると、このカム山の先行側端面72iがローラーフィンガーフォロア72eに接触している間、カム山がローラーフィンガーフォロア72eを押し込む。これにより、ローラーフィンガーフォロア72eがポンプユニット71fを付勢して、ポンプユニット71fが圧力室71c内のエンジンオイルを圧縮するように動作することで、圧力室71c内の油圧が上昇する。このときに、ソレノイドバルブ72bを閉弁すると、上昇された圧力室72c内の油圧がブレーキユニット72gに作用して、ブレーキユニット72gが吸気弁21を付勢することで、吸気弁21がリフトする、つまり吸気弁21が開弁する。   The operation of the hydraulic variable valve mechanism 72 for opening the intake valve 21 will be specifically described. When the cam crest (in other words, the cam lobe) formed on the cam 72d contacts the roller finger follower 72e while the cam 72d is rotating in synchronization with the intake camshaft 23, the leading end surface 72i of the cam crest is While contacting the roller finger follower 72e, the cam crest pushes the roller finger follower 72e. Thereby, the roller finger follower 72e urges the pump unit 71f, and the pump unit 71f operates so as to compress the engine oil in the pressure chamber 71c, whereby the hydraulic pressure in the pressure chamber 71c increases. At this time, when the solenoid valve 72b is closed, the raised hydraulic pressure in the pressure chamber 72c acts on the brake unit 72g, and the brake unit 72g urges the intake valve 21 to lift the intake valve 21. That is, the intake valve 21 is opened.

基本的には、カム72dに形成されたカム山の先行側端面72iがローラーフィンガーフォロア72eに作用している間の何処かのタイミングでソレノイドバルブ72bを閉弁すると、吸気弁21を開弁させることができる。したがって、ソレノイドバルブ72bを開状態から閉状態に切り替えるタイミングを変えることで、吸気弁21の開弁時期を変化させることができる。本実施形態では、吸気行程において吸気弁21を開弁できるように、カム72d上の所定位置にカム山が形成されている。   Basically, when the solenoid valve 72b is closed at some timing while the leading end surface 72i of the cam crest formed on the cam 72d is acting on the roller finger follower 72e, the intake valve 21 is opened. be able to. Therefore, the valve opening timing of the intake valve 21 can be changed by changing the timing of switching the solenoid valve 72b from the open state to the closed state. In the present embodiment, a cam crest is formed at a predetermined position on the cam 72d so that the intake valve 21 can be opened in the intake stroke.

また、図2に示すように、吸気カムシャフト23の端には、機械式可変動弁機構74が取り付けられている。機械式可変動弁機構74は、例えば、クランクシャフトの回転に対して吸気カムシャフト23の回転に位相差を生じさせる位相変化型の可変動弁機構、異なるプロフィールを有する複数のカムを備えエンジンの運転状態に応じてカムを切り替えるカム切り替え型の可変動弁機構等の公知の機構によって構成されている。   As shown in FIG. 2, a mechanical variable valve mechanism 74 is attached to the end of the intake camshaft 23. The mechanical variable valve mechanism 74 includes, for example, a phase change type variable valve mechanism that causes a phase difference in the rotation of the intake camshaft 23 with respect to the rotation of the crankshaft, and a plurality of cams having different profiles. It is configured by a known mechanism such as a cam switching type variable valve mechanism that switches the cam according to the operating state.

また、エンジンの排気側にも、吸気側と同様に機械式及び油圧式可変動弁機構が設けられており、排気行程において排気弁22を開弁できるように構成されている。また、後述するように、吸気行程において排気弁22を開弁して、いわゆる排気の二度開きを行う場合には、追加のカム山が排気側の油圧式可変動弁機構71の所定の位置に形成されている。このような排気の二度開きは、排気ポート17から燃焼室19へ既燃ガス(内部EGRガス)を逆流させて再導入する場合に実行される。   Further, similarly to the intake side, mechanical and hydraulic variable valve mechanisms are provided on the exhaust side of the engine so that the exhaust valve 22 can be opened in the exhaust stroke. Further, as will be described later, when the exhaust valve 22 is opened during the intake stroke and the so-called exhaust is opened twice, an additional cam crest is located at a predetermined position of the hydraulic variable valve mechanism 71 on the exhaust side. Is formed. Such double opening of the exhaust is performed when burnt gas (internal EGR gas) is caused to flow backward from the exhaust port 17 to the combustion chamber 19 and reintroduced.

図1を再度参照すると、シリンダヘッド12には、気筒18毎に、気筒18内に燃料を直接噴射する(直噴)インジェクタ67が取り付けられている。インジェクタ67は、その噴口が燃焼室19の天井面の中央部分から、その燃焼室19内に臨むように配設されている。インジェクタ67は、エンジン1の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン1の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室19内に直接噴射する。この例において、インジェクタ67は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ67は、燃料噴霧が、燃焼室19の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室19の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ141の壁面に沿って流動する。キャビティ141は、ピストン14が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ67とキャビティ141との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、インジェクタ67は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。   Referring to FIG. 1 again, the cylinder head 12 is provided with an injector 67 for direct injection of fuel into the cylinder 18 for each cylinder 18 (direct injection). The injector 67 is disposed so that its nozzle hole faces the inside of the combustion chamber 19 from the central portion of the ceiling surface of the combustion chamber 19. The injector 67 directly injects an amount of fuel into the combustion chamber 19 at an injection timing set according to the operating state of the engine 1 and according to the operating state of the engine 1. In this example, the injector 67 is a multi-hole injector having a plurality of nozzle holes, although detailed illustration is omitted. Thereby, the injector 67 injects the fuel so that the fuel spray spreads radially from the center position of the combustion chamber 19. At the timing when the piston 14 is positioned near the compression top dead center, the fuel spray injected radially from the central portion of the combustion chamber 19 flows along the wall surface of the cavity 141 formed on the top surface of the piston. It can be paraphrased that the cavity 141 is formed so that the fuel spray injected at the timing when the piston 14 is located near the compression top dead center is contained therein. This combination of the multi-hole injector 67 and the cavity 141 is an advantageous configuration for shortening the mixture formation period and the combustion period after fuel injection. In addition, the injector 67 is not limited to a multi-hole injector, and may be an open valve type injector.

