(57)【要約】【課題】簡単な構成で、吸気通路の長さを連続的に可変した場合と同様の効果を得ること。【解決手段】この内燃機関１は、吸気ポート３ｉに設けられてこの内部へ燃料Ｆを噴射する第１燃料噴射弁４1と、第１燃料噴射弁４1よりも内燃機関１の燃焼室１ｂ側に設けられる第１燃料噴射弁４1とを備える。そして、内燃機関１の機関回転数に応じて、第１燃料噴射弁４1から噴射する燃料の噴射割合と、第２燃料噴射弁４2から噴射する燃料の噴射割合とを変更する。【選択図】        図１
2006170105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と燃料との混合気を燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室とつながる吸気通路と、
前記吸気通路に設けられて前記吸気通路内へ燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と、
前記第１の燃料噴射手段よりも前記燃焼室側に設けられる第２の燃料噴射手段と、を備え、
前記内燃機関の運転条件に応じて、前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関の機関回転数が所定値以上である場合には、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を増加させ、かつ前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を減少させ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】
前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更する際には、
前記内燃機関の機関回転数が高くなるにしたがって、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を徐々に増加させ、かつ前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を徐々に減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
空気と燃料との混合気を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室とつながる吸気通路とを備える内燃機関の運転を制御するにあたり、
前記内燃機関へ噴射する全燃料噴射量を決定する、燃料噴射量決定部と、
前記内燃機関の運転条件に応じて、前記吸気通路内へ燃料を噴射する第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、前記第１の燃料噴射手段よりも前記燃焼室側に設けられる第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更する、燃料噴射割合変更部と、
を含むことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射割合変更部は、
前記内燃機関の機関回転数が所定値以上である場合には、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を増加させ、かつ前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を減少させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の運転制御装置。
【請求項６】
前記燃料噴射割合変更部は、
前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更するにあたって、
前記内燃機関の機関回転数が高くなるにしたがって、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を徐々に増加させ、かつ前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を徐々に減少させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式の内燃機関は、燃焼室で燃料と空気との混合気を燃焼させる。近年においては、広い機関回転数の範囲でより大きな出力を得るため、機関回転数に応じて吸気通路の長さを変更可能な吸気管長可変装置が提案され、実用化されている（例えば特許文献１、２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３７９８２号公報
