JPH09256891A

JPH09256891A - ディーゼルエンジンの制御装置

Info

Publication number: JPH09256891A
Application number: JP8068460A
Authority: JP
Inventors: Toru Wakimoto; 亨脇本; Kiyonori Sekiguchi; 清則関口; Shigeki Omichi; 重樹大道
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】新規な手法によりディーゼルエンジンに吸入さ
れる空気を暖める。【解決手段】エンジン１には、燃焼室６と吸気ポート８
とを断続する吸気バルブ１１が配設され、同吸気バルブ
１１はバルブ駆動機構２０によりその開閉時期が調整さ
れる。ＥＣＵ５０内のＣＰＵ５０ａは、水温センサ５１
により検出された水温Ｔｗに基づいて吸気暖気の要求の
有無を判定し、吸気暖気の要求時には、吸気行程におけ
るピストンＴＤＣからＢＤＣの間において吸気バルブ１
１が開弁を開始するようバルブ駆動機構２０の駆動を制
御する。即ち、吸気バルブ１１による吸気特性を遅延さ
せ、ピストン４の下降に伴って燃焼室６内に負圧を生じ
させる。このとき、負圧を作るときのエネルギ（ポンプ
ロス）が熱エネルギとして新気に伝えられる。その結
果、吸気行程に続く圧縮行程での筒内ガス温が上昇し、
燃料の着火性が向上すると共に燃焼状態が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの制御装置に関し、特にディーゼルエンジンの吸入空
気を暖めるための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは、その低温始動時
に熱損失が大きく、圧縮熱だけでは燃料の着火性が難し
くなり、エンジンの始動が困難になるという問題があ
る。また、エンジン始動後も未燃燃料が白煙として排出
されるという問題がある。そこで、このような白煙の防
止対策として、吸気マニホールドの集合部に吸気ヒータ
を配設し、エンジンの低温始動時に同吸気ヒータを作動
させることにより吸気を暖め、着火性の改善を図るよう
にした従来技術が提案されている。

【０００３】また、燃焼室内の温度上昇を促進するため
の他の従来技術として、特開平６−２８０７２１号公報
に記載の「ディーゼルエンジンの始動方法」が知られて
いる。同公報によれば、エンジンの排気通路に排気ブレ
ーキバルブが設けられ、エンジン始動時において前記排
気ブレーキバルブを閉じると共に、その状態でシリンダ
内のピストンを往復動させるようにしている。こうした
ピストンの往復動により、シリンダ内部と排気マニホー
ルド内部に密閉された混合気の温度が上昇し、初爆（ク
ランキング開始後の最初の爆発）に至るまでの時間が短
縮されるようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記吸気ヒ
ータにより吸入空気を暖める従来技術では、ヒータで暖
めた空気が燃焼室までの吸気ポート、或いは燃焼室内の
壁面に熱を奪われ、冷やされてしまうため吸気行程に続
く圧縮行程まで熱を持続することが困難であるという問
題点があった。つまり、新気の温度上昇は僅かであって
（数℃程度）、実際に白煙が消滅するまでには数分程度
の時間を要する。従って、白煙を早期に消滅させること
ができなかった。

【０００５】また、特開平６−２８０７２１号公報の技
術では、始動開始直後（初爆直後）の白煙は低減される
ものの、新たな吸入空気の温度が上がらないことから、
白煙低減の効果が持続しないという問題があった。ま
た、同技術では、ピストンの往復動を繰り返すことによ
りシリンダ内部と排気マニホールド内部のエア温度を上
昇させるため、実際上、エアの温度が上昇して初爆に至
るまでには数サイクル分の行程を要するという不都合も
あった。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点に着目し
てなされたものであって、新規な手法によりディーゼル
エンジンに吸入される空気を暖めることを目的とする。
また、本発明の目的は、圧縮行程の直前に空気を暖める
ことで空気の再冷却を抑制することである。

【０００７】さらに、本発明の目的は、吸気暖気が必要
な環境下において、吸入空気を暖気することによりディ
ーゼルエンジンの燃焼状態の改善を図ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、吸入空気を暖める暖気
要求があるときにディーゼルエンジンの吸入行程におけ
るポンプロスを増加させる。このポンプロスの増加によ
り吸入空気の温度が上昇し、その吸気行程に続く圧縮行
程においても圧縮温度の上昇が図られる。なお、ポンプ
ロスの増加が吸入空気を暖気させる理由としては、ポン
プロスの増加による吸入空気流の流速向上により吸入空
気に大きな運動エネルギが与えられ、この運動エネルギ
が熱エネルギに変換されるためであると考えられる。

【０００９】これにより圧縮行程の直前の吸気行程にお
いて吸入空気の暖気が図られるため、吸入空気の再冷却
を抑制することができる。ここで、ポンプロスの増加は
ディーゼルエンジンとしての実用的な運転を行い得る許
容空気量を吸入できる範囲内で大きめに設定されること
が望ましく、例えばディーゼルエンジンとしての圧縮点
火が可能な程度の空気量を吸入できる範囲内で、暖気要
求が無いときよりもポンプロスを増加させることができ
る。

【００１０】このように吸気行程において吸気の暖気が
図られることで、それに続く圧縮行程での圧縮空気温度
の上昇が図られ、燃焼行程における燃焼状態が改善され
る。その結果、例えばエンジン始動時における初爆が得
られ易くなり始動性が向上する、低温始動時における白
煙の発生が抑制されるといった効果が得られる。

【００１１】請求項２に記載の発明では、請求項１に加
えてさらに吸気特性変更手段が備えられ、操作手段の操
作に応じてディーゼルエンジンの吸気特性が変化させら
れる。より具体的には請求項３に記載したように、吸気
特性変更手段は、エンジン燃焼室と吸気ポートとを断続
する吸気バルブと、この吸気バルブを駆動するアクチュ
エータとを有してなる。又は、請求項４に記載したよう
に、吸気特性変更手段は、エンジン燃焼室と吸気ポート
とを断続する吸気バルブよりも上流側に設けられた吸気
遮断手段と、この吸気遮断手段を駆動するアクチュエー
タとを有してなる。

【００１２】この発明により、暖気要求判定手段と操作
手段とを備える制御手段（マイクロコンピュータ等）
と、ポンプロスを増加させる駆動手段としての吸気特性
変更手段とを備えるディーゼルエンジンの吸気制御装置
が提供される。なお、吸気特性の変更は、ポンプロスを
増加させるように行われることが重要であり、例えば燃
焼室への吸気の開始時期を変更することや、燃焼室へ続
く吸気通路の開口面積を変更することで実現される。か
かる場合、例えば吸気特性変更手段のアクチュエータと
して少なくとも吸気時期を調節可能な油圧シリンダと油
圧制御弁とを含む油圧駆動機構を採用し、これにより任
意のタイミングで吸気バルブの開閉を制御するようにす
れば、吸気バルブの開弁時期のみを遅延させることがで
きる。つまり、吸気行程に続く圧縮行程の実質的な圧縮
ストロークを変化させることなくポンプロスの低減を図
り、吸気の暖気を実現することができる。また、この場
合には、吸気バルブの開弁時期のみを遅延させる油圧制
御弁の駆動制御手段と組み合わせることが望ましい。

【００１３】請求項５に記載の発明では、暖気要求の有
無がディーゼルエンジンの温度情報に基づいて判定され
る。この発明によれば、暖気要求の有無を的確且つ容易
に判定することができる。なお、温度情報に基づいた判
定は、例えば温度情報としての冷却水温、吸気温度、機
関温度等を用い、温度情報が低温条件を示している時に
暖気要求があると判定することができる。暖気要求判定
手段は、温度情報を検出するための手段（センサ等）を
含んで構成してもよい。

【００１４】請求項６に記載の発明では、前記操作手段
は、ディーゼルエンジンを低ポンプロス状態に操作する
第１の操作手段と、高ポンプロス状態に操作する第２の
操作手段とからなる。つまり、第１の操作手段は、燃費
や出力の損失を最小限に抑えてディーゼルエンジンを効
率よく運転させるための通常時の操作手段に相当し、第
２の操作手段は、暖気要求に応えるべく積極的にポンプ
ロス増加時の操作手段に相当する。こうした第１、第２
の操作手段を選択的に用いることにより、ポンプロス状
態の切り替えが適切に行われることとなる。

