JP2008025551A - ディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】群噴孔を有するインジェクタの有効性を保持しつつ、バルブタイミング制御により、群噴孔を有するインジェクタが抱える問題点を解消し、排気ガスを清浄化しつつ、優れた燃焼効率を実現するディーゼルエンジンを提供する。
【解決手段】インジェクタ１の軸線と、インジェクタ１に穿設される噴孔１０ａの軸線との交点が、複数存在するインジェクタ１を具備するディーゼルエンジンにおいて、吸気弁２５の閉弁時期を、エンジンの運転状態に基づいて制御するＥＣＵ５０を具備し、ＥＣＵ５０により、吸気弁２５をＢＤＣ（ピストンが下死点となる時期）以前の時期に、閉弁するように制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、コモンレール式の燃料噴射装置を備えるディーゼルエンジンのバルブタイミング制御の技術に関し、より詳しくは、インジェクタの軸線と、該インジェクタのノズルボディに穿設される噴孔の軸線との交点が複数存在する、いわゆる、群噴孔を有するインジェクタを有する燃料噴射装置を備えるコモンレール式ディーゼルエンジンに適したバルブタイミング制御の技術に関する。

従来より、ディーゼルエンジンに備えられるコモンレール式の燃料噴射装置は周知となっており、前記コモンレールより供給される燃料を噴射するインジェクタの具体的構造についても周知となっている。
また、インジェクタの軸線と、該インジェクタのノズルボディに穿設される噴孔の軸線との交点が複数存在する、いわゆる、群噴孔を有するインジェクタは公知となっている。
この群噴孔を有するインジェクタは、同じ噴霧量の群噴孔を有しないインジェクタと比べて噴孔径を小さくすることができる。このため、群噴孔を有するインジェクタを採用すれば、群噴孔を有しないインジェクタと比べて噴霧燃料が微粒化されて広範囲に拡散し、この効果により着火性が改善し、エンジンが冷えている場合や、低セタン価燃料を使用した場合であっても、燃焼騒音の小さい良好な燃焼状態を確保できることが知られている。また、群噴孔を有するインジェクタを採用することにより、排気ガス中に含まれる全炭化水素（ＴＨＣ）や粒子状物質（ＰＭ）を低減できるため、排気ガス清浄化の手段としても有効であることが知られている。
例えば、特許文献１にその技術が開示されている。

しかしながら、群噴孔を有するインジェクタを採用した場合には、吸気温度および燃料温度の上昇や、燃料の高セタン価化によって、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）やスモークが増加することが実験結果から判明している。
そこで、いわゆる吸気温度補正制御を行うと、吸気温度の上昇に伴って、燃料噴射量の減少幅を増加させなければならず、トルクが低下してしまうため、エンジン性能上の問題があった。

ＮＯｘやスモークを抑制するためには、吸気温度を低下させることが有効であるが、空冷方式では冷却能力に限界があるし、水冷方式であってもインタークーラー容量によって冷却能力の限界がある。また、将来の排気規制強化を見据えた場合、インタークーラーの容量増加による対策も考えられるが、設置場所やコスト面での限界から使用条件に制約が残り、ＮＯｘやスモークを抑制する万全の対策とは成り得ないものであった。
つまり、従来技術においては、環境基準値（規制値）をクリアしつつ、群噴孔を有するインジェクタを採用したエンジンを実用化することが困難な状況であった。

さらに、噴射時期遅角により、燃焼のピークを遅らせて燃焼温度を低下させて、ＮＯｘを低減する技術も公知であるが、燃焼効率悪化による燃費への影響があり、遅角限界がある等の問題・制約が残されている。

また従来より、吸気温度低下に有効な手段として、エンジンのバルブタイミング制御を行い、吸気弁の閉弁タイミングを遅らせて、膨張比が圧縮比よりも高くなる高膨張比サイクル（いわゆる、ミラーサイクル）でエンジンを運転する技術が公知となっている。
ミラーサイクルでエンジンを運転する場合、吸気断熱膨張の効果により、シリンダ内の吸気温度が低下し、燃焼温度を低下できることが知られている。
例えば、特許文献２にその技術が開示されている。
特開２００６−７０８０２号公報 特開２００４−３６０４５９号公報