図外の燃料タンクとインジェクタ67との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ63とコモンレール64とを含みかつ、インジェクタ67に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム62が介設されている。燃料ポンプ63は、燃料タンクからコモンレール64に燃料を圧送し、コモンレール64は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ67が開弁することによって、コモンレール64に蓄えられている燃料がインジェクタ67の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ63は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン1によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム62は、30MPa以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ67に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で120MPa程度に設定してもよい。インジェクタ67に供給される燃料の圧力は、エンジン1の運転状態に応じて変更される。なお、燃料供給システム62は、この構成に限定されるものではない。   A fuel tank (not shown) and the injector 67 are connected to each other by a fuel supply path. A fuel supply system 62 including a fuel pump 63 and a common rail 64 and capable of supplying fuel to the injector 67 at a relatively high fuel pressure is interposed on the fuel supply path. The fuel pump 63 pumps fuel from the fuel tank to the common rail 64, and the common rail 64 can store the pumped fuel at a relatively high fuel pressure. When the injector 67 is opened, the fuel stored in the common rail 64 is injected from the injection port of the injector 67. Here, although not shown, the fuel pump 63 is a plunger type pump and is driven by the engine 1. The fuel supply system 62 configured to include this engine-driven pump enables the fuel with a high fuel pressure of 30 MPa or more to be supplied to the injector 67. The fuel pressure may be set to about 120 MPa at the maximum. The pressure of the fuel supplied to the injector 67 is changed according to the operating state of the engine 1. The fuel supply system 62 is not limited to this configuration.

シリンダヘッド12にはまた、燃焼室19内の混合気に強制点火(具体的には火花点火)する点火プラグ25が取り付けられている。点火プラグ25は、この例では、エンジン1の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド12内を貫通して配置されている。点火プラグ25の先端は、圧縮上死点に位置するピストン14のキャビティ141内に臨んで配置される。   An ignition plug 25 for forcibly igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 19 (specifically, spark ignition) is also attached to the cylinder head 12. In this example, the spark plug 25 is disposed through the cylinder head 12 so as to extend obliquely downward from the exhaust side of the engine 1. The tip of the spark plug 25 is disposed facing the cavity 141 of the piston 14 located at the compression top dead center.

エンジン1の一側面には、図1に示すように、各気筒18の吸気ポート16に連通するように吸気通路30が接続されている。一方、エンジン1の他側面には、各気筒18の燃焼室19からの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路40が接続されている。   As shown in FIG. 1, an intake passage 30 is connected to one side of the engine 1 so as to communicate with the intake port 16 of each cylinder 18. On the other hand, an exhaust passage 40 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 19 of each cylinder 18 is connected to the other side of the engine 1.

吸気通路30の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ31が配設され、その下流側には、各気筒18への吸入空気量を調節するスロットル弁36が配設されている。また、吸気通路30における下流端近傍には、サージタンク33が配設されている。このサージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、気筒18毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒18の吸気ポート16にそれぞれ接続されている。   An air cleaner 31 that filters intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 30, and a throttle valve 36 that adjusts the amount of intake air to each cylinder 18 is disposed downstream thereof. A surge tank 33 is disposed near the downstream end of the intake passage 30. The intake passage 30 on the downstream side of the surge tank 33 is an independent passage branched for each cylinder 18, and the downstream end of each independent passage is connected to the intake port 16 of each cylinder 18.

排気通路40の上流側の部分は、気筒18毎に分岐して排気ポート17の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路40における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト41及びアンダーフットキャタリスト42はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。   The upstream portion of the exhaust passage 40 is constituted by an exhaust manifold having an independent passage branched for each cylinder 18 and connected to the outer end of the exhaust port 17 and a collecting portion where the independent passages gather. A direct catalyst 41 and an underfoot catalyst 42 are connected downstream of the exhaust manifold in the exhaust passage 40 as exhaust purification devices for purifying harmful components in the exhaust gas. Each of the direct catalyst 41 and the underfoot catalyst 42 includes a cylindrical case and, for example, a three-way catalyst disposed in a flow path in the case.

吸気通路30におけるサージタンク33とスロットル弁36との間の部分と、排気通路40における直キャタリスト41よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路30に還流するためのEGR通路50を介して接続されている。このEGR通路50は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ52が配設された主通路51を含んで構成されている。主通路51には、排気ガスの吸気通路30への還流量を調整するためのEGR弁511が配設されている。   A portion between the surge tank 33 and the throttle valve 36 in the intake passage 30 and a portion upstream of the direct catalyst 41 in the exhaust passage 40 are used for returning a part of the exhaust gas to the intake passage 30. They are connected via a passage 50. The EGR passage 50 includes a main passage 51 in which an EGR cooler 52 for cooling the exhaust gas with engine coolant is disposed. The main passage 51 is provided with an EGR valve 511 for adjusting the recirculation amount of the exhaust gas to the intake passage 30.

エンジン1は、制御手段としてのパワートレイン・コントロール・モジュール(以下では「PCM」と呼ぶ。)10によって制御される。PCM10は、CPU、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このPCM10が制御器を構成する。   The engine 1 is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as “PCM”) 10 as control means. The PCM 10 includes a microprocessor having a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a path connecting these units. This PCM 10 constitutes a controller.

