(57)【要約】【課題】デポジットの堆積を抑制することができる内燃機関を提供する。【解決手段】上死点と下死点との間で往復移動可能なピストンを内部に収容すると共に、複数の吸気通路が形成された気筒と、各吸気通路を開閉可能な複数の吸気弁と、各吸気通路に配設された複数の燃料噴射弁と、各吸気弁の開閉動作を制御可能な吸気弁制御部と、各燃料噴射弁による燃料噴射動作を制御可能な燃料噴射制御部と、を備え、吸気弁制御部により、吸気弁の開弁タイミングＩＶＯから閉弁タイミングＩＶＣに至る開弁期間Ｔ１を、ピストンの下死点ＢＤＣ到達の前後に亘って設定した場合、燃料噴射制御部は、開弁期間Ｔ１中にメイン燃料噴射を実行すると共に、ピストンの下死点ＢＤＣ到達後における開弁期間Ｔ１中にサブ燃料噴射を実行する。【選択図】        図４
2010024969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上死点と下死点との間で往復移動可能なピストンを内部に収容すると共に、複数の吸気通路が形成された気筒と、
前記各吸気通路を開閉自在な複数の吸気弁と、
前記各吸気通路に配設された複数の燃料噴射弁と、
前記各吸気弁の開閉動作を制御可能な吸気弁制御手段と、
前記各燃料噴射弁による燃料噴射動作を制御可能な燃料噴射制御手段と、を備え、
前記吸気弁制御手段が、前記吸気弁の開弁タイミングから閉弁タイミングに至る開弁期間を、前記ピストンの下死点到達の前後に亘って設定したとき、前記燃料噴射制御手段は、前記開弁期間中にメイン燃料噴射を実行すると共に、前記ピストンの下死点到達後における前記開弁期間中にサブ燃料噴射を実行することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴射制御手段は、前記ピストンの下死点到達前における前記開弁期間中において、前記開弁タイミングの直後に前記メイン燃料噴射を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記燃料噴射制御手段は、前記メイン燃料噴射の燃料を複数回に分けて噴射させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記燃料噴射制御手段は、前記閉弁タイミングの直前に前記サブ燃料噴射を実行することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記燃料噴射制御手段は、前記複数の燃料噴射弁により前記サブ燃料噴射を実行すると共に、前記複数の燃料噴射弁によるそれぞれの前記サブ燃料噴射のサブ燃料噴射期間を非同期させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記燃料噴射制御手段は、前記複数の燃料噴射弁によるそれぞれの前記サブ燃料噴射を交互に実行することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記気筒から前記各吸気弁を介して前記各吸気通路へ戻る混合気のガス戻り量を積算するガス戻り量積算手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御手段は、積算された前記ガス戻り量が予め設定された設定ガス戻り量より大きくなった場合、前記サブ燃料噴射を実行することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記ガス戻り量積算手段は、前記ピストンの下死点到達後から前記吸気弁の前記閉弁タイミングまでの間における時間を積算する時間積算手段を有しており、
前記燃料噴射制御手段は、積算された積算時間が予め設定された設定積算時間よりも長くなった場合、前記サブ燃料噴射を実行することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
スロットル開度を検出可能なスロットル開度検出手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記スロットル開度が全開となった場合、前記サブ燃料噴射の実行を禁止することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記気筒を有するエンジンの負荷変化率を検出可能な負荷変化率検出手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記負荷変化率が予め設定された設定負荷変化率より大きくなった場合、前記サブ燃料噴射の実行を禁止することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