そこで、本発明では、このような現状を鑑み、群噴孔を有するインジェクタの有効性を保持しつつ、バルブタイミング制御により、群噴孔を有するインジェクタが抱える問題点を解消し、排気ガスを清浄化しつつ、優れた燃焼効率を実現するディーゼルエンジンを提供することを課題としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、インジェクタの軸線と、該インジェクタに穿設される噴孔の軸線との交点が、複数存在するインジェクタを有する燃料噴射装置を具備するコモンレール式のディーゼルエンジンにおいて、吸気弁の閉弁時期を、エンジンの運転状態に基づいて制御する制御手段を具備し、該制御手段により、エンジン回転数や負荷に応じて、前記吸気弁を、ＢＤＣ（ピストンが下死点となる時期）以前の時期に、閉弁するように制御すること、を特徴としたものである。

請求項２においては、前記吸気弁の開閉時期をアクチュエータにより変更可能に構成し、該アクチュエータを制御手段と接続し、前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、を特徴としたものである。

請求項３においては、排気ガス再循環装置を具備し、前記制御手段と接続して、排気ガスの再循環量に基づいて、前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、を特徴としたものである。

請求項４においては、吸気量検知手段もしくは排気量検知手段を具備し、前記制御手段と接続し、かつ、吸気量もしくは排気量に対応するマップ情報を前記制御手段に予め記憶し、前記吸気量もしくは排気量に基づいて、前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、を特徴としたものである。

請求項５においては、前記吸気弁を、単一気筒あたりに複数具備し、前記制御手段により、複数の各吸気弁の閉弁時期が異なるように制御すること、を特徴としたものである。

請求項６においては、スワール比の可変手段を具備し、前記制御手段と接続し、前記吸気弁の閉弁時期を早めるときには、前記制御手段により、スワール比が増加するように前記可変手段を制御すること、を特徴としたものである。

請求項７においては、過給圧検知手段を具備し、前記制御手段と接続し、過給圧に応じて、前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、を特徴としたものである。

請求項８においては、吸気温度検知手段を具備し、前記制御手段と接続し、吸気温度に応じて、前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、を特徴としたものである。

請求項９においては、燃料温度検知手段を具備し、前記制御手段と接続し、前記燃料温度に応じて、前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、を特徴としたものである。

請求項１０においては、燃料セタン価入力手段、または、燃料セタン価検知手段を具備し、前記制御手段と接続し、燃料セタン価に応じて、前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、を特徴としたものである。

請求項１１においては、前記過給圧検知手段による過給圧の検出値、または、前記吸気温度検知手段による吸気温度の検出値、または、前記燃料温度検知手段による燃料温度の検出値のいずれか、あるいは、過給圧、吸気温度および燃料温度のいずれか二つの組み合わせ、または、三つの検出値を前記制御手段に入力し、前記吸気弁の閉弁時期を、前記検出値に応じて、ＢＤＣ（ピストンが下死点となる時期）以後の時期に、閉弁するように制御すること、を特徴としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、吸気断熱膨張の効果により、シリンダ内の吸気温度を低下させて、燃焼温度を低下させることができる。
また、ＮＯｘ、スモークおよびＴＨＣ等の発生を低減することができる。

請求項２においては、エンジンの運転状態に応じて、精度よくきめ細かいバルブタイミング制御を行うことができる。

請求項３においては、ＥＧＲによる吸気温度変化を制御にフィードバックすることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができる。

請求項４においては、吸入空気量を制御にフィードバックすることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができる。

請求項５においては、吸気断熱膨張の効果が得られるタイミングを拡大するとともに、きめ細かいバルブタイミング制御を行うことができる。

請求項６においては、吸気断熱膨張量の増加に伴って、スワール比を増加することにより、燃焼効率をさらに向上することができる。

請求項７においては、吸気断熱膨張量を過給圧と対応させることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができる。

請求項８においては、吸気断熱膨張量を吸気温度と対応させることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができる。

請求項９においては、吸気断熱膨張量を燃料温度と対応させることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができる。

請求項１０においては、吸気断熱膨張量を燃料セタン価と対応させることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができる。

請求項１１においては、バルブタイミング制御に適さない運転状態のときに、バルブタイミング制御を取りやめて、自動的に通常制御に切り換えることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係るインジェクタの全体構成を示した側面図、図２は同じく群噴孔の詳細を示した側面図、図３は本発明の一実施例に係るバルブタイミング調整機構の構成を示した模式図、図４は吸気弁１系統の場合のクランク軸角度と閉弁タイミングの関係を示す図、図５は吸気弁２系統の場合のクランク軸角度と閉弁タイミングの関係を示す図、図６は本発明の一実施例に係る制御機器の構成を示す模式図、図７は吸入空気温度と排気ガス中のスモーク、一酸化炭素、窒素酸化物の各濃度との関係を示す図である。
まず、本発明の要部であるインジェクタの全体構成について、図１を用いて説明をする。
図１に示す如く、インジェクタ１は、インジェクタボディ２と、前記インジェクタボディ２の上部に付設され、コマンドピストン４の背圧を制御して燃料の噴射制御をする電磁弁３と、前記インジェクタボディ２の下部に付設され、内部に前記コマンドピストン４が摺動自在に設けられるコマンドピストンボディ５と、該コマンドピストンボディ５の下部に付設され、内部にニードル弁６が摺動自在に設けられるノズルボディ７とから構成されている。この構成で、図示せぬコモンレールから燃料供給路８へ供給された高圧燃料を、ノズルボディ７の先端に設けた噴孔１０ａ・１０ａより噴射することとしている。