【００１５】請求項７に記載の発明では、前記第２の操
作手段によるポンプロスの増加がディーゼルエンジンの
吸気特性を遅延させることで行われる。吸気特性の遅延
は、例えば吸気特性のうち吸気開始時期を遅延させるこ
とや、吸気バルブのリフト波形を遅延させることや、吸
気バルブのリフト量を遅延させること等で実現すること
ができる。また、その遅延は、ディーゼルエンジンの暖
気を必要としない通常運転時の吸気特性よりも遅延させ
ることが望ましく、例えば吸気上死点以後に実質的な吸
気が開始されるよう遅延させることで高いポンプロスを
得ることができ、より望ましくは最大で上死点後（ＡＴ
ＤＣ）９０°ＣＡ程度の遅延が可能である。但し、吸気
特性の遅延は、吸気行程に続く圧縮行程での有効圧縮比
に影響することがあるため、ターボ等の過給装置の有無
による新気の充填効率を考慮しながら上死点後９０°Ｃ
Ａより小さい値に設定することが望ましく、例えば無過
給の場合には上死点後６０°ＣＡ程度を最大の遅延量と
することが望ましい。

【００１６】請求項８に記載の発明では、遅延パラメー
タに応じて吸気特性の遅延度合いを可変にするようにし
ている。これにより、遅延パラメータに応じたポンプロ
スを発生させることができる。

【００１７】請求項８の遅延パラメータとしては、請求
項９に記載したように種々のパラメータを用いることが
できる。遅延パラメータとしては、エンジン回転数或い
はアクセル開度といったディーゼルエンジンの出力要求
又は負荷の度合いを示すパラメータや暖気要求の度合い
を示すパラメータを用いることができる。

【００１８】この場合、出力要求或いは負荷が大きいほ
ど吸気特性の遅延度合いを小さくしてポンプロスの増加
量を抑え、暖気よりも吸入空気量の増加を優先すること
が望ましい。具体的には、エンジン回転数が高くなるほ
ど、或いはアクセル開度が大きいほど、出力要求或いは
負荷が大きいことを示しているので、吸気特性の遅延度
合いを小さくする。

【００１９】また、暖気要求の度合いが小さいほど吸気
特性の遅延度合いを小さくしてポンプロスの増加を抑
え、暖気よりも吸入空気量の増加を優先することが望ま
しい。具体的には、吸気温度が高いほど遅延度合いを小
さくする。このように遅延パラメータを用いて吸気特性
の遅延度合いを調整し、ポンプロスの発生を制限するこ
とで、ポンプロスの増加により発生する吸入空気量の低
下や、圧縮行程における実質的な圧縮ストロークの低下
等の弊害を抑制し、暖気要求と例えば出力要求等の他の
要求との両立を図ることができる。

【００２０】請求項１０に記載の発明では、遅延手段に
より吸気特性の遅延を行っているときに、吸入空気量を
強制的に増加させる。これにより、吸入空気量の低下を
抑えながら暖気要求に応えて吸入特性の遅延を行うこと
ができる。なお、吸入増加手段としては、吸入空気通路
の形状による慣性過給装置や、機械式の過給装置等を用
いることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、この発明を具体化した第１
の実施の形態を図面に従って説明する。なお、本実施の
形態は、４気筒ディーゼルエンジンに本発明を具体化し
たものであって、特に、吸入空気を暖気することにより
低温時のエンジン始動性を向上させ、さらに白煙を低減
させる装置を具体化したものである。その主要な構成と
しては、油圧アクチュエータにてエンジンの吸気バルブ
及び排気バルブを開閉駆動させるバルブ駆動機構（カム
レス式バルブ駆動機構）を備え、特に、吸気バルブの駆
動時期（バルブタイミング）を可変に調整することを特
徴とする。

【００２２】ディーゼルエンジンの形態としては、燃料
噴射ノズルによる噴射燃料を直接、燃焼室内に噴射供給
する、いわゆる直噴式ディーゼルエンジンとし、吸気側
及び排気側において各々２個ずつ（計４個）のバルブを
有する。以下に、その詳細を説明する。

【００２３】図１は、本実施の形態におけるエンジン断
面及びエンジン制御システムの概略を示す構成図であ
る。図１において、エンジン１のシリンダブロック２に
は円筒状のシリンダ３が形成されており、同シリンダ３
内には図示しないクランク軸に連結されたピストン４が
図の上下方向に往復動可能に配設されている。ピストン
４の上面には、凹状のキャビティ５が形成されている。
また、シリンダヘッド７には、ピストン上部の燃焼室６
に連通する吸気ポート８と排気ポート９とが形成されて
いる。シリンダヘッド７の中央には燃料噴射ノズル１０
が配設されており、その先端（噴射孔）は燃焼室６内に
露出している。

【００２４】さらに、シリンダヘッド７には、吸気バル
ブ１１及び排気バルブ１２が配設されており、これらバ
ルブ１１，１２の開閉動作に伴い燃焼室６とポート８，
９との間が連通又は閉塞される（断続される）。燃焼室
６は、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が共に閉弁さ
れているときには略密閉状態になるようになっている。

【００２５】各バルブ１１，１２はシリンダヘッド７の
上方に設けられるバルブ駆動機構２０により駆動され
る。バルブ駆動機構２０は、電子制御装置（以下、ＥＣ
Ｕという）５０からの制御信号に基づいて駆動される。
略述すれば、ＥＣＵ５０は、各種の制御プログラムを実
行するＣＰＵ５０ａ、及び制御データやマップ等を記憶
するメモリ５０ｂ（ＲＯＭやＲＡＭ等）を有する周知の
マイクロコンピュータを中心に構成されるものであっ
て、水温センサ５１にて検出された水温信号（Ｔｗ）、
吸気温センサ５２にて検出された吸気温信号（Ｔｉ
ｎ）、及びクランク角センサ５３にて検出されたクラン
ク角信号（Ｎｅ）等を入力する。そして、これら入力信
号に基いてバルブ駆動機構２０による吸気バルブ１１及
び排気バルブ１２の開閉時期を制御する。なお、本実施
の形態では、吸気バルブ１１及びバルブ駆動機構２０に
より吸気特性変更手段が構成されている。

【００２６】次に、図２を用いてバルブ駆動機構２０並
びにその周辺部の構成を説明する。但し、図２は吸気側
の構成のみを示すものであって、同図には左右一対の吸
気バルブ１１を示している。

【００２７】図２において、吸気バルブ１１の上端には
スプリングリテーナ１３が取り付けられ、同スプリング
リテーナ１３とシリンダヘッド７との間には、吸気バル
ブ１１を閉弁方向（図の上方向）に付勢するためのバル
ブスプリング１４が配設されている。左右一対の吸気バ
ルブ１１はバルブブリッジ１５により一体動作可能に連
結されている。バルブブリッジ１５の上面には、図の上
下方向に往復動するプランジャ１６が連結されており、
このプランジャ１６が下動することにより吸気バルブ１
１が開弁し（図示の状態）、上動することにより吸気バ
ルブ１１が閉弁する。プランジャ１６の動作はその上面
に形成された油圧室１７の油圧（バルブ駆動機構２０の
作動油圧）に応じて制御されるものであるが、その詳細
については後述する。なお、符号１８は吸気バルブ１１
の動作位置を微調整するための調整ねじである。

【００２８】一方、バルブ駆動機構２０において、シリ
ンダヘッド７の一部に固定されるハウジング２１には、
図の左右方向に延びる円形孔部２２が形成されており、
同孔部２２にはスプール型方向制御弁（以下、方向制御
弁という）２３が配設されている。方向制御弁２３は大
別して、円筒状のスリーブ２４と、同スリーブ２４内を
図の左右方向に摺動するスプール２５とから構成され、
スリーブ２４は円形孔部２２の開口部近傍に螺着された
蓋体３３により固定されている。スリーブ２４の外周面
には、油圧ポート２６ａ，２６ｂ，２６ｃが環状に形成
され、これら油圧ポート２６ａ，２６ｂ，２６ｃはそれ
ぞれ複数箇所に設けられた連通路２７ａ，２７ｂ，２７
ｃを介してスリーブ内周面に連通している。

