JPH0979041A

JPH0979041A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JPH0979041A
Application number: JP7234460A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogawa; 弘志小川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】機関運転状態や制御状態等が変化しても、常に
所望のシリンダ内ガス流動を達成できるようにして、燃
焼の悪化を抑制すること。【解決手段】回転速度Neや負荷Ｑ等に基づきテーブル等
を参照して、IVC を決定する(S801 〜S803) 。そして、
IVC が下死点（BDC ）の場合にはスワール制御弁７の開
度を全開とし(S807)、IVC がBDC 後10°の場合にはスワ
ール制御弁７の開度を50％とし(S808)、IVC がBDC 後20
°の場合にはスワール制御弁７の開度を25％(S806)とす
る。このように、運転状態に応じた吸気バルブの開閉特
性の最適化による機関運転性や排気性能等の改善を図る
べく、吸気バルブの閉弁時期を遅延させるようにした場
合に、吸気量が低下し、シリンダ内の作動ガスの角運動
量が減少するような場合には、スワール制御弁７を介し
てシリンダ内スワールを強化するようにしたので、燃焼
が悪化しスモークやＮＯｘ等が増加し排気性能等が悪化
するという問題を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の制御装
置に関し、詳しくは機関の運転状態や制御状態に応じて
シリンダ内ガス流動の最適化を図れるようにした内燃機
関の制御装置に関する。

【従来の技術】従来の直接噴射式ディーゼル機関として
は、シリンダヘッド部に設けられ吸気バルブや排気バル
ブを駆動するカムシャフトと、当該カムシャフト等を駆
動するクランクシャフトと、の回転位相差を、機関の運
転状態に応じて強制的に変更して、吸気バルブや排気バ
ルブの開閉時期を変化させる機構、即ちバルブ特性可変
機構（バルブリフト量等を可変制御するものも含む）を
備えたものがある。そして、例えば、低速・低負荷時に
は、吸気バルブおよび排気バルブの開閉時期を早め、実
圧縮比を高くすることで、冷間始動時の始動性を向上さ
せると共に、ＨＣ（炭化水素）やＳＯＦ（可溶有機成
分）の増大による排気性能の悪化を防ぐようにする技術
がある。一方、高速・高負荷時には、吸気バルブおよび
排気バルブの開閉時期を遅らせ、実圧縮比を下げること
で、出力を向上させ、スモークの発生を低減するという
技術がある。

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の技術においては、運転状態に応じて吸気バ
ルブの閉弁時期を遅らせた場合に、吸気バルブの閉弁時
期での吸気量が減少するため、燃焼室内の作動ガスが持
つ角運動量（例えば、スワールや乱れの強度）がピスト
ン上死点付近で減少し、筒内に噴射された燃料の噴霧到
達距離が伸びたり（壁面付着量が増加し過ぎたり）、燃
料噴霧と空気との混合が促進されなくなって、以って噴
霧燃料の微粒化が促進されず、燃焼の悪化を招きスモー
クやＮＯｘが増加してしまう惧れがある。また、過給機
等で充填効率を向上させる場合には、吸気量が多いた
め、作動ガスの角運動量が上死点付近で増加し過ぎて
（所謂オーバースワール等）、噴射された燃料の到達距
離が短くなったり、噴霧の正常な拡散が促進されず、例
えば燃焼室中心近傍でのみ燃焼が行なわれ燃焼室内外周
側の空気を有効利用できない場合等があり、燃焼の悪化
を招きスモークやＮＯｘが増加してしまう惧れもある。
更に、圧縮端（燃料噴射開始時期近傍の筒内ガス、即ち
コンプレッション）温度が高い場合には、例えば、燃焼
温度もこれに略比例して上昇することになるのでＮＯｘ
の発生が増大する惧れがあり、また、噴射後直ちに自己
着火が起こり噴射燃料が十分拡散できず、即ち噴射され
た燃料の到達距離が短くなって、噴霧の正常な拡散が促
進されず、シリンダ内の空気を有効利用できなくなり、
以って燃焼が悪化する惧れがあるので、これらを防止す
べく、吸入空気温度から圧縮端温度を算出し、圧縮端温
度が高い場合には、吸気バルブの閉弁時期を遅らせて実
圧縮比を下げて圧縮端温度を低下させるようにする手法
があるが、かかる手法においても、吸気バルブの閉弁時
期を遅らせることにより吸気量の減少による作動ガスの
角運動量の低下が起こり、これにより燃焼が悪化してし
まい、上記吸気バルブの閉弁時期の遅延による圧縮端温
度の低減効果を十分に発揮できなくなる惧れがある。本
発明は、かかる従来の実情に鑑みなされたもので、運転
状態に応じて吸気バルブの開閉特性を変化させる場合や
機関吸入空気流量が変化しても、或いは圧縮端温度に応
じてバルブの開閉特性を変化させるようにした場合にお
いても、常に良好な燃焼を達成して排気性能，出力性能
の最適化を図れるようにした内燃機関の制御装置を提供
することを目的とする。