また、図１に示す如く、前記電磁弁３において、オリフィスプレート１２及びバルブシート１３がバルブ押え部材１１にてインジェクタボディ２に一体化され、該バルブ押え部材１１にソレノイドコア１４を内装したキャップ１５が固定されている。
前記バルブシート１３には、軸形状の弁体２１が上下摺動自在に設けられている。該弁体２１は、ソレノイドコア１４のスプリング室１４ｓに内装されたスプリング１６の弾性力によって常時下方へ付勢されており、弁体シート面２１ａをバルブシート１３の弁座シート面１３ａに当着させることで、高圧油路１３ｂから低圧燃料室１８への燃料の流出を規制し、制御油路９を介して前記コマンドピストン４の背圧を確保するようにしている。そして、この背圧によってコマンドピストン４は下方に移動されてニードル弁６を下方へ押圧し、燃料の噴射が規制されるようになっている。

また、前記弁体２１の上部にはアーマチャ２２が固定されている。
該アーマチャ２２は、前記ソレノイドコア１４とバルブシート１３の間に形成される低圧燃料室１８内に上下移動自在に配置されている。
そして、ソレノイドコイル１７が通電されると、前記アーマチャ２２が弁体２１とともに上方へ移動され、弁体シート面２１ａが弁座シート面１３ａから離されて、高圧油路１３ｂ内の燃料が低圧燃料室１８へと流出される。これにより、制御油路９内の高圧燃料が、低圧燃料室１８へと流出し、前記コマンドピストン４の背圧が減少される。そして、前記ニードル弁６がノズル燃料室６ａに供給された高圧燃料によってリフトされ、燃料の噴射が行われる。
以上のように、ソレノイドコア１４とバルブシート１３の間の低圧燃料室１８内でアーマチャ２２を移動させ、該アーマチャ２２と一体的に構成される弁体２１にて噴射制御用の燃料の流通を制御し、燃料噴射を制御する構成となっている。
以上が、本発明の要部であるインジェクタの全体構成についての説明である。

次に、本発明の一実施例に係る群噴孔の構成について、図２を用いて説明をする。
図２に示す如く、本発明の一実施例にかかるインジェクタ１には、いわゆる、群噴孔１０を形成している。
群噴孔１０は、ノズルボディ７の軸線（すなわち、インジェクタ１の軸線）を含む平面上に、前記軸線方向に対して位置が異なる軸線を有する複数の噴孔１０ａ・１０ａを形成して構成している。
つまり、ノズルボディ７の軸線（軸線Ａ）と、噴孔１０ａ・１０ａの軸線（軸線Ｂおよび軸線Ｃ）との交点（交点Ｘおよび交点Ｙ）が、ノズルボディ７の軸線方向に複数点存在するように、噴孔１０ａ・１０ａを配置している。
尚、本実施例では、ノズルボディ７の軸線と、噴孔１０ａ・１０ａの軸線との交点が、軸線方向に二点存在する例を示しているが、これに限定するものではなく、前記交点が三点以上存在する構成であってもよい。
また、図２においては、任意の断面における群噴孔１０を示しているが、ノズルボディ７の全体像としては、ノズルボディ７の軸線を中心とする等間隔の放射線上に複数の群噴孔１０を配置するような構成としている。
尚、本実施例では、噴孔１０ａがサック４３と連通する構成を示しているが、これに限定するものではない。
以上が、本発明の一実施例に係る群噴孔の構成についての説明である。

次に、バルブタイミング調整機構の全体構成について、図３を用いて説明をする。
図３に示す如く、バルブタイミング調整機構４５は、図示しないエンジンの駆動軸と接続され、該駆動軸の回転によって駆動されるスプロケット３０と、該スプロケット３０の回転によって駆動されるカムシャフト３１と、スプロケット３０とカムシャフト３１との間に介装され、スプロケット３０とカムシャフト３１の相対位相を油圧により変更可能とするＶＴＣ（Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３２等により構成している。