PCM10には、図1及び図3に示すように、各種のセンサSW1、SW2、SW4〜SW18の検出信号が入力される。具体的には、PCM10には、エアクリーナ31の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサSW1の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサSW2の検出信号と、EGR通路50における吸気通路30との接続部近傍に配置されかつ、外部EGRガスの温度を検出するEGRガス温センサSW4の検出信号と、吸気ポート16に取り付けられかつ、気筒18内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサSW5の検出信号と、シリンダヘッド12に取り付けられかつ、気筒18内の圧力を検出する筒内圧センサSW6の検出信号と、排気通路40におけるEGR通路50の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサSW7及び排気圧センサSW8の検出信号と、直キャタリスト41の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサSW9の検出信号と、直キャタリスト41とアンダーフットキャタリスト42との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダO2センサSW10の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW11の検出信号と、クランクシャフト15の回転角を検出するクランク角センサSW12の検出信号と、車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW13の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサSW14、SW15の検出信号と、燃料供給システム62のコモンレール64に取り付けられかつ、インジェクタ67に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサSW16の検出信号と、エンジン1の油圧を検出する油圧センサSW17の検出信号と、エンジン1の油温を検出する油温センサSW18の検出信号と、が入力される。 As shown in FIGS. 1 and 3, detection signals of various sensors SW1, SW2, SW4 to SW18 are input to the PCM 10. Specifically, on the downstream side of the air cleaner 31, the PCM 10 includes a detection signal of an air flow sensor SW 1 that detects a flow rate of fresh air, a detection signal of an intake air temperature sensor SW 2 that detects the temperature of fresh air, and an EGR passage 50. The detection signal of the EGR gas temperature sensor SW4 that is disposed in the vicinity of the connection portion with the intake passage 30 and detects the temperature of the external EGR gas, and the intake air that is attached to the intake port 16 and immediately before flowing into the cylinder 18 The detection signal of the intake port temperature sensor SW5 for detecting the temperature, the detection signal of the in-cylinder pressure sensor SW6 attached to the cylinder head 12 and detecting the pressure in the cylinder 18, and the vicinity of the connection portion of the EGR passage 50 in the exhaust passage 40 And the detection signals of the exhaust temperature sensor SW7 and the exhaust pressure sensor SW8 that detect the exhaust temperature and the exhaust pressure, respectively. And it is disposed on the upstream side of the direct catalyst 41, disposed between the detection signal of the linear O 2 sensor SW9 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, the direct catalyst 41 and underfoot catalyst 42 and the exhaust A detection signal of a lambda O 2 sensor SW10 that detects the oxygen concentration of the engine, a detection signal of a water temperature sensor SW11 that detects the temperature of engine cooling water, a detection signal of a crank angle sensor SW12 that detects the rotation angle of the crankshaft 15, A detection signal of an accelerator opening sensor SW13 that detects an accelerator opening corresponding to an operation amount of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle, detection signals of intake side and exhaust side cam angle sensors SW14 and SW15, and a fuel supply system A fuel pressure sensor S that is attached to the common rail 64 of 62 and detects the fuel pressure supplied to the injector 67. 16 a detection signal of a detection signal of the hydraulic sensor SW17 for detecting the oil pressure of the engine 1, and the detection signal of the oil temperature sensor SW18 for detecting the oil temperature of the engine 1, are input.

PCM10は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン1や車両の状態を判定し、これに応じて、(直噴)インジェクタ67、点火プラグ25、吸気側の油圧式可変動弁機構72、吸気側の機械式可変動弁機構74、燃料供給システム62、及び、各種の弁(スロットル弁36、EGR弁511)のアクチュエータに対して制御信号を出力する。こうしてPCM10は、エンジン1を運転する。特に、本実施形態では、PCM10は、吸気側の油圧式可変動弁機構72のソレノイドバルブ72bに対して制御信号を出力して(詳しくはソレノイドバルブ72bに対して電圧又は電流を供給する)、ソレノイドバルブ72bの開閉を切り替えることで、吸気弁21の開閉時期を変化させる制御を実行する。   The PCM 10 determines the state of the engine 1 and the vehicle by performing various calculations based on these detection signals, and according to this, (direct injection) injector 67, spark plug 25, intake side hydraulic variable motion Control signals are output to the valve mechanism 72, the intake side mechanical variable valve mechanism 74, the fuel supply system 62, and the actuators of various valves (throttle valve 36, EGR valve 511). Thus, the PCM 10 operates the engine 1. In particular, in this embodiment, the PCM 10 outputs a control signal to the solenoid valve 72b of the intake side hydraulic variable valve mechanism 72 (specifically, supplies a voltage or current to the solenoid valve 72b), and Control for changing the opening / closing timing of the intake valve 21 is executed by switching the opening / closing of the solenoid valve 72b.

[運転領域]
次に、図5を参照して、本発明の実施形態によるエンジン1の運転領域について説明する。図4は、エンジン1の運転制御マップの一例を示している。このエンジン1は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域である第1の運転領域R11では、点火プラグ25による点火を行わずに、圧縮自己着火による圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン1の負荷が高くなるに従って、この圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、燃焼騒音が発生したり、着火時期の制御が困難になったりする(失火などが発生する傾向にある)。そのため、このエンジン1では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域である第2の運転領域R12では、圧縮着火燃焼の代わりに、点火プラグ25を利用した強制点火燃焼(ここでは火花点火燃焼)を行うようにする。このように、このエンジン1は、エンジン1の運転状態、特にエンジン1の負荷に応じて、圧縮着火燃焼による運転を実行するCI(Compression Ignition)運転と、火花点火燃焼による運転を実行するSI(Spark Ignition)運転とを切り替えるように構成されている。
[Operation area]
Next, with reference to FIG. 5, the operation region of the engine 1 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows an example of the operation control map of the engine 1. For the purpose of improving fuel consumption and exhaust emission performance, the engine 1 does not perform ignition by the spark plug 25 in the first operating region R11, which is a low load region where the engine load is relatively low. Performs compression ignition combustion by ignition. However, as the load on the engine 1 increases, in this compression ignition combustion, the combustion becomes too steep and combustion noise is generated, and it becomes difficult to control the ignition timing (prone to misfire and the like). It is in). Therefore, in this engine 1, in the second operating region R12, which is a high load region where the engine load is relatively high, forced ignition combustion (here, spark ignition combustion) using the spark plug 25 is used instead of compression ignition combustion. To do. As described above, the engine 1 performs a CI (Compression Ignition) operation for performing an operation by compression ignition combustion and an SI (for performing an operation by spark ignition combustion) according to the operation state of the engine 1, particularly, the load of the engine 1. It is configured to switch between (Spark Ignition) driving.