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明にかかる内燃機関の制御装置は、図１に示すよ
うに、吸気バルブ及び排気バルブのうち少なくとも吸気
バルブの開閉特性を変化させることができるバルブ開閉
特性可変手段と、機関の運転状態を検出する運転状態検
出手段と、シリンダ内ガス流動を変化させることができ
るシリンダ内ガス流動可変手段と、機関の運転状態に応
じて前記吸気バルブの開閉特性を変化させた際に、前記
シリンダ内ガス流動可変手段を介して少なくとも吸気バ
ルブの閉弁時期でのシリンダ内ガス流動を変化させる第
１シリンダ内ガス流動制御手段と、を含んで構成した。
上記構成によれば、例えば、以下のような作用効果を奏
することができる。即ち、吸気バルブ等の開閉特性の最
適化による機関運転性や排気性能等の改善を図るべく、
運転状態に応じて吸気バルブの開閉特性を変化させた場
合に、吸気バルブの閉弁時期における吸気量が変化し、
例えば、シリンダ（燃焼室）内の作動ガスが持つ角運動
量が減少するような場合（吸気バルブの開閉時期を遅ら
せた場合等）でも、第１シリンダ内ガス流動制御手段に
よりシリンダ内ガス流動可変手段（例えば、スワール制
御弁）を介してシリンダ内ガス流動（例えば、スワール
や乱れ）を強化することができ、前記吸気バルブの開閉
時期の変更に伴う角運動量の低下を補うことができるの
で、以って運転状態に応じた吸気バルブの開閉特性の最
適化による機関運転性や排気性能等の改善を図れると共
に、噴射された燃料の到達距離が延び過ぎたり、燃料噴
霧の微粒化が悪化することで、燃焼が悪化し、スモーク
やＮＯｘ等が増加し排気性能等が悪化するという問題を
抑制することができる。請求項２に記載の発明では、シ
リンダ内ガス流動を変化させることができるシリンダ内
ガス流動可変手段と、機関吸入空気量に応じて、前記シ
リンダ内ガス流動可変手段を介して吸気バルブの閉弁時
期でのシリンダ内ガス流動を変化させる第２シリンダ内
ガス流動制御手段と、を含んで構成した。上記構成によ
り、例えば、以下のような作用効果を奏することができ
る。即ち、過給機等により機関吸入空気量を増大させた
場合に、吸気バルブの閉弁時期における吸入空気量が増
大し、これに伴いシリンダ内の角運動量が増加すること
になるが、これを、第２シリンダ内ガス流動制御手段に
よりシリンダ内ガス流動可変手段（例えば、スワール制
御弁）を介してシリンダ内ガス流動（例えば、スワール
や乱れ）を低減させることで相殺させることができる。
その結果、過給機等による吸入空気流量の増加による出
力・燃費等の向上を図ることができると共に、過給機等
による吸入空気量の増加によるオーバースワール等が抑
制されシリンダ内ガス流動の適正化が図られ、以って噴
射された燃料の到達距離等が適正化され、燃料の微粒化
や混合気形成が良好となり、燃焼の悪化による排気性能
等の悪化を抑制することができる。請求項３に記載の発
明では、請求項１に記載の発明に、請求項２に記載の発
明に係る第２シリンダ内ガス流動制御手段を含んで構成
した。請求項４に記載の発明では、吸気バルブ及び排気
バルブのうち少なくとも吸気バルブの開閉特性を変化さ
せることができるバルブ開閉特性可変手段と、シリンダ
内ガス温度を検出するシリンダ内ガス温度検出手段と、
シリンダ内ガス流動を変化させることができるシリンダ
内ガス流動可変手段と、シリンダ内ガス温度に応じて前
記吸気バルブの開閉特性を変化させた際に、前記シリン
ダ内ガス流動可変手段を介して少なくとも吸気バルブの
閉弁時期でのシリンダ内ガス流動を変化させる第３シリ
ンダ内ガス流動制御手段と、を含んで構成した。上記構
成によれば、例えば、以下のような作用効果を奏するこ
とができる。即ち、過早着火や燃焼悪化を防止するため
に、圧縮端（燃料噴射開始時期近傍のシリンダ内ガス）
温度が所定以上高い場合に、吸気バルブの閉弁時期を遅
らせてシリンダ内ガス温度を低下させるようにした場合
には、吸気バルブの閉弁時期における吸気量が低下し、
シリンダ（燃焼室）内の作動ガスが持つ角運動量が減少
し、燃焼が悪化する惧れが高くなるが、かかる場合で
も、第３シリンダ内ガス流動制御手段によりシリンダ内
ガス流動可変手段（例えば、スワール制御弁）を介して
シリンダ内ガス流動を強化することができ、前記吸気バ
ルブの閉弁時期の遅延に伴う角運動量の低下を補うこと
ができるので、燃焼温度の増大や過早着火を防止しつ
つ、噴射された燃料の到達距離が延び過ぎたり、燃料噴
霧の微粒化が悪化することで、燃焼が悪化し、スモーク
やＮＯｘ等が増加し排気性能等が悪化するという問題を
抑制することができる。請求項５に記載の発明では、請
求項１に記載の発明に、請求項４に記載の発明に係る第
３シリンダ内ガス流動制御手段を含んで構成した。