記サブ燃料噴射における燃料噴射量は、前記メイン燃料噴射における燃料噴射量に比して少量となっていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポート噴射式の内燃機関に関するものであり、特に、ツインインジェクタ式の内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料噴射弁を吸気バルブの近傍の吸気ポートに配置し、吸気バルブの閉じタイミングを下死点後の遅閉じとし、燃料噴射を下死点近傍で行うポート噴射エンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。これにより、このポート噴射エンジンでは、吸気の吹き戻しにより筒内に入った燃料の貫徹力が抑制されて留まり、点火プラグ周りに適切な混合気を形成することができる。
【０００３】
ここで、特許文献１に係る発明では、成層燃焼モードにおける混合気の形成を良好に行うために、点火プラグの周りに濃い混合気を安定的に形成することが課題となっている。このため、このポート噴射エンジンでは、成層燃焼モードにおいて、ピストンが下死点近傍に到達したときにメインの燃料噴射を行っている。
【０００４】
一方、均質燃焼モードにおいて、吸気バルブの閉じるタイミングは、下死点を過ぎた後であり、メインの燃料噴射は、排気行程の中後期である。つまり、閉じた状態の吸気バルブの傘部吸気側に燃料を衝突させて分散させ、分散した燃料は吸気バルブから受熱して気化する。そして、吸気行程において吸気バルブが開くと、気流に乗って筒内に気化した燃料が流入し、空気と混合して筒内に略均一な混合気が形成される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３５３４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このため、従来の構成によれば、吸気バルブが開弁した状態において、ピストンの下死点到達前からメインの燃料噴射を開始してはいない。ここで、吸気バルブが開弁した状態において、ピストンの下死点到達前にメインの燃料噴射を行って、気筒内部に混合気を形成する場合がある。この場合、吸気バルブが開弁した状態において、ピストンが下死点から上死点へ向けて移動すると、気筒内部に形成された混合気は、吸気バルブを通過して吸気ポートへ噴き戻される。このとき、噴き戻された混合気の燃料や気筒内部のススが吸気バルブに付着してしまい、これにより、デポジットが発生してしまう場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、デポジットの堆積を抑制することができる内燃機関を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の内燃機関は、上死点と下死点との間で往復移動可能なピストンを内部に収容すると共に、複数の吸気通路が形成された気筒と、各吸気通路を開閉自在な複数の吸気弁と、各吸気通路に配設された複数の燃料噴射弁と、各吸気弁の開閉動作を制御可能な吸気弁制御手段と、各燃料噴射弁による燃料噴射動作を制御可能な燃料噴射制御手段と、を備え、吸気弁制御手段が、吸気弁の開弁タイミングから閉弁タイミングに至る開弁期間を、ピストンの下死点到達の前後に亘って設定したとき、燃料噴射制御手段は、開弁期間中にメイン燃料噴射を実行すると共に、ピストンの下死点到達後における開弁期間中にサブ燃料噴射を実行することを特徴とする。
【０００９】
この場合、燃料噴射制御手段は、ピストンの下死点到達前における開弁期間中において、開弁タイミングの直後にメイン燃料噴射を実行することが、好ましい。
【００１０】
これらの場合、燃料噴射制御手段は、メイン燃料噴射の燃料を複数回に分けて噴射させることが、好ましい。
【００１１】
また、これらの場合、燃料噴射制御手段は、閉弁タイミングの直前にサブ燃料噴射を実行することが、好ましい。
【００１２】
また、これらの場合、燃料噴射制御手段は、複数の燃料噴射弁によりサブ燃料噴射を実行すると共に、複数の燃料噴射弁によるそれぞれのサブ燃料噴射のサブ燃料噴射期間を非同期させることが、好ましい。
【００１３】
この場合、燃料噴射制御手段は、複数の燃料噴射弁によるそれぞれのサブ燃料噴射を交互に実行することが、好ましい。
【００１４】
また、これらの場合、気筒から各吸気弁を介して各吸気通路へ戻る混合気のガス戻り量を積算するガス戻り量積算手段をさらに備え、燃料噴射制御手段は、積算されたガス戻り量が予め設定された設定ガス戻り量より大きくなった場合、サブ燃料噴射を実行することが、好ましい。
