JP2008255815A - Diesel engine - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明は、ディーゼル機関に関し、比較的簡単な構造で、筒内スワールの強さを高い自由度で制御することを目的とする。
【解決手段】ディーゼル機関10は、第1吸気弁14aと、第2吸気弁14bと、第1吸気弁14aに通じる第1吸気ポートと、第2吸気弁14bに通じる第2吸気ポートと、第1吸気弁14aを固定の作用角で駆動する第1動弁機構20と、第1吸気弁14aの固定作用角より小さい最小作用角と、第1吸気弁14bの固定作用角より大きい最大作用角との間で可変な作用角で第2吸気弁14bを駆動する第2動弁機構22とを備える。第1吸気ポート単独でのスワール比は、第2吸気ポート単独でのスワール比より大きい。
【選択図】図1The present invention relates to a diesel engine, and an object thereof is to control the strength of an in-cylinder swirl with a high degree of freedom with a relatively simple structure.
A diesel engine 10 includes a first intake valve 14a, a second intake valve 14b, a first intake port that communicates with the first intake valve 14a, a second intake port that communicates with the second intake valve 14b, A first valve operating mechanism 20 for driving one intake valve 14a at a fixed operating angle; a minimum operating angle smaller than the fixed operating angle of the first intake valve 14a; and a maximum operating angle larger than the fixed operating angle of the first intake valve 14b. And a second valve mechanism 22 for driving the second intake valve 14b with a variable working angle. The swirl ratio of the first intake port alone is larger than the swirl ratio of the second intake port alone.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ディーゼル機関に関する。 The present invention relates to a diesel engine.
特開2004−211699号公報には、開放期間およびリフト量がいずれも固定された第1吸気弁と、それらを可変とする第2吸気弁とを備えた内燃機関が開示されている。より具体的には、この内燃機関では、第2吸気弁の開放期間が、標準開放期間および短縮開放期間のいずれかに切り換えられるようになっており、そのいずれの場合にも第2吸気弁と第1吸気弁とが同じタイミングで閉じるものとされている。そして、第2吸気弁を短縮開放期間とし、ピストンスピードが最大となる時期近傍まで第2吸気弁を開かないようにすることにより、筒内流動を強化することができるとされている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-211699 discloses an internal combustion engine that includes a first intake valve in which an opening period and a lift amount are both fixed, and a second intake valve that makes them variable. More specifically, in this internal combustion engine, the opening period of the second intake valve is switched to either the standard opening period or the shortened opening period. The first intake valve is closed at the same timing. And it is supposed that the in-cylinder flow can be strengthened by setting the second intake valve as a shortened opening period and not opening the second intake valve until the vicinity of the time when the piston speed becomes maximum.
しかしながら、筒内流動は、強化すべき場合ばかりではなく、運転領域等によっては、逆に筒内流動を弱める必要のある場合もある。 However, the in-cylinder flow is not only required to be strengthened, but depending on the operating region, the in-cylinder flow may need to be weakened.
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、比較的簡単な構造で、筒内スワールの強さを高い自由度で制御することのできるディーゼル機関を提供することを目的とする。 This invention is made in view of said point, and it aims at providing the diesel engine which can control the intensity | strength of an in-cylinder swirl with a high degree of freedom with a comparatively simple structure.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、ディーゼル機関であって、
第1吸気弁と、
第2吸気弁と、
前記第1吸気弁に通じる第1吸気ポートと、
前記第2吸気弁に通じる第2吸気ポートと、
前記第1吸気弁を固定の作用角で駆動する第1動弁機構と、
前記第1吸気弁の固定作用角より小さい最小作用角と、前記第1吸気弁の固定作用角より大きい最大作用角との間で可変な作用角で第2吸気弁を駆動する第2動弁機構と、
を備え、
前記第1吸気ポート単独でのスワール比が、前記第2吸気ポート単独でのスワール比より大きいことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a diesel engine,
A first intake valve;
A second intake valve;
A first intake port leading to the first intake valve;
A second intake port leading to the second intake valve;
A first valve mechanism for driving the first intake valve at a fixed operating angle;
A second valve that drives the second intake valve with a variable operating angle between a minimum operating angle smaller than the fixed operating angle of the first intake valve and a maximum operating angle larger than the fixed operating angle of the first intake valve. Mechanism,
With
The swirl ratio of the first intake port alone is larger than the swirl ratio of the second intake port alone.
また、第2の発明は、第1の発明において、
所定の運転領域において、前記第2吸気弁の作用角を前記第1吸気弁の固定作用角より大きくするとともに、前記第1吸気弁が閉じた後、ピストンの上昇に伴って気筒内の空気の一部を前記第2吸気弁を通して前記第2吸気ポートへ逆流させてから前記第2吸気弁が閉じることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
In a predetermined operating region, the operating angle of the second intake valve is made larger than the fixed operating angle of the first intake valve, and after the first intake valve is closed, the air in the cylinder is increased as the piston rises. The second intake valve is closed after a part is caused to flow back to the second intake port through the second intake valve.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記第1吸気弁および前記第2吸気弁の開弁期間の位相を変化させる位相可変機構を更に備えることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
A phase variable mechanism for changing a phase of a valve opening period of the first intake valve and the second intake valve is further provided.
また、第4の発明は、第3の発明において、
前記第1吸気弁および前記第2吸気弁は、共通の吸気カム軸により駆動され、
前記位相可変機構は、前記吸気カム軸の位相を可変とするものであることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 3rd invention,
The first intake valve and the second intake valve are driven by a common intake camshaft,
The phase variable mechanism is characterized in that the phase of the intake camshaft is variable.
また、第5の発明は、第3または第4の発明において、
前記第2動弁機構は、前記第2吸気弁の開き時期を一定として閉じ時期を変化させることにより作用角を変化させるものであり、
前記第1吸気弁の開き時期と、前記第2吸気弁の開き時期とがほぼ同じであることを特徴とする。
The fifth invention is the third or fourth invention, wherein
The second valve mechanism changes the operating angle by changing the closing timing while keeping the opening timing of the second intake valve constant,
The opening timing of the first intake valve and the opening timing of the second intake valve are substantially the same.
また、第6の発明は、第5の発明において、
中速中負荷領域において、前記第2吸気弁の作用角を前記第1吸気弁の固定作用角より大きくするとともに、前記位相可変機構を基準状態とする制御手段を備えることを特徴とする。
The sixth invention is the fifth invention, wherein
In the middle-speed intermediate load region, the second intake valve has an operation angle larger than a fixed operation angle of the first intake valve, and includes a control unit that sets the phase variable mechanism in a reference state.
また、第7の発明は、第5の発明において、
高速高負荷領域において、前記第2吸気弁の作用角を前記第1吸気弁の固定作用角より大きくするとともに、前記位相可変機構を進角状態とする制御手段を備えることを特徴とする。
The seventh invention is the fifth invention, wherein
In the high-speed and high-load region, there is provided control means for making the operating angle of the second intake valve larger than the fixed operating angle of the first intake valve and setting the phase variable mechanism in an advanced state.