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
添付の図面に基づき説明する。第１の実施形態において
は、図２に示すように、シリンダブロック１のシリンダ
部（シリンダライナが嵌挿される場合にはシリンダライ
ナの）内壁と、当該シリンダブロック１のシリンダ部に
摺動自由に嵌挿されるピストン２の頂面（当該頂面に設
けられた燃焼室３も含む）と、シリンダブロック１にヘ
ッドガスケット等を介して取り付けられるシリンダヘッ
ド４の下面等により機関本体の主燃焼室（以下、単に燃
焼室，シリンダ等とも言う）が形成される。当該主燃焼
室には、図示しないエアクリーナや吸気ダクト，吸気マ
ニホールド等を介して、シリンダヘッド４に設けられた
第１吸気通路５，第２吸気通路６に導かれた外気が、第
１吸気通路５側の第１吸気バルブ９Ａ及び第２吸気通路
６側の第２吸気バルブ９Ｂの開弁動作により導入される
ようになっている。なお、前記第１吸気バルブ９Ａは、
シリンダヘッド４に取り付られカムプーリ１３を介して
クランク軸等により回転される第１カムシャフト１１に
よって開閉駆動されるようになっている。そして、前記
第２吸気バルブ９Ｂは、シリンダヘッド４に取り付られ
カムプーリ１３を介してクランク軸等により回転される
第２カムシャフト１２によって開閉駆動されるようにな
っている。また、前記第２吸気通路６（例えば、ヘリカ
ルポート）には、シリンダ内ガス流動を制御するための
本発明に係るシリンダ内ガス流動可変手段としてのスワ
ール制御弁７が介装されている。なお、スワール制御弁
７は、スワール制御のし易さや乱れ強度や吸気抵抗との
バランス，取付性等を考慮したうえで、第１吸気通路５
（例えば、ディレクショナルポート）側に設けるように
してもよいし、両通路に設けるようにしてもよい。ま
た、図２に示したようなバタフライ式のスワール制御弁
７でなくても、例えば、吸気通路内に突出可能に設けた
ブレード等の突出量を変化させることでシリンダ内のガ
ス流動を可変制御するようにしてもよいし、或いは、第
１吸気通路５と第２吸気通路６との連通度合いを変化さ
せることでシリンダ内のガス流動を可変制御するように
してもよい。そして、主燃焼室で燃焼が行なわれた後の
排気は、シリンダヘッド４に設けられる２つの排気通路
８から外部へ排出されるようになっているが、主燃焼室
と外部との連通・遮断は、各排気通路に設けられた排気
バルブが開閉弁されることでなされる。２つの排気バル
ブのうち１つは、第１カムシャフト１１により開閉駆動
され、他方は第２カムシャフト１２により開閉駆動され
るようになっている。ここで、第１カムシャフト１１の
構造について、図３を参照して説明する。なお、第２カ
ムシャフト１２も同様の構造であるので、第２カムシャ
フト１２の構造についての説明は省略する。第１カムシ
ャフト１１は、その内部にオイル通路１４が設けられて
おり、当該オイル通路１４を介して当該第１カムシャフ
ト１１の端部に取付けられたカムプーリ１３内に組み込
まれたプランジャ１５に所定油圧のオイルを供給するよ
うになっている。そして、ソレノイドバルブ１８によっ
て油圧は所定油圧に調整されるが、この油圧によってプ
ランジャ１５がリターンスプリング１７の押圧力に抗し
て第１カムシャフト１１の長手方向に移動されると、当
該プランジャ１５の内外周部に刻設され、カムプーリ１
３の内周部と噛合すると共に第１カムシャフト１１の外
周部と噛合するヘリカルギア１６の相対的な噛合位置が
変更され、これにより第１カムシャフト１１のカムプー
リ１３に対する取付角度（捩角）を変更できるようにな
っている。即ち、第１吸気バルブ９Ａ，第２吸気バルブ
９Ｂのカムプーリ１３（クランク軸）の回転に対する開
閉時期を任意に変更することができるようになってい
る。なお、上記構成が、本発明に係るバルブ開閉特性可
変手段に相当する。ここで、上記構成を備えた本実施形
態の作用について説明する。図２において、機関の吸気
行程では、第１吸気通路５及び第２吸気通路６に設けら
れる各吸気バルブ９Ａ，９Ｂは、第１カムシャフト１１
及び第２カムシャフト１２により押し下げられて開弁さ
れる。これにより、第１吸気通路５と第２吸気通路６
が、前記機関の主燃焼室と連通され、吸入空気が前記主