【特許文献２】特許第３１１４３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１や２に開示された技術では、リンク機構やアクチュエータを用いて機械的に吸気通路の長さを変化させるため、構造が複雑、かつ大型化するという問題がある。特に、連続的に吸気通路の長さを変化させようとすると、この問題は顕著になる。一方、構造を簡単にすると、吸気通路の長さはステップ的な変化となり、連続的に吸気通路の長さを変化させることは難しいという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で、吸気通路の長さを連続的に可変した場合と同様の効果を得ることができる内燃機関及び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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、空気と燃料との混合気を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室とつながる吸気通路と、前記吸気通路に設けられて前記吸気通路内へ燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と、前記第１の燃料噴射手段よりも前記燃焼室側に設けられる第２の燃料噴射手段と、を備え、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更することを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関は、内燃機関の運転条件に応じて、前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更する。これによって、吸気通路内の音速を変化させて吸気脈動の伝播する速度を変化させることができ、結果的に吸気通路の長さを変化させた場合と同様の効果を得ることができる。その結果、吸気通路の長さを変化させる機構を設けることなく、簡単な構成で、吸気通路の長さを連続的に可変させた場合と同様の効果を得ることができる。
【０００８】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関の機関回転数が所定値以上である場合には、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を増加させ、かつ前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を減少させることを特徴とする。
【０００９】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更する際には、前記内燃機関の機関回転数が高くなるにしたがって、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を徐々に増加させ、かつ前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を徐々に減少させることを特徴とする。
【００１０】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、空気と燃料との混合気を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室とつながる吸気通路とを備える内燃機関の運転を制御するにあたり、前記内燃機関へ噴射する全燃料噴射量を決定する、燃料噴射量決定部と、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記吸気通路内へ燃料を噴射する第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、前記第１の燃料噴射手段よりも前記燃焼室側に設けられる第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更する、燃料噴射割合変更部と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
この内燃機関の運転制御装置は、内燃機関の運転条件に応じて、前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更する。これによって、吸気通路内の音速を変化させて吸気脈動の伝播する速度を変化させることができ、結果的に吸気通路の長さを変化させた場合と同様の効果を得ることができる。その結果、吸気通路の長さを変化させる機構を設けることなく、簡単な構成で、吸気通路の長さを連続的に可変させた場合と同様の効果を得ることができる。