また、第8の発明は、第5の発明において、
軽中負荷領域において、前記第2吸気弁の作用角を前記第1吸気弁の固定作用角より大きくするとともに、前記位相可変機構を進角状態とする制御手段を備えることを特徴とする。
The eighth invention is the fifth invention, wherein
In a light-medium load region, control means for making the operating angle of the second intake valve larger than the fixed operating angle of the first intake valve and setting the phase variable mechanism in an advanced state is provided.
また、第9の発明は、第3または第4の発明において、
前記第2動弁機構は、前記第2吸気弁の閉じ時期を一定として開き時期を変化させることにより作用角を変化させるものであり、
前記第1吸気弁の閉じ時期と、前記第2吸気弁の閉じ時期とがほぼ同じであることを特徴とする。
The ninth invention is the third or fourth invention, wherein
The second valve mechanism changes the operating angle by changing the opening timing while keeping the closing timing of the second intake valve constant,
The closing timing of the first intake valve and the closing timing of the second intake valve are substantially the same.
また、第10の発明は、第9の発明において、低速軽負荷領域において、前記第2吸気弁の作用角を前記第1吸気弁の固定作用角より大きくするとともに、前記位相可変機構を基準状態とする制御手段を備えることを特徴とする。 In a tenth aspect based on the ninth aspect, the operating angle of the second intake valve is made larger than the fixed operating angle of the first intake valve in the low speed and light load region, and the phase variable mechanism is in a reference state. It is characterized by comprising the following control means.
また、第11の発明は、第9の発明において、高速高負荷領域において、前記第2吸気弁の作用角を前記第1吸気弁の固定作用角より大きくするとともに、前記位相可変機構を基準状態とする制御手段を備えることを特徴とする。 In an eleventh aspect based on the ninth aspect, the operating angle of the second intake valve is made larger than the fixed operating angle of the first intake valve in the high speed and high load region, and the phase variable mechanism is in a reference state. It is characterized by comprising the following control means.
また、第12の発明は、第9の発明において、低速軽負荷領域において、前記第2吸気弁の作用角を前記第1吸気弁の固定作用角より大きくするとともに、前記位相可変機構を進角状態とする制御手段を備えることを特徴とする。 In a twelfth aspect based on the ninth aspect, the operating angle of the second intake valve is made larger than the fixed operating angle of the first intake valve and the phase variable mechanism is advanced in the low speed and light load region. It is characterized by comprising control means for setting the state.
また、第13の発明は、第9の発明において、低速高負荷領域において、前記第2吸気弁の作用角を前記第1吸気弁の固定作用角より大きくするとともに、前記位相可変機構を進角状態とする制御手段を備えることを特徴とする。 In a thirteenth aspect based on the ninth aspect, the operating angle of the second intake valve is made larger than the fixed operating angle of the first intake valve and the phase variable mechanism is advanced in the low speed and high load region. It is characterized by comprising control means for setting the state.
第1の発明においては、第2吸気弁の作用角を第1吸気弁の固定作用角より小さくするほど、スワール比の小さい第2吸気ポートを通って筒内に流入する空気量が減少する一方で、スワール比の大きい第1吸気ポートを通って筒内に流入する空気量は増加する。このため、筒内に形成されるスワールの強度を高めることができる。逆に、第2吸気弁の作用角を第1吸気弁の固定作用角より大きくするほど、スワール比の小さい第2吸気ポートを通って筒内に流入する空気量が増加する一方で、スワール比の大きい第1吸気ポートを通って筒内に流入する空気量は減少する。このため、筒内にスワールが形成されるのを抑制することができ、スワールの強度を抑えることができる。すなわち、第1の発明によれば、第2吸気弁の作用角を変化させることにより、スワール比の大きい第1吸気ポートを通って筒内に流入する空気量と、スワール比の小さい第2吸気ポートを通って筒内に流入する空気量との比率を自由に変化させることができる。このため、筒内に形成されるスワールの強度を高い自由度で変化させることができ、運転状態に応じた最適なスワール強度を実現することができる。よって、運転状態に応じた良好な燃焼を行うことができ、エミッション、燃費、トルク変動等を改善することができる。更に、作用角可変機構を第2吸気弁にだけ設ければよく、第1吸気弁には作用角可変機構を設ける必要がない。このため、第1吸気弁と第2吸気弁との両方に作用角可変機構を設ける場合と比べて、コスト低減、重量軽減が図れる。また、小型化が可能となり、車両への搭載性にも優れる。 In the first invention, as the operating angle of the second intake valve is made smaller than the fixed operating angle of the first intake valve, the amount of air flowing into the cylinder through the second intake port having a small swirl ratio decreases. Thus, the amount of air flowing into the cylinder through the first intake port having a large swirl ratio increases. For this reason, the intensity | strength of the swirl formed in a cylinder can be raised. Conversely, as the operating angle of the second intake valve is made larger than the fixed operating angle of the first intake valve, the amount of air flowing into the cylinder through the second intake port having a small swirl ratio increases, while the swirl ratio The amount of air flowing into the cylinder through the first intake port having a large value decreases. For this reason, it can suppress that a swirl is formed in a pipe | tube, and can suppress the intensity | strength of a swirl. That is, according to the first invention, by changing the operating angle of the second intake valve, the amount of air flowing into the cylinder through the first intake port having a large swirl ratio and the second intake having a small swirl ratio are obtained. The ratio of the amount of air flowing into the cylinder through the port can be freely changed. For this reason, the intensity | strength of the swirl formed in a cylinder can be changed with a high freedom degree, and the optimal swirl intensity according to the driving | running state is realizable. Therefore, good combustion according to the driving state can be performed, and emission, fuel consumption, torque fluctuation, and the like can be improved. Furthermore, it is only necessary to provide the operating angle variable mechanism only in the second intake valve, and it is not necessary to provide the operating angle variable mechanism in the first intake valve. For this reason, compared with the case where an operating angle variable mechanism is provided in both the 1st intake valve and the 2nd intake valve, cost reduction and weight reduction can be aimed at. In addition, it is possible to reduce the size and to be mounted on a vehicle.
第2の発明によれば、所定の運転領域において、第2吸気弁の作用角を第1吸気弁の固定作用角より大きくするとともに、第1吸気弁が閉じた後、ピストンの上昇に伴って気筒内の空気の一部を第2吸気弁を通して第2吸気ポートへ逆流させてから第2吸気弁を閉じることができる。このとき、気筒内から第2吸気ポートへ逆流しようとする空気は、吸気行程で筒内に形成されたスワールの旋回方向と逆方向に旋回しながら第2吸気ポートへ流入していくので、筒内のスワールを打ち消すように作用する。このため、スワールを抑制する必要のある運転領域(例えばHCが制約になり易い軽中負荷域など)において、スワールを十分に抑制することができる。 According to the second invention, in a predetermined operating region, the operating angle of the second intake valve is made larger than the fixed operating angle of the first intake valve, and after the first intake valve is closed, the piston is raised. The second intake valve can be closed after a part of the air in the cylinder flows back to the second intake port through the second intake valve. At this time, the air that is going to flow backward from the cylinder to the second intake port flows into the second intake port while turning in the direction opposite to the swirling direction of the swirl formed in the cylinder in the intake stroke. Acts to counter the swirl inside. For this reason, it is possible to sufficiently suppress the swirl in an operation region where it is necessary to suppress the swirl (for example, a light / medium load region where HC is likely to be restricted).