【００１５】
この場合、ガス戻り量積算手段は、ピストンの下死点到達後から吸気弁の閉弁タイミングまでの間における時間を積算する時間積算手段を有しており、燃料噴射制御手段は、積算された積算時間が予め設定された設定積算時間よりも長くなった場合、サブ燃料噴射を実行することが、好ましい。
【００１６】
また、これらの場合、スロットル開度を検出可能なスロットル開度検出手段をさらに備え、燃料噴射制御手段は、スロットル開度が全開となった場合、サブ燃料噴射の実行を禁止することが、好ましい。
【００１７】
また、これらの場合、気筒を有するエンジンの負荷変化率を検出可能な負荷変化率検出手段をさらに備え、燃料噴射制御手段は、負荷変化率が予め設定された設定負荷変化率より大きくなった場合、サブ燃料噴射の実行を禁止することが、好ましい。
【００１８】
また、これらの場合、サブ燃料噴射における燃料噴射量は、メイン燃料噴射における燃料噴射量に比して少量となっていることが、好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る内燃機関は、ピストンの下死点到達後の開弁期間中に、複数の燃料噴射弁からサブ燃料噴射を行うことで、混合気の噴き戻りを抑制することができると共に、各吸気弁に付着したデポジットをサブ燃料噴射により噴き落とすことができる。これにより、本発明の内燃機関は、デポジットの堆積を抑制することができ、デポジットの付着によるエンジンの性能低下を抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る内燃機関について説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２１】
ここで、図１は、本実施例に係るポート噴射式の内燃機関の構成を表した模式的断面図であり、図２は、本実施例に係るポート噴射式の内燃機関の複数の吸気弁周りを表した部分断面図である。図３は、燃焼室の上方から見た吸気側連通口および排気側連通口の上面図であり、図４は、吸気弁の開閉動作と燃料噴射弁の燃料噴射動作とを表した説明図である。図５は、サブ燃料噴射を行うまでの一連の制御に関するフローチャートである。
【００２２】
先ず、図１ないし図３を参照して、本実施例に係る内燃機関（以下、エンジンと略す）について説明する。このエンジン１は、ポート噴射式のエンジンであり、ＥＣＵ２により制御されている。
【００２３】
エンジン１は、複数の気筒５を有しており、下部からクランクケース１０と、クランクケース１０の上部に設けられたシリンダブロック１１と、ヘッドガスケット（図示省略）を介してシリンダブロック１１の上部に設けられたシリンダヘッド１２とで外殻が形成されている。シリンダブロック１１の上方内部には、往復動可能にピストン１３が気筒数（図示では１つ）に応じて複数収容され、また、シリンダブロック１１の下方内部およびクランクケース１０により形成された収容部には、クランクシャフト１４が収容されている。各ピストン１３とクランクシャフト１４とは、コンロッド１５により連結されており、各ピストン１３の往復動作をクランクシャフト１４に伝達している。そして、上記のシリンダブロック１１、シリンダヘッド１２およびピストン１３により、ペントルーフ型の燃焼室１６が気筒数に応じて複数形成されている。
【００２４】
クランクケース１０には、クランク角センサ２０が配設されており、クランクシャフト１４の回転角度を検知している。クランク角センサ２０は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２は、クランク角センサ２０の検出結果に基づいて、後述する点火プラグ４４の点火タイミング、後述する複数の燃料噴射弁４５の燃料噴射タイミング、後述する吸気弁３４および排気弁３５の開閉タイミング等を制御している。
【００２５】
シリンダブロック１１は、その内部に複数のピストン１３を収容するための複数のシリンダボア２４が円柱状に貫通形成されている。そして、ピストン１３は、シリンダボア２４に嵌合するように円柱状に形成されており、このシリンダボア２４内で上死点と下死点との間を往復動可能に支持されている。また、ピストン１３のヘッド面には、ピストンキャビティ２５が没入形成されている。
【００２６】
シリンダヘッド１２は、その内部に燃焼室１６に連通する吸気ポート３０と、吸気ポート３０に対向配置され、燃焼室１６に連通する排気ポート３１とが形成されている（図３参照）。吸気ポート３０は、上流側吸気通路３０ａと、上流側吸気通路３０ａから分岐して燃焼室１６にそれぞれ連通する２つの下流側吸気通路３０ｂ（複数の吸気通路）とで構成されている。排気ポート３１は、燃焼室１６にそれぞれ連通する２つの上流側排気通路３１ｂと、２つの上流側排気通路３１ｂが合流した下流側排気通路３１ａとで構成されている。