【００１２】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記燃料噴射割合変更部は、前記内燃機関の機関回転数が所定値以上である場合には、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を増加させ、かつ前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を減少させることを特徴とする。
【００１３】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記燃料噴射割合変更部は、前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更するにあたって、前記内燃機関の機関回転数が高くなるにしたがって、前記第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を徐々に増加させ、かつ前記第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合を徐々に減少させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る内燃機関及び内燃機関の制御装置は、簡単な構成で、吸気通路の長さを連続的に可変した場合と同様の効果を得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】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明は、少なくとも吸気通路内へ燃料を噴射する燃料噴射手段を備える内燃機関であれば適用できるが、特に乗用車やバス、あるいはトラックといった車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。
【実施例】
【００１６】
この実施例は、内燃機関の吸気通路に設けられる第１の燃料噴射手段と、前記第１の燃料噴射手段よりも前記内燃機関の燃焼室側に設けられる第２の燃料噴射手段とを備え、内燃機関の運転条件に応じて、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段との燃料噴射割合を変更する点に特徴がある。なお、次の実施例では、内燃機関の機関回転数を内燃機関の運転条件として説明するが、内燃機関の運転条件は機関回転数に限定されるものではなく、例えば、内燃機関の負荷、吸気温度や吸気の密度等を運転条件としてもよい。
【００１７】
図１は、この実施例に係る内燃機関の断面図である。図１を用いて、この実施例に係る内燃機関についてより詳細に説明する。なお、図１では、内燃機関が備える一つの気筒を示しているが、この実施例において、内燃機関の気筒数は限定されるものではない。図１から分かるように、この内燃機関１は、点火プラグ１０によって燃焼室１ｂ内の混合気に点火する、いわゆる火花点火式の内燃機関である。この内燃機関１は、吸気通路である吸気ポート３ｉから、燃焼室１ｂ内へ空気（吸気）Ａが導入される。
【００１８】
吸気ポート３ｉには、第１の燃料噴射手段である第１燃料噴射弁４1が備えられて、吸気ポート３ｉ内に燃料Ｆを噴射する。また、吸気ポート３ｉには、第２の燃料噴射手段である第２燃料噴射弁４2が備えられて、吸気ポート３ｉ内に燃料Ｆを噴射する。第１燃料噴射弁４1と第２燃料噴射弁４2とは、吸気ポート３ｉの管軸方向に所定の間隔を設け、かつ第２燃料噴射弁４2の方が第１燃料噴射弁４1よりも燃焼室１ｂ側に配置される。
【００１９】
すなわち、第１燃料噴射弁４1の方が、第２燃料噴射弁４2よりも吸気通路入口１２ｉ側（吸気ポート３ｉ（吸気通路吸）の上流）に配置される。なお、第１燃料噴射弁４1と第２燃料噴射弁４2との間隔は、内燃機関１の仕様等によって適宜変更できる。また、第２燃料噴射弁４2は、燃焼室１ｂ側に配置されるが、これは、第２燃料噴射弁４2が、吸気ポート３ｉ（吸気通路）内における燃焼室１ｂ側（例えば、吸気口２ｉ近傍）に配置されて吸気ポート３ｉ内へ燃料を噴射する場合のみならず、第２燃料噴射弁４2が、燃焼室１ｂ内へ直接燃料を噴射するように配置される場合も含む。
【００２０】
この実施例においては、少なくとも吸気ポート３ｉ内に燃料Ｆを噴射する燃料噴射弁（燃料噴射手段）を備えていればよく、第１及び第２燃料噴射弁４1、４2の両方で吸気ポート３ｉに燃料Ｆを噴射する必要はない。例えば、第１燃料噴射弁４1は吸気ポート３ｉ内に燃料Ｆを噴射し、第２燃料噴射弁４2は、燃焼室１ｂ内へ直接燃料を噴射してもよい。
【００２１】