燃焼室に導入される。その後、各吸気絞バルブ９Ａ，９
Ｂはカムシャフト１１のプロフィールに従って次第に閉
弁される。圧縮・膨張行程では、主燃焼室に燃料が燃料
噴射バルブを介して噴射供給され、自己着火による燃焼
が行なわれ、ピストン２が押し下げられる。そして、排
気行程では、２つの排気バルブ１０が各カムシャフト１
１，１２により押し下げられて開弁し、主燃焼室内の既
燃ガスを、２つの排気通路８を介して、機関外部へ排出
する。前述の吸気行程において、低速・低負荷時や始動
時には、第１吸気バルブ９Ａ及び第２吸気バルブ９Ｂの
開弁時期を早めるようにするが、これは、上述したよう
に、第１吸気バルブ９Ａや第２吸気バルブ９Ｂを押し下
げる各カムシャフト１１，１２のカムプーリ１３（即
ち、クランク軸）との相対位置（捩量）を油圧により強
制的に変更することでなされる。より詳細に説明する
と、図３で示したように、オイルポンプから供給される
オイルが、第１カムシャフト１１及び第２カムシャフト
１２内のオイル通路１４を満たしている。このオイル通
路１４内の油圧は、第１カムシャフト１１及び第２カム
シャフト１２端部に設けられたソレノイドバルブ１８に
より所定圧力に制御されるようになっている。第１カム
シャフト１１及び第２カムシャフト１２のクランク軸に
対する相対回転位置の変更（捩れ量の変更）を強制的に
行なう場合に、オイル通路１４内の油圧を上昇させるよ
うにソレノイドバルブ１８の作動状態を切り換えると、
カムプーリ１３内のプランジャ１５が、これに接続され
ているリターンスプリング１７の付勢力を上回り、プラ
ンジャ１５が、ソレノイド１８方向に押し込まれる。該
動作により、前記プランジャ１５の内外周部に設けられ
たヘリカルギア１６が移動し、これらに噛合されるカム
プーリ１３の内周部と、各カムシャフト１１，１２の外
周部と、の相対的な噛合位置が変更され、これにより第
１カムシャフト１１及び第２カムシャフト１２とカムプ
ーリ１３との相対取付角度（捩角）が変更されるように
なっている。その結果、第１カムシャフト１１及び第２
カムシャフト１２のカムプロフィールがクランク軸回転
に対して相対的にズレることとなり、第１吸気バルブ９
Ａ及び第２吸気バルブ９Ｂの開閉時期がクランク軸回転
に対して相対的に所定量ズレることになる。図４は、機
関の運転条件に応じて設定された第１吸気バルブ９Ａと
第２吸気バルブ９Ｂの閉弁時期（ＩＶＣ）を示してい
る。図４に示すように、始動及び低速・低負荷域では、
ＩＶＣを最も早くし（ＩＶＣ：ＢＤＣ〔ピストン下死点
位置〕）、吸気量を減らして実圧縮比を高くする。その
結果、始動性を改善でき、また、始動時白煙，ＨＣ，Ｓ
ＯＦ等の発生を抑制することができる。また、高速・高
負荷域では、ＩＶＣを遅くして（ＩＶＣ：ＢＤＣ後２
０°ＣＡ。ＣＡはクランク回転角度を示す）、吸気量を
増加させ、実圧縮比を低くする。そのため、高出力化を
図ることができる。先に述べた本実施形態における各吸
気バルブ９Ａ，９Ｂの閉時期可変装置（バルブ開閉特性
可変手段）の作用により、ＩＶＣを変更させたときの各
吸気バルブ９Ａ，９Ｂと排気バルブ１０の開閉時期の変
化の様子を、図５に一例として示しておく。この図５
は、ＩＶＣが下死点（ＩＶＣ：ＢＤＣ）の場合と、下死
点後１０度ＣＡ（ＩＶＣ：ＢＤＣ後１０°）の場合
と、を示している。本実施形態では、バルブ開閉特性可
変機構（手段）の構造上、各吸気バルブ９Ａ，９Ｂの閉
弁時期を遅らせると、排気バルブ１０の閉弁時期も連動
して遅れるようになっている。以上のように、本実施形
態では、機関の運転条件によりＩＶＣを変更するが、図
６のように、ＩＶＣを遅らせることで、各吸気バルブ９
Ａ，９Ｂの閉弁時期における作動ガスの角運動量は減少
する特性を有する。これは、作動ガス量の減少が要因で
ある。また、図７に示すように、各吸気バルブ９Ａ，９
Ｂの閉弁時期における作動ガスの角運動量と上死点の作
動ガスの角運動量が比例関係にあることから、各吸気バ
ルブ９Ａ，９Ｂの閉弁時期における作動ガスの角運動量
の減少と共に上死点での作動ガスの角運動量も減少する
ことになる。その結果、シリンダ内に噴射された燃料の
噴霧到達距離が伸びたり（燃焼室３の壁面への付着量が
増加し過ぎたり）、燃料噴霧と空気との混合が促進され
なくなって、以って噴霧の微粒化が促進されず、燃焼の