【００２７】
また、燃焼室１６と各下流側吸気通路３０ｂとの間の２つの吸気側連通口３２には、２つの吸気弁３４がそれぞれ配設されており、また、燃焼室１６と各上流側排気通路３１ｂとの間の２つの排気側連通口３３には、２つの排気弁３５が配設されている。
【００２８】
図３に示すように、各吸気側連通口３２は上面視円形に形成されており、各排気側連通口３３も同様に上面視円形に形成され、各排気側連通口３３は吸気側連通口３２より小径に形成されている。２つの吸気側連通口３２はそれぞれ隣接して配置されると共に、２つの排気側連通口３３も同様にそれぞれ隣接して配置されている。
【００２９】
再び図１を参照して、各吸気弁３４および各排気弁３５は、傘形状をなす末広がりの円錐状に形成されており、各吸気側連通口３２および各排気側連通口３３を開放する開放位置（下降端位置）と、各吸気側連通口３２および各排気側連通口３３を閉塞する閉塞位置（上昇端位置）との間で移動自在に構成されている。そして、２つの吸気弁３４の基端部には吸気側カムシャフト４０が、また、２つの排気弁３５の基端部には排気側カムシャフト４１が、それぞれ配設されており、各カムシャフト４０，４１には、２つのカムがそれぞれ配設されている。これにより、２つの吸気弁３４および２つの排気弁３５は、各カムシャフト４０，４１が回転することにより開閉可能となっている。
【００３０】
また、燃焼室１６の頂部には、先端部が突出するように点火プラグ４４が配設されている。また、シリンダヘッド１２の２つ下流側吸気通路３０ｂの上部のそれぞれには、吸気弁３４に向かって燃料を噴射する２つの燃料噴射弁４５が配設されており（図３参照）、いわゆるツインインジェクタの構成となっている。そして、２つの燃料噴射弁４５は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２は、クランク角センサ２０による検出結果に基づいて燃料噴射動作を制御している。具体的に、各燃料噴射弁４５は、各吸気弁３４の近傍の各下流側吸気通路３０ｂに配置しているため、各燃料噴射弁４５の噴射角を広角とすることができ、これにより、各下流側吸気通路３０ｂの壁面に燃料が付着することを抑制することができる。また、２つの燃料噴射弁４５を用いて燃料噴射を行っているため、一燃焼サイクル中に噴射される燃料噴射量をそれぞれ半分ずつに減らすことができ、これにより、噴射した燃料の微粒化を図ることが可能となっている。
【００３１】
また、詳細は後述するが、ＥＣＵ２は、２つの燃料噴射弁４５の燃料噴射動作をそれぞれ制御する燃料噴射制御部１００と、２つの吸気弁３４の開閉動作をそれぞれ制御する吸気弁制御部１０１と、を有している。
【００３２】
ここで、エンジン１の各気筒５における一燃焼サイクルの燃焼動作について説明する。燃焼サイクルでは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程が順に行われている。
【００３３】
吸気行程では、ピストン１３が上死点から下死点へ向けて移動を開始すると共に、２つの吸気弁３４を前進移動させて吸気側連通口３２を開放する。すると、燃焼室１６の負圧により空気が吸気側連通口３２を介して燃焼室１６内に吸入され、この後、２つの吸気弁３４を後退移動させて吸気側連通口３２を閉塞する。このとき、ＥＣＵ２は、２つの燃料噴射弁４５による燃料噴射を開始し、噴射された燃料と吸入された空気とが混合することにより混合気を形成する。
【００３４】
圧縮行程では、ピストン１３が下死点から上死点へ向けて移動する。ピストン１３が上死点に移動すると、この移動に伴って混合気は圧縮される。そして、ピストン１３が上死点近傍に達すると、ＥＣＵ２は、点火プラグ４４をスパークさせて、混合気に着火する。なお、２つの燃料噴射弁４５による燃料噴射は、点火プラグ４４の放電前に終了する。
【００３５】
膨張行程では、着火による混合気の燃焼により、混合気が膨張（爆発）して、ピストン１３を上死点から下死点へ向けて移動させる。
【００３６】
排気行程では、下死点へ到達したピストン１３が、慣性により再び上死点へ向けて移動する。このとき、２つの排気弁３５を前進移動させて排気側連通口３３を開放し、ピストン１３の上死点への移動に伴って、燃焼後の排気ガスを排気側連通口３３から排出させる。排気ガスの排出後、排気弁３５を後退移動させて排気側連通口３３を閉塞する。
【００３７】