第3の発明によれば、第2吸気弁の作用角可変に加えて、第1吸気弁および第2吸気弁の開弁位相を可変とすることにより、多様な吸気弁開弁特性を実現できるので、運転状態に応じた適切な燃焼状態を実現できる。 According to the third aspect of the invention, various intake valve opening characteristics can be realized by making the valve opening phases of the first intake valve and the second intake valve variable in addition to changing the operating angle of the second intake valve. Therefore, an appropriate combustion state according to the operation state can be realized.
第4の発明によれば、第1吸気弁および第2吸気弁は、共通の吸気カム軸により駆動され、上記位相可変機構は、その吸気カム軸の位相を変化させることにより、両吸気弁の開弁位相を変化させることができる。このような第4の発明によれば、第1動弁機構、第2動弁機構、および位相可変機構を簡単に構成することができ、更なる小型化、軽量化、コスト低減が図れる。 According to the fourth aspect of the invention, the first intake valve and the second intake valve are driven by a common intake camshaft, and the phase variable mechanism changes the phase of the intake camshaft, thereby The valve opening phase can be changed. According to such 4th invention, a 1st valve mechanism, a 2nd valve mechanism, and a phase variable mechanism can be comprised simply, and further size reduction, weight reduction, and cost reduction can be achieved.
第5の発明によれば、ディーゼル機関の運転状態に応じたより適切な燃焼が得られるように、両吸気弁の動作を制御することができる。 According to the fifth aspect of the invention, the operation of both intake valves can be controlled so that more appropriate combustion according to the operating state of the diesel engine can be obtained.
第6の発明によれば、中速中負荷領域において、第2吸気弁の閉じ時期を標準よりも遅らせることができるので、実圧縮比を低くすることができる。その結果、圧縮端温度が低くなるので、燃焼温度を低くすることができる。よって、NOx排出量を低減することができる。なお、第2吸気弁の遅閉じにより、筒内空気量が多少減少するが、中負荷なので、スモークの心配はない。 According to the sixth aspect of the present invention, the second intake valve closing timing can be delayed from the standard in the medium-speed intermediate load region, so that the actual compression ratio can be lowered. As a result, the compression end temperature is lowered, so that the combustion temperature can be lowered. Therefore, the NOx emission amount can be reduced. Note that the in-cylinder air amount slightly decreases due to the slow closing of the second intake valve, but there is no risk of smoke because of the medium load.
第7の発明によれば、高速高負荷領域において、第1吸気弁および第2吸気弁の開き時期を標準より早くするとともに、第2吸気弁の閉じ時期を標準より遅くすることができる。これにより、排気弁と両吸気弁とが共に開いた状態となる正のバルブオーバーラップが大きく生じるので、高速域においては、掃気効果により既燃ガスの排出および新気の導入が促進され、吸排気効率が高めることができる。また、第2吸気弁の閉じ時期が比較的遅いので、高速域での吸気慣性効果を最大限に生かすことができ、充填効率を向上できる。このようなことから、第7の発明によれば、高速高負荷域における出力性能を向上することができる。 According to the seventh aspect, in the high speed and high load region, the opening timing of the first intake valve and the second intake valve can be made earlier than the standard, and the closing timing of the second intake valve can be made later than the standard. This causes a large positive valve overlap in which both the exhaust valve and both intake valves are open. Therefore, at high speeds, the scavenging effect promotes the discharge of burned gas and the introduction of fresh air, and the intake. The exhaust efficiency can be increased. Further, since the closing timing of the second intake valve is relatively late, the intake inertia effect in the high speed range can be utilized to the maximum, and the charging efficiency can be improved. Thus, according to the seventh aspect of the invention, the output performance in the high speed and high load range can be improved.
第8の発明によれば、軽中負荷領域において、排気弁と両吸気弁とが共に開いた状態となる正のバルブオーバーラップを大きくすることができる。これにより、内部EGR量が多くなるので、筒内温度を高めることができる。筒内温度が高まると、不完全燃焼が少なくなり、HC排出量を低減することができる。また、第2吸気弁の作用角が第1吸気弁の固定作用角より大きいため、スワールの強度を弱くすることができる。更に、第2吸気弁の閉じ時期が遅いので、筒内から第2吸気ポートへ逆流する流れが生じ、吸気行程で筒内に形成されたスワールを打ち消すことができる。その結果、スワールを十分に抑制することができる。このため、スワールによる燃料の過拡散を確実に防止することができる。よって、筒内温度アップによる効果と相まって、HC排出量を十分に低減することができる。 According to the eighth aspect of the invention, the positive valve overlap in which the exhaust valve and both intake valves are both open can be increased in the light and medium load region. Thereby, since the amount of internal EGR increases, the in-cylinder temperature can be increased. When the in-cylinder temperature increases, incomplete combustion is reduced, and the amount of HC emission can be reduced. Further, since the operating angle of the second intake valve is larger than the fixed operating angle of the first intake valve, the strength of the swirl can be reduced. Furthermore, since the closing timing of the second intake valve is late, a flow that flows backward from the cylinder to the second intake port is generated, and the swirl formed in the cylinder in the intake stroke can be canceled out. As a result, swirl can be sufficiently suppressed. For this reason, fuel overdiffusion due to swirl can be reliably prevented. Therefore, coupled with the effect of increasing the in-cylinder temperature, the HC emission amount can be sufficiently reduced.
第9の発明によれば、ディーゼル機関の運転状態に応じたより適切な燃焼が得られるように、両吸気弁の動作を制御することができる。 According to the ninth aspect of the invention, the operation of both intake valves can be controlled so that more appropriate combustion according to the operating state of the diesel engine can be obtained.
第10の発明によれば、低速軽負荷領域において、第2吸気弁の開き時期を標準より早くすることができる。このため、排気弁と第2吸気弁とが共に開いた状態となる正のバルブオーバーラップを大きくすることができる。低速軽負荷領域においては、この正のバルブオーバーラップにより、内部EGR量が多くなるので、筒内温度を高めることができる。また、第2吸気弁の作用角が第1吸気弁の固定作用角より大きいため、スワールの強度を抑えることができる。すなわち、第10の発明によれば、低速軽負荷領域において、筒内温度をアップするとともに、スワールを十分に抑制することができる。このため、それらの相乗効果により、HC排出量を十分に低減することができる。 According to the tenth aspect, the opening timing of the second intake valve can be made earlier than the standard in the low speed and light load region. For this reason, the positive valve overlap in which the exhaust valve and the second intake valve are both opened can be increased. In the low speed and light load region, the amount of internal EGR increases due to this positive valve overlap, so that the in-cylinder temperature can be increased. Further, since the operating angle of the second intake valve is larger than the fixed operating angle of the first intake valve, the strength of the swirl can be suppressed. That is, according to the tenth aspect, in the low speed light load region, the in-cylinder temperature can be increased and swirl can be sufficiently suppressed. For this reason, the amount of HC emission can be sufficiently reduced by their synergistic effect.