ここで、図6を参照して、CI運転を行う第1の運転領域R11での吸気弁21及び排気弁22の基本動作について説明する。図5は、横軸にクランク角を示し、縦軸に弁のリフト量を示している。また、実線のグラフG11は、クランク角に応じた排気弁22の動作を示し、破線のグラフG12及びG13は、クランク角に応じた吸気弁21の動作を示している。図5に示すように、CI運転を行う第1の運転領域R11においては、排気側可変動弁機構71によって排気弁22を排気行程中に開弁させると共に吸気行程中にも開弁させる排気の二度開きを実行して、相対的に温度の高い内部EGRガスを気筒18内に導入する。こうすることで、CI運転時に、気筒18内の圧縮端温度を高めて、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるようにしている。また、吸気行程では、吸気弁21の開弁時期が吸気側可変動弁機構72によって制御され、エンジンの負荷に応じて、例えばグラフG12又はグラフG13に示すタイミングで動作する。   Here, with reference to FIG. 6, the basic operation of the intake valve 21 and the exhaust valve 22 in the first operation region R11 in which the CI operation is performed will be described. FIG. 5 shows the crank angle on the horizontal axis and the lift amount of the valve on the vertical axis. A solid line graph G11 shows the operation of the exhaust valve 22 according to the crank angle, and broken line graphs G12 and G13 show the operation of the intake valve 21 according to the crank angle. As shown in FIG. 5, in the first operation region R11 in which the CI operation is performed, the exhaust side variable valve mechanism 71 opens the exhaust valve 22 during the exhaust stroke and also opens the exhaust valve during the intake stroke. The opening is performed twice, and the internal EGR gas having a relatively high temperature is introduced into the cylinder 18. By doing so, during the CI operation, the compression end temperature in the cylinder 18 is increased to improve the ignitability and stability of the compression ignition combustion. Further, in the intake stroke, the valve opening timing of the intake valve 21 is controlled by the intake side variable valve mechanism 72 and operates at the timing shown in the graph G12 or the graph G13, for example, according to the engine load.

[吸気弁の動作]
次に、本発明の実施形態による吸気弁21の動作について具体的に説明する。
[Operation of intake valve]
Next, the operation of the intake valve 21 according to the embodiment of the present invention will be specifically described.

まず、図7を参照して、吸気弁21を動作させる吸気側の油圧式可変動弁機構72の特性について説明する。   First, the characteristics of the intake side hydraulic variable valve mechanism 72 for operating the intake valve 21 will be described with reference to FIG.

図7(a)の上には、吸気側の油圧式可変動弁機構72によって吸気弁21を比較的早い時期t11にて開弁させたときの吸気弁21の動作(リフトカーブ)を示しており、図7(a)の下には、このように吸気弁21を動作させたときの油圧式可変動弁機構72のソレノイドバルブ72bの開閉状態を示している。例えば、開弁時期t11は、油圧式可変動弁機構72によって吸気弁21の開弁時期を最大に進角させたときの開弁時期(以下では適宜「最大進角時期」と呼ぶ。)である。一方、図7(b)の上には、比較的遅い時期t12に、具体的には図7(a)に示した開弁時期t11から遅角させた時期t12に(矢印A21参照)、油圧式可変動弁機構72によって吸気弁21を開弁させたときの吸気弁21の動作(リフトカーブ)を示しており、図7(b)の下には、このように吸気弁21を動作させたときの油圧式可変動弁機構72のソレノイドバルブ72bの開閉状態を示している。また、図7(b)の上には、比較のために、図7(a)の上に示したリフトカーブを破線にて重ねて示してある。   7A shows the operation (lift curve) of the intake valve 21 when the intake valve 21 is opened at a relatively early timing t11 by the intake side hydraulic variable valve mechanism 72. FIG. FIG. 7A shows the open / close state of the solenoid valve 72b of the hydraulic variable valve mechanism 72 when the intake valve 21 is operated in this manner. For example, the valve opening timing t11 is the valve opening timing when the valve opening timing of the intake valve 21 is advanced to the maximum by the hydraulic variable valve mechanism 72 (hereinafter referred to as “maximum advance timing” as appropriate). is there. On the other hand, on the upper side of FIG. 7B, the hydraulic pressure is set at a relatively late timing t12, specifically, at a timing t12 delayed from the valve opening timing t11 shown in FIG. 7A (see arrow A21). FIG. 7B shows the operation (lift curve) of the intake valve 21 when the intake valve 21 is opened by the variable valve mechanism 72. FIG. 7B shows the operation of the intake valve 21 in this way. The open / close state of the solenoid valve 72b of the hydraulic variable valve mechanism 72 at the time is shown. Further, on FIG. 7B, the lift curve shown in FIG. 7A is overlaid with a broken line for comparison.