【００２９】また、ハウジング２１には、油圧ポンプ４
１から給送される高圧油を方向制御弁２３に吸入するた
めの吸入ポート２８と、方向制御弁２３からドレンタン
ク４２に高圧油を排出するための排出ポート２９とが設
けられている。ここで、油圧ポンプ４１はドレンタンク
４２から作動油を汲み上げ約１２ＭＰａに高圧化して方
向制御弁２３に給送する。なお、吸入ポート２８は通路
３０を介して前記油圧ポート２６ａに連通され、排出ポ
ート２９は通路３１を介して前記油圧ポート２６ｃに連
通されている。また、前記油圧室１７は通路３２を介し
て前記油圧ポート２６ｂに連通されている。

【００３０】ハウジング２１内部にはハウジング室３５
が形成され、同ハウジング室３５内にはその内周面を摺
動するピストン３６が配設されている。ピストン３６内
には、電圧の印加に伴い伸長するピエゾスタック３７が
配設されている。このピエゾスタック３７は、圧電素子
としての多数のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を積層
して構成されるものであって、その一端には一対の電極
３８ａ，３８ｂが取り付けられている。電極３８ａ，３
８ｂには、ＥＣＵ５０からの制御指令に基づいてドライ
バ５５を介して所定の電圧が印加される。一方、ピスト
ン３６の左側に配設された皿ばね３９はピエゾスタック
３７に収縮方向の力を付与している。なお、図２はピエ
ゾスタック３７に電圧を印加した状態を示すものであっ
て、同ピエゾスタック３７が伸長してピストン３６が図
の左方向に移動した状態を示している。

【００３１】次に、バルブ駆動装置２０の作動を図３に
従って説明する。ここで、図３（ａ）はピエゾスタック
３７に電圧を印加した状態を示している。つまり、電圧
が印加されるとピエゾスタック３７が伸長してピストン
３６は皿ばね３９のばね力に抗して図の左方向に移動
し、これによりスプール２５は左方向に押し込まれる。
このとき、吸入ポート２８に吸入された高圧油は図中の
破線矢印の如く流通して油圧室１７内に供給され、吸気
バルブ１１が開弁状態となる。

【００３２】また、図３（ｂ）はピエゾスタック３７に
電圧を印加していない状態を示している。つまり、ピエ
ゾスタック３７への電圧印加を解除した状態では、ピス
トン３６は皿ばね３９のばね力により図の右方向に付勢
されているため、スプール２５は右方向に引き寄せられ
る。このとき、油圧室１７内の作動油は図中の破線矢印
の如く流通して排出ポート２９へ排出され（ドレンタン
ク４２に戻される）、吸気バルブ１１が閉弁状態とな
る。

【００３３】このように本実施の形態のバルブ駆動機構
２０は、プランジャ１６と油圧室１７とにより吸気バル
ブ１１を駆動する油圧シリンダが構成され、この油圧シ
リンダへの油圧供給を断続する油圧制御弁が油圧ポンプ
４１及び方向制御弁２３により構成されている。そし
て、このような構成を用いることにより、吸気バルブ１
１の開弁時期を自由に制御することができ、エンジン１
の吸気特性を変化させることができる。また、吸気バル
ブ１１の閉弁時期を変えることなく吸気弁１１の開弁時
期を変えることができる。

【００３４】なお、排気バルブ１２のバルブ駆動機構に
ついては図示及びその詳細な説明を省略するが、それは
上述した吸気バルブ１１のバルブ駆動機構２０と略同様
の構成を有するものであり、排気バルブ１２もやはりＥ
ＣＵ５０による制御信号に基づいて開閉されるようにな
っている。

【００３５】次に、本実施の形態における作用を説明す
る。図６は、バルブ駆動機構２０による吸気バルブ１１
及び排気バルブ１２のリフト動作を示すタイムチャート
であり、横軸に示すＢＤＣはエンジン１のピストン下死
点、ＴＤＣはピストン上死点を示す。また、同図の縦軸
はバルブリフト量を示す。図中の実線は、エンジン１の
暖機完了後における通常時のバルブタイミングを示し、
破線はエンジン１の低温始動時（暖気要求時）において
吸気バルブ１１を遅開きさせる際のバルブタイミングを
示す。

【００３６】即ち、通常時において、排気バルブ１２は
ＢＤＣ前４０°ＣＡ程度の時期に開弁を開始し、ＴＤＣ
直後に閉弁する。また、吸気バルブ１１はＴＤＣ前５°
程度の時期に開弁を開始し、ＢＤＣ後４０°程度の時期
に閉弁する（排気バルブ１２と吸気バルブ１１とは所定
期間にてオーバーラップしている）。一方、エンジン１
の低温始動時においては、排気バルブ１２の開閉時期と
吸気バルブ１１の閉弁時期とは通常時と同様であるが、
吸気バルブ１１は開弁時期のみがＴＤＣよりも所定クラ
ンク角だけ遅角側に変更されている。なお、本実施の形
態のバルブリフト動作は、油圧式のバルブ駆動機構２０
により実現されるものであるが、それはカムシャフトの
回転に伴いリフト動作するカム駆動式のプロフィールに
略一致する。上記の如く吸気バルブ１１の開弁時期を遅
延させることは、吸気特性を遅延させることに相当す
る。

【００３７】図７は、上記のバルブタイミング制御によ
るシリンダ容積とシリンダ内圧力との推移を示すＰ−Ｖ
線図であり、同図の（ａ）は通常時における１サイクル
分のＰ−Ｖ特性の推移を示し、（ｂ）は低温始動時にお
ける１サイクル分のＰ−Ｖ特性の推移を示す。図中のｔ
１が排気行程開始時付近のＢＤＣに相当し、ｔ２が排気
行程終了時付近のＴＤＣに相当する。また、図７（ｂ）
のｔ３は、遅開きとした際の吸気バルブ１１の開弁開始
時期に相当する。

【００３８】つまり、（ｂ）の特性を通常時の（ａ）と
比較した場合、吸気バルブ１１をＴＤＣ（図のｔ２）よ
りも遅開きとすることにより、シリンダ内圧力が負圧側
に大きく移行する（図の斜線部分）。かかる場合、シリ
ンダ内に負圧が作用することによりその時のポンプロス
分に相当するエネルギが熱エネルギに変換され、同熱エ
ネルギが吸気（新気）を暖めることとなる。発明者らの
実験結果によれば、吸気バルブ１１の開弁時期を９０°
ＣＡだけ遅らせた場合には、３０℃程度の吸気温の上昇
が確認された。なお、この温度上昇は、エンジン１をモ
ータリングさせた状態（シリンダ内で燃料を燃焼させず
エンジン１を回転させた状態）で吸気温と排気温との温
度差から観測したものである。

【００３９】また、図８はエンジン１の低温始動時にお
ける白煙の排出状況を時間の経過と共に示すタイムチャ
ート（実験値）である。図の破線は通常のバルブタイミ
ング（開弁開始時期）で吸気バルブ１１を開弁させた時
の白煙排出状況を示し、実線はＴＤＣよりも遅角側のバ
ルブタイミングで吸気バルブ１１を開弁させた時の白煙
排出状況を示す。同図の縦軸はエンジン排気管より排出
された白煙の排出状況を官能値として表している。

【００４０】同図によれば、バルブタイミングを上記の
如く変更し、吸入空気を暖めることにより始動開始後６
０秒ほどで白煙が見えなくなり、白煙の排出量が従来に
比べて大いに低減されることが分かる。

【００４１】次に、上記のようなバルブタイミング制御
を実現するための制御手順を図４のフローチャートを用
いて説明する。なお、図４のルーチンは、所定クランク
角度毎の割り込み処理としてＥＣＵ５０内のＣＰＵ５０
ａにより実行される。

【００４２】さて、図４のルーチンがスタートすると、
ＣＰＵ５０ａは、先ずステップ１００でクランク角セン
サ５３により検出されたエンジン回転数Ｎｅ、吸気温セ
ンサ５２により検出された吸気温Ｔｉｎ、及び水温セン
サ５１により検出された水温Ｔｗを読み込む。また、Ｃ
ＰＵ５０ａは、続くステップ１１０で暖気要求の有無を
温度情報に基づいて判定する。具体的には、ステップ１
００で読み込んだ水温Ｔｗを温度情報として用い、この
水温Ｔｗが所定の判定値Ｔｗｊ（例えば、５０℃）未満
であるか否かにより暖気要求の有無を判定する。ここ
で、暖気要求がある場合とは、例えばエンジン１の低温
始動時やその後暖機完了までの所定期間等が挙げられ
る。

