(57)【要約】【課題】共通の気筒に設けられた３つの吸気弁への燃料の付着を抑制し、気筒から未燃燃料が排出されることを十分に抑制することが可能な筒内直接噴射式内燃機関を提供する。【解決手段】燃料噴射弁９の噴射口９ａから気筒２内の所定の領域Ａに向けて燃料が噴射される筒内直接噴射式の内燃機関１において、気筒２に３つの吸気弁７ａ〜７ｃ及び排気弁８ａ、８ｂが設けられ、吸気弁７ｃは所定の領域Ａ内を通過するように開閉駆動されるとともに吸気弁７ａ、７ｂよりも排気側から遠い位置に配置され、吸気弁７ｃのリフト量変更可能な可変動弁装置１０を備え、可変動弁装置１０は内燃機関１の温度が所定の低温域内である場合、吸気弁７ｃが閉弁状態に維持されるように制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射口が気筒内に臨むようにして設けられた燃料噴射弁を備え、前記噴射口から前記気筒内の所定の領域に向けて燃料が噴射される筒内直接噴射式の内燃機関において、
前記気筒に３つの吸気弁及び排気弁が設けられ、それら３つの吸気弁のうちの１つの所定吸気弁は前記所定の領域内を通過するように開閉駆動されるとともに残りの２つの吸気弁よりも前記排気弁が設けられている排気側から遠い位置に配置され、
前記所定吸気弁のリフト量及び開閉時期の少なくともいずれか一方を変更可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の温度が所定の低温域内である場合、前記燃料噴射弁の前記噴射口から燃料が噴射されているときに前記所定の領域内への前記所定吸気弁のリフトが禁止されるように前記可変動弁機構を制御して前記所定吸気弁のリフト量及び開閉時期の少なくともいずれか一方を変更する制御手段と、を備えている筒内直接噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁から気筒内に直接燃料が噴射される筒内直接噴射式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
噴射口が気筒内に臨むようにして設けられた燃料噴射弁から気筒内に燃料を直接噴射する筒内直接噴射式の内燃機関が知られている。このような内燃機関では、吸気行程時、すなわち吸気弁の開弁時に燃料噴射弁から燃料を噴射するものがある。このように吸気弁の開弁時に気筒内に燃料が噴射されると、噴射された燃料の一部が吸気弁に付着する。そして、始動時など内燃機関の温度が低いときは吸着弁に付着した燃料が気化せず未燃のまま排出されるおそれがある。そこで、内燃機関の温度が低いときは共通の気筒に設けられた２つの吸気弁のうちの一方を閉弁状態で停止させ、これにより吸気弁への燃料の付着を抑制する内燃機関が知られている（特許文献１参照）。また、吸気行程にて燃料噴射を行う運転モードで、かつ所定の低回転・低負荷領域のときに吸気弁のリフト量を減少させる内燃機関が知られている（特許文献２参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３〜６が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３９２０１号公報
【特許文献２】特開２００４−２６３６４１号公報
【特許文献３】特開２００４−３１６４４９号公報
【特許文献４】特開平１１−３５１０１２号公報
【特許文献５】特開平１１−２９４２０８号公報
【特許文献６】特開２００７−２９１８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、共通の気筒に３つの吸気弁が設けられた内燃機関が知られている。このような内燃機関では、３つの吸気弁のうちの２つの吸気弁（これらを吸気弁Ａ、Ｂとする。）が排気弁の並び方向と同じ方向に並べて配置され、残りの１つ（これを吸気弁Ｃとする。）がそれら並べて配置された２つの吸気弁Ａ、Ｂの中間、かつこれら２つの吸気弁Ａ、Ｂよりも排気側から遠い位置に配置される。一般に筒内直接噴射式の内燃機関では、噴射口が気筒内のうち排気側から遠い位置に配置されるように燃料噴射弁が設けられている。そして、噴射口からは並べて配置された２つの吸気弁Ａ、Ｂの間に向けて燃料が噴射される。そのため、吸気弁Ｃの開弁時に燃料が噴射されるとこの吸気弁Ｃに燃料が吹き付けられる。また、この吸気弁Ｃは、他の２つの吸気弁Ａ、Ｂと比較して排気側から離れているので、弁の温度が低くなり易い。従って、この吸気弁Ｃには、燃料が付着し易い。特許文献１、２は、共通の気筒に２つの吸気弁が設けられた内燃機関に適用されるものであり、共通の気筒に３つの吸気弁が設けられた内燃機関への適用については開示も示唆もない。