図7(a)と図7(b)とを比較すると、吸気弁21の開弁時期を遅角させると、吸気弁21のリフト量が小さくなることがわかる(矢印A22参照)。また、符号Ar2で示す面積に対応する、吸気弁21のリフト量積分値が、符号Ar1で示す面積に対応する、吸気弁21のリフト量積分値よりも小さいことがわかる。このように吸気弁21の開弁時期を遅角させるとリフト量及びリフト量積分値が小さくなる理由は、以下の通りである。   Comparing FIG. 7 (a) and FIG. 7 (b), it can be seen that if the opening timing of the intake valve 21 is retarded, the lift amount of the intake valve 21 becomes smaller (see arrow A22). It can also be seen that the lift amount integrated value of the intake valve 21 corresponding to the area indicated by the symbol Ar2 is smaller than the lift amount integrated value of the intake valve 21 corresponding to the area indicated by the symbol Ar1. The reason why the lift amount and the lift amount integrated value become smaller when the opening timing of the intake valve 21 is retarded in this way is as follows.

上述したように、油圧式可変動弁機構72においては、カム72dに形成されたカム山がローラーフィンガーフォロア72eに接触しているときに、このカム山がローラーフィンガーフォロア72eを押し込むことで、ポンプユニット72fによって圧力室72c内の油圧が上昇される。このようにカム72dのカム山がローラーフィンガーフォロア72eに作用しているときに、ソレノイドバルブ72bを閉弁すると、上昇された圧力室72c内の油圧がブレーキユニット72gを介して吸気弁21に作用することで、吸気弁21が開弁する。ここで、圧力室72c内の油圧は、カム72dのカム山がローラーフィンガーフォロア72eに作用し始めると上昇していくが、カム山の頂点がローラフィンガフォロワ72eに到達した後、圧力室72c内の油圧は低下していく。   As described above, in the hydraulic variable valve mechanism 72, when the cam crest formed on the cam 72d is in contact with the roller finger follower 72e, the cam crest pushes the roller finger follower 72e, so that the pump The oil pressure in the pressure chamber 72c is increased by the unit 72f. Thus, when the cam crest of the cam 72d acts on the roller finger follower 72e, if the solenoid valve 72b is closed, the raised hydraulic pressure in the pressure chamber 72c acts on the intake valve 21 via the brake unit 72g. As a result, the intake valve 21 is opened. Here, the hydraulic pressure in the pressure chamber 72c increases when the cam crest of the cam 72d starts to act on the roller finger follower 72e, but after the top of the cam crest reaches the roller finger follower 72e, The hydraulic pressure of the oil decreases.

したがって、カム72dのカム山がローラーフィンガーフォロア72eに作用し始めた初期の所定のタイミングでは、圧力室72c内の油圧が高くなるため、このタイミングにおいてソレノイドバルブ72bを閉弁すると、排気弁21に大きな力が付与されて、吸気弁21のリフト量及びリフト量積分値が大きくなる(図7(a)参照)。この場合、吸気弁21のリフト量及びリフト量積分値が最も大きくなるような吸気弁21の開弁時期が、吸気弁21の最大進角時期として規定される。他方で、そのような最大進角時期から吸気弁21の開弁時期を遅角させていくと、圧力室72c内の油圧が低くなって、吸気弁21に付与される力が小さくなるため、吸気弁21のリフト量及びリフト量積分値が小さくなるのである(図7(b)参照)。   Therefore, at the initial predetermined timing when the cam crest of the cam 72d starts to act on the roller finger follower 72e, the hydraulic pressure in the pressure chamber 72c increases. Therefore, if the solenoid valve 72b is closed at this timing, the exhaust valve 21 A large force is applied, and the lift amount and lift amount integral value of the intake valve 21 are increased (see FIG. 7A). In this case, the valve opening timing of the intake valve 21 that maximizes the lift amount and lift amount integral value of the intake valve 21 is defined as the maximum advance timing of the intake valve 21. On the other hand, if the opening timing of the intake valve 21 is retarded from such maximum advance angle, the hydraulic pressure in the pressure chamber 72c decreases, and the force applied to the intake valve 21 decreases. The lift amount and the lift amount integral value of the intake valve 21 are reduced (see FIG. 7B).

そして、吸気弁21のリフト量積分値は、実質的に、気筒18内に導入される新気の量に相当する。従って、油圧式可変動弁機構72のソレノイドバルブ72bを閉弁する時期を制御することにより、実質的に、気筒18内に導入される新気の量を制御することができる。   The lift amount integral value of the intake valve 21 substantially corresponds to the amount of fresh air introduced into the cylinder 18. Therefore, by controlling the timing for closing the solenoid valve 72b of the hydraulic variable valve mechanism 72, the amount of fresh air introduced into the cylinder 18 can be substantially controlled.

図8は、CI運転時における吸気弁のリフト量とクランク角との関係を示している。そして、図8中、実線のグラフG21は、吸気弁21を遅延させずに、カムプロフィールに従って作動させたときの動作を示し、破線のグラフG22及びG23は、それぞれ、所定時間t1又はt2だけ吸気弁21の作動を遅延させたときの動作を示す。図7を用いて説明したように、吸気弁21は、吸気行程においてリフト量が増大して開弁量が増加し、リフト量が最大値に達した後、開弁量が減少する。そして、吸気弁21をカムプロフィールに従って動作させた場合、吸気弁21のリフト量は一旦増加し、カム山の頂点がローラフィンガフォロワ72eを通過した後、減少する。   FIG. 8 shows the relationship between the lift amount of the intake valve and the crank angle during CI operation. In FIG. 8, a solid line graph G21 indicates an operation when the intake valve 21 is operated according to the cam profile without delaying, and broken line graphs G22 and G23 indicate intake air for a predetermined time t1 or t2, respectively. The operation when the operation of the valve 21 is delayed is shown. As described with reference to FIG. 7, in the intake valve 21, the lift amount increases and the valve opening amount increases in the intake stroke, and after the lift amount reaches the maximum value, the valve opening amount decreases. When the intake valve 21 is operated according to the cam profile, the lift amount of the intake valve 21 increases once and decreases after the top of the cam crest passes the roller finger follower 72e.