ＶＴＣ３２は、油圧アクチュエータの一種であり、主にＶＴＣカバー３２ａと駆動プレート３２ｂにより構成している。
ＶＴＣカバー３２ａの軸心上を前記カムシャフト３１が貫通しており、ＶＴＣカバー３２ａをカムシャフト３１上に回動自在に支持している。そして、ＶＴＣカバー３２ａには前記スプロケット３０を外嵌し、ＶＴＣカバー３２ａとスプロケット３０を一体的に構成している。
また、ＶＴＣカバー３２ａには駆動プレート３２ｂを内包しており、ＶＴＣカバー３２ａの軸心を貫通するカムシャフト３１に駆動プレート３２ｂを相対回転不能に支持する構成としている。
そして、ＶＴＣカバー３２ａの内周面と駆動プレート３２ｂの外周面が形成する空間を、第一油室３３および第二油室３４とし、第一油室３３および第二油室３４に供給する作動油の油圧バランスを調整してＶＴＣカバー３２ａを往復回動するように構成している。

そして、ＥＣＵ５０からの制御信号に応じてＯＣＶ（Ｏｉｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ）３５の弁開度を変化させ、第一油室３３および第二油室３４に供給する作動油の油圧バランスを調整することにより、スプロケット３０とカムシャフト３１の相対位相を変更するようにしている。
これにより、カムシャフト３１上に固設したカム３１ａと、吸気弁２５の弁頭２５ｃが当接するタイミングを変化させて、吸気弁２５の閉弁タイミングを調整するようにしている。尚、本実施例では、排気弁２６の開弁および閉弁のタイミングは一定としているが、排気弁２６側にもバルブタイミング調整機構４５を適用することも可能である。
つまり、バルブタイミング調整機構４５は、前記吸気弁の開閉時期（バルブタイミング）を油圧アクチュエータ等により変更可能に構成し、該油圧アクチュエータをＥＣＵ５０と接続して、バルブタイミング調整機構４５を構成している。

尚、本実施例では、ＶＴＣを用いたバルブタイミング調整機構を例として示したが、例えば、吸気弁を開閉するためのロッカーアームと、吸気弁ごとに設けられた負荷に応じた複数のカムと、ロッカーアームを駆動するカムを負荷に応じて切り換える油圧アクチュエータ等により構成するものであってもよく、また、前記カムのカムプロフィールを立体的に構成するものであったり、アクチュエータが電気的に切り換えられる構成であってもよく、本発明を適用するバルブタイミング調整機構の構成を限定するものではない。
以上が、バルブタイミング調整機構の全体構成についての説明である。

次に、本発明の一実施例に係る吸気弁の閉弁タイミングについて、図４乃至図５を用いて説明をする。
図４（ａ）に示す如く、一般的なエンジンにおけるバルブタイミングは、クランクシャフトの位相を基準としてタイミング制御をしており、ＴＤＣ以前に吸気弁２５が「開」となり、ＢＤＣ以後に吸気弁２５が「閉」となるように制御をするのが一般的である。このとき、吸気弁２５「開」時と吸気弁２５「閉」時の位相差は図４（ａ）（ｂ）中に示す一定の位相角αを保持している。
一方、図４（ｂ）に示す如く、本発明の一実施例に係るバルブタイミングは、エンジン回転数や負荷に応じて、吸気弁２５「開」時と吸気弁２５「閉」時の位相角αを保持した状態で、開弁および閉弁のタイミングを早めて、ＢＤＣ以前に吸気弁２５が「閉」となるようにしている。

このように、吸気弁２５の閉弁タイミングをＢＤＣ以前とすることにより、閉弁後においても、ピストンが下死点に至るまでは吸気行程が継続されるため、シリンダ内に吸気された空気が気密状態のまま膨張（断熱膨張）されることにより、シリンダ内の吸気温度が低下するように構成している。
そして、吸気温度を低下させることにより、燃焼時におけるシリンダ内の燃焼温度を低下させて、ＮＯｘやスモークを低減するようにしている。

また、図５（ａ）に示す如く、二つの吸気弁を有するエンジンに本発明を適用する場合、ＴＤＣ以前に両方（第一吸気弁２５ａおよび第二吸気弁２５ｂ）が「開」となり、そして、第一吸気弁２５ａをＢＤＣ以後に「閉」とし、第二吸気弁２５ｂをＢＤＣ以前に「閉」とするように制御をしている。このとき、第一吸気弁２５ａの吸気弁「開」時と吸気弁「閉」時の位相差は図５（ａ）中の位相角βとし、第二吸気弁２５ｂの吸気弁「開」時と吸気弁「閉」時の位相差は図５（ａ）中の位相角γとしている。