このように、第１燃料噴射弁４1で吸気ポート３ｉ内に燃料Ｆを噴射し、第２燃料噴射弁４2で、燃焼室１ｂ内へ直接燃料を噴射する場合、第１燃料噴射弁４1によって吸気ポート３ｉ内の気液割合を変化させるため、第１燃料噴射弁４1によって形成される噴霧は、ある程度気化しにくい方が好ましい。したがって、第１燃料噴射弁４1は、気化しにくい噴霧を形成できるものを用いたり、第１燃料噴射弁４1を、燃焼室１ｂに設けられる吸気口２ｉに近づけて配置したりする。また、第１の燃料噴射手段である第１燃料噴射弁４1を複数備えてもよいし、第２の燃料噴射手段である第２燃料噴射弁４2を複数備えてもよい。例えば、第１燃料噴射弁４1を２個、第２燃料噴射弁４2を１個備えてもよい。
【００２２】
また、図１に示す第１燃料噴射弁４1と第２燃料噴射弁４2との間に、第３の燃料噴射手段として、第３燃料噴射弁を設けてもよい。このようにすれば、燃料噴射割合の制御の自由度が向上するのでより精密な制御を実現でき、さらなるドライバビリティの向上、出力の向上を図ることができる。
【００２３】
吸気通路を構成する空気導入通路１２には、スロットル弁１１が設けられる。スロットル弁１１は、バタフライ弁１１ｂが開閉して、内燃機関１の燃焼室１ｂ内へ導入される空気Ａの量を調整する。この実施例において、スロットル弁１１は、電子スロットル弁であり、機関ＥＣＵ２０へ取り込まれたアクセル開度センサ５５の情報を基に、機関ＥＣＵ２０がスロットル弁１１の開度を制御する。なお、この実施例で使用できるスロットル弁は、電子スロットル弁に限られるものではない。
【００２４】
内燃機関１の燃焼室１ｂ内へ導入される空気Ａの流量は、空気導入通路１２に設けられるエアフローメータ５３により計測される。エアフローメータ５３の計測信号は機関ＥＣＵ２０へ取り込まれて、内燃機関１の運転を制御するパラメータとして用いられる。内燃機関１のシリンダヘッド１ｈには、吸気弁５ｉ、及び排気弁５ｅが取り付けられている。吸気弁５ｉは吸気カム６ｉで、排気弁５ｅは排気カム６ｅで駆動され、開閉する。吸気弁５ｉの近傍には、吸気カム６ｉの角度を検出するカム位置検出センサ５４が取り付けられている。このカム位置検出センサ５４の信号に基づき、各気筒の燃料噴射時期、及び点火時期を決定することができる。
【００２５】
スロットル弁１１で流量が調整された空気Ａは、吸気ポート３ｉへ導かれる。そして、第１又は第２燃料噴射弁４1、４2のうち少なくとも一方から噴射された燃料Ｆと吸気ポート３ｉ内で混合気を形成する。この混合気は、吸気弁５ｉが開くことにより燃焼室１ｂ内へ導入される。ピストン７がＴＤＣ（点火上死点）に到達する前後のタイミングで、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈに取り付けられる点火プラグ１０が放電し、燃焼室１ｂ内へ導入された混合気に点火し、火炎伝播によりこれを燃焼させる。
【００２６】
混合気の燃焼圧力はピストン７に伝えられ、ピストン７を往復運動させる。ピストン７の往復運動はコネクティングロッド９を介してクランク軸８に伝えられ、ここで回転運動に変換される。クランク軸８は、ピストン７の往復運動を内燃機関１の出力として取り出す。燃焼後の混合気は排気Ｅｘとなる。排気Ｅｘは、排気弁５ｅが開くことにより燃焼室１ｂから排気口２ｅを通って、排気通路である排気ポート３ｅへ排出される。この排気Ｅｘは、排気ポート３ｅから触媒へ導かれて浄化される。触媒で浄化された排気Ｅｘは、消音器へ導かれて騒音を低減されてから大気中へ放出される。
【００２７】
機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０は、クランク角センサ５２、エアフローメータ５３、カム位置検出センサ５４、アクセル開度センサ５５、その他のセンサ類からの出力を取得する。機関ＥＣＵ２０は、取得した信号に基づいて、内燃機関１に対する燃料噴射量、点火時期その他の制御パラメータを決定する。そして、機関ＥＣＵ２０は、決定した制御パラメータに基づいて、第１又は第２燃料噴射弁４1、４2や点火プラグ１０等の制御対象を制御することよって、内燃機関１の運転を制御する。次に、この実施例に係る内燃機関の運転制御について説明する。
【００２８】
図２は、吸気通路内の媒体を伝播する音速と、吸気通路内の媒体の気液割合との関係を示す説明図である。図２に示すように、吸気通路内の媒体の気液割合が変化すると、前記媒体を伝播する音速が変化する。より具体的には、吸気通路内の媒体（空気あるいは空気と燃料との混合気）を伝播する音速は、前記媒体中に存在する気体の割合が増加するにしたがって一旦遅くなった後、気体の割合の増加にともなって上昇する。すなわち、吸気通路内の媒体を伝播する音速は、前記媒体中に存在する液体の割合が減少するにしたがって一旦遅くなった後、液体の割合の減少にともなって上昇する。
【００２９】
