JPH1130135A - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷間始動時におけるエンジン始動時間の短縮を
図る。 【解決手段】バルブ駆動機構２０は、吸気及び排気バル
ブ１１，１２の開閉時期を任意に変更できる構成を有す
る。ＥＣＵ５０内のＣＰＵ５０ａは、バルブ駆動機構２
０の駆動を制御して吸気及び排気バルブ１１，１２の開
閉時期を可変に調整する。特に、ＣＰＵ５０ａは、エン
ジン１の始動開始から暖機完了までの期間において、エ
ンジン運転状態に基づきバルブ駆動機構２０の駆動によ
り排気バルブ１２をＴＤＣよりも早閉じさせると共に、
吸気バルブ１１をＴＤＣにて開弁させるか若しくはＴＤ
Ｃよりも遅開きさせる。この場合、筒内に高温の既燃ガ
スが残留し、さらにポンプロスの増加分が筒内ガス温度
の上昇分として熱変換される。これにより筒内温度が上
昇する。

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
ンの制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンにおいてＮＯx の低
減を図るべく排気ガスの一部を排気系から取り出して吸
気系に再循環させる排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）があ
るが、これに対し、燃焼室内の既燃ガス（残留ガス）を
吸気系に導入する、いわゆる内部ＥＧＲシステムが特公
平５−８０５６２号公報にて開示されている。当該公報
の「ディーゼルエンジンの排気弁制御装置」は内部ＥＧ
Ｒ量を制御する技術であって、エンジンの運転状態に応
じて複数の排気弁のオーバーラップ量を増やすことで排
気の排出を減らしている。そして、残留する既燃ガス量
を増加させることで燃焼ガスの温度を上昇させ、ＥＧＲ
の効果によりＮＯx とＰＭ（パティキュレート）を同時
に低減することを狙ったものであった。

【０００３】一般的に、内部ＥＧＲは従来方式（導管に
より排気系から吸気系へ再循環させる方式）と比べると
同じＥＧＲガス量でもガス温度を高いまま維持すること
ができる。そのため、ＮＯx 低減効果と同時に低負荷で
のＰＭ（ＳＯＦ分）低減効果がある。

【０００４】他方で、特開平７−１０９９３４号公報の
「内燃機関の可変動弁装置」には、内燃機関の冷間状態
下において、吸気弁の開時期及び閉時期を早め、且つ排
気弁の開時期を遅らせると共に閉時期を早める技術が開
示されている。同装置では、こうした吸気及び排気弁の
開閉時期の制御により、未燃焼ＨＣの排出を防止するよ
うにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来公
報のうち前者の装置（特公平５−８０５６２号公報）
は、残留ガスの熱エネルギを利用して燃焼ガスの温度を
上昇させるものであるため、熱エネルギの無い冷間状態
での始動クランキング時には全く効果が得られず、エン
ジン始動時間が短縮できるものではなかった。また、エ
ンジンが完爆した始動後において、既燃ガスの熱エネル
ギ分だけ温度が上昇して白煙が低減できるものの、更な
る白煙低減を狙って残留ガス量を増加させた場合、燃焼
が悪化してしまい白煙の低減量には限界があった。

【０００６】また、後者の装置（特開平７−１０９９３
４号公報）においても、熱エネルギが有効に活用されて
いるとは言えず、エンジンの始動時間が長引くという問
題が残っていた。さらに、エンジンの暖機完了までの期
間において多量の白煙を排出するおそれがあった。

【０００７】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、冷間始動時にお
けるエンジン始動時間の短縮を図ることができるディー
ゼルエンジンの制御装置を提供することである。

【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、少なくともエンジン温
度及びエンジン負荷を含むエンジン運転状態を検出する
エンジン運転状態検出手段と、ディーゼルエンジンの始
動開始から暖機完了までの期間において、前記検出され
るエンジン運転状態に基づきバルブ駆動機構の駆動によ
り排気バルブを上死点（ＴＤＣ）よりも早閉じさせると
共に、吸気バルブを上死点にて開弁させるか若しくは上
死点よりも遅開きさせるバルブ開閉制御手段とを備え
る。

【０００９】要するに、排気バルブをＴＤＣよりも早閉
じさせることで、筒内に高温の既燃ガスが残留する。ま
た、吸気バルブを上死点にて開弁させるか若しくは上死
点よりも遅開きさせることで、ポンプロスの増加分が筒
内ガス温度の上昇分として熱変換される。これにより筒
内温度が上昇し、冷間始動時におけるエンジン始動時間
の短縮を図ることができる。