但し、図５（ｂ）に示す如く、二個の吸気弁を有するエンジンに本発明を適用する場合、第一吸気弁２５ａと第二吸気弁２５ｂの閉弁タイミングは、必ずしも一方をＢＤＣ以前とし、他方をＢＤＣ以後とする必要はなく、両方（第一吸気弁２５ａおよび第二吸気弁２５ｂ）の閉弁タイミングをＢＤＣ以前とすることも可能である。このとき、第一吸気弁２５ａの吸気弁「開」時と吸気弁「閉」時の位相差は図５（ａ）中の位相角βを保持し、第二吸気弁２５ｂの吸気弁「開」時と吸気弁「閉」時の位相差は図５（ａ）中の位相角γを保持している。
また、第一吸気弁２５ａと第二吸気弁２５ｂの閉弁タイミングをＢＤＣ前後に関わり無く制御可能とすることにより、断熱膨張量の調整幅が拡大されるとともに、断熱膨張量をきめ細かく調整することができるようにしている。
尚、本実施例では、一個または二個の吸気弁を有する場合について示したが、吸気弁の個数はこれに限定するものではなく、三個以上の吸気弁を有するようにすれば、断熱膨張量の調整幅がさらに拡大されるとともに、断熱膨張量をよりきめ細かく調整することが可能となる。

これにより、本発明の一実施例に係る吸気弁のバルブタイミング制御を行うことにより、吸気の過冷却や吸入空気量の不足等の問題を解消し、適切に吸気温度を調節できるため、群噴孔を有するインジェクタが抱える問題点を解消することができる。
つまり、着火性が改善し、エンジンが冷えている場合や、低セタン価燃料を使用した場合であっても、燃焼騒音の少ない良好な燃焼状態を確保できるという、群噴孔を有するインジェクタの有効性を保持しつつ、吸気温度の上昇によって、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）やスモークが増加するという群噴孔を有するインジェクタの問題点を解消している。
以上が、本発明の一実施例に係る吸気弁の閉弁タイミングについての説明である。

次に、本発明の一実施例に係る吸気弁のバルブタイミング制御について、図６を用いて説明をする。
図６に示す如く、本発明の一実施例に係る吸気弁のバルブタイミング制御を実現する制御手段として、ＥＣＵ５０を具備している。
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵやＲＡＭ等により構成され、最適な運転状態を算出する演算処理機能や予め設定した運転条件（マップ情報等）を記憶するメモリ機能等を有している。
ＥＣＵ５０には、エアフローメータ５１、過給機回転数センサ５２、過給圧センサ５３、吸気温度センサ５４および燃料温度センサ５５等のエンジンの運転状態を検知する各種センサや、燃料セタン価入力部５６が接続されており、エンジンの運転状態（回転数や負荷等）や運転条件を示す各種信号がＥＣＵ５０に入力され、該各種信号に基づいて演算処理が実行される。但し、セタン価はクランク角の角速度を検出して、該角速度の振幅より演算可能であり、セタン価を角速度またはその他センサ等から得て、後述するバルブタイミング制御に利用することも可能である。また、ＥＣＵ５０には、バルブタイミング調整機構４５、ＥＧＲバルブ４６およびスワール可変弁４７等の機器が接続されている。
そして、ＥＣＵ５０からは、前記演算処理の結果に基づき、前記バルブタイミング調整機構４５、ＥＧＲバルブ４６およびスワール可変弁４７等の機器に対して制御信号を出力し、エンジンの運転状態を最適に保つよう電子制御をするように構成している。

ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排ガス再循環装置）は、排気ガスの一部を燃焼室内に再循環し、吸気を吸入外気と排気ガスの混合気として、酸素濃度が低下した状態で燃焼させることにより、燃焼を緩やかにし燃焼温度を低下させることにより、排気ガス中のＮＯｘを低減する装置である。
ＥＧＲ量（すなわち、排気ガスの再循環量）が増加すれば吸気温度が上昇するため、ＥＧＲ量と吸気弁の閉弁タイミングには相関関係がある。
そこで本発明では、ＥＧＲバルブ４６からＥＧＲ量をＥＣＵ５０にフィードバックし、ＥＧＲ量の変化に対応させてバルブタイミング調整機構４５を制御し、断熱膨張量を調整することにより、吸気温度を可変するように構成している。
尚、ＥＧＲは各種方式のものが公知となっているが、ＥＧＲの方式に係わらず、本発明を適用することが可能である。