【０００５】
そこで、本発明は、共通の気筒に設けられた３つの吸気弁への燃料の付着を抑制し、気筒から未燃燃料が排出されることを十分に抑制することが可能な筒内直接噴射式内燃機関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】
【０００６】
本発明の筒内直接噴射式内燃機関は、噴射口が気筒内に臨むようにして設けられた燃料噴射弁を備え、前記噴射口から前記気筒内の所定の領域に向けて燃料が噴射される筒内直接噴射式の内燃機関において、前記気筒に３つの吸気弁及び排気弁が設けられ、それら３つの吸気弁のうちの１つの所定吸気弁は前記所定の領域内を通過するように開閉駆動されるとともに残りの２つの吸気弁よりも前記排気弁が設けられている排気側から遠い位置に配置され、前記所定吸気弁のリフト量及び開閉時期の少なくともいずれか一方を変更可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の温度が所定の低温域内である場合、前記燃料噴射弁の前記噴射口から燃料が噴射されているときに前記所定の領域内への前記所定吸気弁のリフトが禁止されるように前記可変動弁機構を制御して前記所定吸気弁のリフト量及び開閉時期の少なくともいずれか一方を変更する制御手段と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
本発明の筒内直接噴射式内燃機関によれば、内燃機関の温度が所定の低温域内である場合、燃料噴射弁から燃料が噴射されているときに所定吸気弁が所定の領域内にリフトされることを禁止するので、噴射されている燃料中に所定吸気弁が進入することを防止できる。そのため、温度が低い所定吸気弁に燃料が付着することを十分に抑制することができる。そのため、共通の気筒に設けられた３つの吸気弁に燃料が付着することを抑制し、気筒から未燃燃料が排出されることを十分に抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上に説明したように、本発明の筒内直接噴射式内燃機関によれば、温度が低い所定吸気弁への燃料の付着を抑制できるので、共通の気筒に設けられた３つの吸気弁への燃料の付着を抑制し、気筒から未燃燃料が排出されることを十分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一形態に係る内燃機関を示す図。
【図２】図１の矢印II方向から見た気筒を模式的に示す図。
【図３】燃料噴射弁が設けられている側から各吸気弁を見た図。
【図４】図１のＥＣＵが実行する動弁装置制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】可変動弁装置が通常制御で制御されたときの各吸気弁のリフト量とクランク角度との関係の一例を示す図。
【図６】可変動弁装置が低温制御で制御されたときの各吸気弁のリフト量とクランク角度との関係の一例を示す図。
【図７】可変動弁装置が第１の変形例の低温制御で制御されたときの各吸気弁のリフト量とクランク角度との関係の一例を示す図。
【図８】可変動弁装置が第２の変形例の低温制御で制御されたときの各吸気弁のリフト量とクランク角度との関係の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の一形態に係る内燃機関の要部を示している。この内燃機関（以下、エンジンと称することもある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、複数（図１では１つのみを示す。）の気筒２を備えている。気筒２内には、ピストン３が往復動自在に挿入されている。また、気筒２の上面略中央には点火プラグ４が設けられている。