【００１０】この原理を説明すれば、排気バルブを早閉
じすると筒内に残留ガスが閉じ込められ、ピストンがＴ
ＤＣに移動するまでの期間において一時的に圧縮され
る。次に、ＴＤＣ付近で吸気バルブが開かれたとき、一
時的に圧縮された残留ガスが吸気側に急激に逆流する。
このとき、吸気が拡散し流速が弱まることで、運動エネ
ルギが熱エネルギに熱変換されて温度が上昇する。エネ
ルギ保存則によれば、ピストンが圧縮に要する仕事分だ
け筒内ガス温度が上昇すると考えられる。

【００１１】さらに、上記構成によれば、エンジンの冷
間始動時において始動時間の短縮と共に、白煙排出量の
大幅な低減が実現できる。また、エンジンの始動開始か
ら暖機完了までの期間に限り、上記ような排気バルブの
早閉じ制御と吸気バルブの遅開き制御とを実施するた
め、暖機完了後において燃費が比較的悪い領域でエンジ
ンの運転が継続されることはない。

【００１２】請求項２に記載の発明では、前記バルブ開
閉制御手段は、スタータモータによるエンジンの始動ク
ランキング時において吸気バルブを遅開きさせず上死点
にて開弁させる。こうして吸気バルブを上死点にて開弁
させれば、ポンプロスを最大限に増大させることがで
き、筒内ガス温度の上昇が促進される。

【００１３】またここで、排気バルブの早閉じ量や吸気
バルブの遅開き量は、エンジン運転状態に応じて設定さ
れるのが望ましい。つまり、 ・請求項３に記載したように、エンジン温度が低いほ
ど、排気バルブを早い時期に閉じさせたり、 ・請求項４に記載したように、エンジン負荷が低いほ
ど、排気バルブを早い時期に閉じさせたり、 ・請求項５に記載したように、エンジン温度が高いほ
ど、吸気バルブを遅い時期に開かせたりするとよい。こ
れら各々の構成によれば、ポンプロス分による熱エネル
ギをより一層有効的に活用することができる。

【００１４】請求項６に記載の発明では、前記吸気バル
ブの遅開き量を前記排気バルブの早閉じ量にて制限す
る。つまり、こうして吸気バルブの遅開き量を制限する
ことにより、ポンプロス分による熱エネルギが常に確保
できることになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】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、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）と、そのバルブ駆動機構の動作を制御して吸気及び
排気バルブの開閉時期（バルブタイミング）を可変に調
整するための電子制御装置（以下、ＥＣＵという）とを
備える。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を適用し、吸気側及び排気側
において各々２個ずつ（気筒毎に計４個）のバルブを有
する。以下に、その詳細を説明する。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】ＥＣＵ５０は、各種の制御プログラムを実
行するＣＰＵ５０ａや、制御データやマップ等を記憶す
るメモリ５０ｂ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、各種センサからの検
出信号を入力する。すなわち、 ・水温センサ５１にて検出される水温信号（Ｔｗ）、 ・クランク角センサ５２にて検出されるクランク角信号
（Ｎｅ）、 ・アクセル開度センサ５３にて検出されるアクセル開度
信号（Ａｃ）、 ・図示しないスタータモータによりエンジン１のクラン
キングを実行させるスタータキー５４のスタータ信号
（Ｓｔ）、 などを入力する。そして、これら入力信号に基づいてバ
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。つまり、ＥＣＵ５０は、メ
モリ５０ｂ内のマップデータからバルブタイミングを決
定し、バルブ駆動機構２０を駆動制御する。

【００１９】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
のバルブ駆動機構２０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。

【００２０】図２において、各吸気バルブ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１１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２
０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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】次に、バルブ駆動機構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。

【００２５】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。なお上述した電圧印加の動作は、ＥＣＵ５０による
制御信号に基づいて制御されるようになっている。

【００２６】このように本実施の形態のバルブ駆動機構
２０では、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の開閉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同バルブ１１の開弁
時期だけを変えることもできるようになる（逆に、閉弁
時期だけを変えることも可）。