そして、排気弁22側において、いわゆる排気の二度開きを行う場合には、気筒18内の新気の相対量を減らすべく吸気弁21の開弁時期を遅らせる。吸気弁21の開弁時期の遅延時間は、エンジンの運転状態や要求EGR量に応じて決定される。そして、吸気弁21の開弁時期を、比較的早い遅延時刻t1とする場合、油圧式可変動弁機構72のみを作動させて吸気弁21の開弁時期を遅らせる。   When the so-called exhaust is opened twice on the exhaust valve 22 side, the opening timing of the intake valve 21 is delayed in order to reduce the relative amount of fresh air in the cylinder 18. The delay time of the opening timing of the intake valve 21 is determined according to the operating state of the engine and the required EGR amount. When the opening timing of the intake valve 21 is set to a relatively early delay time t1, only the hydraulic variable valve mechanism 72 is operated to delay the opening timing of the intake valve 21.

一方で、吸気弁21の開弁時期を、比較的遅い遅延時刻t2とする場合、油圧式可変動弁機構72を用いずに、機械式可変動弁機構74のみを用いて吸気弁21の開弁時期を遅らせる。機械式可変動弁機構74のみを用いて吸気弁21の開弁時期を遅らせる場合、機械式可変動弁機構74によって制御されたタイミングが直接吸気弁21に伝達されるよう、機械式可変動弁機構74と吸気弁21との間にある油圧式可変動弁機構72のソレノイドバルブ72bを予め閉じておく。これにより、ローラフィンガフォロワ72eが作動した際に、ローラフィンガフォロワ72eの動きと同期して吸気弁21を作動させることができる。そして、機械式可変動弁機構74を作動させる際にソレノイドバルブ72bを閉じておくことにより、油圧式可変動弁機構72内の圧力室72c内の油圧が急激に上昇するのを防止し、圧力室72c内で油圧脈動が生じるのを防止することができる。   On the other hand, when the opening timing of the intake valve 21 is set to a relatively late delay time t2, the intake valve 21 is opened only by the mechanical variable valve mechanism 74 without using the hydraulic variable valve mechanism 72. Delay the valve timing. In the case where the opening timing of the intake valve 21 is delayed using only the mechanical variable valve mechanism 74, the mechanical variable valve operation is performed so that the timing controlled by the mechanical variable valve mechanism 74 is directly transmitted to the intake valve 21. The solenoid valve 72b of the hydraulic variable valve mechanism 72 between the mechanism 74 and the intake valve 21 is closed in advance. Thereby, when the roller finger follower 72e is operated, the intake valve 21 can be operated in synchronization with the movement of the roller finger follower 72e. Then, by closing the solenoid valve 72b when the mechanical variable valve mechanism 74 is operated, the hydraulic pressure in the pressure chamber 72c in the hydraulic variable valve mechanism 72 is prevented from rapidly increasing, It is possible to prevent hydraulic pulsation from occurring in the chamber 72c.

上述したように、比較的早い遅延時刻t1では、油圧式可変動弁機構72のみを作動させて吸気弁21の開弁時期を制御し、比較的遅い遅延時刻t2では、油圧式可変動弁機構72のソレノイドバルブ72eを閉じ、実質的には機械式可変動弁機構74のみによって吸気弁21の開弁時期を制御することができる。   As described above, at the relatively early delay time t1, only the hydraulic variable valve mechanism 72 is operated to control the valve opening timing of the intake valve 21, and at the relatively late delay time t2, the hydraulic variable valve mechanism. The solenoid valve 72e of 72 is closed, and the valve opening timing of the intake valve 21 can be controlled substantially only by the mechanical variable valve mechanism 74.

また、吸気弁21のリフト開始時期は、理論上、カムの先行側端面72iがローラーフィンガーフォロア72eに接触している間、即ち、カム山の頂点がローラーフィンガーフォロア72eに接触する直前まで遅延させることができる。しかしながら、吸気弁21のリフト開始時期を遅らせるべく、ソレノイドバルブ72bを開弁した状態にしておくと、カム山の先行側端面72iがローラーフィンガーフォロア72eに作用している間は、圧力室72c内の圧力は上昇し続ける。そして、カム山の先行側端面72iがローラーフィンガーフォロア72eに作用し始めてから所定の時間後には、圧力室72c内の圧力が比較的高い状態になっている。そして、この状態で吸気弁21のリフトを開始すべくソレノイドバルブ72bを閉弁すると、ソレノイドバルブ72bの動作によって、密室である圧力室72c内に油圧脈動が発生し、油圧脈動によってソレノイドバルブ72bの動作が遅れてしまう場合がある。従って、本実施形態では、圧力室72c内の圧力が比較的高い状態、即ち、カム山の先行側端面72iがローラーフィンガーフォロア72eに作用し始めてから所定時間後は、油圧式可変動弁機構72を用いずに、機械式可変動弁機構74のみよって吸気弁21の開弁時期を遅延させる。   Also, the lift start timing of the intake valve 21 is theoretically delayed until the leading end surface 72i of the cam is in contact with the roller finger follower 72e, that is, until just before the top of the cam crest contacts the roller finger follower 72e. be able to. However, if the solenoid valve 72b is opened in order to delay the lift start timing of the intake valve 21, while the leading end surface 72i of the cam crest is acting on the roller finger follower 72e, the pressure chamber 72c The pressure continues to rise. The pressure in the pressure chamber 72c is relatively high after a predetermined time since the leading end surface 72i of the cam crest has started to act on the roller finger follower 72e. When the solenoid valve 72b is closed to start the lift of the intake valve 21 in this state, hydraulic pulsation is generated in the pressure chamber 72c, which is a closed chamber, by the operation of the solenoid valve 72b. The operation may be delayed. Therefore, in the present embodiment, the hydraulic variable valve mechanism 72 is in a state where the pressure in the pressure chamber 72c is relatively high, that is, after a predetermined time from when the leading end surface 72i of the cam crest starts to act on the roller finger follower 72e. The opening timing of the intake valve 21 is delayed only by the mechanical variable valve mechanism 74.