【００４３】そして、水温Ｔｗが判定値Ｔｗｊ未満であ
れば、ＣＰＵ５０ａは吸気暖気が必要であるとみなし、
ステップ１１０を肯定判別してステップ１２０に進む。
また、それ以外の場合（Ｔｗ≧Ｔｗｊの場合）、ＣＰＵ
５０ａは吸気暖気が不要であるとみなし、ステップ１１
０を否定判別してステップ１４０に進む。

【００４４】ステップ１２０では、ＣＰＵ５０ａは、吸
気行程のポンプロスを増加させる処理を実行する。つま
り、通常の吸気バルブ１１の開弁時期よりも遅延させた
開弁時期を設定する。具体的には、ＥＣＵ５０内のメモ
リ５０ｂ（ＲＯＭ）に予め格納されている図５の吸気バ
ルブ開時期切り換えマップを用い、その時のエンジン回
転数Ｎｅと吸気温Ｔｉｎに応じて「吸気特性の遅延度合
い」としての吸気バルブ１１の開弁開始時期（吸気バル
ブ開時期）を読み取る。図５のマップ上の吸気バルブ開
時期データは、吸気行程におけるピストンＴＤＣからＢ
ＤＣの間において吸気バルブ１１が開弁を開始するよう
にＴＤＣ後のクランク角（ＡＴＤＣ）で示されている。

【００４５】なお、本実施の形態では、エンジン回転数
Ｎｅと吸気温Ｔｉｎとを遅延パラメータとしており、こ
の遅延パラメータ（Ｎｅ，Ｔｉｎ）に応じて吸気バルブ
１１による吸気特性の遅延度合いを可変に設定するよう
にしている。ここで、遅延度合いとは、通常制御時に比
べてどれだけ開弁時期を遅延させるかを表すものであ
り、遅延度合いが大きいほど開弁時期は遅くなる。

【００４６】図５のマップは、エンジン回転数Ｎｅが高
くなるほど吸気バルブ１１の開弁時期の遅延度合いが小
さくなるように作成されている。これにより、エンジン
回転数Ｎｅが高いときに吸気時間が短くなり吸入空気量
が不足することを抑制することができる。またこのよう
にマップを作成しても、吸気暖気が特に必要なエンジン
の低回転域では遅延度合いを大きくするため、暖気効果
を十分に得ることができる。

【００４７】また、図５のマップは、吸気温Ｔｉｎが高
くなるほど吸気バルブ１１の開弁時期の遅延度合いが小
さくなるように作成されている。これにより、吸気温Ｔ
ｉｎが高く吸気暖気の効果があまり得られない領域、特
に本実施の形態では吸気温Ｔｉｎが高く白煙の排出量が
自然に減少する領域で、吸気バルブ１１の開弁時期を遅
延させることによる吸入空気量不足を抑制することがで
きる。またこのようにマップを作成しても、吸気暖気が
特に必要な白煙が発生し易い吸気温Ｔｉｎの低温領域で
は遅延度合いを大きくするため、暖気効果を十分に得る
ことができる。

【００４８】マップ値の読み取り後、ＣＰＵ５０ａはス
テップ１３０で、上記した吸気バルブ開時期信号をバル
ブ駆動機構２０に出力する。その結果、既述した図６の
タイムチャートに示すように、吸気バルブ１１の開弁開
始時期のみが遅角側に変更される（図６の破線）。な
お、かかる場合において、吸気バルブ１１の閉弁時期を
通常時と一致させるため、ＣＰＵ５０ａによる閉弁指令
信号も遅角側に移行されている（図６のバルブリフト量
のピーク値付近がＣＰＵ５０ａによる閉弁指令信号の出
力タイミングに相当する）。以後、水温Ｔｗが判定値Ｔ
ｗｊよりも上昇してステップ１１０が否定判別されるま
で、ＣＰＵ５０ａはステップ１２０，１３０を繰り返し
実行する。

【００４９】また、ステップ１４０では、ＣＰＵ５０ａ
は、通常時のバルブタイミングで吸気バルブ１１の開閉
動作を制御する。即ち、図６の実線で示す固定時期にて
吸気バルブ１１を駆動させるべく、バルブ駆動機構２０
にその旨の信号を出力する。なお、図示及び詳細な説明
は省略するが、排気バルブ１２の開閉動作は予め設定さ
れた固定時期に基づいてＣＰＵ５０ａの指令信号により
制御される。

【００５０】本実施の形態において、図４に示すフロー
チャート中のステップ１１０が暖気要求判定手段に、ス
テップ１２０及びステップ１３０が操作手段のうち第２
の操作手段（遅延手段，遅延可変手段）に、ステップ１
４０が操作手段のうち第１の操作手段に相当し、機能す
る。

【００５１】以上詳述した本実施の形態の効果を以下に
記載する。（ａ）つまり、本実施の形態では、エンジン１の温度情
報（水温Ｔｗ）に基づいてディーゼルエンジンの暖気要
求の有無を判定し（図４のステップ１１０）、吸気暖気
が必要であれば、吸気バルブ１１が遅開きになるよう
（吸気行程におけるピストンＴＤＣからＢＤＣの間にお
いて開弁を開始するよう）バルブ駆動機構２０を駆動さ
せるようにした（図４のステップ１２０）。よって、ピ
ストン４の下降に伴ってシリンダ内（燃焼室６）に負圧
が発生し、そのときのポンプロスの増加により吸気暖気
を実現することができる。その結果、吸気行程に続く圧
縮行程での圧縮空気温度が上昇し（最大で７０℃程度の
温度上昇が可能）、シリンダ内に噴射された燃料の蒸発
が促進されて着火性が向上する（初爆までの時間が短縮
される）。この着火性の向上に伴いエンジン１の燃焼状
態が改善される。また、従来技術で吸気ヒータを設けて
いた場合のような吸気の再冷却を招くこともない。

【００５２】（ｂ）また、白煙排出の原因となる筒内の
燃料付着量を低減することにより、エンジン１の始動直
後に排出される白煙が早期に消滅する。このような吸気
暖気はクランキング開始当初から始まり且つ暖気要求が
継続される限りは繰り返されるため、白煙消滅の効果が
持続される。なお、ポンプロスによりエネルギが幾分損
失されるが、従来には排出されていた未燃燃料（白煙）
が燃焼されることによりエネルギ損失は最小限に抑えら
れる。

【００５３】（ｃ）エンジン１の低温始動時等、吸気暖
気が必要な場合において、吸気バルブ１１の遅角量（吸
気特性の遅延度合い）をエンジン回転数Ｎｅが高回転に
なるほど小さくすると共に、吸気温Ｔｉｎが高くなるほ
ど小さくするようにした（図５のマップ）。その結果、
吸気バルブ１１の遅角制御時における吸気の充填効率の
低下が防止され、それと共に圧縮行程での筒内ガス温度
を高めディーゼルエンジンの良好なる圧縮燃焼を実現す
ることができる。

【００５４】（ｄ）また、開弁遅延度合いを連続的に可
変できるようにしたため、遅延パラメータ、即ちエンジ
ン回転数Ｎｅと吸気温Ｔｉｎとに応じた遅延度合い（ポ
ンプロス増加量）を連続的に設定することができる。よ
って、吸気バルブ１１の開弁時期を遅延させたときにお
いて、エンジン運転状態の急変を防止することができ
る。

【００５５】（ｅ）本実施の形態では、油圧シリンダ
（図２のプランジャ１６，油圧室１７）や油圧制御弁
（図２の油圧ポンプ４１，方向制御弁２３）等からなる
カムレス式のバルブ駆動機構２０を用い、エンジン１の
低温始動時において吸気バルブ１１の開弁開始時期だけ
をＴＤＣよりも遅角側に移行させるようにした。そのた
め、吸気バルブ１１の閉弁時期をも遅角させることはな
く、閉弁時期の遅延による圧縮比の減少を防止し、着火
遅れを抑制することができる。また、吸気の吹き返しを
生じる等の不都合を招くこともない。

【００５６】（ｆ）さらに、バルブ駆動機構２０の油圧
経路を切り換えるためのアクチュエータとしてピエゾス
タック３７を採用した。そのため、吸気バルブ１１の高
速動作が実現でき、所望のバルブリフト動作を得ること
ができる。