【００２７】因みに、排気側のバルブ駆動機構２０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
述した吸気側のバルブ駆動機構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ＥＣＵ５０に
よるバルブ駆動機構２０の制御に基づいて開閉されるよ
うになっている。

【００２８】次に、本実施の形態における作用を説明す
る。ここで図５は、吸気及び排気バルブ１１，１２の開
閉時期並びにバルブリフトの推移を示すタイムチャート
である。同図において、２点鎖線はエンジン１の暖機完
了後（通常制御時）における各バルブ１１，１２のバル
ブリフト量の推移を示しており、排気バルブ１２はＢＤ
Ｃ（下死点）直前に開弁すると共に略ＴＤＣ（上死点）
に閉弁する。また、吸気バルブ１１は略ＴＤＣにて開弁
すると共にＢＤＣ直後に閉弁する。

【００２９】一方、図５の実線は、スタータモータによ
るエンジン１の始動クランキング時、又はエンジン冷間
始動時といった暖機完了以前における吸気及び排気バル
ブ１１，１２のバルブリフト量を示す。このとき、排気
バルブ１２は、ＢＤＣ直前に開弁すると共にＴＤＣより
も「θ１」だけ早い時期に閉弁する。また、吸気バルブ
１１はＴＤＣよりも「θ２」だけ遅い時期に開弁すると
共にＢＤＣ直後に閉弁する。但し、排気バルブ１２の開
時期及び吸気バルブ１１の閉時期は、暖機完了後と同様
に、常に固定時期（各々、ＢＤＣ直前、ＢＤＣ直後）に
制御される。因みに、同図の二点鎖線で示すバルブリフ
トは従来装置における動作に相当する。

【００３０】図４は、ＥＣＵ５０内のＣＰＵ５０ａが実
行するバルブタイミング制御ルーチンを示すフローチャ
ートであり、この制御ルーチンはＥＣＵ５０への電源投
入に伴い起動される。

【００３１】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で水温Ｔｗ、スタ
ータの信号Ｓｔ及びエンジン回転数Ｎｅを入力し、続く
ステップ１０１で入力信号に基づいて今現在、冷間始動
時であるか否かを判別する。具体的には、Ｔｗ＜４０℃
であり且つＳｔ＝ＯＮであるか否かを判別する。また、
ＣＰＵ５０ａは、ステップ１０２でエンジン１が完爆以
前の状態であるか否かを判別する。具体的には、エンジ
ン回転数Ｎｅが完爆判定のための所定値（本実施の形態
では、７００ｒｐｍ）未満であるか否かを判別する。

【００３２】ステップ１０１，１０２のいずれかが肯定
判別されると（Ｔｗ＜４０℃で且つＳｔ＝ＯＮ、又はＮ
ｅ＜７００ｒｐｍの場合）、ＣＰＵ５０ａは、エンジン
１が始動クランキング状態であるとみなしてステップ１
０３に進む。ＣＰＵ５０ａは、ステップ１０３でメモリ
５０ｂに予め格納されているマップデータを基に、始動
クランキング時におけるバルブタイミング（吸気及び排
気バルブ１１，１２の開閉時期）を決定する。

【００３３】このとき、排気バルブ１２の閉時期は図６
のマップに従い求められる。図６のマップでは、ＴＤＣ
前の排気バルブ１２の早閉じ時期（°ＢＴＤＣ）が水温
Ｔｗに応じて決定されるようになっている。詳細には、
Ｔｗ＜０℃の状態下では水温Ｔｗが低いほど排気バルブ
１２の閉時期が早い時期（進角側）に設定され、Ｔｗ≧
０℃の状態下では早閉じ時期＝５０°ＢＴＤＣに設定さ
れる。一方、吸気バルブ１１の開時期はＴＤＣに設定さ
れるようになっている。

【００３４】その後、ＣＰＵ５０ａは、ステップ１０４
で前記の如く決定したバルブタイミングをバルブ駆動機
構２０に出力し、ステップ１００に戻る。以後ステッ１
０１，１０２が共に否定判別されるまで、ＣＰＵ５０ａ
は、ステップ１０３，１０４のバルブタイミング制御を
繰り返し実行する。

【００３５】上記ステップ１０３，１０４のバルブタイ
ミング制御によれば、排気バルブ１２が前記図５の実線
の如く制御され、吸気バルブ１１が図５の２点鎖線の如
く制御されることになる。