スワール可変弁４７は、例えば、吸気ポート内に配設されるフラップ状の弁体と、吸気ポート外に配設されるアクチュエータ等の駆動部等により構成されており、前記弁体を軸支する軸部を吸気ポート外に貫通させて突設し、該軸部と前記駆動部をリンク機構等を介して連結し、駆動部の作動状態に応じて前記弁体が吸気ポート内で開閉するように構成したものが公知となっている。
そして、前記弁体を開閉させて吸気ポートの流路面積を変化させることにより、燃焼室内における吸入外気のスワール比を変化できるように構成している。

吸気温度が低く燃焼温度が低い場合、吸入外気のスワール比を増加させることにより、燃焼状態が改善されることが実験結果等から判明している。
そこで本発明では、吸気断熱膨張量の増加に対応させて、すなわち、ＥＣＵ５０からバルブタイミング調整機構４５に対する制御信号の出力増加に対応して、ＥＣＵ５０からスワール可変弁４７に対してスワール比を増加させるように制御信号を出力し、スワール可変弁４７を制御するように構成している。
これにより、群噴孔を有するインジェクタの有効性をさらに高めて、燃焼状態の改善をすることができる。

エアフローメータ５１は、シリンダ内に導入される吸気量を検知するセンサである。前記ＥＣＵ５０には、吸気量に対応した吸気弁の閉弁タイミングがマップ情報として予め記憶されており、吸気量を検知した信号をＥＣＵ５０にフィードバックすることにより、ＥＣＵ５０からバルブタイミング調整機構４５にマップ情報に基づく制御信号を出力して、吸気弁の閉弁タイミングを制御するようにしている。
あるいは、エアフローメータ５１に代わって、過給機回転数センサ５２を用い、エンジンの排気量を検知して、排気量に対応した吸気弁の閉弁タイミングをマップ情報として記憶させておくことにより、バルブタイミング調整機構４５を制御することも可能である。

過給圧センサ５３は、過給機による過給圧を検知するセンサである。
一般的に、過給圧が上昇すると吸気温度が上昇するため、過給圧と吸気弁の閉弁タイミングには相関関係があることが判明している。
そこで本発明では、過給圧センサ５３により検知した過給圧の信号をＥＣＵ５０にフィードバックし、過給圧の変化に対応させてバルブタイミング調整機構４５を制御し、断熱膨張量を調整することにより、吸気温度を可変するように構成している。

一方、過給圧が低く、バルブタイミング制御を行うと燃焼温度が過冷却状態となり、燃焼状態の悪化を招くような場合には、ＥＣＵ５０による演算結果から判断し、過給圧の変化に対応させてバルブタイミング制御を中止し、通常の吸気タイミングに戻す、または、閉弁タイミングをＢＤＣ側に遅角させる運転に切り換えるように構成している。
また、過給圧だけでなく、吸気温度、燃料温度および過給圧の組合せから総合的にＥＣＵ５０により算出された演算結果からも判断して、燃焼状態の悪化を招くような場合には、バルブタイミング制御を中止し、通常の吸気タイミングに戻す、または、閉弁タイミングをＢＤＣ側に遅角させる運転に切り換えるように構成している。

吸気温度センサ５４は、シリンダ内に導入される吸入外気の温度を検知するセンサである。
吸入外気の温度は直接的に吸気温度と相関するため、吸気温度センサ５４により検知した吸入外気温度の信号をＥＣＵ５０にフィードバックし、吸入外気温度の変化に比例させてバルブタイミング調整機構４５を比例制御し、断熱膨張量を調整することにより、吸気温度を可変するように構成している。

一方、吸入外気温度が低く、バルブタイミング制御を行うと燃焼温度が過冷却状態となり、燃焼状態の悪化を招くような場合には、ＥＣＵ５０による演算結果から判断し、吸入外気温度の変化に対応させてバルブタイミング制御を中止し、通常の吸気タイミングに戻す、または、閉弁タイミングをＢＤＣ側に遅角させる運転に切り換えるように構成している。

燃料温度センサ５５は、シリンダ内に噴射される燃料の温度を検知するセンサである。
燃料温度は燃焼温度と相関するため、燃料温度センサ５５により検知した燃料温度の信号をＥＣＵ５０にフィードバックし、燃料温度の変化に対応させてバルブタイミング調整機構４５を制御し、断熱膨張量を調整することにより、吸気温度を可変するように構成している。

一方、燃料温度が低く、バルブタイミング制御を行うと燃焼温度が過冷却状態となり、燃焼状態の悪化を招くような場合には、ＥＣＵ５０による演算結果から判断し、燃料温度の変化に対応させてバルブタイミング制御を中止し、通常の吸気タイミングに戻す、または、閉弁タイミングをＢＤＣ側に遅角させる運転に切り換えるように構成している。