【００１１】
図２は、図１の矢印II方向から見た気筒２を模式的に示している。この図に示したように気筒２には、３つの吸気ポート５ａ、５ｂ、５ｃ及び２つの排気ポート６ａ、６ｂが設けられている。吸気ポート５ａ〜５ｃは、吸気弁７ａ〜７ｃにて開閉され、排気ポート６ａ、６ｂは排気弁８ａ、８ｂにて開閉される。２つの排気ポート６ａ、６ｂは、気筒２を中心線ＣＬの方向から見たときにその中心線ＣＬに対する一方の側に並ぶように設けられている。以降、これら排気ポート６ａ、６ｂが設けられている一方の側を排気側と称することがある。３つの吸気ポート５ａ〜５ｃのうち２つの吸気ポート５ａ、５ｂは、気筒２の他方の側に排気ポート６ａ、６ｂの並び方向と同じ方向に並ぶように設けられている。残りの吸気ポート５ｃは、並べて設けられた２つの吸気ポート５ａ、５ｂの中間に配置されるとともに、それらの吸気ポート５ａ、５ｂよりも排気側から遠くなるように設けられている。以降、これら吸気ポート５ａ〜５ｃが設けられている他方の側を吸気側と称することがある。
【００１２】
気筒２には、燃料が噴射される噴射口９ａが気筒２内に臨むようにして燃料噴射弁９が設けられている。図１及び図２に示したように燃料噴射弁９は、気筒２の吸気側に配置されている。また、この燃料噴射弁９は、図２に領域Ａで示したように噴射口９ａから吸気ポート５ａ、５ｂの間に向かって燃料が噴射されるように配置されている。そのため、図３に示したように吸気ポート５ｃの吸気弁７ｃは、燃料噴射弁９から燃料が噴射される領域Ａ内を通過するように開閉駆動される。そのため、この吸気弁７ｃが本発明の所定吸気弁に相当する。
【００１３】
吸気弁７ａ〜７ｃは、可変動弁機構としての可変動弁装置１０にて開閉駆動される。この可変動弁装置１０は、エンジン１の運転状態に拘わりなく吸気弁７ｃのリフト量を０に維持可能、言い換えると吸気弁７ｃを閉弁状態に維持可能に構成されている。これにより可変動弁装置１０は、吸気弁７ｃのリフト量を０と所定値とに変更できる。このような可変動弁装置１０としては、例えばエンジン１のクランク軸にて回転駆動されるカム軸とそのカム軸に設けられて吸気弁７ｃを開閉駆動するカムとを有し、それらカム軸とカムとを連結したりその連結を解除したりすることが可能な動弁装置が設けられる。なお、吸気弁７ｃ以外の吸気弁７ａ、７ｂは、エンジン１のクランク軸にて回転駆動されるカムにて開閉駆動される。また、図示は省略したが排気弁８ａ、８ｂもエンジン１のクランク軸にて回転駆動されるカムにて開閉駆動される。これらは内燃機関に設けられる周知の動弁機構でよいため、詳細な説明は省略する。
【００１４】
可変動弁装置１０の動作は、制御手段としてのエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと称する。）２０にて制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成され、エンジン１に設けられた各種のセンサの出力信号に基づいてエンジン１の運転状態を制御する周知のものである。ＥＣＵ２０は、例えばエンジン１の負荷及び回転数に応じて気筒２に供給すべき燃料量を算出し、その算出した量の燃料が供給されるように燃料噴射弁９の動作を制御する。この燃料噴射弁９の制御は、ＥＣＵ２０が燃料噴射弁９に噴射信号を出力することにより行われる。そして、噴射信号がオンの場合に噴射口９ａが開弁されて燃料が噴射され、噴射信号がオフの場合に噴射口９ａが閉弁される。また、ＥＣＵ２０は、気筒２内の燃料混合気が適切な時期に燃焼するように点火プラグ４の動作を制御する。ＥＣＵ２０には、エンジン１の運転状態を検出するためのセンサとして例えばエンジン１の冷却水の温度に対応する信号を出力する水温センサ２１等が接続されている。この他にもＥＣＵ２０には各種センサが接続されているが、それらの図示は省略した。
【００１５】