悪化を招きＮＯｘ，ＨＣやスモーク等が増加してしまい
排気性能の低下を引き起こす惧れがある。そこで、本実
施形態では、このようなＩＶＣによる機関性能の低下を
抑制すべく、ＩＶＣを遅らせた場合には、シリンダ内の
スワールを強化するようにする。本実施形態では、その
手段として、図２で説明した第２吸気通路６に設けたス
ワール制御弁７を用いる。図８に、スワール制御弁７の
開度と、シリンダ内のスワール比と、の関係を示す。こ
の図８から解るように、スワール制御弁７を閉じるほ
ど、シリンダ内のスワール比が増加する傾向を示す。つ
まり、本実施形態は、ＩＶＣを遅らせた時に起こる作動
ガスの角運動量の低下を、スワール制御弁７によるスワ
ールの強化により補うようにするものである。以下に、
本実施形態における制御フローを図９に示すフローチャ
ート（一例）に従って説明する。なお、当該制御フロー
を実行するコントロールユニットが、本発明に係る第１
シリンダ内ガス流動制御手段として機能することにな
る。ステップ（図では、Ｓと記してある。以下、同様）
８０１では、機関回転速度Ｎｅや負荷（例えば、燃料噴
射量Ｑ）等を検出する。ステップ８０２では、ＮｅやＱ
等に基づき、予め設定してあるＩＶＣ決定のためのテー
ブルをルックアップする。ステップ８０３では、ステッ
プ８０２のルックアップの結果に基づいて、ＩＶＣを決
定する。ステップ８０４では、ＩＶＣが、ＢＤＣ（ピス
トン下死点）であるか否かを判断する。ＹＥＳであれ
ば、ステップ８０８へ進み、スワール制御弁（ＳＣＶ）
７の開度が全開となるように、スワール制御弁７を制御
する。ＮＯの場合には、ステップ８０５へ進む。ステッ
プ８０５では、ＩＶＣが、ＢＤＣ後１０°ＣＡであるか
否かを判断する。ＹＥＳであれば、ステップ８０８へ進
み、スワール制御弁（ＳＣＶ）７の開度が５０％となる
ように、スワール制御弁７を制御する。する。ＮＯの場
合には、ステップ８０６へ進む。ステップ８０６では、
スワール制御弁（ＳＣＶ）７の開度が２５％となるよう
に、スワール制御弁７を制御する。このように、運転条
件に応じて吸気バルブの開閉時期（開閉特性）を変化さ
せた場合に、吸気量が変化し、例えば、シリンダ（燃焼
室）内の作動ガスが持つ角運動量が減少するような場合
（吸気バルブの開閉時期を遅らせた場合）に、スワール
制御弁７を介してシリンダ内スワールを強化するように
して、前記吸気バルブの開閉時期の変更に伴う角運動量
の低下を補うようにしたので、運転状態に応じた吸気バ
ルブの開閉特性の最適化による機関運転性や排気性能等
の改善を図れると共に、噴射された燃料の到達距離が延
び過ぎたり、燃料噴霧の微粒化が悪化することで、燃焼
が悪化し、スモークやＮＯｘ等が増加し排気性能等が悪
化するという問題を抑制することができる。なお、例え
ば、始動時や低速・低負荷領域等において予めスワール
制御弁７を所定量閉じた状態でスワール比が最適となる
ようにシリンダヘッド４の各吸気通路５，６の形状を調
整しておいた場合等において、運転状態が高速・高負荷
領域などに移行して、シリンダ（燃焼室）内の作動ガス
が持つ角運動量が増大し過ぎるような場合（吸気バルブ
の開閉時期を進めた場合）に、スワール制御弁７の開度
を増大させてスワールを低下させるようにすれば、運転
状態に応じた吸気バルブの開閉特性の最適化による機関
運転性や排気性能等の改善を図れると共に、前記吸気バ
ルブの開閉時期の変更に伴う角運動量の増大を相殺さ
せ、以ってオーバースワールによる燃料噴霧の拡散の悪
化を抑制し、燃焼の悪化によるスモークやＮＯｘ等が増
加し排気性能等が悪化するという問題を抑制するように
することもできる。ところで、本実施形態では、吸気バ
ルブの閉弁時期におけるシリンダ内スワールを変化させ
るために、スワール制御弁７を所定開度に維持するよう
に制御するが、例えば、吸気行程の所定期間だけスワー
ル制御弁７の開度を制御して、吸気バルブの閉弁時期に
おけるシリンダ内スワールの強化を図るようにしてもよ
い。次に、第２の実施形態について説明する。第２の実
施形態では、第１の実施形態におけるバルブ開閉特性可
変機構を取り除き、その代わりに一般的な過給機（ター
ボチャージャーやスーパーチャージャー等）を取り付け
た場合についての実施形態である。なお、かかる構成