第11の発明によれば、高速高負荷領域において、第2吸気弁の開き時期を標準より早くすることができる。このため、排気弁と第2吸気弁とが共に開いた状態となる正のバルブオーバーラップを大きくすることができる。高速域において、正のバルブオーバーラップを設けると、掃気効果により、既燃ガスの排出および新気の導入を促進することができ、吸排気効率を高めることができる。よって、第11の発明によれば、高速高負荷領域での出力性能を向上することができる。 According to the eleventh aspect, the opening timing of the second intake valve can be made earlier than the standard in the high speed and high load region. For this reason, the positive valve overlap in which the exhaust valve and the second intake valve are both opened can be increased. If a positive valve overlap is provided in the high speed region, the scavenging effect can promote the discharge of burned gas and the introduction of fresh air, and the intake and exhaust efficiency can be increased. Therefore, according to the eleventh aspect, the output performance in the high speed and high load region can be improved.
第12の発明によれば、低速軽負荷領域において、排気弁と第2吸気弁とが共に開いた状態となる正のバルブオーバーラップを大きくすることができる。このため、内部EGR量が更に多くなるので、筒内温度を十分に高めることができる。また、第12の発明によれば、第1吸気弁および第2吸気弁の閉じ時期を早めて、吸気下死点に近づけることができる。吸気慣性効果の少ない低速域においては、吸気下死点付近で両吸気弁を閉じることにより、実圧縮比がアップし、筒内温度を高くすることができる。このようなことから、第12の発明によれば、低速軽負荷領域において、筒内温度を極めて有効にアップすることができる。更に、第2吸気弁の作用角が第1吸気弁の固定作用角より大きいため、スワールの強度を抑えることもできる。よって、筒内温度アップと、スワール抑制との相乗効果により、HC排出量を十分に低減することができる。 According to the twelfth aspect, the positive valve overlap in which the exhaust valve and the second intake valve are both open can be increased in the low speed and light load region. For this reason, since the amount of internal EGR is further increased, the in-cylinder temperature can be sufficiently increased. According to the twelfth aspect of the invention, the closing timing of the first intake valve and the second intake valve can be advanced to approach the intake bottom dead center. In the low speed range where the intake inertia effect is small, the actual compression ratio is increased and the in-cylinder temperature can be increased by closing both intake valves near the intake bottom dead center. For this reason, according to the twelfth aspect, the in-cylinder temperature can be increased extremely effectively in the low speed light load region. Furthermore, since the operating angle of the second intake valve is larger than the fixed operating angle of the first intake valve, the strength of the swirl can be suppressed. Therefore, the HC emission amount can be sufficiently reduced due to the synergistic effect of increasing the in-cylinder temperature and suppressing swirl.
第13の発明によれば、低速高負荷領域において、排気弁と第2吸気弁とが共に開いた状態となる正のバルブオーバーラップを大きくすることができる。低速高負荷領域において正のバルブオーバーラップを大きくすると、掃気効果により、既燃ガスの排出および新気の導入を促進することができ、吸排気効率を高めることができる。また、第13の発明によれば、第1吸気弁および第2吸気弁の閉じ時期を早めて、吸気下死点に近づけることができる。その結果、吸気慣性効果の少ない低速域においては最適な吸気弁閉じ時期となり、充填効率が向上する。このように、第13の発明によれば、吸排気効率および充填効率が共に向上するので、その相乗効果により、低速高負荷領域の出力性能を向上することができる。 According to the thirteenth aspect, the positive valve overlap in which the exhaust valve and the second intake valve are both open can be increased in the low speed and high load region. When the positive valve overlap is increased in the low-speed and high-load region, the scavenging effect can promote the discharge of burned gas and the introduction of fresh air, and the intake and exhaust efficiency can be improved. Further, according to the thirteenth aspect, the closing timing of the first intake valve and the second intake valve can be advanced to approach the intake bottom dead center. As a result, in the low speed range where the intake inertia effect is small, the optimal intake valve closing timing is obtained, and the charging efficiency is improved. Thus, according to the thirteenth aspect, both the intake / exhaust efficiency and the charging efficiency are improved. Therefore, the synergistic effect can improve the output performance in the low speed and high load region.
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、4サイクルのディーゼル機関10を備えている。ディーゼル機関10は、複数気筒を有しており、図1には、そのうちの1気筒の断面が示されている。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of this embodiment includes a four-
ディーゼル機関10の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ12と、吸気弁14と、排気弁16と、ピストン18とが設置されている。
Each cylinder of the
ディーゼル機関10は、1気筒当たり二つの吸気弁14を備えている。この二つの吸気弁14を区別するため、以下、一方を第1吸気弁14aと呼び、他方を第2吸気弁14bと呼ぶ。
The
ディーゼル機関10には、第1吸気弁14aを駆動する第1動弁機構20と、第2吸気弁14bを駆動する第2動弁機構22と、第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bの開弁位相を可変とする位相可変機構24とを有している。これらの機構については、後に説明する。また、排気弁16は、その開弁特性を可変とする可変動弁機構で駆動されるものでも、開弁特性が固定の通常の動弁機構で駆動されるものでも、どちらでもよい。
The
本実施形態のシステムは、更に、ディーゼル機関10のクランク軸26の回転角度を検出するクランク角度センサ28と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ30と、ECU(Electronic Control Unit)50とを備えている。ECU50には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ECU50は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼル機関10の運転状態を制御する。