【００５７】以下には、本発明者らによる効果の確認結
果を図９〜図１１を用いて説明する。ここで、図９は、
出力トルク＝０Ｎｍ（無負荷），吸気温＝０℃の条件下
で、遅延パラメータとしてのエンジン回転数と吸気特性
の遅延度合いとしての吸気バルブ開時期とを対応させて
効果を確認したものであり、図中の（ａ）の領域は白煙
低減に効果のある領域を、（ｂ）の領域は燃費を悪化さ
せない領域を示す。両領域において、各々の所望の効果
を得るにはエンジン回転数が低くなるほど、吸気バルブ
開時期を遅角側に設定するのが好ましいことが確認され
た（逆に、エンジン回転数が高くなるほど、吸気バルブ
開時期は進角側に設定される）。

【００５８】また、図１０は、エンジン回転数＝７００
ｒｐｍ，吸気温＝０℃の条件下で、遅延パラメータとし
てのアクセル開度と吸気特性の遅延度合いとしての吸気
バルブ開時期とを対応させて効果を確認したものであ
り、図中の（ａ）の領域は白煙低減に効果のある領域
を、（ｂ）の領域は燃費を悪化させない領域を示す。両
領域において、各々の所望の効果を得るにはアクセル開
度が小さくなるほど、吸気バルブ開時期を遅角側に設定
するのが好ましいことが確認された（逆に、アクセル開
度が大きくなるほど、吸気バルブ開時期は進角側に設定
される）。

【００５９】さらに、図１１は、エンジン回転数＝７０
０ｒｐｍ，出力トルク＝０Ｎｍ（無負荷）の条件下で、
遅延パラメータとしての吸気温度と吸気特性の遅延度合
いとしての吸気バルブ開時期とを対応させて効果を確認
したものであり、図中の（ａ）の領域は白煙低減に効果
のある領域を、（ｂ）の領域は燃費を悪化させない領域
を示す。両領域において、各々の所望の効果を得るには
吸気温がほぼ零下では吸気バルブ開時期は一定値に設定
されるが、零度以上では吸気温が低くなるほど吸気バル
ブ開時期を遅角側に設定するのが好ましいことが確認さ
れた（逆に、吸気温が高くなるほど、吸気バルブ開時期
は進角側に設定される）。

【００６０】なお、上記図９〜図１１の各図において、
（ａ），（ｂ）の領域は共に白煙低減の効果が得られる
ものであるが、（ａ）の領域ではポンプロス分を補うた
めに仕事量が増し、燃費が幾分悪化する。また、吸入空
気量が少なくなるために、ディーゼルエンジンの燃焼状
態に幾分悪影響を及ぼす。そのため、（ｂ）の領域の方
が好ましい領域と言えるが、実際にはエンジン１の暖機
が早期に実現されるため燃費や燃焼状態の悪化分は僅か
である。この場合、白煙の低減と燃費の悪化抑制とを両
立させるには、各図において（ａ），（ｂ）領域の境界
部付近が最も好ましい制御領域であると言える。

【００６１】特に、上記各図によれば、アイドル運転時
（例えばエンジン回転数が７００ｒｐｍ付近の場合）に
は８０〜９０°ＣＡ程度の遅延を行わせるのが望ましい
ことが分かる。また、アクセルペダルが僅かに踏まれて
いるときには最大で６０°ＣＡ程度の遅延を行わせるの
が望ましいことが分かる。

【００６２】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を説明する。但し、本実施の形態の構成に
おいて、上述した第１の実施の形態と同等であるものに
ついてはその説明を簡略化する。そして、以下には第１
の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００６３】つまり、上記第１の実施の形態では、エン
ジン１の低温始動時等、吸気暖気を必要とする場合にお
いて吸気バルブ１１の開弁開始時期のみを遅角側に変更
する構成としたが、かかる場合、シリンダ内（燃焼室
６）に吸入される新気の充填効率が不十分になるおそれ
がある。そこで、本実施の形態では、吸気バルブ１１の
開弁リフト動作を急峻にし（高速化し）、新気の充填効
率を高めることを図ることをその主旨としている。

【００６４】図１２は、本実施の形態におけるバルブタ
イミング制御手順を示すフローチャートである。さて、
図１２のルーチンがスタートすると、ＣＰＵ５０ａは、
先ずステップ２００でエンジン回転数Ｎｅ、吸気温Ｔｉ
ｎ及び水温Ｔｗを読み込み、続くステップ２１０で水温
Ｔｗが所定の判定値Ｔｗｊ（例えば、５０℃）未満であ
るか否かを判別する。そして、水温Ｔｗが判定値Ｔｗｊ
未満であれば、ＣＰＵ５０ａは暖気要求有りとみなし、
ステップ２１０を肯定判別してステップ２２０に進む。
それ以外の場合（Ｔｗ≧Ｔｗｊの場合）、ＣＰＵ５０ａ
は暖気要求無しとみなし、ステップ２１０を否定判別し
てステップ２５０に進む。

【００６５】ステップ２２０では、ＣＰＵ５０ａは、前
記した図５の吸気バルブ開時期切り換えマップを用い、
その時のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気温Ｔｉｎに応じて
「吸気特性の遅延度合い」としての吸気バルブ１１の開
弁開始時期（吸気バルブ開時期）を読み取る。また、Ｃ
ＰＵ５０ａは、続くステップ２３０で油圧ポンプ４１の
駆動油圧を通常時の値（１２ＭＰａ）からそれよりも高
い値（例えば、１５ＭＰａ）に変更し、その駆動油圧
（１５ＭＰａ）で油圧ポンプ４１を駆動させる。その
後、ＣＰＵ５０ａは、ステップ２４０で上記した吸気バ
ルブ開時期信号（バルブタイミング信号）をバルブ駆動
機構２０に出力する。以後、ステップ２１０が否定判別
されるまで、ＣＰＵ５０ａはステップ２２０〜２４０を
繰り返し実行する。

【００６６】また、ステップ２５０では、ＣＰＵ５０ａ
は、通常時のバルブタイミングで吸気弁バルブ１１の開
閉動作を制御し、続くステップ２６０では通常時の駆動
油圧（１２ＭＰａ）で油圧ポンプ４１を駆動させる。

【００６７】上記作用を図１３のタイムチャートにて説
明すれば、エンジン１の低温始動時等、吸気暖気の必要
時において吸気バルブ１１は図の破線で示すようにリフ
ト動作する。この場合、油圧ポンプ４１からバルブ駆動
機構２０に給送される油圧が高圧化されているため、吸
気バルブ１１の開弁に伴うリフト動作が急峻になる。従
って、吸気の充填効率が高められることとなる。

【００６８】以上第２の実施の形態によれば、前記第１
の実施の形態の効果に加えて以下に示す効果が得られ
る。つまり、吸気暖気の要求時における吸気バルブ１１
の遅角制御に際し、油圧ポンプ４１の駆動油圧を高圧化
してバルブ駆動機構２０による吸気バルブ１１の開弁リ
フト動作を高速化させるようにした（図１２のステップ
２３０）。その結果、吸気バルブ１１の遅角制御時にお
ける吸気の充填効率の低下を防止することができる。ま
た、圧縮行程での筒内ガス温度を高めると共に有効圧縮
比を高め、エンジン１の燃焼を良好な状態に維持するこ
とができる。

【００６９】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態を説明する。但し、本実施の形態の構成に
おいて、上述した各実施の形態と同等であるものについ
てはその説明を簡略化する。そして、以下には第１，第
２の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００７０】つまり、上記第１，第２の実施の形態で
は、吸気バルブ１１の開弁時期を変更することでポンプ
ロスを増大させ、吸気暖気の要求に応えるようにしてい
たが、本実施の形態は、吸気ポート上流に設けられた吸
気制御弁を用いてポンプロスを増大させ、吸気暖気の要
求に応えるものである。

【００７１】図１４は、本実施の形態におけるエンジン
断面及びエンジン制御システムの概略を示す構成図であ
る。同図において、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２
は、カム６１，６２の回転に伴い開位置又は閉位置に動
作するものであって、それらカム６１，６２を有するカ
ムシャフト６３，６４は図示しないクランク軸の２回転
に１回転の割合で回転する。即ち、各バルブ１１，１２
は、吸気行程又は排気行程においてクランク軸の回転に
対応する所定の固定時期に開閉動作する。なお、図１４
には便宜上、直動式のカム機構を示すが、動弁機構はス
イングアーム方式やロッカーアーム方式等、任意な方式
を用いることができる。