は、従来同様であるので説明を省略する。ここで、図１
０に、過給圧と作動ガスの角運動量との関係の一例を示
す。過給機で過給を行なった場合、当該図１０に示すよ
うに、過給圧（該図１０ではPressure Ratio〔コンプレ
ッサ入口圧力とコンプレッサ出口圧力との比〕で表現し
ている）の増大に連れて、各吸気バルブ９Ａ，９Ｂの閉
弁時期におけるシリンダ内の作動ガスが持つ角運動量が
増加する傾向にある。その結果、第１の実施形態で説明
した図７から解るように、上死点での角運動量が増加す
るので（所謂オーバースワール等が発生するので）、第
１の実施形態の場合とは逆に、噴射された燃料噴霧の到
達距離が短くなり過ぎて、これにより混合気形成が不十
分となり、燃焼が悪化する惧れが生じる。そこで、本実
施形態では、過給圧（換言すれば、機関吸入空気量）に
応じてスワール制御弁７により、各吸気バルブ９Ａ，９
Ｂの閉弁時期におけるシリンダ内のスワールを低下させ
るようにする。当該制御を実行するコントロールユニッ
トが、本発明に係る第２シリンダ内ガス流動制御手段と
して機能することになる。スワール制御弁７の開度と、
各吸気バルブ９Ａ，９Ｂの閉弁時期におけるシリンダ内
のスワール比と、の関係は、図８に示す通りである。即
ち、過給により増加したシリンダ内の角運動量を、スワ
ール制御弁７の開度を増加させることによる各吸気バル
ブ９Ａ，９Ｂの閉弁時期におけるシリンダ内のスワール
の低下で相殺させるようにする。その結果、過給圧の増
加による出力・燃費等の向上を図ることができると共
に、更に、オーバースワールが抑制されスワールの適正
化が図られ、以って噴射された燃料の到達距離等が適正
化され、燃料の微粒化や混合気形成が良好となり、燃焼
の悪化による排気性能等の悪化を抑制することができ
る。なお、第１の実施形態におけるバルブ開閉特性可変
機構を取り除かない場合、即ちバルブ開閉特性可変機構
と過給機とを同時に備えた場合においても、運転状態に
応じた所望のスワールが得られるように、スワール制御
弁７の開度制御によるスワールコントロールを適宜行な
うようにしてもよいことは勿論である。つづけて、第３
の実施形態について説明する。第３の実施形態の構成
は、第１の実施形態で説明した構成に加えて、吸気温度
を検出するための吸気温度センサを、吸気系（例えば、
第１吸気通路５や第２吸気通路６等）に設けるようにす
る。本実施形態では、圧縮端（燃料噴射開始時期近傍の
筒内ガス）温度が高い場合には、例えば、燃焼温度もこ
れに略比例して上昇することになるのでＮＯｘの発生が
増大する惧れがあり、また、噴射後直ちに自己着火（過
早着火）が起こり噴射燃料が十分拡散できず、即ち噴射
された燃料の到達距離が短くなって、噴霧の正常な拡散
が促進されず、シリンダ内の空気を有効利用できなくな
り、以って燃焼が悪化する惧れがあるので、これらを防
止すべく、吸入空気温度から圧縮端温度を算出し、圧縮
端温度が高い場合には、吸気バルブの閉弁時期を遅らせ
て実圧縮比を下げ圧縮端温度を低下させるようにした場
合に、当該吸気バルブの閉弁時期を遅らせることにより
吸気量が減少し、作動ガスの角運動量の低下が起こり、
これにより燃焼が悪化してしまい、上記吸気バルブの閉
弁時期の遅延による圧縮端温度の低減効果を十分に発揮
できなくなる惧れがあるが、かかる惧れを抑制するよう
にした場合の実施形態である。以下に、本実施形態にお
ける制御フローを、図１１，図１２に示すフローチャー
ト（一例）に従って説明する。なお、当該制御フローを
実行するコントロールユニットが、本発明に係る第３シ
リンダ内ガス流動制御手段として機能することになる。
ステップ１００１では、機関回転速度Ｎｅや負荷（例え
ば、燃料噴射量Ｑ）等を検出する。ステップ１００２で
は、ＮｅやＱ等に基づき、予め設定してあるＩＶＣ決定
のためのテーブルをルックアップする。ステップ１００
３では、ステップ１００２のルックアップの結果に基づ
いて、ＩＶＣを決定する。その後、決定されたＩＶＣに
応じて、第１の実施形態と同様に、スワール制御弁７の
開度を変化させる。即ち、ＩＶＣが下死点（ＢＤＣ）の
場合には、スワール制御弁７の開度を全開とし（ステッ
プ１００４，ステップ１００７）、ＩＶＣがＢＤＣ後１
０°の場合には、スワール制御弁７の開度を５０％とし