【００３６】一方、ステップ１０１，１０２が共に否定
判別されると、ＣＰＵ５０ａはエンジン１の完爆したと
みなし、ステップ１０５に進む。ＣＰＵ５０ａは、ステ
ップ１０５で水温Ｔｗとアクセル開度Ａｃとを入力し、
続くステップ１０６でエンジン１の暖機時であるか否か
を判別する。具体的には、水温Ｔｗが４０℃未満である
か否か（Ｔｗ＜４０℃であるか否か）を判別する。

【００３７】Ｔｗ＜４０℃であってエンジン１が冷間状
態である旨が判別された場合、ＣＰＵ５０ａは、ステッ
プ１０７でメモリ５０ｂに予め格納されているマップデ
ータを基に、冷間運転時におけるバルブタイミングを決
定する。

【００３８】このとき、排気バルブ１２の閉時期は図７
のマップに従い求められる。図７のマップでは、ＴＤＣ
前の排気バルブ１２の早閉じ時期（°ＢＴＤＣ）が、負
荷としてのアクセル開度Ａｃに応じて決定され、アクセ
ル開度Ａｃが小さいほど排気バルブ１２の閉時期が早い
時期（進角側）に設定されるようになっている。また、
吸気バルブ１１の開時期は図８のマップに従い求められ
る。図８のマップでは、ＴＤＣ後の吸気バルブ１１の遅
開き時期（°ＡＴＤＣ）が水温Ｔｗに応じて決定され、
水温Ｔｗが高いほど吸気バルブ１１の開時期が遅い時期
（遅角側）に設定されるようになっている。但し、図８
のマップでは、Ｔｗ＜０℃の領域では、吸気バルブ１１
の遅開き量が「０」に保持され、吸気バルブ１１は常に
ＴＤＣにて開弁するようになっている。

【００３９】さらに、ＣＰＵ５０ａは、ステップ１０８
で吸気バルブ１１の遅開き量を排気バルブ１２の早閉じ
量にて制限する。すなわち、図５のタイミングチャート
において、 θ１＞θ２ が成立するように吸気バルブ１１の開時期を制限する。

【００４０】その後、ＣＰＵ５０ａは、ステップ１０９
で前記の如く決定したバルブタイミングをバルブ駆動機
構２０に出力し、ステップ１０５に戻る。以後ステッ１
０６が否定判別されるまで、ＣＰＵ５０ａは、ステップ
１０７〜１０９のバルブタイミング制御を繰り返し実行
する。このステップ１０７〜１０９のバルブタイミング
制御によれば、吸気及び排気バルブ１１，１２が前記図
５の実線の如く制御されることになる。

【００４１】そして、Ｔｗ≧４０℃となりエンジン１の
暖機完了の旨が判別された場合、ＣＰＵ５０ａはステッ
プ１１０に進む。ＣＰＵ５０ａは、ステップ１１０で暖
機運転時におけるバルブタイミングを決定し、続くステ
ップ１１１で前記決定したバルブタイミングをバルブ駆
動機構２０に出力する。以降、ＣＰＵ５０ａは、ステッ
プ１０５→１０６→１１０→１１１を繰り返し実行す
る。このステップ１１０，１１１のバルブタイミング制
御によれば、吸気及び排気バルブ１１，１２が前記図５
の二点鎖線の如く制御されることになる。

【００４２】図９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）はエンジン１の通常運転時に
おける１サイクル分のＰ−Ｖ特性の推移を、（ｂ）は始
動クランキング時における１サイクル分のＰ−Ｖ特性の
推移を、（ｃ）は冷間運転時における１サイクル分のＰ
−Ｖ特性の推移をそれぞれ示す。

【００４３】つまり、図９（ｂ）の特性では、ピストン
４がＢＤＣからＴＤＣに移行する過程で排気バルブ１２
が早閉じされると共に、ＴＤＣにて吸気バルブ１１が開
弁される。従って、図９（ａ）に比べて斜線部分だけポ
ンプロスが増加する。かかる場合、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、筒内ガ
ス温度が上昇することになる。

【００４４】要するに、排気バルブ１２を早閉じすると
筒内に残留ガスが閉じ込められ、ピストン４がＴＤＣに
移動するまでの期間において一時的に圧縮される。次
に、ＴＤＣで吸気バルブ１１が開かれたとき、一時的に
圧縮された残留ガスが吸気側に急激に逆流する。このと
き、吸気が拡散し流速が弱まることで、運動エネルギが
熱エネルギに熱変換されて温度が上昇する。エネルギ保
存則によれば、ピストン４が圧縮に要する仕事分だけ筒
内ガス温度が上昇すると考えられる。