内燃機関１の運転中においては、ピストン７が往復運動するとともに吸気弁５ｉが開くので、吸気通路内には負圧波が発生する。発生した負圧波は、吸気通路内を伝播して気柱振動するため、吸気の脈動（吸気脈動）が生ずる。吸気脈動は、吸気通路内に存在する媒体（空気あるいは空気と燃料との混合気）の圧力変化に起因して発生するものである。吸気通路内において圧力波は音速で伝播するため、吸気通路内に存在する媒体の気液割合が変化すると、吸気通路内の媒体を伝播する圧力波の速度が変化する。すなわち、吸気通路内に存在する媒体の気液割合を変更することによって吸気通路内の音速を変化させ、その結果として吸気通路内において吸気脈動が伝播する速度を変更することができる。
【００３０】
吸気通路内において吸気脈動の伝播する速度が変化すると、吸気通路の長さが変化した場合と同様の効果が得られる。すなわち、吸気脈動の伝播する速度が速くなると、吸気通路の長さを短くした場合と同様の効果が得られ、また、吸気脈動の伝播する速度が遅くなると、吸気通路の長さを長くした場合同様の効果が得られる。一般に、内燃機関１の機関回転数ＮＥが高くなるほど、吸気通路の長さを短くすることが好ましいので、機関回転数ＮＥの増加にともなって吸気通路の長さを短く、すなわち、吸気脈動の伝播する速度を速くする。上述したように、吸気通路内において吸気脈動が伝播する速度は、吸気通路内に存在する媒体の気液割合を変更することによって変化させることができる。
【００３１】
吸気通路内に存在する媒体の気液割合を変化させる手段として、この実施例においては、吸気通路である吸気ポート３ｉに第１及び第２燃料噴射弁４1、４2を設けるとともに、第１燃料噴射弁４1よりも燃焼室１ｂ側に第２燃料噴射弁４2を配置する。そして、第１及び第２燃料噴射弁４1、４2の燃料噴射割合を変更する。
【００３２】
例えば、第１燃料噴射弁４1の燃料噴射割合が多く、相対的に第２燃料噴射弁４2の燃料噴射割合が少ない場合には、吸気ポート３ｉ内に存在する媒体中を吸気脈動が伝播する速度は遅くなる（例えば図２のＢ点）。一方、第１燃料噴射弁４1の燃料噴射割合が少なく、相対的に第２燃料噴射弁４2の燃料噴射割合が多い場合には、吸気ポート３ｉ内に存在する媒体中を吸気脈動が伝播する速度は速くなる（例えば図２のＡ点）。
【００３３】
上述したように、内燃機関１の機関回転数ＮＥが高い場合には、吸気通路の長さを短く、すなわち、吸気脈動の伝播する速度を速くすることが好ましい。このため、内燃機関１へ噴射する全燃料噴射量を一定に保ちつつ、第１燃料噴射弁４1の燃料噴射割合を少なく、相対的に第２燃料噴射弁４2の燃料噴射割合を多くする。これによって、吸気ポート３ｉ内において吸気脈動が伝播する速度を速くして、擬似的に吸気ポート３ｉの長さを短くする。また、内燃機関１の機関回転数ＮＥが低くなるにしたがって、内燃機関１へ噴射する全燃料噴射量を一定に保ちつつ、第１燃料噴射弁４1の燃料噴射割合を多く、相対的に第２燃料噴射弁４2の燃料噴射割合を少なくする。これによって、吸気ポート３ｉ内において吸気脈動が伝播する速度を遅くして、擬似的に吸気ポート３ｉの長さを長くする。
【００３４】
ここで、吸気通路の長さ変化について説明する。この実施例によれば、第１及び第２燃料噴射弁４1、４2の燃料噴射割合を変更することによって、音速を３４０ｍ／ｓ程度から３００ｍ／ｓの範囲で変化させることは十分に可能である。音速が３４０ｍ／ｓの場合は、音速が３００ｍ／ｓの場合と比較して、３００（ｍ／ｓ）／３４０（ｍ／ｓ）に相当する分、吸気通路の長さを短くした場合と同様の効果が得られる。
【００３５】
例えば、吸気通路の長さを６００ｍｍとすれば、吸気通路の長さが５３０ｍｍになった場合と同様の効果が得られる。実際の内燃機関において、吸気通路の長さをこれだけ連続的に変化させることは困難である。しかし、この実施例では、吸気通路内に存在する媒体の気液率を変更することのみで吸気通路の長さを連続的に変更した場合と同様の効果が得られるので、内燃機関の運転において極めて有効である。
【００３６】
また、この実施例では、第１燃料噴射弁４1あるいは第２燃料噴射弁４2から燃料を噴射すれば、吸気通路内に存在する媒体を伝播する音速を変化させることができる。このため、吸気通路の長さを変更することに相当する効果を得るにあたっては、極めて速い応答速度が得られる。なお、吸気通路内における媒体の液体割合が増加するにしたがって音速が速くなる現象（図２の領域Ｃ）及び吸気通路内における媒体の気体割合が増加するにしたがって音速が速くなる現象（図２の領域Ｄ）があるが、この発明を適用する内燃機関の仕様等に応じて、いずれの現象を利用してもよい。
【００３７】