また、上述の実施形態において、エンジンの回転数が所定の回転数を超え、気筒18内のEGRガスの量を相対的に多くしたい場合には、吸気弁21のリフト開始時期を遅延させる制御に加えて、スロットル弁36の開度を小さくし、気筒18内に流入する新気の量を減らしても良い。スロットル弁36の開度を小さくすることにより、気筒18内に流入する新気の量を減らし、EGRガスの量を相対的に増やすことができる。   In the above-described embodiment, when the engine speed exceeds a predetermined speed and it is desired to relatively increase the amount of EGR gas in the cylinder 18, the control is performed to delay the lift start timing of the intake valve 21. In addition, the opening degree of the throttle valve 36 may be reduced to reduce the amount of fresh air flowing into the cylinder 18. By reducing the opening degree of the throttle valve 36, the amount of fresh air flowing into the cylinder 18 can be reduced and the amount of EGR gas can be relatively increased.

また、エンジンの回転数が所定の回転数を超え、気筒18内のEGRガスの量を相対的に多くしたい場合には、エンジンの排気弁24の直後に排気シャッター弁を設け、エンジンの排気行程において排気シャッター弁を閉じるようにしてもよい。これにより、排気行程で排出された既燃ガスをエンジンと排気シャッターとの間に留め、吸気行程において排気弁24を開弁することにより、排気行程で排出された既燃ガスを効率的に気筒18内に吸入することができる。   Further, when the engine speed exceeds a predetermined speed and it is desired to relatively increase the amount of EGR gas in the cylinder 18, an exhaust shutter valve is provided immediately after the engine exhaust valve 24, and the engine exhaust stroke is increased. In this case, the exhaust shutter valve may be closed. As a result, the burnt gas discharged in the exhaust stroke is kept between the engine and the exhaust shutter, and the exhaust valve 24 is opened in the intake stroke, so that the burned gas discharged in the exhaust stroke is efficiently cylinderized. 18 can be inhaled.

次に、吸気弁21のリフト開始時期を決定するための具体的な制御について詳述する。図9は、吸気弁のリフト開始時期を決定するためのフロー図である。   Next, specific control for determining the lift start timing of the intake valve 21 will be described in detail. FIG. 9 is a flowchart for determining the lift start timing of the intake valve.

一連の処理が開始すると、ステップS1においてPCM10は、現在のエンジン1の回転数、及びアクセル開度に基づく目標エンジン負荷を読み込む。そして、ステップS2においてPCM10は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、エンジン1が目標エンジン負荷を達成するために必要な要求内部EGR量を算出する。そして、ステップS3においてPCM10は、算出された要求内部EGR量を達成するために必要なリフト量積分値に基づいて、EGR量に基づく吸気弁21の開弁時期Tegrを算出する。   When a series of processing starts, in step S1, the PCM 10 reads the target engine load based on the current rotational speed of the engine 1 and the accelerator opening. In step S2, the PCM 10 calculates the required internal EGR amount necessary for the engine 1 to achieve the target engine load based on the engine speed and the engine load. In step S3, the PCM 10 calculates the valve opening timing Tegr of the intake valve 21 based on the EGR amount based on the lift amount integral value necessary for achieving the calculated required internal EGR amount.

そしてステップS4においてPCMは、エンジン負荷に基づいて吸気弁21の開弁時期の遅角限界Tlim(上述の例でいう時刻t4のクランクタイミング)を算出する。そして、ステップS5においてPCM10は、算出した開弁時期Tegrと遅角限界Tlimとを比較し、開弁時期Tegrが遅角限界Tlimよりも進角側にあるか否かを判断する。   In step S4, the PCM calculates the retard limit Tlim (the crank timing at time t4 in the above example) of the valve opening timing of the intake valve 21 based on the engine load. In step S5, the PCM 10 compares the calculated valve opening timing Tegr with the retard limit Tlim, and determines whether or not the valve opening timing Tegr is on the advance side with respect to the retard limit Tlim.

そして、開弁時期Tegrが遅角限界Tlimよりも進角側にない場合には、より遅角側にある遅角限界Tlimのタイミングで吸気弁21の開弁時期を制御する。また、任意のステップであるステップS7においてPCM10は、スロットル弁36の開度又は排気シャッターを制御することにより、既燃ガスの吸入効率を高める。   When the valve opening timing Tegr is not on the advance side with respect to the retard limit Tlim, the valve opening timing of the intake valve 21 is controlled at the timing of the retard limit Tlim on the more retard side. In step S7, which is an optional step, the PCM 10 controls the opening degree of the throttle valve 36 or the exhaust shutter to increase the combustion gas suction efficiency.

一方で、開弁時期Tegrが遅角限界Tlimよりも進角側にある場合には、開弁時期Tegrに基づいて吸気弁21を制御する。   On the other hand, when the valve opening timing Tegr is more advanced than the retard limit Tlim, the intake valve 21 is controlled based on the valve opening timing Tegr.

以上のように、本実施形態によれば、エンジン回転数に応じて吸気弁の開弁時期を遅くすることができる。そして、吸気弁の開弁時期は、エンジン回転数が高くなる程遅くなり、これにより、エンジン回転数が高いほど、吸気弁の開弁時期が遅くなり、エンジン気筒内の新気の相対量を少なくし、既燃ガスの相対量を多くすることができる。従って、本発明によれば、エンジン回転数が高い場合に、適切に既燃ガスを処理することができる。   As described above, according to the present embodiment, the opening timing of the intake valve can be delayed according to the engine speed. The opening timing of the intake valve becomes slower as the engine speed increases, and as a result, the higher the engine speed, the slower the opening timing of the intake valve, and the relative amount of fresh air in the engine cylinder is reduced. The relative amount of burnt gas can be increased. Therefore, according to the present invention, when the engine speed is high, the burned gas can be appropriately processed.