【００４５】また、図９（ｃ）の特性では、ピストン４
がＢＤＣからＴＤＣに移行する過程で排気バルブ１２が
早閉じされると共に、ピストン４がＴＤＣからＢＤＣに
移行する過程で吸気バルブ１１が遅開きされる。従っ
て、図９（ａ）に比べて斜線部分だけポンプロスが増加
する。この場合には、吸気バルブ１１が遅開きされる分
だけポンプロスが多少減少するが、やはりポンプロス分
のエネルギが熱エネルギに変換され、筒内ガス温度が上
昇することになる。

【００４６】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 （ａ）本実施の形態では、エンジン１の始動開始から暖
機完了までの期間において、エンジン運転状態に基づき
バルブ駆動機構２０の駆動により排気バルブ１２をＴＤ
Ｃよりも早閉じさせると共に、吸気バルブ１１をＴＤＣ
にて開弁させるか若しくはＴＤＣよりも遅開きさせるよ
うにした。この場合、筒内（シリンダ３内）に高温の既
燃ガスが残留し、さらにポンプロスの増加分が筒内ガス
温度の上昇分として熱変換される。これにより筒内温度
が上昇し、冷間始動時におけるエンジン始動時間の短縮
を図ることができる。

【００４７】（ｂ）また本実施の形態の装置では、エン
ジン１の始動開始から暖機完了までの期間に限り、上記
ような排気バルブ１２の早閉じ制御と吸気バルブ１１の
遅開き制御とを実施するため、暖機完了後において燃費
が比較的悪い領域でエンジン１の運転が継続されること
はない。

【００４８】（ｃ）エンジン１の始動クランキング時に
は、吸気バルブ１１を遅開きさせずＴＤＣにて開弁させ
るようにした。この場合、ポンプロスを最大限に増大さ
せることができ、筒内ガス温度の上昇が促進される。

【００４９】（ｄ）排気バルブ１２の早閉じ量や吸気バ
ルブ１１の遅開き量を以下のように設定した。つまり、 ・水温Ｔｗが低いほど、或いはエンジン負荷（アクセル
開度Ａｃ）が低いほど、排気バルブ１２を早い時期に閉
じさせ（図６，７参照）、 ・水温Ｔｗが高いほど、吸気バルブ１１を遅い時期に開
かせるようにした（図８参照）。これら各々の構成によ
れば、ポンプロス分による熱エネルギをより一層有効的
に活用することができる。

【００５０】（ｅ）吸気バルブ１１の遅開き量を排気バ
ルブ１２の早閉じ量にて制限するようにした。つまり、
吸気バルブ１１の遅開き量を制限することにより、ポン
プロス分による熱エネルギが常に確保できることにな
る。

【００５１】なおここで、図１０〜図１３は効果の確認
のための線図である。図１０において、「Ａ」領域は残
留ガスの熱エネルギによる温度上昇を示し、「Ｂ」領域
はポンプロスの増加分からの熱エネルギ変換による温度
上昇を示す。同図によれば、上記２つの要因から圧縮前
筒内温度が上昇し、その上昇の度合いは排気バルブ１２
が早閉じされるほど大きくなるのが分かる。

【００５２】また、図１１によれば、排気バルブ１２が
早閉じされるほど、エンジン１の始動から完爆までの時
間（始動時間）が短縮され、図１２によれば、排気バル
ブ１２が早閉じされるほど、エンジン始動後における白
煙排出量が低減されるのが分かる。

【００５３】さらに、図１３によれば、実線で示す本実
施の形態の装置では、二点鎖線で示す従来装置よりも大
幅にエンジン１の暖機時間（水温が暖機完了の４０℃に
達するまでの時間）が短縮でき、早期暖機が実現できる
ことが分かる。因みにこのとき、筒内温度が上昇するた
めに冷却損失が増加し、水温上昇速度（暖機速度）が短
縮される。