The system of the present embodiment further includes a
図2は、図1に示すシステムにおけるディーゼル機関10の吸気ポートを説明するための模式的な平面図である。図2に示すように、ディーゼル機関10には、1気筒当たり、第1吸気ポート32aおよび第2吸気ポート32bの二つの吸気ポートを備えている。第1吸気ポート32aは、第1吸気弁14aにより開閉され、第2吸気ポート32bは、第2吸気弁14bにより開閉される。
FIG. 2 is a schematic plan view for explaining an intake port of the
このようなディーゼル機関10は、第1吸気ポート32a単独でのスワール比が、第2吸気ポート32b単独でのスワール比より大きくなるように構成されている。すなわち、第1吸気ポート32aのみから筒内に空気を流入させた場合のスワール比が、第2吸気ポート32bのみから筒内に空気を流入させた場合のスワール比より大きくなるようにされている。
Such a
図3は、第2動弁機構22を示す側面図である。第2動弁機構22は、第2吸気弁14bの作用角およびリフト量(以下単に「作用角」という)を連続的に変化させることのできる作用角可変機構である。ディーゼル機関10には、クランク軸26によりベルトを介して回転駆動される吸気カム軸34が設けられている。第2動弁機構22は、この吸気カム軸34に形成されたカム36と、第2吸気弁14bとの間に設けられている。なお、吸気カム軸34は、図3中で時計回りに回転する。
FIG. 3 is a side view showing the
一方、第1動弁機構20は、同じ吸気カム軸34と、第1吸気弁14aとの間に設けられており、第1吸気弁14aを固定の作用角で駆動する機構である。つまり、第1動弁機構20は、吸気カム軸34に設けられたカムのプロフィールに応じた固定作用角で第1吸気弁14aを駆動する、通常の動弁機構である。よって、第1動弁機構20については、その詳細な図示を省略する。
On the other hand, the first valve mechanism 20 is provided between the
以下、図3を参照して、第2動弁機構22について詳細に説明する。第2動弁機構22は、吸気カム軸34と平行に配置された制御軸38と、この制御軸38を所定角度範囲内で回転させることのできる制御軸駆動機構(図示せず)とを有している。この制御軸駆動機構の構成は、特に限定されないが、例えば、制御軸38の一端側に固定されたウォームホイールと、このウォームホイールに噛み合うウォームギヤと、このウォームギヤを回転駆動するサーボモータとで構成することができる。この場合、そのサーボモータの回転方向および回転量を制御することにより、制御軸38の回転位置(回転角度)を制御することができる。
Hereinafter, the
更に、第2動弁機構22は、揺動アーム40を有している。揺動アーム40は、制御軸38を中心として揺動可能に設置されている。揺動アーム40には、カム36に対向する側に、スライダー面42が形成されている。
Further, the
揺動アーム40とカム36との間には、スライダーローラ44が配置されている。スライダーローラ44は、同軸上に配置された大ローラおよび小ローラで構成されており、そのうちの大ローラがカム36の周面と接触し、小ローラがスライダー面42と接触している。
A
スライダーローラ44は、支持アーム46の先端部に、自由に回転可能に設置されている。支持アーム46は、制御軸38の外周に沿う円弧状をなしている。制御軸38には、図3中で左方向に突出する制御アーム48が固定されている。つまり、制御アーム48は、制御軸38と一体となって回転する。この制御アーム48の先端部と、支持アーム46の基端部とが、ピン52により、回動可能に連結されている。
The
このような構成により、制御軸38を回転させることで、スライダーローラ44を移動させることができる。すなわち、図3に示す状態から制御軸38を反時計回りに回転させると、スライダーローラ44は、支持アーム46に押されて、揺動アーム40の先端方向へ移動する。その状態から制御軸38を時計回りに回転させると、スライダーローラ44は、制御軸38に近づく。図3は、スライダーローラ44を制御軸38に最も近づけた状態を示している。
With such a configuration, the
スライダー面42は、揺動アーム40の先端側に行くほど、カム36の中心との距離が徐々に大きくなるような曲面(例えば円弧面)をなしている。
The
揺動アーム40の、スライダー面42と反対側には、揺動カム面54が形成されている。揺動カム面54は、揺動アーム40の揺動中心62、つまり制御軸38の中心からの距離が一定となるように形成された非作用面(基礎円部)54aと、この非作用面54aに続いて設けられ、揺動中心62からの距離が次第に大きくなるように形成された作用面54bとで構成されている。
A
このような揺動アーム40は、図示しないロストモーションスプリングにより、図3中の反時計回りに付勢されている。この付勢力により、揺動アーム40のスライダー面42はスライダーローラ44に押し当てられており、また、スライダーローラ44はカム36に押し当てられている。
Such a
第2動弁機構22は、第2吸気弁14bの弁軸端を押圧するロッカーアーム56を更に備えている。ロッカーアーム56には、揺動カム面54に接触するロッカーローラ58が設置されている。ロッカーローラ58は、ロッカーアーム56の中間部に回転自在に取り付けられている。ロッカーアーム56の一端は、第2吸気弁14bの弁軸端に当接されており、ロッカーアーム56の他端は、油圧式ラッシュアジャスタ60に支持されている。第2吸気弁14bは、図示しないバルブスプリングによって、閉方向、すなわち、ロッカーアーム56を押し上げる方向に付勢されている。ロッカーローラ58は、この付勢力と油圧式ラッシュアジャスタ60とによって、揺動アーム40の揺動カム面54に押し当てられている。
The
このような第2動弁機構22では、カム36が回転すると、カム36のカムリフトがスライダーローラ44を介して揺動アーム40に伝達することにより、揺動アーム40が揺動する。揺動アーム40が揺動すると、揺動カム面54とロッカーローラ58との接触点は、非作用面54aと作用面54bとの間を行き来する。ロッカーローラ58が非作用面54aに接触しているときには、第2吸気弁14は、リフトせず、閉じている。ロッカーローラ58が作用面54bに接触しているときには、第2吸気弁14は、リフトし、開いている。
In such a
第2吸気弁14bの作用角を変化させる場合には、制御軸38を回転させてスライダーローラ44を移動させる。図3に示す状態、つまり、スライダーローラ44が揺動中心62に最も近い位置にある状態では、揺動アーム40の振れ幅が最大となるため、第2吸気弁14bの作用角は、最大となる。
When changing the operating angle of the
これに対し、制御軸38を図3中の反時計回りに回転させてスライダーローラ44を揺動アーム40の先端側に移動させるほど、揺動アーム40の振れ幅は小さくなる。このことは、第2吸気弁14bの作用角を小さくさせる理由の一つとなる。
In contrast, as the
また、前述したように、カム36の中心とスライダー面42との距離は、揺動中心62から遠ざかるほど小さくなる。このため、スライダーローラ44を揺動中心62から遠ざけると、揺動アーム40の揺動開始位置は、図3中の時計回り側に移動する。よって、カム36のカム山がスライダーローラ44に接触し始めて揺動アーム40が揺動し始めてから、ロッカーローラ58と揺動カム面54との接触点が非作用面54bに移行するまで、つまり第2吸気弁14bがリフトし始めるまでに要する揺動アーム40の回転量は、スライダーローラ44が揺動中心62から遠ざかるほど、大きくなる。このことも、第2吸気弁14bの作用角を小さくさせる理由の一つとなる。
As described above, the distance between the center of the
このようにして、第2動弁機構22では、上記二つの理由により、図3の状態から制御軸38を反時計回りに回転させることによってスライダーローラ44を揺動アーム40の先端側に移動させるほど、第2吸気弁14bの作用角が小さくなる。
In this way, in the
ところで、カム36は図3中で時計回りに回転しているので、スライダーローラ44を揺動アーム40の先端側に移動させるほど、カム36のカム山がスライダーローラ44に接触し始めるタイミングは早くなる。つまり、第2吸気弁14bの作用角を小さくするほど、揺動アーム40が揺動し始めるタイミングが早くなる。その一方で、前述したように、第2吸気弁14bの作用角を小さくするほど、揺動アーム40が揺動し始めてから第2吸気弁14bがリフトし始めるまでに要する揺動アーム40の回転量は大きくなる。よって、本実施形態の第2動弁機構22では、第2吸気弁14bの作用角を小さくした場合、揺動アーム40が揺動し始めるタイミングが早くなるものの、揺動アーム40が揺動し始めてから第2吸気弁14bがリフトし始めるまでに要する時間は長くなるので、それらが相殺され、第2吸気弁14bの開き時期は変化しないようになっている。すなわち、本実施形態の第2動弁機構22は、第2吸気弁14bの作用角を変化させた場合に、その開き時期は変化せず、閉じ時期だけが変化するようになっている。
Incidentally, since the
図4は、本実施形態における第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bのリフトカーブを模式的に示す図である。図4に示すように、本実施形態では、第1吸気弁14aの開き時期と、第2吸気弁14bの開き時期とがほぼ同じになるように構成されている。また、第1吸気弁14aの固定作用角は、標準的な大きさとされている。そして、第2吸気弁14bの作用角は、上述した第2動弁機構22により、第1吸気弁14aの固定作用角より小さい最小作用角と、第1吸気弁14aの固定作用角より大きい最大作用角との間で、連続的に変化させることができる。このとき、第2吸気弁14bの開き時期は変化しないので、第1吸気弁14aの開き時期と、第2吸気弁14bの開き時期とは、常にほぼ同じである。