（ステップ１００５，ステップ１００８）、ＩＶＣがＢ
ＤＣ後２０°の場合にはスワール制御弁７の開度を２５
％（ステップ１００５，ステップ１００６）とする。そ
して、上述のように、機関の運転条件に応じてＩＶＣを
決定し、そのＩＶＣに応じたスワール制御弁７の開度に
制御した後、本実施形態では、更に、図１２に示すよう
なルーチンＡを実行するようになっている。即ち、ステ
ップ１００９では、吸気温度センサの検出信号に基づい
て、吸入空気温度を検出する。ステップ１０１０では、
理論演算等により圧縮端（燃料噴射開始時期近傍の筒内
ガス）温度を算出する。なお、筒内圧センサを備えてい
る場合には、吸気温度センサの検出信号の代わりに、筒
内圧センサからの検出信号（筒内圧）から筒内温度を求
めるようにすることもできる。ステップ１０１１では、
圧縮端温度が所定温度（例えば９００°Ｃ）以上か否か
を判断する。ＹＥＳの場合にはステップ１０１２へ進
み、ＮＯの場合には、本フローを終了する。ステップ１
０１２では、圧縮端温度を低下させるために、ＩＶＣを
５°遅らせる。しかし、ＩＶＣを遅らせると、作動ガス
の角運動量が減少して、前述したと同様に排気性能等が
悪化するので、本実施形態では、ステップ１０１３へ進
ませる。そして、ステップ１０１３では、スワール制御
弁（ＳＣＶ）７の開度を１０％減少させる。これによ
り、図８で示したように、シリンダ内のスワールを強め
ることができるので、作動ガスの角運動量の低下に起因
する上記問題を抑制することができる。このように、第
３の実施形態によれば、圧縮端温度を低減すべく、運転
状態に応じて吸気バルブの開閉時期を遅らせた場合に、
吸気量が低下し、シリンダ（燃焼室）内の作動ガスが持
つ角運動量が減少するが、スワール制御弁７によりスワ
ールを強化するようにしたので、圧縮端温度を低減でき
ると共に、噴射された燃料の到達距離が延び過ぎたり、
燃料噴霧の微粒化が悪化することで、燃焼が悪化し、ス
モークやＮＯｘ等が増加し排気性能等が悪化するという
問題も抑制することができる。なお、オットー機関のよ
うに、混合気の自己着火を防止するために、吸気バルブ
の閉弁時期を遅らせるようにして、筒内ガス温度を低減
させるようにした場合にも適用できる。ところで、上記
各実施形態において説明した制御フローは、コントロー
ルユニット（マイクロコンピュータ）により実行される
ようになっており、該コントロールユニットは、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器，入出力Ｉ／Ｆ等を
備えて構成されるものである。また、上記各実施形態で
は、吸気バルブ，排気バルブを１気筒当たり各々２個ず
つ備えた所謂４バルブ式の場合について説明したが、こ
れに限らず、吸・排気バルブを各々１個ずつ備えた所謂
２バルブ式のもの、或いはその他のもの（５バルブ式
等）であっても、本発明を適用できることは勿論であ
る。そして、上記各実施形態では、第１カムシャフト１
１で第１吸気バルブ９Ａと１の排気バルブ１０とを開閉
駆動し、第２カムシャフト１２で第２吸気バルブ９Ｂと
１の排気バルブ１０とを駆動するようにして説明した
が、これに限るものではなく、第１カムシャフト１１で
第１吸気バルブ９Ａと第２吸気バルブ９Ｂとを開閉駆動
し、第２カムシャフト１２で２つの排気バルブ１０を開
閉駆動させるようにすることも勿論可能である。なお、
上記各実施形態においては、バルブ開閉特性可変機構を
図２，図３に示す方式のもので説明してきたが、これに
限らず、他の方式（例えば、開閉時期，開閉期間，リフ
ト量，リフト速度等が異なるプロフィールのカムを複数
種備え、運転状態に応じて異なるカムプロフィールのカ
ムを選択的に切り換えて使用するような方式等）であっ
ても、本発明を適用できることは勿論である。また、上
記各実施形態では、その構造上、吸気バルブの開閉特性
の変化と排気バルブの開閉特性の変化とを連動させるよ
うにして説明したが、勿論、吸気バルブの開閉特性と排
気バルブの開閉特性とを各々独立に変化させる構成とす
ることができるものである。ところで、上記各実施形態
では、直接噴射式ディーゼル機関に適用した場合につい
て説明してきたが、これに限らず、本発明は、他の方式
のディーゼル機関やオットー機関等にも適用できるのは
勿論である。