【００７２】また、本実施の形態において、吸気ポート
８の上流には吸気遮断手段としての吸気制御弁６５が配
設されている。この吸気制御弁６５には、吸気ポート８
と略同じ開口面積を有する吸気通路６５ａが形成されて
いる。また、吸気性御弁６５は、ロータリバルブとして
構成され、アクチュエータとしての位相切替え装置６６
によりクランク角１８０°ＣＡ毎に９０度だけ所定方向
に吸気通路を開又は閉状態とする。位相切替え装置６６
は、図示しないタイミングベルト（或いはギア）を介し
てクランク軸に駆動連結されており、クランク軸４回転
に１回転の割合で吸気制御弁６５を回転させる。なお、
本実施の形態では、吸気制御弁６５（吸気遮断手段）及
び位相切替え装置６６（アクチュエータ）により吸気特
性変更手段が構成されている。

【００７３】また、図１５に示すように、吸気制御弁６
５は吸気マニホールド６７の分岐管の末端と吸気ポート
８との間に配設され、エンジン１の全気筒に対して同時
に動作する。かかる場合、各気筒の吸気制御弁６５は、
気筒の燃焼順序に合わせて４５度ずつ位相をずらして吸
気通路６５ａが設けられており、各気筒の吸気制御弁６
５が開状態となる順序は各気筒の吸気行程に対応しなが
ら移行する。

【００７４】さらに、図１４において、位相切替え装置
２０には、ＥＣＵ５０からの位相切替え信号が入力され
る。このとき、ＥＣＵ５０は、水温センサ５１により検
出された水温信号（Ｔｗ）、吸気温センサ５２により検
出された吸気温信号（Ｔｉｎ）、クランク角センサ５３
により検出されたエンジン回転数信号（Ｎｅ）、及びア
クセル開度センサ６８により検出されたアクセル開度信
号（Ｔｈ）を入力し、これら入力信号に基づいて位相切
替え装置６６により駆動される吸気制御弁６５の位相
（開弁時期の遅延）を制御する。

【００７５】図１６は、吸気制御弁６５の動作を説明す
るためのタイムチャートであり、同図の（ａ）は通常時
の動作を、（ｂ）は暖気要求時の動作を示す。詳細に
は、図１６の（ａ）において、排気行程では吸気制御弁
６５が閉鎖状態で保持され、それに続く吸気行程におい
て吸気バルブ１１の開弁時期に略一致するタイミング
（吸気行程におけるＴＤＣ直前）で吸気制御弁６５が開
き始め、同弁６５の吸気通路６５ａは全開となる（開面
積＝２０ｃｍ2 ）。そして、吸気バルブ１１の閉弁後に
吸気制御弁６５は閉鎖される。

【００７６】一方、図１６の（ｂ）では、吸気制御弁６
５が開き始めるタイミングが上記（ａ）よりも遅く、吸
気バルブ１１の開弁途中で吸気制御弁６５が開き始め
る。つまり、本実施の形態では、吸気制御弁６５の開弁
時期位相を遅くすることにより吸気特性を遅延させてい
る。かかる場合、吸気バルブ１１の開弁当初において吸
気制御弁６５よりも下流側では吸気が遮断されるため、
筒内（シリンダ３内）に負圧が発生する。この負圧の発
生によりポンプロスが増加する（前記図７のＰ−Ｖ線図
参照）。そして、吸気制御弁６５が開き始めると吸気は
筒内へ急速に引き込まれ、この際、運動エネルギが熱エ
ネルギに変換されることにより、吸気の温度が上昇す
る。なお、図中の破線で示す動作は位相を最も遅くした
場合の動作を示す。

【００７７】次に、上記のような吸気の暖気制御を実現
するための制御手順を図１７のフローチャートを用いて
説明する。なお、図１７のルーチンは、所定クランク角
度毎の割り込み処理としてＥＣＵ５０内のＣＰＵ５０ａ
により実行される。

【００７８】さて、図１７のルーチンがスタートする
と、ＣＰＵ５０ａは、先ずステップ３００でエンジン回
転数Ｎｅ、アクセル開度Ｔｈ、吸気温Ｔｉｎ及び水温Ｔ
ｗを読み込み、続くステップ３１０で暖気要求の有無を
温度情報に基づいて判定する。具体的には、ステップ３
００で読み込んだ吸気温Ｔｉｎ及び水温Ｔｗを温度情報
として用い、吸気温Ｔｉｎが所定の判定値Ｔｉｎｊ（例
えば２０℃）未満であり、且つ水温Ｔｗが所定の判定値
Ｔｗｊ（例えば、５０℃）未満であれば暖気要求有りの
旨を判定する（前記第１，第２の実施の形態と同等に水
温Ｔｗのみで判定しても可）。つまり、Ｔｉｎ＜Ｔｉｎ
ｊ、且つＴｗ＜Ｔｗｊであれば、ＣＰＵ５０ａは吸気暖
気が必要であるとみなしてステップ３２０に進み、それ
以外の場合は（Ｔｉｎ≧Ｔｉｎｊ、又はＴｗ≧Ｔｗｊの
場合）、吸気暖気が不要であるとみなしてステップ３４
０に進む。

【００７９】ステップ３２０では、ＣＰＵ５０ａは、吸
気行程のポンプロスを増加させる処理を実行する。つま
り、通常の吸気制御弁６５の開弁時期よりも遅延させた
開弁時期を設定する。具体的には、ＥＣＵ５０内のメモ
リ５０ｂに予め格納されている図１８の吸気開始時期マ
ップを用い、その時のエンジン回転数Ｎｅとアクセル開
度Ｔｈに応じて吸気制御弁６５の開弁開始時期（吸気開
始時期）を読み取る。ここで、図１８のマップ上の吸気
開始時期データは、吸気行程におけるピストンＴＤＣか
らＢＤＣの間において吸気制御弁６５が開弁を開始する
ようにＴＤＣ後のクランク角（ＡＴＤＣ）で示されてい
る。

【００８０】なお、本実施の形態では、エンジン回転数
Ｎｅとアクセル開度Ｔｈとを遅延パラメータとしてお
り、この遅延パラメータ（Ｎｅ，Ｔｈ）に応じて吸気制
御弁６５による吸気特性の遅延度合いを可変に設定する
ようにしている。ここで、遅延度合いとは、通常制御時
に比べてどれだけ開弁時期を遅延させるかを表すもので
あり、遅延度合いが大きいほど開弁時期は遅くなる。

【００８１】図１８のマップは、エンジン回転数Ｎｅが
高くなるほど吸気制御弁６５による吸気開始時期が早く
なるように（遅延度合いが小さくなるように）作成され
ている。これにより、エンジン回転数Ｎｅが高いときに
吸気時間が短くなり吸入空気量が不足することを抑制す
ることができる。またこのようにマップを作成しても、
吸気暖気が特に必要なエンジンの低回転域では吸気開始
時期を遅くする（遅延度合いを大きくする）ため、暖気
効果を十分に得ることができる。

【００８２】また、図１８のマップは、アクセル開度Ｔ
ｈが大きくなるほど吸気制御弁６５による吸気開始時期
が早くなるように（遅延度合いが小さくなるように）作
成されている。これにより、アクセル開度Ｔｈが大き
く、要求される出力が大きいときに吸入空気量不足を抑
制することができる。またこのようにマップを作成して
も、要求出力が小さく吸気暖気が必要とされるアクセル
開度Ｔｈの小領域では遅延度合いを大きくするため、暖
気効果を十分に得ることができる。

【００８３】マップ値の読み取り後、ＣＰＵ５０ａはス
テップ３３０で、上記した吸気開始時期信号を位相切替
え装置６６に出力する。その結果、既述した図１６のタ
イムチャートに示すように、吸気制御弁６５による吸気
開始時期の位相が前記マップ値に応じて遅角側に変更さ
れる（図１６の（ｂ））。このとき、各気筒の吸気制御
弁６５は相互に連結されているため、吸気開始時期の位
相の変更は、エンジン１の全気筒に対して反映される。
以後、水温Ｔｗが判定値Ｔｗｊよりも上昇してステップ
３１０が否定判別されるまで、ＣＰＵ５０ａはステップ
３２０，３３０を繰り返し実行する。