図３に示したように吸気弁７ｃは、領域Ａを通過するようにリフトされるため、他の吸気弁７ａ、７ｂと比較して燃料噴射弁９から噴射された燃料が付着し易い。エンジン１の温度が高い場合は燃料が吸気弁７ｃに付着しても直ぐに気化するが、エンジン１の温度が低いと付着した燃料が気化せずに吸気弁７ｃに残る。そして、この吸気弁７ｃに付着して残った燃料が未燃のまま気筒２から排出されたり、粒子状物質（ＰＭ）の原因となることがある。そこで、吸気弁７ｃへの燃料の付着を抑制すべくＥＣＵ２０は図４に示した動弁装置制御ルーチンを実行する。この制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００１６】
図４の動弁装置制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えば水温センサ２１の出力信号に基づいてエンジン１の冷却水の温度（以下、冷却水温と略称することがある。）Ｔｗが取得される。次のステップＳ１２においてＥＣＵ２０は、エンジン１の冷却水温Ｔｗが予め設定した判定温度αより高いか否か判断する。判定温度αは、エンジン１の温度が所定の低温域内か否か判断する基準として設定される。周知のように冷却水温はエンジン１の温度と相関しており、冷却水温が低いほどエンジン１の温度も低い。そして、上述したようにエンジン１の温度が低いと吸気弁７ｃに付着した燃料が気化せずに残り未燃燃料となる。そこで、判定温度αには、例えば吸気弁７ｃに付着した燃料を十分に気化することができ、これによりエンジン１からのＰＭの排出を十分に抑制することが可能なエンジン１の温度範囲の下限値に対応した冷却水温が設定される。
【００１７】
冷却水温Ｔｗが判定温度αより高いと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ２０は可変動弁装置１０を通常制御で制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。図５を参照して通常制御について説明する。図５は、可変動弁装置１０が通常制御で制御されたときの各吸気弁７ａ〜７ｃのリフト量とクランク角度との関係の一例を示している。また、図５には、燃料噴射弁９への噴射信号とクランク角度との関係の一例も示した。なお、図５の線Ｌ１が吸気弁７ｃのリフトカーブを示し、図５の線Ｌ２が吸気弁７ａ、７ｂのリフトカーブを示している。吸気弁７ａのリフトカーブと吸気弁７ｂのリフトカーブは同じである。この図に示したように通常制御では、各吸気弁７ａ〜７ｃが同じリフトカーブになるようにこれら吸気弁７ａ〜７ｃが開閉駆動される。
【００１８】
一方、冷却水温Ｔｗが判定温度α以下と判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ２０は可変動弁装置１０を低温制御で制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。この低温制御では、吸気弁７ａ、７ｂは通常制御時と同様に開閉駆動され、吸気弁７ｃは閉弁状態に維持される。図６は、可変動弁装置１０が低温制御で制御されたときの各吸気弁７ａ〜７ｃのリフト量とクランク角度との関係の一例を示している。また、図６には、図５と同様に燃料噴射弁９への噴射信号とクランク角度との関係の一例も示した。なお、図６の線Ｌ３が吸気弁７ｃのリフトカーブを示し、線Ｌ４が吸気弁７ａ、７ｂのリフトカーブを示している。この図に示したように低温制御では、燃料噴射弁９への噴射信号がオンになる期間、すなわち燃料噴射弁９から燃料が噴射されている期間（以下、燃料噴射期間と称することがある。）Ｔ１における吸気弁７ｃのリフトを禁止することができるので、吸気弁７ｃに燃料が付着することを十分に抑制できる。
【００１９】
本発明の内燃機関１によれば、冷却水温Ｔｗが判定温度α以下の場合は吸気弁７ｃが閉弁状態に維持されるので、吸気弁７ｃへの燃料の付着を十分に抑制することができる。そのため、吸気弁７ｃに付着した燃料が未燃のまま気筒２から排出されることを抑制できる。また、このように吸気弁７ｃへの燃料の付着を抑制することにより、エンジン１の温度が低い冷間時のＰＭの発生を抑制することができる。