以上の燃焼サイクルを繰り返し行うことで、各ピストン１３を往復動作させ、この動力をコンロッド１５を介してクランクシャフト１４に伝達することで、エンジン１は駆動力を得ることができる。
【００３８】
ここで、図４を参照して、吸気行程および圧縮行程におけるエンジン１の具体的な動作について説明する。先ず、２つの吸気弁３４の開弁タイミング（ＩＶＯ：In Valve Open）および閉弁タイミング（ＩＶＣ：In Valve Close）について説明する。開弁タイミングＩＶＯは、各ピストン１３の上死点（ＴＤＣ：Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）通過直後となっており、吸気行程の開始直後となっている。一方、閉弁タイミングＩＶＣは、下死点（ＢＤＣ：Ｂｏｔｔｏｍ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）通過後となっており、圧縮行程の開始後となっている。つまり、開弁タイミングＩＶＯから閉弁タイミングＩＶＣに至る開弁期間Ｔ１は、各ピストン１３の下死点到達の前後に亘って設定される。次に、吸気行程における２つの燃料噴射弁４５のメインとなるメイン燃料噴射開始タイミングＭ１およびメイン燃料噴射終了タイミングＭ２について説明する。メイン燃料噴射開始タイミングＭ１は、各吸気弁３４の開弁タイミングＩＶＯ直後となっており、メイン燃料噴射終了タイミングＭ２は、下死点へ向かって移動する各ピストン１３が上死点と下死点との中間位置に達する直前となっている。つまり、メイン燃料噴射開始タイミングＭ１からメイン燃料噴射終了タイミングＭ２に至るメイン燃料噴射期間Ｔ２は、各ピストン１３の下死点到達前における開弁期間Ｔ１において、開弁タイミングＩＶＯの直後に設定される。
【００３９】
従って、吸気行程から圧縮行程に亘るエンジン１の燃焼動作としては、ピストン１３の上死点通過後に、各吸気弁３４が開弁し、各吸気弁３４の開弁後、２つの燃料噴射弁４５から燃料噴射が開始される。そして、所定のメイン燃料噴射期間Ｔ２が経過すると、燃料噴射を終了し、この後、ピストン１３は下死点に到達する。ピストン１３が下死点を通過した後、所定の開弁期間Ｔ１が経過すると、各吸気弁３４が閉弁する。
【００４０】
これにより、２つの燃料噴射弁４５から噴射した燃料は、ピストン１３が下死点に移動することで、気筒５内部の燃焼室１６に流入して、混合気を形成する。ところが、ピストン１３が下死点の通過後に上死点へ向けて移動すると、２つの吸気弁３４は未だ開弁しているため、気筒５内で形成された混合気が２つの吸気弁３４を介して２つの吸気ポート３０へ戻ってしまう。この際、噴射した燃料が各吸気弁３４に付着することで、デポジットが発生し堆積してしまう場合がある。このため、本実施例では、ピストン１３の下死点到達後における吸気弁３４の開弁期間Ｔ１中に、サブ燃料噴射を実行している。これにより、サブ燃料噴射を実行することで、堆積したデポジットを噴き落すと共に、混合気の噴き戻りを抑制し、これにより、デポジットの堆積を抑制している。以下、本実施例について、具体的に説明する。
【００４１】
先ず、図１に示すＥＣＵ２について説明する。ＥＣＵ２は、上記したように、各燃料噴射弁４５の燃料噴射動作を制御する燃料噴射制御部１００と、各吸気弁３４の開閉動作を制御する吸気弁制御部１０１と、を有している。また、ＥＣＵ２は、各ピストン１３の下死点到達後から各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣまでの間における時間を吸気弁３４毎に積算する時間積算部１０２と、エンジン１の負荷変化率を導出する負荷変化率導出部１０３と、を有している。また、ＥＣＵ２には、エンジン１に吸入される吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０５が接続され、図示しないスロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１０６が接続されている。
【００４２】
燃料噴射制御部１００は、クランク角センサ２０による検出結果に基づいて、各吸気弁３４の開弁期間Ｔ１中にメイン燃料噴射とサブ燃料噴射とを実行する。メイン燃料噴射は、上記したようにメイン燃料噴射開始タイミングＭ１が、各吸気弁３４の開弁タイミングＩＶＯ直後となっており、メイン燃料噴射終了タイミングＭ２が、下死点へ向かって移動する各ピストン１３が上死点と下死点との中間位置に達する直前となっている。
【００４３】