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機関運転状態やシリンダ内ガス温度に応じて吸気バルブ
の開閉特性を変化させることによって、或いは機関吸入
空気量の変化によって、シリンダ内ガス流動が変化し所
望のシリンダ内ガス流動が得られなくなるような場合で
あっても、シリンダ内ガス流動可変手段を介して、少な
くとも吸気バルブの閉弁時期におけるシリンダ内ガス流
動を制御することで、常に所望のシリンダ内ガス流動を
達成させることができるようにしたので、以って噴射さ
れた燃料の到達距離の最適化が図れ、燃料噴霧の微粒化
や空気との混合の促進を図ることができる。従って、従
来のように燃焼が悪化しスモークやＮＯｘ等が増加し排
気性能等が悪化するという問題を確実に抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明における第１の実施形態の全体構成図。

【図３】同上実施形態におけるバルブ開閉特性可変機構
の断面図。

【図４】同上実施形態における運転条件とＩＶＣとの関
係を示す図。

【図５】同上実施形態における吸・排気バルブの開閉弁
時期の一例を示す図。

【図６】ＩＶＣとＩＶＣでの作動ガスの角運動量との関
係を説明する図。

【図７】ＩＶＣでの作動ガスの角運動量と上死点での作
動ガスの角運動量との関係を説明する図。

【図８】同上実施形態におけるスワール制御弁開度とＩ
ＶＣでのシリンダ内スワール比との関係を説明する図。

【図９】同上実施形態におけるスワール制御弁の制御方
法を説明するためのフローチャート。

【図１０】第２の実施形態における過給圧と作動ガスの
角運動量との関係を説明する図。

【図１１】第３の実施形態におけるスワール制御弁の制
御方法を説明するためのフローチャート。

【図１２】同上フローチャート中のルーチンＡを説明す
るためのフローチャート。

【符号の説明】

５第１吸気通路（第１吸気ポート）６第２吸気通路（第２吸気ポート）７スワール制御弁８排気通路（排気ポート）９Ａ第１吸気バルブ９Ｂ第２吸気バルブ１０排気バルブ１１第１カムシャフト１２第２カムシャフト１３カムプーリ１５プランジャ１６ヘリカルギア１８ソレノイドバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気バルブ及び排気バルブのうち少なくと
も吸気バルブの開閉特性を変化させることができるバル
ブ開閉特性可変手段と、機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、シリンダ内ガス流動を変化させることができるシリンダ
内ガス流動可変手段と、機関の運転状態に応じて前記吸気バルブの開閉特性を変
化させた際に、前記シリンダ内ガス流動可変手段を介し
て少なくとも吸気バルブの閉弁時期でのシリンダ内ガス
流動を変化させる第１シリンダ内ガス流動制御手段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の制御装
置。
【請求項２】シリンダ内ガス流動を変化させることがで
きるシリンダ内ガス流動可変手段と、機関吸入空気量に応じて、前記シリンダ内ガス流動可変
手段を介して吸気バルブの閉弁時期でのシリンダ内ガス
流動を変化させる第２シリンダ内ガス流動制御手段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の制御装
置。
【請求項３】請求項２に記載の発明に係る第２シリンダ
内ガス流動制御手段を含んで構成したことを特徴とする
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】吸気バルブ及び排気バルブのうち少なくと
も吸気バルブの開閉特性を変化させることができるバル
ブ開閉特性可変手段と、シリンダ内ガス温度を検出するシリンダ内ガス温度検出
手段と、シリンダ内ガス流動を変化させることができるシリンダ
内ガス流動可変手段と、シリンダ内ガス温度に応じて前記吸気バルブの開閉特性
を変化させた際に、前記シリンダ内ガス流動可変手段を
介して少なくとも吸気バルブの閉弁時期でのシリンダ内
ガス流動を変化させる第３シリンダ内ガス流動制御手段
と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の制御装
置。
【請求項５】請求項４に記載の発明に係るシリンダ内ガ
ス温度検出手段及び第３シリンダ内ガス流動制御手段を
含んで構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３の
何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。