【００２０】
なお、低温制御における吸気弁７ｃの制御方法は、上述した方法に限定されない。例えば、低温制御時においても図７に示したように燃料噴射期間Ｔ１における吸気弁７ｃの最大リフト量を通常制御時と比べて小さくして吸気弁７ｃを開閉してもよい。図７は、この第１の変形例の低温制御にて可変動弁装置１０が制御されたときの各吸気弁７ａ〜７ｃのリフト量とクランク角度との関係の一例を示している。なお、図７の線Ｌ５が吸気弁７ｃのリフトカーブを示し、線Ｌ６が吸気弁７ａ、７ｂのリフトカーブを示している。この第１の変形例では、吸気弁７ｃが開閉駆動されるときに吸気弁７ｃの下端が燃料が噴射される領域Ａ内に進入しないように低温制御時の吸気弁７ｃの最大リフト量が設定される。そして、吸気弁７ｃは、リフトカーブの形状が通常制御時と相似し、かつ最大リフト量がこの設定された値になるように開閉駆動される。なお、この第１の変形例においても吸気弁７ａ、７ｂは通常制御時と同様に開閉駆動される。
【００２１】
この第１の変形例では、吸気弁７ｃが燃料噴射期間Ｔ１中に領域Ａ内に進入することを防止できるので、吸気弁７ｃに燃料が付着することを抑制できる。また、この第１の変形例では、低温制御時も吸気弁７ｃが開閉駆動されるので、気筒２内に速やかに吸気を吸入させることができる。
【００２２】
また、低温制御時に図８に示したように燃料噴射期間Ｔ１後に吸気弁７ｃが開閉駆動されるように吸気弁７ｃの開閉時期を通常制御時と比較して遅角させてもよい。図８は、この第２の変形例の低温制御にて可変動弁装置１０が制御されたときの各吸気弁７ａ〜７ｃのリフト量とクランク角度との関係の一例を示している。なお、図７の線Ｌ７が吸気弁７ｃのリフトカーブを示し、線Ｌ８が吸気弁７ａ、７ｂのリフトカーブを示している。この第２の変形例では、この図に示したように燃料噴射期間Ｔ１中は吸気弁７ｃの開閉が禁止され、燃料噴射期間Ｔ１後に吸気弁７ｃの開閉が行われる。なお、この開閉時における吸気弁７ｃのリフトカーブは通常制御時と同じである。第２の変形例においても吸気弁７ａ、７ｂは通常制御時と同様に開閉駆動される。
【００２３】
この第２の変形例では、燃料噴射期間Ｔ１中は吸気弁７ｃの開閉が禁止され、燃料噴射期間Ｔ１後に吸気弁７ｃが開閉されるので、吸気弁７ｃへの燃料の付着を抑制しつつ吸気の充填効率を改善することができる。
【００２４】
この他、低温制御においては、燃料噴射期間Ｔ１中に吸気弁７ｃが領域Ａ内に進入することが禁止される種々の制御方法で吸気弁７ｃを制御してよい。例えば、上述した第１の変形例の制御方法と第２の変形例の制御方法とを組み合わせた制御方法で吸気弁７ｃを制御してもよい。また、吸気弁７ｃの作用角を吸気弁７ａ、７ｂの作用角より小さくし、かつ吸気弁７ｃの開閉時期が燃料噴射期間Ｔ１から外れるように吸気弁７ｃの開閉時期と吸気弁７ａ、７ｂの開閉時期との間に位相差が設けられるように吸気弁７ｃを制御してもよい。
【００２５】
なお、このような吸気弁７ｃの制御を行うため、可変動弁装置１０として例えば電磁コイルで排気弁を開閉駆動する電磁駆動機構を用いてもよいし、カムをモータで回転駆動する動弁機構を用いてもよい。この他、吸気弁７ｃのリフト量及び開閉時期を変更可能な種々の動弁機構を用いてよい。
【００２６】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、内燃機関のオイルの温度も内燃機関の温度を相関しているので、冷却水温の代わりに内燃機関のオイルの温度に基づいて通常制御と低温制御の切り替えを行ってもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  内燃機関
２  気筒
７ａ、７ｂ、７ｃ  吸気弁
８ａ、８ｂ  排気弁
９  燃料噴射弁
９ａ  噴射口
１０  可変動弁装置（可変動弁機構）
２０  エンジンコントロールユニット（制御手段）
Ａ  所定の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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