図３は、この実施例に係る内燃機関の運転制御による出力と機関回転数との関係を示す説明図である。この例では、機関回転数がＮＥ1であるときを境として、第１燃料噴射弁４1、及び第２燃料噴射弁４2の燃料噴射割合を切り替える。この実施例においては、燃料噴射割合は、例えば、低回転においては第１燃料噴射弁４1の燃料噴射割合を１００％とする。そして、例えば、高回転においては、第１燃料噴射弁４1の燃料噴射割合と、第２燃料噴射弁４2の燃料噴射割合とをそれぞれ５０％としている。なお、第１燃料噴射弁４1と第２燃料噴射弁４2との燃料噴射割合は、これに限定されるものではない。
【００３８】
第１燃料噴射弁４1のみで内燃機関１を運転する場合、機関回転数の上昇とともに出力Ｗは上昇するが、機関回転数がＮＥ1を超えると出力Ｗは低下する。すなわち、第１燃料噴射弁４1のみで運転すると、吸気通路内の媒体を伝播する音速が遅くなる結果、吸気通路が長く設定されている場合と同様の結果となる。この設定は、機関回転数が低い場合には大きな出力が得られるが、機関回転数が高いときまでその状態を維持できない。
【００３９】
そこで、内燃機関１の出力が低下し始める機関回転数（ＮＥ1）で、第２燃料噴射弁４2による燃料噴射を追加する。なお、この場合には、内燃機関１の機関回転数ＮＥ及び負荷ＫＬから決定される全燃料噴射量を、第１及び第２燃料噴射弁４2、４2で分担して、内燃機関１へ噴射する。すると、第１燃料噴射弁４1のみで燃料を噴射する場合と比較して、吸気通路内の音速が速くなる結果、吸気通路が短くなっている状態と同様の結果となる。したがって、図３に示すように、機関回転数がＮＥ1を超えても内燃機関１の出力が上昇し、その結果、低回転から高回転まで、大きな出力を得ることができる。
【００４０】
次に、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置について説明する。図４は、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。この実施例に係る運転制御は、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置３０によって実現できる。図４に示すように、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ２０に組み込まれて構成されている。機関ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ２０ｐと、記憶部２０ｍと、入力及び出力ポート２５、２６と、入力及び出力インターフェイス２７、２８とから構成される。
【００４１】
なお、機関ＥＣＵ２０とは別個に、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置３０を用意し、これを機関ＥＣＵ２０に接続してもよい。そして、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実現するにあたっては、機関ＥＣＵ２０が備える内燃機関１の制御機能を、前記内燃機関の運転制御装置３０が利用できるように構成してもよい。
【００４２】
内燃機関の運転制御装置３０は、燃料噴射量決定部３１と、燃料噴射割合決定部３２とを含んで構成される。これらが、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実行する部分となる。この実施例において、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ２０を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）２０ｐの一部として構成される。この他に、ＣＰＵ２０ｐには、内燃機関１の運転を制御する制御部２３が含まれる。
【００４３】
ＣＰＵ２０ｐと、記憶部２０ｍとは、バス２４1〜２４3、入力ポート２５及び出力ポート２６に接続される。これにより、内燃機関の運転制御装置３０を構成する燃料噴射量決定部３１と燃料噴射割合決定部３２とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を発したりできるように構成される。また、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ２０が有する内燃機関１の負荷や機関回転数その他の内燃機関の運転制御データを取得したり、内燃機関の運転制御装置３０の制御を機関ＥＣＵ２０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
【００４４】