一方、サブ燃料噴射は、サブ燃料噴射開始タイミングＶ１が、上死点へ向かって移動する各ピストン１３が所定の位置に達したときとなっており、サブ燃料噴射終了タイミングＶ２が、各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣ直前となっている。つまり、サブ燃料噴射開始タイミングＶ１からサブ燃料噴射終了タイミングＶ２に至るサブ燃料噴射期間Ｔ３は、各ピストン１３の下死点到達後における開弁期間Ｔ１に設定されている。このとき、サブ燃料噴射期間Ｔ３は、メイン燃料噴射期間Ｔ２に比して短く設定されており、これにより、サブ燃料噴射は、メイン燃料噴射に比して燃料噴射量が少量となっている。なお、サブ燃料噴射は、燃焼サイクル毎に実行されるわけではなく、所定条件を満たした場合に実行される。
【００４４】
また、燃料噴射制御部１００は、スロットル開度センサ１０６によりスロットルが全開であると検出された場合、サブ燃料噴射の実行を禁止する。さらに、燃料噴射制御部１００は、負荷変化率導出部１０３により導出された負荷変化率が、予め実験等に基づいて定められた設定負荷変化率より大きい場合、サブ燃料噴射の実行を禁止する。これは、サブ燃料噴射を行うと、サブ燃料噴射を行わない場合に比して、僅かにエンジン性能が低下する。このため、サブ燃料噴射によるエンジン性能の低下を生じさせたくない場合、すなわち、スロットル全開時やエンジン負荷の過渡時において、サブ燃料噴射の実行を禁止することで、エンジン性能を十分に発揮させることが可能となる。なお、設定負荷変化率としては、例えば、急加速時における負荷変化率等である。
【００４５】
吸気弁制御部１０１は、上記したように、各吸気弁３４の開弁タイミングＩＶＯを各ピストン１３の上死点通過直後に設定し、各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣを各ピストン１３の下死点通過後に設定している。
【００４６】
時間積算部１０２は、ピストン１３の下死点到達後から各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣまでの間における時間を吸気弁３４毎に積算し、積算した積算時間を燃料噴射制御部１００に出力している。そして、燃料噴射制御部１００は、時間積算部１０２により積算された積算時間が、予め設定された設定積算時間を超えた場合、サブ燃料噴射を行う。つまり、積算時間は、気筒５内部の燃焼室１６から各吸気弁３４を介して各下流側吸気通路３０ｂに戻る混合気のガス戻り量を間接的に積算している。また、設定積算時間は、デポジットが発生し堆積したか否かを判定するしきい値であり、予め実験等に基づいて定められている。
【００４７】
負荷変化率導出部１０３は、スロットル開度センサ１０６により検出されたスロットル開度や、エアフローセンサ１０５により検出されたエンジン１への吸入空気量の変化量から、エンジン負荷を導出し、導出したエンジン負荷の単位時間当たりにおける変化量を算出することで、エンジン１の負荷変化率を導出する。
【００４８】
ここで、図５を参照して、２つの燃料噴射弁４５によりサブ燃料噴射を行う一連の制御フローについて説明する。先ず、ＥＣＵ２は、各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣが、ピストン１３の下死点通過後に設定されているか否かを判別する（Ｓ１）。つまり、サブ燃料噴射はピストン１３の下死点到達後における開弁期間Ｔ１に実行するため、閉弁タイミングＩＶＣがピストン１３の下死点通過後に設定されていれば、ＥＣＵ２の燃料噴射制御部１００は、サブ燃料噴射を行うことが可能となる一方で、閉弁タイミングＩＶＣがピストン１３の下死点通過前に設定されていれば、サブ燃料噴射を行うことが不能となる。
【００４９】
各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣが、ピストン１３の下死点通過後に設定されていると判別すると、ＥＣＵ２の時間積算部１０２は、ピストン１３の下死点到達時から各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣまでの時間をそれぞれ算出して積算する（Ｓ２）。この後、ＥＣＵ２の燃料噴射制御部１００は、時間積算部１０２により積算された積算時間が設定積算時間よりも大きいか否かを判別する（Ｓ３）。つまり、燃料噴射制御部１００は、積算時間が設定積算時間より大きい場合、各吸気弁３４周りにデポジットが堆積したとして、各燃料噴射弁４５によるサブ燃料噴射を実行可能とする。一方で、燃料噴射制御部１００は、積算時間が設定積算時間以下である場合、各吸気弁３４周りにデポジットが堆積していないとして、各燃料噴射弁４５によるサブ燃料噴射を実行不能とする。