燃料セタン価入力部５６は、使用される燃料のセタン価をＥＣＵ５０に入力し運転条件として記憶させるための手段であり、表示部およびテンキー等を備えている。
世界各国で入手可能な燃料のセタン価はさまざまに異なっているが、燃料セタン価は燃焼温度と相関している。
そこで本発明では、実際に使用する燃料のセタン価を運転条件としてＥＣＵ５０に入力し、または、検出値を入力して記憶させて、燃料セタン価に対応させてバルブタイミング調整機構４５を制御し、断熱膨張量を調整することにより、吸気温度を可変するように構成している。
以上が、本発明の一実施例に係る吸気弁のバルブタイミング制御についての説明である。

次に、本発明の適用効果について、図７を用いて説明をする。
図７において、本発明の適用時と未適用時の各条件ごとに、吸入空気温度の変化による排気ガス中のスモーク、ＣＯ（一酸化炭素）およびＮＯｘ（窒素酸化物）の各濃度の変化を実験により確認したデータを示している。
群噴孔を有するインジェクタは、吸入空気温度の上昇に伴いスモークが増加するという問題点を有していたが、本発明適用後には、吸入空気温度が、約１０（℃）付近から約２５（℃）付近まで上昇した場合であっても、スモークの増加が抑えられていることが確認できる。つまり、本発明を適用することにより、実用的な吸入空気温度の領域であれば、群噴孔を有するインジェクタが抱えている吸入空気温度の変化による排気ガス中のスモークの増加という問題点を解消することができる。

また、群噴孔を有するインジェクタを使用した場合には、ＮＯｘが増加するという問題点も有していたが、本発明を適用することによりＮＯｘの発生量が、本発明未適用の場合に比して約２／３程度に抑えられていることが確認できる。つまり、本発明を適用することにより、実用的な吸入空気温度の領域であれば、群噴孔を有するインジェクタが抱えているＮＯｘの増加という問題点を解消することができる。

さらに、図７に示す如く、本発明を適用した場合であってもＣＯの発生量は、本発明未適用の場合に比して変化しないことが確認できる。
以上が、本発明の適用効果についての説明である。

以上の説明に示す如く、インジェクタ１の軸線と、インジェクタ１に穿設される噴孔１０ａの軸線との交点が、複数存在するインジェクタ１を具備するディーゼルエンジンにおいて、吸気弁２５の閉弁時期を、エンジンの運転状態に基づいて制御するＥＣＵ５０を具備し、ＥＣＵ５０により、吸気弁２５を、ＢＤＣ（ピストンが下死点となる時期）以前の時期に、閉弁するように制御している。
これにより、吸気断熱膨張の効果により、シリンダ内の吸気温度を低下させて、燃焼温度を低下させることができるのである。
また、スモークやＴＨＣの発生を低減することができるのである。

また、ＥＣＵ５０が、電子制御により、吸気弁２５の閉弁時期を制御している。
これにより、運転状態に応じて、精度よくきめ細かいバルブタイミング制御を行うことができるのである。

また、ＥＧＲバルブ４６を具備し、ＥＣＵ５０により、ＥＧＲ量に基づいて、吸気弁２５の閉弁時期を制御している。
このように、ＥＧＲバルブ４６による吸気温度変化を制御にフィードバックすることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができるのである。

また、エアフローメータ５１もしくは過給機回転数センサ５２を具備し、かつ、吸気量もしくは排気量に対応するマップ情報をＥＣＵ５０に予め記憶し、ＥＣＵ５０により、前記吸気量もしくは排気量に基づいて、吸気弁２５の閉弁時期を制御している。
このように、吸入空気量を制御にフィードバックすることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができるのである。

また、吸気弁２５を、単一気筒あたりに複数具備し、ＥＣＵ５０により、複数の各吸気弁２５ａ・２５ｂの閉弁時期が異なるように制御している。
これにより、吸気断熱膨張の効果が得られるタイミングを拡大するとともに、きめ細かいバルブタイミング制御を行うことができるのである。

また、スワール可変弁４７を具備し、ＥＣＵ５０により、吸気弁２５の閉弁時期を早めるときには、ＥＣＵ５０により、スワール比が増加するようにスワール可変弁４７を制御している。
このように、吸気断熱膨張量の増加に伴って、スワール比を増加することにより、燃焼効率をさらに向上することができるのである。

また、過給圧センサ５３を具備し、ＥＣＵ５０により、過給圧に応じて、吸気弁２５の閉弁時期を制御している。
このように、吸気断熱膨張量を過給圧と対応させることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができるのである。

また、吸気温度センサ５４を具備し、ＥＣＵ５０により、吸気温度に応じて、吸気弁２５の閉弁時期を制御している。
このように、吸気断熱膨張量を吸気温度と対応させることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができるのである。