入力ポート２５には、入力インターフェイス２７が接続されている。入力インターフェイス２７には、クランク角センサ５２、エアフローメータ５３、カム位置検出センサ５４、アクセル開度センサ５５その他の、内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェイス２７内のＡ／Ｄコンバータ２７ａやディジタル入力バッファ２７ｄにより、ＣＰＵ２０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート２５へ送られる。これにより、ＣＰＵ２０ｐは、運転制御や内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。
【００４５】
出力ポート２６には、出力インターフェイス２８が接続されている。出力インターフェイス２８には、第１燃料噴射弁４1、第２燃料噴射弁４2等の、内燃機関１の運転制御に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェイス２８は、制御回路２８1、２８2等を備えており、ＣＰＵ２０ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、機関ＥＣＵ２０のＣＰＵ２０ｐは、前記センサ類からの出力信号に基づいて、内燃機関１の燃料噴射量や燃料噴射割合、あるいは燃料噴射時期や点火時期等を制御して、内燃機関１の運転を制御する。
【００４６】
記憶部２０ｍには、この実施例に係る内燃機関の運転制御に用いるコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは内燃機関の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部２０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００４７】
上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ２０ｐへすでに記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、この実施例に係る運転制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の運転制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、燃料噴射量決定部３１、燃料噴射割合決定部３２の機能を実現するものであってもよい。次に、この実施例に係る運転制御及び内燃機関の運転制御装置等の動作について説明する。この説明においては、適宜図１〜図４を参照されたい。
【００４８】
図５は、この実施例に係る内燃機関の運転制御を示すフローチャートである。この実施例に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、内燃機関の運転制御装置３０が備える燃料噴射量決定部３１は、内燃機関１の機関回転数ＮＥ及び負荷ＫＬを取得する（ステップＳ１０１）。機関回転数ＮＥは、内燃機関１に取り付けられたクランク角センサ５２によってクランク軸８のクランク角ＣＡが検出し、検出したクランク角ＣＡからクランク軸８の回転角速度を求めることにより、内燃機関１の機関回転数ＮＥを知ることができる。また、負荷ＫＬは、エアフローメータ５３から求める内燃機関１の吸気流量から知ることができる。
【００４９】
燃料噴射量決定部３１は、取得した機関回転数ＮＥ及び負荷ＫＬから、内燃機関１へ噴射する全燃料噴射量ＴＡＵを決定する（ステップＳ１０２）。次に、内燃機関の運転制御装置３０が備える燃料噴射割合決定部３２は、内燃機関１の機関回転数ＮＥを取得して、第１燃料噴射弁４1の燃料噴射割合及び第２燃料噴射弁４2の燃料噴射割合を決定する（ステップＳ１０３）。
【００５０】
図６は、第１燃料噴射弁の燃料噴射割合を決定する燃料噴射割合決定マップを示す説明図である。図６に示す燃料噴射割合決定マップ４０は、機関ＥＣＵ２０の記憶部２０ｍに格納されている。また、燃料噴射割合決定マップ４０は、内燃機関１の機関回転数ＮＥに応じて、第１燃料噴射弁の燃料噴射割合が記述されており、機関回転数が所定値ＮＥ1を境に、第１燃料噴射弁４1の燃料噴射割合が１００％からα1％に切り替えられる。なお、機関回転数の所定値ＮＥ1は、吸気温度や吸気の密度等に応じて変更してもよく、例えば、吸気温度や吸気の密度等に対するマップを用意して、これに基づいて所定値ＮＥ1を変更する。
【００５１】
ここで、アイドリング時から第１及び第２燃料噴射弁４1、４2の両方を用いて、すなわち、アイドリング時における燃料噴射割合を１００％未満として、内燃機関１へ燃料を噴射してもよい。また、燃料噴射割合変更値α1は、内燃機関１の仕様等によって、適宜変更することができる。さらに、燃料噴射割合変更値α1は、吸気温度や吸気の密度等に応じて変更してもよい。この場合は、例えば、吸気温度や吸気の密度等に対するマップを用意して、これに基づいて燃料噴射割合変更値α1を変更する。