FIG. 4 is a diagram schematically showing lift curves of the first intake valve 14a and the
第2吸気弁14bの作用角を第1吸気弁14aの固定作用角より小さくするほど、スワール比の小さい第2吸気ポート32bを通って筒内に流入する空気量が減少する一方で、スワール比の大きい第1吸気ポート32aを通って筒内に流入する空気量は増加する。このため、筒内のスワールを強くすることができる。
As the operating angle of the
これに対し、第2吸気弁14bの作用角を第1吸気弁14aの固定作用角より大きくするほど、スワール比の小さい第2吸気ポート32bを通って筒内に流入する空気量が増加する一方で、スワール比の大きい第1吸気ポート32aを通って筒内に流入する空気量は減少する。このため、筒内のスワールを弱くすることができる。
In contrast, as the operating angle of the
このようにして、本実施形態のディーゼル機関10では、第2吸気弁14bの作用角を変化させることにより、スワール比の大きい第1吸気ポート32aを通って筒内に流入する空気量と、スワール比の小さい第2吸気ポート32bを通って筒内に流入する空気量との比率を自由に変化させることができる。このため、筒内に形成されるスワールの強度を高い自由度で変化させることができ、運転状態に応じた最適なスワール強度を実現することができる。よって、運転状態に応じた良好な燃焼を行うことができ、エミッション、燃費、トルク変動等を改善することができる。
In this way, in the
また、本実施形態のディーゼル機関10では、第2動弁機構22のような作用角可変機構を第2吸気弁14bにだけ設ければよい。つまり、第1吸気弁14aには作用角可変機構を設けることなしに、上記効果を得ることができる。このため、第1吸気弁14aと第2吸気弁14bとの両方に作用角可変機構を設ける場合と比べて、コスト低減、重量軽減が図れる。また、小型化が可能となり、車両への搭載性にも優れる。
Further, in the
次に、位相可変機構24について説明する。位相可変機構24は吸気カム軸34の端部に設けられたプーリ(図示せず)と吸気カム軸34との間に設けられており、このプーリに対して吸気カム軸34を回転させることにより、プーリに対する吸気カム軸34の相対位相を変化させることのできるバルブタイミング可変機構である。このような機構は公知であるので、その詳細についての図示および説明は省略する。
Next, the phase variable mechanism 24 will be described. The phase variable mechanism 24 is provided between a pulley (not shown) provided at an end of the
位相可変機構24によれば、第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bの開弁期間の位相を変化(進角あるいは遅角)させることができる。前述したように、吸気カム軸34は、第1吸気弁14aと第2吸気弁14bとに共通である。よって、位相可変機構24によって吸気カム軸34の相対位相を変化させると、第1吸気弁14aの開弁期間の位相と、第2吸気弁14bの開弁期間の位相とが、一体となって(全体的に)変化する。
According to the phase variable mechanism 24, the phase of the valve opening period of the first intake valve 14a and the
本実施形態では、第2動弁機構22による第2吸気弁14bの作用角可変と、位相可変機構24による第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bの位相可変とを組み合わせることにより、ディーゼル機関10の運転状態に応じた多様な燃焼制御が可能となる。このため、ディーゼル機関10の運転状態に応じて最適な燃焼状態を実現することができる。以下、その具体例について説明する。
In the present embodiment, the diesel engine is obtained by combining the variable operating angle of the
図5は、第2吸気弁14bの作用角を大作用角(第1吸気弁14aの作用角より大きい作用角)とし、位相可変機構24を基準状態とした場合の両吸気弁のリフトカーブを模式的に示す図である。一方、図6は、第2吸気弁14bの作用角を同じく大作用角とし、位相可変機構24を進角状態とした場合の両吸気弁のリフトカーブを模式的に示す図である。
FIG. 5 shows the lift curves of both intake valves when the operating angle of the
図5に示すように、位相可変機構24が基準状態のとき、第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bの開き時期は、上死点の近傍(上死点前)となる。
As shown in FIG. 5, when the phase variable mechanism 24 is in the reference state, the opening timing of the first intake valve 14a and the
本実施形態では、ディーゼル機関10が中速中負荷領域で運転されているとき、図5に示すような吸気弁開弁特性となるように制御することが好ましい。これにより、NOx排出量が低減するという利点がある。その理由は次の通りである。
In the present embodiment, when the
実質的な圧縮行程は、吸気弁が閉じて筒内が密閉された時点から開始される。図5に示すような吸気弁開弁特性とすると、第2吸気弁14bの閉じ時期が標準的な時期よりも遅れた状態になるので、実質的な圧縮比(以下「実圧縮比」という)が小さくなる。このため、圧縮端温度が低くなるので、着火遅れが拡大し、燃焼期間が膨張行程側に移行する。その結果、燃焼温度が低くなるので、NOx排出量を低減することができる。なお、この場合、第2吸気弁14bの遅閉じにより、一旦筒内に吸入された空気の一部が第2吸気ポート32bに戻るので、筒内空気量が多少減ることになるが、中負荷であり、燃料噴射量がそれほど多くないので、スモークの発生は十分に抑制することができる。
The substantial compression stroke starts when the intake valve is closed and the cylinder is sealed. If the intake valve opening characteristic as shown in FIG. 5 is used, the closing timing of the
また、本実施形態では、ディーゼル機関10が高速高負荷領域で運転されているとき、図6に示すような吸気弁開弁特性となるように制御することが好ましい。これにより、高速高負荷領域での出力性能が向上するという利点がある。その理由は次の通りである。
Further, in the present embodiment, when the
図6に示すような吸気弁開弁特性とすると、第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bの開き時期が標準的な時期(上死点付近)より早くなる。これにより、排気弁16と、第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bとが共に開いた状態となる正のバルブオーバーラップが大きく生ずる。高速域において、正のバルブオーバーラップを設けると、掃気効果により、既燃ガスの排出および新気の導入を促進することができ、吸排気効率を高めることができる。また、図6に示すような吸気弁開弁特性では、第2吸気弁14bが大作用角であるので、第2吸気弁14bの閉じ時期は標準的な時期(下死点付近)より遅くなる。このため、高速域においては、吸気慣性効果を十分に生かすことができ、充填効率を向上することができる。このようにして、高速高負荷域において、吸排気効率および充填効率を高めることができるので、出力性能を向上することができる。
If the intake valve opening characteristic is as shown in FIG. 6, the opening timing of the first intake valve 14a and the
また、本実施形態では、ディーゼル機関10の負荷が軽中負荷領域であるとき、図6に示すような吸気弁開弁特性となるように制御することが好ましい。これにより、HC排出量が低減するという利点がある。その理由は次の通りである。
Further, in the present embodiment, when the load of the
図6に示すような吸気弁開弁特性とすると、上述したように、正のバルブオーバーラップが大きく生ずる。軽中負荷領域においては、この正のバルブオーバーラップにより、内部EGR量が多くなるので、筒内温度を高めることができる。筒内温度が高まると、不完全燃焼が少なくなり、HC排出量が低減する。 When the intake valve opening characteristic as shown in FIG. 6 is used, as described above, a large positive valve overlap occurs. In the light and medium load region, the amount of internal EGR increases due to this positive valve overlap, so that the in-cylinder temperature can be increased. When the in-cylinder temperature rises, incomplete combustion is reduced and HC emissions are reduced.