また、燃料温度センサ５５を具備し、ＥＣＵ５０により、燃料温度に応じて、吸気弁２５の閉弁時期を制御している。
このように、吸気断熱膨張量を燃料温度と対応させることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができるのである。

また、燃料セタン価入力部を具備し、ＥＣＵ５０により、燃料セタン価に応じて、吸気弁２５の閉弁時期を制御している。
このように、吸気断熱膨張量を燃料セタン価と対応させることにより、適切なバルブタイミング制御を行うことができるのである。

また、過給圧センサ５３による過給圧の検出値か、吸気温度センサ５４による吸気温度の検出値か、燃料温度センサ５５による燃料温度の検出値のいずれかに基づき、あるいは、過給圧、吸気温度および燃料温度の前記各検出値の組み合わせに基づき、ＥＣＵ５０により、吸気弁２５の閉弁時期を、ＢＤＣ（ピストンが下死点となる時期）以後の時期に、閉弁するように制御している。
これにより、バルブタイミング制御に適さない運転状態のときに、バルブタイミング制御を取りやめて、自動的に通常制御に切り換えることができるのである。

本発明の一実施例に係るインジェクタの全体構成を示した側面図。 同じく群噴孔の詳細を示した側面図。 本発明の一実施例に係るバルブタイミング調整機構の構成を示した模式図。 吸気弁１系統の場合のクランク軸角度と閉弁タイミングの関係を示す図。 吸気弁２系統の場合のクランク軸角度と閉弁タイミングの関係を示す図。 本発明の一実施例に係る制御機器の構成を示す模式図。 吸入空気温度と排気ガス中のスモーク、一酸化炭素、窒素酸化物の各濃度との関係を示す図。

符号の説明

１ インジェクタ
１０ａ 噴孔
２５ 吸気弁
５０ ＥＣＵ

Claims (11)

1. インジェクタの軸線と、
   該インジェクタに穿設される噴孔の軸線との交点が、
   複数存在するインジェクタを有する燃料噴射装置を具備するコモンレール式のディーゼルエンジンにおいて、
   吸気弁の閉弁時期を、
   エンジンの運転状態に基づいて制御する制御手段を具備し、
   該制御手段により、
   エンジン回転数や負荷に応じて、
   前記吸気弁を、
   ＢＤＣ（ピストンが下死点となる時期）以前の時期に、
   閉弁するように制御すること、
   を特徴とするディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。
2. 前記吸気弁の開閉時期をアクチュエータにより変更可能に構成し、
   該アクチュエータを制御手段と接続し、
   前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。
3. 排気ガス再循環装置を具備し、
   前記制御手段と接続して、
   排気ガスの再循環量に基づいて、
   前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。
4. 吸気量検知手段もしくは排気量検知手段を具備し、
   前記制御手段と接続し、かつ、
   吸気量もしくは排気量に対応するマップ情報を前記制御手段に予め記憶し、
   前記吸気量もしくは排気量に基づいて、
   前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。
5. 前記吸気弁を、
   単一気筒あたりに複数具備し、
   前記制御手段により、
   複数の各吸気弁の閉弁時期が異なるように制御すること、
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。
6. スワール比の可変手段を具備し、
   前記制御手段と接続し、
   前記吸気弁の閉弁時期を早めるときには、
   前記制御手段により、
   スワール比が増加するように前記可変手段を制御すること、
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。
7. 過給圧検知手段を具備し、
   前記制御手段と接続し、
   過給圧に応じて、
   前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。
8. 吸気温度検知手段を具備し、
   前記制御手段と接続し、
   吸気温度に応じて、
   前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。
9. 燃料温度検知手段を具備し、
   前記制御手段と接続し、
   前記燃料温度に応じて、
   前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。
10. 燃料セタン価入力手段、または、燃料セタン価検知手段を具備し、
    前記制御手段と接続し、
    燃料セタン価に応じて、
    前記吸気弁の閉弁時期を制御すること、
    を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。
11. 前記過給圧検知手段による過給圧の検出値、または、
    前記吸気温度検知手段による吸気温度の検出値、または、
    前記燃料温度検知手段による燃料温度の検出値のいずれか、
    あるいは、
    過給圧、吸気温度および燃料温度のいずれか二つの組み合わせ、または、
    三つの検出値を前記制御手段に入力し、
    前記吸気弁の閉弁時期を、
    前記検出値に応じて、
    ＢＤＣ（ピストンが下死点となる時期）以後の時期に、
    閉弁するように制御すること、
    を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのバルブタイミング制御方法。

Images