【００５０】
積算時間が設定積算時間より大きい場合、燃料噴射制御部１００は、スロットル開度センサ１０６による検出結果に基づいて、スロットル開度が全開であるか否かを判別する（Ｓ４）。つまり、スロットル開度が全開である場合、エンジン１は高負荷での駆動が要求されるため、サブ燃料噴射によるエンジン１の僅かな性能低下を引き起こすことがないように、サブ燃料噴射の実行を禁止する。一方で、スロットル開度が全開でない場合、エンジン１は高負荷での駆動が要求されていないため、サブ燃料噴射を実行する。
【００５１】
スロットル開度が全開でない場合、燃料噴射制御部１００は、負荷変化率導出部１０３により導出された負荷変化率が設定負荷変化率よりも大きいか否かを判別する（Ｓ５）。つまり、負荷変化率が設定負荷変化率よりも大きい場合、エンジン１は高負荷での駆動が要求されるため、サブ燃料噴射によるエンジン１の僅かな性能低下を引き起こすことがないように、サブ燃料噴射の実行を禁止する。一方で、負荷変化率が設定負荷変化率以下である場合、エンジン１は高負荷での駆動が要求されていないため、サブ燃料噴射を実行する。
【００５２】
負荷変化率が設定負荷変化率以下である場合、燃料噴射制御部１００は、各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣの直前に、２つの燃料噴射弁４５によりサブ燃料噴射を実行する（Ｓ６）。このとき、２つの燃料噴射弁４５のそれぞれのサブ燃料噴射期間Ｔ３は一致させた状態で、すなわち、２つの燃料噴射弁４５のそれぞれのサブ燃料噴射動作を同期させた状態で、燃料噴射を実行する。サブ燃料噴射後、ＥＣＵ２は、再びＳ１に戻って、一連の制御フローを繰り返し実行する。
【００５３】
なお、Ｓ１において、各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣが、ピストン１３の下死点通過後に設定されていないと判別した場合、換言すれば、各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣが、ピストン１３の下死点到達以前に設定されていると判別した場合、ＥＣＵ２は、再びＳ１に戻って、一連の制御フローを繰り返し実行する。また、Ｓ３において、積算時間が設定積算時間より大きくない場合、換言すれば、積算時間が設定積算時間以下である場合、ＥＣＵ２は、再びＳ１に戻って、一連の制御フローを繰り返し実行する。さらに、Ｓ４において、スロットル開度が全開である場合、ＥＣＵ２は、再びＳ４に戻り、スロットル開度が全開でなくなるまで、この制御フローを繰り返し実行する。また、Ｓ５において、負荷変化率が設定負荷変化率よりも大きい場合、ＥＣＵ２は、再びＳ４に戻り、この制御フローを繰り返し実行する。
【００５４】
以上の構成によれば、燃料噴射制御部１００はサブ燃料噴射を実行することで、気筒５内部の燃焼室１６から各吸気弁３４を介して各吸気ポート３０に流入する混合気の噴き戻りを抑制することができると共に、各吸気弁３４周りに堆積したデポジットを噴き落すことができる。これにより、デポジットの堆積によるエンジン１の性能低下を抑制することができる。また、サブ燃料噴射を各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣの直前に実行することで、より好適に混合気の噴き戻りを抑制することができる。
【００５５】
また、ピストン１３の下死点到達前における各吸気弁３４の開弁期間Ｔ１中に、具体的には、各吸気弁３４の開弁タイミングＩＶＯの直後に、燃料噴射制御部１００が、メイン燃料噴射を実行することで、気筒５内における混合気の形成を良好に行うことができる。
【００５６】
さらに、ピストン１３の下死点到達後から各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣまでの間における時間を積算することで、簡易な制御により、気筒５内部の燃焼室１６から各吸気弁３４を介して各吸気ポート３０に流入する混合気のガス戻り量を推定することができる。
【００５７】
また、スロットル開度が全開である場合や、負荷変化率が設定負荷変化率よりも大きくなる場合、燃料噴射制御部１００は、サブ燃料噴射の実行を禁止することにより、エンジン性能を十分に発揮させることが可能となる。
【００５８】
なお、本実施例において、燃料噴射制御部１００は、メイン燃料噴射におけるメイン燃料噴射期間Ｔ２中に連続して燃料を噴射していたが、これに限らず、図６に示すように、燃料噴射制御部１００は、メイン燃料噴射期間Ｔ２中において、燃料を複数回に分割して噴射しても良い。