このように、本発明の実施形態によれば、圧縮自己燃焼制御を行う際に、吸気可変動弁機構71によって、エンジン1の回転数が高いほど吸気行程時の吸気弁21が開く時期を遅らせることができる。そして、吸気行程において吸気弁21が開く時期を遅らせることで、気筒18内に流入する新気の量を制限し気筒18内のEGRガスの相対量を増やすことができる。これにより、気筒18内の温度を保ち、圧縮自己燃焼の効率を高めることができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, when the compression self-combustion control is performed, the intake variable valve mechanism 71 delays the timing at which the intake valve 21 opens during the intake stroke as the rotational speed of the engine 1 increases. be able to. Then, by delaying the opening timing of the intake valve 21 in the intake stroke, the amount of fresh air flowing into the cylinder 18 can be limited and the relative amount of EGR gas in the cylinder 18 can be increased. Thereby, the temperature in the cylinder 18 can be maintained and the efficiency of compression self-combustion can be improved.

1 エンジン
10 PCM
18 気筒
21 吸気弁
22 排気弁
25 点火プラグ
67 インジェクタ
72 油圧式可変動弁機構
72b ソレノイドバルブ
72c 圧力室
72d カム
74 機械式可変動弁機構
1 engine 10 PCM
18 cylinder 21 intake valve 22 exhaust valve 25 spark plug 67 injector 72 hydraulic variable valve mechanism 72b solenoid valve 72c pressure chamber 72d cam 74 mechanical variable valve mechanism

Claims (4)

吸気を気筒内に導入するための吸気弁と、
この吸気弁に取り付けられ、その開閉を制御する油圧式可変動弁機構であって、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムと、内部にエンジンオイルが充填され、前記カムの動作によってエンジンオイルの油圧が変化する圧力室と、前記圧力室に接続されており、開閉することにより前記吸気弁に作用させる油圧を制御する油圧バルブと、を有する油圧式可変動弁機構と、
前記吸気弁に取り付けられ、その開閉を制御する機械式可変動弁機構と、
前記油圧式可変動弁機構及び前記機械式可変動弁機構による前記吸気弁の開弁時期を制御する吸気弁開弁時期制御手段と、を有するエンジンの制御装置であって、
前記吸気弁開弁時期制御手段は、前記エンジンの運転状態に応じて、所定の遅角時期までは前記油圧式可変動弁機構により前記吸気弁の開弁時期を遅角させると共に、前記所定の遅角時期後は前記機械式可変動弁機構により前記吸気弁の開弁時期を遅角させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
An intake valve for introducing intake air into the cylinder;
A hydraulic variable valve mechanism that is attached to the intake valve and controls the opening and closing thereof, and a cam that rotates in synchronization with the rotation of the crankshaft, and engine oil is filled therein. A hydraulic variable valve mechanism having a pressure chamber in which the hydraulic pressure changes, and a hydraulic valve that is connected to the pressure chamber and controls the hydraulic pressure applied to the intake valve by opening and closing;
A mechanical variable valve mechanism attached to the intake valve for controlling opening and closing thereof;
An intake valve opening timing control means for controlling the opening timing of the intake valve by the hydraulic variable valve mechanism and the mechanical variable valve mechanism ;
The intake valve opening timing control means retards the opening timing of the intake valve by the hydraulic variable valve mechanism until the predetermined delay timing, and the predetermined timing according to the operating state of the engine. An engine control device characterized in that after the retard timing, the valve opening timing of the intake valve is retarded by the mechanical variable valve mechanism .
前記吸気弁開弁時期制御手段は、圧縮自己燃焼制御を行っており、吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させている場合に、前記エンジン回転数に応じて吸気行程における前記吸気弁の開弁時期が遅くなるように前記油圧式可変動弁機構の油圧バルブを制御し、
前記吸気弁開弁時期制御手段は、圧縮自己燃焼制御を行っており、吸気行程時に既燃ガスと新気とを混合させており、かつ前記所定の遅角時期後に、前記エンジン回転数に応じて吸気行程における前記吸気弁の開弁時期を遅らせるように前記機械式可変動弁機構を制御する、請求項1に記載のエンジンの制御装置。
The intake valve opening timing control means performs compression self-combustion control, and when the burned gas and fresh air are mixed during the intake stroke, the intake valve in the intake stroke according to the rotational speed of the engine Controlling the hydraulic valve of the hydraulic variable valve mechanism so that the valve opening timing is delayed,
The intake valve opening timing control means, the compression and performs self combustion control, and then mixed with fresh air and burnt gas during the intake stroke, and after the predetermined retard timing, the rotational speed of the engine The engine control device according to claim 1 , wherein the mechanical variable valve mechanism is controlled to delay the valve opening timing of the intake valve in the intake stroke in response .
前記エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、スロットル弁の開度を小さくする、請求項1又は2に記載のエンジンの制御装置。   The engine control device according to claim 1 or 2, wherein when the engine speed exceeds a predetermined speed, the throttle valve opening is reduced. さらに、上記エンジンは、排気を気筒内から排出するための排気弁及びその排気弁の下流側に設けられた排気シャッター弁を有し、
前記エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、前記排気シャッター弁を閉じる、請求項1乃至3の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。
Further, the engine has an exhaust valve for exhausting the exhaust from the cylinder and an exhaust shutter valve provided on the downstream side of the exhaust valve,
The engine control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the exhaust shutter valve is closed when a rotational speed of the engine exceeds a predetermined rotational speed.
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