ところで、軽中負荷領域においては、スワールが強いと、燃料がスワールによって過拡散するので、混合気が希薄になり過ぎて、不完全燃焼が生じ易くなり、HC排出量が増え易くなる。これに対し、図6に示すような吸気弁開弁特性とすると、第2吸気弁14bの作用角が第1吸気弁14aの固定作用角より大きいため、スワール比の小さい第2吸気ポート32bを通って筒内に流入する空気量の比率が大きく、スワール比の大きい第1吸気ポート32aを通って筒内に流入する空気量の比率が小さい。よって、スワールの強度を抑えることができる。図6に示すような吸気弁開弁特性とした場合には、更に、次のような理由からも、スワールが抑制される。
By the way, in the light and medium load region, if the swirl is strong, the fuel is excessively diffused by the swirl, so that the air-fuel mixture becomes too lean and incomplete combustion is likely to occur, and the HC emission amount is likely to increase. On the other hand, when the intake valve opening characteristic as shown in FIG. 6 is used, since the operating angle of the
図6に示すような吸気弁開弁特性では、第2吸気弁14bの閉じ時期が遅くなるので、下死点を過ぎてピストン18が上昇し始めた後も第2吸気弁14bが開いている期間がある。このため、軽中負荷領域においては、第1吸気弁14aが閉じてから第2吸気弁14bが閉じるまでの間に、筒内の空気が第2吸気ポート32bへ逆流するという現象が生ずる。このとき、筒内から第2吸気ポート32bへ逆流しようとする空気は、吸気行程で筒内に形成されたスワールの旋回方向と逆方向に旋回しながら第2吸気ポート32bへ流入していく。このため、吸気行程で筒内に形成されたスワールが打ち消されるので、スワールを十分に抑制することができる。
In the intake valve opening characteristics as shown in FIG. 6, the closing timing of the
以上述べたように、軽中負荷領域において図6に示すような吸気弁開弁特性とすると、内部EGRが増加して筒内温度がアップするとともに、スワールを十分に抑制することができるので、これらの相乗効果により、HC排出量を十分に低減することができる。 As described above, when the intake valve opening characteristic is as shown in FIG. 6 in the light and medium load region, the internal EGR increases and the in-cylinder temperature increases, and the swirl can be sufficiently suppressed. These synergistic effects can sufficiently reduce HC emissions.
実施の形態2.
次に、図7乃至図9を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
Embodiment 2. FIG.
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 to FIG. 9. The difference from the above-described first embodiment will be mainly described, and the same matters will be described. Simplify or omit.
本実施形態において、第2動弁機構22は、第2吸気弁14bの作用角を変化させた場合に、その閉じ時期は変化せず、開き時期だけが変化するように構成されているものとする。なお、このような本実施形態の第2動弁機構22は、実施の形態1で説明した第2動弁機構22の各部品の配置やカム形状などを変更することによって実現することができるので、その詳細な図示および説明は省略する。
In the present embodiment, the
図7は、本実施形態における第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bのリフトカーブを模式的に示す図である。図7に示すように、本実施形態では、第1吸気弁14aの閉じ時期と、第2吸気弁14bの閉じ時期とがほぼ同じになるように構成されている。また、第1吸気弁14aの固定作用角は、標準的な大きさとされている。そして、第2吸気弁14bの作用角は、第2動弁機構22により、第1吸気弁14aの固定作用角より小さい最小作用角と、第1吸気弁14aの固定作用角より大きい最大作用角との間で、連続的に変化させることができる。このとき、第2吸気弁14bの閉じ時期は変化しないので、第1吸気弁14aの閉じ時期と、第2吸気弁14bの閉じ時期とは、常にほぼ同じである。
FIG. 7 is a diagram schematically showing lift curves of the first intake valve 14a and the
このような本実施形態のディーゼル機関10では、第2吸気弁14bの作用角を変化させることにより、実施の形態1と同様に、スワール比の大きい第1吸気ポート32aを通って筒内に流入する空気量と、スワール比の小さい第2吸気ポート32bを通って筒内に流入する空気量との比率を自由に変化させることができる。このため、筒内に形成されるスワールの強度を高い自由度で変化させることができ、運転状態に応じた最適なスワール強度を実現することができる。よって、運転状態に応じた良好な燃焼を行うことができ、エミッション、燃費、トルク変動等を改善することができる。
In the
また、本実施形態のディーゼル機関10では、実施の形態1と同様に、第2動弁機構22のような作用角可変機構を第2吸気弁14bにだけ設ければよい。つまり、第1吸気弁14aには作用角可変機構を設けることなしに、上記効果を得ることができる。このため、第1吸気弁14aと第2吸気弁14bとの両方に作用角可変機構を設ける場合と比べて、コスト低減、重量軽減が図れる。また、小型化が可能となり、車両への搭載性にも優れる。
Further, in the
更に、本実施形態においても、実施の形態1と同様に、第2動弁機構22による第2吸気弁14bの作用角可変と、位相可変機構24による第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bの位相可変とを組み合わせることにより、ディーゼル機関10の運転状態に応じた多様な燃焼制御が可能となる。このため、ディーゼル機関10の運転状態に応じて最適な燃焼状態を実現することができる。以下、その具体例について説明する。
Further, in the present embodiment as well, as in the first embodiment, the operating angle of the
図8は、第2吸気弁14bの作用角を大作用角(第1吸気弁14aの作用角より大きい作用角)とし、位相可変機構24を基準状態とした場合の両吸気弁のリフトカーブを模式的に示す図である。一方、図9は、第2吸気弁14bの作用角を同じく大作用角とし、位相可変機構24を進角状態とした場合の両吸気弁のリフトカーブを模式的に示す図である。
FIG. 8 shows the lift curves of both intake valves when the operating angle of the
図8に示すように、位相可変機構24が基準状態のとき、第1吸気弁14aの開き時期は、上死点の近傍(上死点前)となる。 As shown in FIG. 8, when the phase variable mechanism 24 is in the reference state, the opening timing of the first intake valve 14a is in the vicinity of the top dead center (before the top dead center).