【００５９】
また、本実施例において、燃料噴射制御部１００は、２つの燃料噴射弁４５のサブ燃料噴射におけるそれぞれのサブ燃料噴射期間Ｔ３を一致させて燃料噴射を実行していたが、これに限らず、図７に示すように、一燃焼サイクル中において、それぞれのサブ燃料噴射期間Ｔ３を相互にずらして燃料噴射を実行しても良い。具体的には、ピストン１３の下死点到達後から各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣの間に、２つの燃料噴射弁４５によるそれぞれのサブ燃料噴射期間Ｔ３を交互に設定して燃料噴射を実行することが好ましい。この構成によれば、燃焼室１６内において、バランスよく気流を発生させることができ、吸入した空気と燃料とを良好に混合させることができる。なお、それぞれのサブ燃料噴射期間Ｔ３の一部が重複して設定されても良い。
【００６０】
さらに、本実施例において、ピストン１３の下死点到達後から各吸気弁３４の閉弁タイミングＩＶＣまでの間における時間を吸気弁３４毎に積算することにより、ガス戻り量を推定したが、これに限らず、エンジン１の燃焼サイクル数をカウントすることにより、ガス戻り量を推定しても良い。すなわち、エンジン１の燃焼サイクル数が、予め実験等により設定された設定サイクル数よりも大きくなった場合、燃料噴射制御部１００は、サブ燃料噴射を実行するようにしても良い。
【００６１】
また、本実施例において、エンジン１は、各気筒５の２つの下流側吸気通路３０ｂに２つの燃料噴射弁４５をそれぞれ配設した構成としたが、これに限らず、複数の下流側吸気通路３０ｂに複数の燃料噴射弁４５をそれぞれ配設した構成であればよい。具体的に、エンジン１は、各気筒５の３つの下流側吸気通路３０ｂに３つの燃料噴射弁４５をそれぞれ配設した構成であっても良いし、３つの下流側吸気通路３０ｂに２つの燃料噴射弁４５を配設した構成であっても良い。また、エンジン１は、各気筒５の１つの下流側吸気通路３０ｂに２つの燃料噴射弁４５を配設した構成であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明は、ポート噴射式の内燃機関において有用であり、特に、ツインインジェクタ式の内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施例に係るポート噴射式の内燃機関の構成を表した模式的断面図である。
【図２】本実施例に係るポート噴射式の内燃機関の複数の吸気弁周りを表した部分断面図である。
【図３】燃焼室の上方から見た吸気側連通口および排気側連通口の上面図である。
【図４】吸気弁の開閉動作と燃料噴射弁の燃料噴射動作とを表した説明図である。
【図５】サブ燃料噴射を行うまでの一連の制御に関するフローチャートである。
【図６】燃料を分割して噴射した場合のメイン燃料噴射を表した説明図である。
【図７】サブ燃料噴射期間が交互に設定された場合のサブ燃料噴射を表した説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１      エンジン
２      ＥＣＵ
５      気筒
１０    クランクケース
１１    シリンダブロック
１２    シリンダヘッド
１３    ピストン
１４    クランクシャフト
１５    コンロッド
１６    燃焼室
２０    クランク角センサ
２４    シリンダボア
２５    ピストンキャビティ
３０    吸気ポート
３０ａ  上流側吸気通路
３０ｂ  下流側吸気通路
３１    排気ポート
３１ａ  下流側排気通路
３１ｂ  上流側排気通路
３２    吸気側連通口
３３    排気側連通口
３４    吸気弁
３５    排気弁
４０    吸気側カムシャフト
４１    排気側カムシャフト
４４    点火プラグ
４５    燃料噴射弁
１００  燃料噴射制御部
１０１  吸気弁制御部
１０２  時間積算部
１０３  負荷変化率導出部
１０５  エアフローセンサ
１０６  スロットル開度センサ
ＩＶＯ  開弁タイミング
ＩＶＣ  閉弁タイミング
Ｍ１    メイン燃料噴射開始タイミング
Ｍ２    メイン燃料噴射終了タイミング
Ｖ１    サブ燃料噴射開始タイミング
Ｖ２    サブ燃料噴射終了タイミング
Ｔ１    開弁期間
Ｔ２    メイン燃料噴射期間
Ｔ３    サブ燃料噴射期間
【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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