【００５４】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。上記実施の形態では、吸気及
び排気バルブ１１，１２の開閉時期を任意に調整できる
油圧駆動式のバルブ駆動機構（カムレス式バルブ駆動機
構）２０を用いてバルブタイミング制御を実現したが、
これを変更してもよい。例えばカム駆動式の吸気及び排
気バルブ１１，１２を用い、カム位相を変更したり、カ
ムプロフィールを変更したりしてバルブタイミング制御
を具体化してもよい。要は、エンジン暖機時において、
エンジン運転状態に基づき排気バルブをＴＤＣよりも早
閉じさせると共に、吸気バルブをＴＤＣにて開弁させる
か若しくはＴＤＣよりも遅開きさせることができる構成
であればよい。

【００５５】また、上記実施の形態では、排気バルブ１
２の早閉じ量や吸気バルブ１１の遅開き量を水温Ｔｗや
アクセル開度Ａｃ情報に基づいて可変に設定したが、こ
れを固定値としてもよい。

【００５６】上記実施の形態では、エンジン運転状態検
出手段として水温センサ５１及びアクセル開度センサ５
３を用いたが、これを変更してもよい。例えば水温セン
サ５１の代わりにエンジン１の壁面温度を検出するセン
サを使用したり、エンジン負荷情報としてエンジン１へ
の燃料噴射量の演算結果を用いたりしてもよい。

【００５７】また、上記実施の形態では、本発明を直噴
式の４気筒ディーゼルエンジンに具体化したが、これを
変更ししてよい。例えば副室噴射式のディーゼルエンジ
ンや、４気筒以外のディーゼルエンジンなど、他の形態
のディーゼルエンジンにて具体化してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態におけるディーゼルエンジン
の制御装置の概要を示す構成図。

【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ルーチンを示すフローチ
ャート。

【図５】吸気及び排気バルブの開閉時期を説明するため
のタイムチャート。

【図６】始動クランキング時における排気バルブの閉時
期を設定するためのマップ。

【図７】冷間運転時における排気バルブの閉時期を設定
するためのマップ。

【図８】冷間運転時における吸気バルブの開時期を設定
するためのマップ。

【図９】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１０】排気バルブの閉時期と圧縮前筒内温度との関
係を示す線図。

【図１１】排気バルブの閉時期と始動時間との関係を示
す線図。

【図１２】排気バルブの閉時期と白煙の排出量との関係
を示す線図。

【図１３】水温上昇の過程を経過時間と共に示す線図。

【符号の説明】

１…エンジン（４気筒ディーゼルエンジン）、１１…吸
気バルブ、１２…排気バルブ、２０…バルブ駆動機構、
５０…バルブ開閉制御手段を構成するＥＣＵ（電子制御
装置）、５１…エンジン運転状態検出手段としての水温
センサ、５３…エンジン運転状態検出手段としてのアク
セル開度センサ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジンに設けられた排気バル
   ブの閉弁タイミング、並びに吸気バルブの開弁タイミン
   グを調整するためのバルブ駆動機構と、 少なくともエンジン温度及びエンジン負荷を含むエンジ
   ン運転状態を検出するエンジン運転状態検出手段と、 前記エンジンの始動開始から暖機完了までの期間におい
   て、前記検出されるエンジン運転状態に基づきバルブ駆
   動機構の駆動により前記排気バルブを上死点よりも早閉
   じさせると共に、前記吸気バルブを上死点にて開弁させ
   るか若しくは上死点よりも遅開きさせるバルブ開閉制御
   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。
2. 【請求項２】前記バルブ開閉制御手段は、スタータモー
   タによる前記エンジンの始動クランキング時において吸
   気バルブを遅開きさせず上死点にて開弁させるものであ
   る請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
3. 【請求項３】前記バルブ開閉制御手段は、エンジン温度
   が低いほど、前記排気バルブを早い時期に閉じさせるも
   のである請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエン
   ジンの制御装置。
4. 【請求項４】前記バルブ開閉制御手段は、エンジン負荷
   が低いほど、前記排気バルブを早い時期に閉じさせるも
   のである請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエン
   ジンの制御装置。
5. 【請求項５】前記バルブ開閉制御手段は、エンジン温度
   が高いほど、前記吸気バルブを遅い時期に開かせるもの
   である請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジ
   ンの制御装置。
6. 【請求項６】前記吸気バルブの遅開き量を前記排気バル
   ブの早閉じ量にて制限する請求項１〜請求項５のいずれ
   かに記載のディーゼルエンジンの制御装置。