本実施形態では、ディーゼル機関10が低速軽負荷領域で運転されているとき、図8に示すような吸気弁開弁特性となるように制御することが好ましい。これにより、HC排出量が低減するという利点がある。その理由は次の通りである。
In the present embodiment, when the
図8に示すような吸気弁開弁特性とすると、第2吸気弁14bの開き時期が標準的な時期(上死点付近)より早くなる。これにより、排気弁16と、第2吸気弁14bとが共に開いた状態となる正のバルブオーバーラップが大きく生ずる。低速軽負荷領域においては、この正のバルブオーバーラップにより、内部EGR量が多くなるので、筒内温度を高めることができる。また、第2吸気弁14bの作用角が第1吸気弁14aの固定作用角より大きいため、スワール比の小さい第2吸気ポート32bを通って筒内に流入する空気量の比率が大きく、スワール比の大きい第1吸気ポート32aを通って筒内に流入する空気量の比率が小さいので、スワールの強度を抑えることができる。以上のように、低速軽負荷領域において図8に示すような吸気弁開弁特性とすると、内部EGRが増加して筒内温度がアップするとともに、スワールを十分に抑制することができる。このため、それらの相乗効果により、HC排出量を十分に低減することができる。
If the intake valve opening characteristic is as shown in FIG. 8, the opening timing of the
また、本実施形態では、ディーゼル機関10が高速高負荷領域で運転されているとき、図8に示すような吸気弁開弁特性となるように制御することが好ましい。これにより、高速高負荷領域での出力性能が向上するという利点がある。その理由は次の通りである。
Further, in the present embodiment, when the
図8に示すような吸気弁開弁特性とすると、前述したように、排気弁16と、第2吸気弁14bとが共に開いた状態となる正のバルブオーバーラップが大きく生ずる。高速域において、正のバルブオーバーラップを設けると、掃気効果により、既燃ガスの排出および新気の導入を促進することができ、吸排気効率を高めることができる。その結果、高速高負荷領域での出力性能を向上することができる。
When the intake valve opening characteristic as shown in FIG. 8 is used, as described above, there is a large positive valve overlap in which the
また、本実施形態では、ディーゼル機関10が低速軽負荷領域で運転されているとき、図9に示すような吸気弁開弁特性となるように制御することが好ましい。これにより、HC排出量が低減するという利点がある。その理由は次の通りである。
Further, in the present embodiment, when the
図9に示すような吸気弁開弁特性とすると、排気弁16と、第2吸気弁14bとが共に開いた状態となる正のバルブオーバーラップが、図8の場合よりも更に大きく生ずる。このため、内部EGR量が更に多くなるので、筒内温度を更に高めることができる。更に、次のような理由からも、筒内温度がアップする。
When the intake valve opening characteristic as shown in FIG. 9 is adopted, a positive valve overlap in which both the
図9に示すような吸気弁開弁特性とすると、第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bの閉じ時期を早めて、吸気下死点に近づけることができる。吸気慣性効果の少ない低速域においては、吸気下死点付近で両吸気弁を閉じることにより、実圧縮比がアップし、筒内温度を高くすることができる。
With the intake valve opening characteristics as shown in FIG. 9, the closing timing of the first intake valve 14a and the
このようなことから、低速軽負荷領域において図9に示すような吸気弁開弁特性とすることにより、筒内温度を極めて有効にアップすることができる。更に、第2吸気弁14bの作用角が第1吸気弁14aの固定作用角より大きいため、スワールの強度を抑えることもできる。よって、筒内温度アップと、スワール抑制との相乗効果により、HC排出量を図8の場合よりも更に低減することができる。
For this reason, the in-cylinder temperature can be increased extremely effectively by adopting the intake valve opening characteristics as shown in FIG. 9 in the low speed and light load region. Furthermore, since the operating angle of the
なお、本実施形態では、低速軽負荷領域を、通常軽負荷領域と、それより負荷の小さい極軽負荷領域との二つに分け、通常軽負荷領域では図8に示すような吸気弁開弁特性とし、極軽負荷領域では図9に示すような吸気弁開弁特性とすることがより好ましい。 In the present embodiment, the low-speed light load region is divided into a normal light load region and an extremely light load region having a smaller load, and the intake valve opening as shown in FIG. 8 is performed in the normal light load region. It is more preferable to set the intake valve opening characteristic as shown in FIG. 9 in the extremely light load region.
また、本実施形態では、ディーゼル機関10が低速高負荷領域で運転されているとき、図9に示すような吸気弁開弁特性となるように制御することが好ましい。これにより、低速高負荷領域での出力性能が向上するという利点がある。その理由は次の通りである。
Further, in the present embodiment, when the
図9に示すような吸気弁開弁特性とすると、前述したように、正のバルブオーバーラップが大きく生ずる。低速高負荷領域において正のバルブオーバーラップを大きくすると、掃気効果により、既燃ガスの排出および新気の導入を促進することができ、吸排気効率を高めることができる。また、前述したように、第1吸気弁14aおよび第2吸気弁14bの閉じ時期が吸気下死点に近づくので、吸気慣性効果の少ない低速域においては最適な吸気弁閉じ時期となり、充填効率が向上する。このように、吸排気効率および充填効率が共に向上するので、その相乗効果により、低速高負荷領域の出力性能を向上することができる。
When the intake valve opening characteristic as shown in FIG. 9 is used, as described above, a large positive valve overlap occurs. When the positive valve overlap is increased in the low-speed and high-load region, the scavenging effect can promote the discharge of burned gas and the introduction of fresh air, and the intake and exhaust efficiency can be improved. Further, as described above, the closing timing of the first intake valve 14a and the
10 ディーゼル機関
12 インジェクタ
14a 第1吸気弁
14b 第2吸気弁
16 排気弁
18 ピストン
20 第1動弁機構
22 第2動弁機構
24 位相可変機構
26 クランク軸
28 クランク角度センサ
30 アクセル開度センサ
32a 第1吸気ポート
32b 第2吸気ポート
34 吸気カム軸
36 カム
38 制御軸
40 揺動アーム
42 スライダー面
44 スライダーローラ
46 支持アーム
48 制御アーム
50 ECU
54 揺動カム面
54a 非作用面
54b 作用面
56 ロッカーアーム
58 ロッカーローラ
62 揺動中心
10
54 rocking
Claims (13)
第2吸気弁と、
前記第1吸気弁に通じる第1吸気ポートと、
前記第2吸気弁に通じる第2吸気ポートと、
前記第1吸気弁を固定の作用角で駆動する第1動弁機構と、
前記第1吸気弁の固定作用角より小さい最小作用角と、前記第1吸気弁の固定作用角より大きい最大作用角との間で可変な作用角で第2吸気弁を駆動する第2動弁機構と、
を備え、
前記第1吸気ポート単独でのスワール比が、前記第2吸気ポート単独でのスワール比より大きいことを特徴とするディーゼル機関。 A first intake valve;
A second intake valve;
A first intake port leading to the first intake valve;
A second intake port leading to the second intake valve;
A first valve mechanism for driving the first intake valve at a fixed operating angle;
A second valve that drives the second intake valve with a variable operating angle between a minimum operating angle smaller than the fixed operating angle of the first intake valve and a maximum operating angle larger than the fixed operating angle of the first intake valve. Mechanism,
With
A diesel engine characterized in that a swirl ratio of the first intake port alone is larger than a swirl ratio of the second intake port alone.
前記位相可変機構は、前記吸気カム軸の位相を可変とするものであることを特徴とする請求項3記載のディーゼル機関。 The first intake valve and the second intake valve are driven by a common intake camshaft,
The diesel engine according to claim 3, wherein the phase variable mechanism is configured to change a phase of the intake camshaft.
前記第1吸気弁の開き時期と、前記第2吸気弁の開き時期とがほぼ同じであることを特徴とする請求項3または4に記載のディーゼル機関。 The second valve mechanism changes the operating angle by changing the closing timing while keeping the opening timing of the second intake valve constant,
The diesel engine according to claim 3 or 4, wherein the opening timing of the first intake valve and the opening timing of the second intake valve are substantially the same.
前記第1吸気弁の閉じ時期と、前記第2吸気弁の閉じ時期とがほぼ同じであることを特徴とする請求項3または4に記載のディーゼル機関。 The second valve mechanism changes the operating angle by changing the opening timing while keeping the closing timing of the second intake valve constant,
The diesel engine according to claim 3 or 4, wherein the closing timing of the first intake valve and the closing timing of the second intake valve are substantially the same.
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