【００８４】また、ステップ３４０では、ＣＰＵ５０ａ
は、通常時のバルブタイミングで吸気制御弁６５の開閉
動作を制御する。即ち、図１６の（ａ）で示す通常の固
定時期にて吸気制御弁６５を駆動させるべく、位相切替
え装置６６にその旨の信号を出力する。

【００８５】本実施の形態において、図１７に示すフロ
ーチャート中のステップ３１０が暖気要求判定手段に、
ステップ３２０及びステップ３３０が操作手段のうち第
２の操作手段（遅延手段，遅延可変手段）に、ステップ
３４０が操作手段のうち第１の操作手段に相当し、機能
する。

【００８６】以上詳述した本実施の形態によれば、上記
第１，第２の実施の形態と同様に本発明の目的を達成す
ることができる。即ち、エンジン１の温度情報に基づい
て吸気暖気の要否を判定し、吸気暖気が必要であれば吸
気制御弁６５を用いて吸気特性を遅延させ、ポンプロス
を増大させるようにした。このとき、遅延度合いはエン
ジン回転数Ｎｅやアクセル開度Ｔｈの遅延パラメータを
用いて可変に設定するようにした。よって、吸気行程に
続く圧縮行程での筒内ガス温が上昇し（最大で７０℃程
度の温度上昇が可能）、例えばエンジン１の低温始動時
における着火遅れを防止することができる。その結果、
低温時におけるエンジン始動性を向上させ、当該エンジ
ン１の燃焼状態を改善させることができる。

【００８７】さらに、白煙の排出量を従来よりも大いに
低減させることができる。また、本実施の形態では、各
気筒の吸気制御弁６５を共通の位相切替え装置６６にて
駆動するようにした。そのため、構成の簡略化を図りつ
つ、上記のような効果を得ることができる。

【００８８】なお、本発明は上記各実施の形態の他に次
の形態にて実現できる。（１）上記第１，第２の実施の形態では、吸気暖気の要
求の有無を水温Ｔｗのみから判定したが、これを変更し
てもよい。例えば第３の実施の形態にて説明したよう
に、水温Ｔｗと吸気温Ｔｉｎとのアンド条件にて吸気暖
気の要求の有無を判定するようにしてもよい。また、第
１，第２の実施の形態において、吸気温Ｔｉｎのみから
吸気暖気の要求の有無を判定するようにしてもよい。さ
らに、エンジン始動時からの経過時間をも判定条件に加
え、水温Ｔｗが所定の判定値を超え、且つ前記経過時間
が所定時間を超えるまでの期間を暖気要求有りの期間と
して判定するようにしてもよい。また、例えばシリンダ
ブロック外壁に付設された温度センサの検出結果や、外
気温センサの検出結果を当該温度情報としたりするよう
にしてもよい。

【００８９】（２）上記第１，第２の実施の形態では、
吸気暖気の必要時における吸気バルブ１１の開弁遅角量
（遅角度合い）をエンジン回転数Ｎｅ及び吸気温Ｔｉｎ
に応じて設定したが、これを変更してもよい。例えば上
記各要素（Ｎｅ，Ｔｉｎ）にアクセル開度Ｔｈを組み合
わせて吸気バルブ１１の開弁遅角量を設定したり、各要
素（Ｎｅ，Ｔｉｎ，Ｔｈ）のいずれか一つを用いて開弁
遅角量を設定したり、各要素のいずれか２つを用いて開
弁遅角量を設定したりするようにしてもよい。また、開
弁遅角量を固定値として設定しておき、ＣＰＵ５０ａの
負荷軽減を図るようにしてもよい。さらに、吸気温セン
サに代えて外気温センサを用い、当該外気温センサにて
検出された外気温に応じて吸気バルブ１１の開弁遅角量
を設定するようにしてもよい。

【００９０】同様に、第３の実施の形態においても、既
述の組み合わせ以外に、遅延パラメータとしてエンジン
回転数Ｎｅ，アクセル開度Ｔｈ，吸気温Ｔｉｎの少なく
とも一つを用い、吸気特性の遅延度合いを設定するよう
にしてもよい。このとき、エンジン回転数Ｎｅが高いほ
ど遅延度合いを小さくし、アクセル開度Ｔｈが大きいほ
ど遅延度合いを小さくし、吸気温Ｔｉｎが高いほど遅延
度合いを小さくするのが望ましい。

【００９１】（３）上記第１，第２の実施の形態では、
カムレス式のバルブ駆動機構２０にて吸気バルブ１１を
開閉させるようにしていたが、これを変更してもよい。
例えば吸気バルブ１１をカム（カムシャフト）にて駆動
させるようにし、その開閉時期を調整するためのバルブ
タイミング可変機構（ＶＶＴ機構）をエンジン１に搭載
するようにしてもよい。この場合、ＶＶＴ機構として
は、複数種のカムを選択的に切り換えて使用するタイプ
のものや、カムの位相を変化させるタイプのものが適用
できる。前記第２の実施の形態のように吸気バルブ１１
の開弁リフト動作を急峻にするものとして、そのリフト
動作に応じたカムプロフィールを有するカムを選択的に
使用するようにしてもよい。

【００９２】また、かかるＶＶＴ機構による吸気バルブ
１１の遅角制御を行う場合において、エンジン低温始動
時等の吸気暖気の要求時にはリフト量が通常時よりも大
きいカムを使用し、その使用の有無をＥＣＵ５０内のＣ
ＰＵ５０ａにより制御するようにしてもよい。このと
き、吸気バルブ１１は図１９のタイムチャートに示すよ
うにリフト動作する（破線が低温始動時のリフト動作を
示す）。このバルブリフト動作の増加により、吸気の充
填効率が向上する。本形態を実現するにあたっては、上
記ＶＶＴ機構が吸気特性変更手段のアクチュエータに相
当する。

【００９３】なお、吸気の充填効率が悪化するおそれの
ある場合とは、エンジン回転数が比較的高回転域の場合
であるため、低温始動時で且つエンジン回転数が所定の
回転数以上の時に、前記カムの切り換え動作を行うよう
にしてもよい。この場合、バルブリフト動作の増加によ
り吸気の充填効率を向上させることができるため、比較
的高回転域でも吸気バルブ１１の開弁開始遅角量を大き
くとることができる（遅角度合いを常時固定としても実
現可能）。

【００９４】（４）吸気バルブ１１のリフト動作を図２
０の破線に示すように行わせ、それによりポンプロスの
増大を図るようにしてもよい（破線の谷部分がポンプロ
スの増加分に相当する）。これは２つ山のカムを用いた
り、第１の実施の形態のようなカムレス式のバルブ駆動
機構にて実現可能である。

【００９５】（５）上記第３の実施の形態では、吸気遮
断手段として全気筒の吸気特性を同時に制御する吸気制
御弁６５を用いたが、これを変更してもよい。例えば吸
気制御弁６５を気筒毎に制御する方式として、吸気制御
弁６５毎に位相切替え用のアクチュエータを設けるよう
にしてもよい。また、吸気遮断手段として、吸気通路の
開口面積を可変とする開閉シャッタ等を吸気管に設け、
吸気行程におけるピストンＴＤＣからＢＤＣの間におい
て当該吸気管の開口面積を減じさせてポンプロス増加を
図るようにしてもよい。この場合、開閉シャッタ等を設
ける部位は、なるべく下流側にした方がより良い吸気暖
気効果が得られることとなる。

【００９６】（６）上記各実施の形態では、吸気暖気の
要求時においてエンジン１の全気筒に対して吸気特性の
遅延を行わせることを前提としていたが、これを間欠的
に行うようにしてもよい。例えばエンジン始動当初は全
気筒に対して吸気バルブ１１の開弁遅角制御を行い、所
定時間の経過後には全気筒のうち半分の気筒を通常制御
に復帰させると共に、残りの半分の気筒は開弁遅角制御
を継続させることも可能である。

【００９７】（７）エンジン１の吸気行程におけるポン
プロスを増大させる操作手段の構成として、バイメタル
等の機械的構成を用いてもよい。具体的には、水温レベ
ルをバイメタルにて検知し、水温レベルに応じたバイメ
タルの変位によって吸気通路の開閉シャッタ等を動作さ
せるようにしてもよい。かかる場合にも、暖気要求に応
じたポンプロスの増大を図り、着火性の向上、白煙の低
減等の効果を得ることができる。

【００９８】（８）上記第１〜第３の実施の形態におい
て、吸気通路途中にターボ等の過給装置を設け、吸気の
充填効率を図るようにしてもよい。（９）上記各実施の形態では、直噴式ディーゼルエンジ
ンに本発明を具体化したが、燃料噴射ノズルから副室に
燃料を噴射させる副室噴射式ディーゼルエンジンに本発
明を具体化してもよい。

【００９９】以下には、上記各実施の形態から把握でき
る技術的思想をその効果と共に記載する。（イ）ディーゼルエンジンの吸気行程におけるピストン
下降時において、シリンダ内に連通する吸気通路を閉鎖
して当該シリンダ内にて負圧を生じさせ、その際に発生
するポンプロスエネルギによりシリンダ内に吸入される
新気を暖めるようにしたディーゼルエンジンの制御方
法。かかる場合、既述した通り、着火性の向上や白煙低
減といった効果が得られる。

【０１００】（ロ）上記請求項１に記載の発明におい
て、エンジン燃焼室と吸気ポートとを断続する吸気バル
ブを備え、暖気要求があると判定されたとき、ディーゼ
ルエンジンの吸気行程におけるピストンＴＤＣからＢＤ
Ｃの間に吸気バルブが開弁を開始するようにしたディー
ゼルエンジンの制御装置。この場合にも、着火性の向上
や白煙低減といった効果が実現できる。

【０１０１】（ハ）上記（ロ）に記載の発明において、
ディーゼルエンジンのアイドル運転下に吸気バルブの開
弁開始時期を吸気ＴＤＣ後８０〜９０°ＣＡとするディ
ーゼルエンジンの制御装置。この場合、吸気特性の遅延
による白煙低減効果と燃費維持効果とを両立させること
ができる。

【０１０２】（ニ）上記（ロ）に記載の発明において、
吸気バルブの開弁時期変更時において当該吸気バルブの
開弁開始時期のみを変更し、開弁終了時期は通常時のま
まとするディーゼルエンジンの制御装置。この場合、吸
気バルブの閉弁時期を遅角させることはないために、閉
弁時期の遅延による圧縮比の減少が防止され、着火遅れ
を抑制することができる。また、吸気の吹き返しを生じ
る等の不都合を招くこともない。

【０１０３】（ホ）上記（ロ）に記載の発明において、
吸気バルブの開弁リフト動作を高速化させる高速化手段
を備えるディーゼルエンジンの制御装置。この高速化手
段は、第２の実施の形態における図１２のステップ２３
０により実現される（図１３のタイムチャート参照）。
この場合、吸気の充填効率が向上することによって、吸
気行程に続く圧縮行程での有効圧縮率を高められ、着火
性やエンジン燃焼状態がより一層安定する。

【０１０４】（ヘ）上記（ロ）に記載の発明において、
吸気バルブの開弁リフト量を増大させるリフト量増大手
段を備えるディーゼルエンジンの制御装置。この場合に
もやはり、吸気の充填効率が向上し、ひいては着火性や
燃焼状態が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジン断面及びエンジン制御システムの概略
を示す構成図。

【図２】バルブ駆動機構並びにその周辺部の構成を示す
断面図。

【図３】方向制御弁の動作を説明するための断面図。

【図４】バルブタイミング制御手順を示すフローチャー
ト。

【図５】吸気バルブ開時期を設定するためのマップ。

【図６】排気バルブ及び吸気バルブの開閉動作を示すタ
イムチャート。

【図７】シリンダ容積とシリンダ内圧力との関係を示す
Ｐ−Ｖ線図。

【図８】白煙の排出状況を官能値として示す線図。

【図９】エンジン回転数に対応する効果の確認結果を示
す線図。

【図１０】アクセル開度に対応する効果の確認結果を示
す線図。

【図１１】吸気温に対応する効果の確認結果を示す線
図。

【図１２】第２の実施の形態におけるバルブタイミング
制御手順を示すフローチャート。

【図１３】第２の実施の形態における排気バルブ及び吸
気バルブの開閉動作を示すタイムチャート。

【図１４】第３の実施の形態におけるエンジン断面及び
エンジン制御システムの概略を示す構成図。

【図１５】第３の実施の形態における吸気制御弁の概略
を示す構成図。

【図１６】排気バルブ、吸気バルブ及び吸気制御弁の開
閉動作を示すタイムチャート。

【図１７】吸気制御弁による吸気制御手順を示すフロー
チャート。

【図１８】吸気開始時期を設定するためのマップ。

【図１９】他の実施の形態における排気バルブ及び吸気
バルブの開閉動作を示すタイムチャート。

【図２０】他の実施の形態における排気バルブ及び吸気
バルブの開閉動作を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１…エンジン（直噴式ディーゼルエンジン）、６…燃焼
室、８…吸気ポート、１１…吸気特性変更手段としての
吸気バルブ、２０…吸気特性変更手段（アクチュエー
タ）としてのバルブ駆動機構、５０ａ…暖気要求判定手
段，操作手段（第１の操作手段，第２の操作手段，遅延
手段，遅延可変手段）を構成するＣＰＵ、６５…吸気特
性変更手段(吸気遮断手段）としての吸気制御弁。６６
…吸気特性変更手段（アクチュエータ）としての位相切
替え装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 9/02 ３６１Ｆ０２Ｄ 9/02 ３６１Ｈ 13/02 13/02 ＨＤＦＦ０２Ｍ 31/08 ３２１Ｆ０２Ｍ 31/08 ３２１ＤＦ０２Ｎ 17/02 Ｆ０２Ｎ 17/02 Ａ 17/04 17/04 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼルエンジンの吸入空気を暖める暖
気の要求の有無を判定する暖気要求判定手段と、前記暖気要求判定手段により暖気要求があると判定され
たとき、前記ディーゼルエンジンの吸気行程におけるポ
ンプロスを増加させるよう操作する操作手段とを備える
ことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】前記操作手段の操作に応じて前記ディーゼ
ルエンジンの吸気特性を変化させる吸気特性変更手段を
備える請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装
置。
【請求項３】前記吸気特性変更手段は、エンジン燃焼室
と吸気ポートとを断続する吸気バルブと、この吸気バル
ブを駆動するアクチュエータとを有する請求項２に記載
のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項４】前記吸気特性変更手段は、エンジン燃焼室
と吸気ポートとを断続する吸気バルブよりも上流側に設
けられた吸気遮断手段と、この吸気遮断手段を駆動する
アクチュエータとを有する請求項２に記載のディーゼル
エンジンの制御装置。
【請求項５】前記暖気要求判定手段は、前記ディーゼル
エンジンに関する温度情報に基づいて暖気要求の有無を
判定する請求項１〜４のいずれかに記載のディーゼルエ
ンジンの制御装置。
【請求項６】前記操作手段は、前記ディーゼルエンジン
を低ポンプロス状態に操作する第１の操作手段と、高ポ
ンプロス状態に操作する第２の操作手段とからなる請求
項１〜５のいずれかに記載のディーゼルエンジンの制御
装置。
【請求項７】前記第２の操作手段は、前記ディーゼルエ
ンジンの吸気特性を遅延させることでポンプロスを増加
させる遅延手段を含む請求項６に記載のディーゼルエン
ジンの制御装置。
【請求項８】前記遅延手段は、遅延パラメータに応じて
吸気特性の遅延度合いを可変に設定する遅延可変手段を
含む請求項７に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項９】前記遅延可変手段は、前記遅延パラメータ
として、エンジン回転数、アクセル開度及び吸気温度の
少なくとも一つを用い、前記エンジン回転数が高いほど
遅延度合いを小さくし、前記アクセル開度が大きいほど
遅延度合いを小さくし、前記吸気温度が高いほど遅延度
合いを小さくする請求項８に記載のディーゼルエンジン
の制御装置。
【請求項１０】前記遅延手段により吸気特性を遅延させ
ているとき、吸入空気量を増加させる吸気増加手段を備
える請求項７〜９のいずれかに記載のディーゼルエンジ
ンの制御装置。