【００５２】
また、この実施例では、機関回転数に応じて燃料噴射割合を変更するが、さらに、内燃機関１の負荷等も燃料噴射割合の変更を判断するパラメータとして用いても良い。なお、この実施例において、機関回転数の所定値ＮＥ1は、第１燃料噴射弁４1のみで燃料を噴射した場合に、内燃機関１の出力が上限に達する値であるが、内燃機関１の出力が上限に達する前に、燃料噴射割合を変更してもよい。
【００５３】
燃料噴射割合決定部３２は、取得した内燃機関１の機関回転数ＮＥを燃料噴射割合決定マップ４０に与え、その機関回転数における燃料噴射割合αを取得する。なお、この実施例に係る燃料噴射割合決定マップ４０では、燃料噴射割合α＝１００％か、α1％である。そして、取得した燃料噴射割合αから、第１燃料噴射弁４1の燃料噴射量Ｑ1、及び第２燃料噴射弁４2の燃料噴射量Ｑ2を決定する（ステップＳ１０４）。ここで、Ｑ1＝ＴＡＵ×α、Ｑ2＝ＴＡＵ×（１−α）である。そして、機関ＥＣＵ２０の制御部２３は、決定されたそれぞれの燃料噴射量Ｑ1、Ｑ2で、第１及び第２燃料噴射弁４1、４2から内燃機関１へ燃料を噴射する（ステップＳ１０５）。
【００５４】
（変形例）
図７は、この実施例の変形例で用いる燃料噴射割合決定マップを示す説明図である。上記実施例で説明したように、機関回転数の所定値ＮＥ1で燃料噴射割合をステップ状に切り替えると、急激な変化により内燃機関１の失火を招いたり、急激な出力変動によるドライバビリティの悪化を招いたりするおそれがある。
【００５５】
そこで、この変形例に係る燃料噴射割合決定マップ４１のように、第１燃料噴射弁４1の燃料噴射割合を、機関回転数がＮＥ2、ＮＥ1、ＮＥ3（ＮＥ2＜ＮＥ1＜ＮＥ3）と変化する過程で、１００％からα1％へ徐々に切り替えてもよい。このようにすれば、内燃機関１の燃焼状態は徐々に変化することになるので、失火やドライバビリティの悪化を抑制できる。なお、図７の実線で示すように、燃料噴射割合を直線的に変化させてもよいし、図７の一点鎖線で示すように燃料噴射割合を変化させてもよい。
【００５６】
以上、この実施例及びその変形例では、内燃機関の吸気通路に設けられる第１の燃料噴射手段と、第１の燃料噴射手段よりも内燃機関の燃焼室側に設けられる第２の燃料噴射手段とを備え、内燃機関の運転条件に応じて、第１の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合と、第２の燃料噴射手段から噴射する燃料の噴射割合とを変更する。これによって、吸気通路内の音速を変化させて吸気脈動の伝播する速度を変化させることができ、結果的に吸気通路の長さを変化させた場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、吸気通路内における音速を固定して吸気通路の長さを変化させるのではなく、吸気通路の長さを固定して吸気通路内における音速を変化させる。これによって、吸気通路の長さを変化させる機構を設けることなく、また、吸気通路に可動部を設けることなく、簡単な構成で、吸気通路の長さを連続的に可変させた場合と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明に係る内燃機関及び内燃機関の制御装置は、吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射手段を少なくとも備える内燃機関に有用であり、特に、簡単な構成で、吸気通路の長さを連続的に可変した場合と同様の効果を得ることに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】この実施例に係る内燃機関が備える一つの気筒に関する断面図である。
【図２】吸気ポート内の媒体を伝播する音速と、吸気ポート内の媒体の気液割合との関係を示す説明図である。
【図３】この実施例に係る内燃機関の運転制御による出力と機関回転数との関係を示す説明図である。
【図４】この実施例に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。
【図５】この実施例に係る内燃機関の運転制御を示すフローチャートである。
【図６】第１燃料噴射弁の燃料噴射割合を決定する燃料噴射割合決定マップを示す説明図である。
【図７】この実施例の変形例で用いる燃料噴射割合決定マップを示す説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  内燃機関
１ｂ  燃焼室
２ｉ  吸気口
２ｅ  排気口
３ｉ  吸気ポート
３ｅ  排気ポート
４1  第１燃料噴射弁
４2  第２燃料噴射弁
７  ピストン
１０  点火プラグ
１１  スロットル弁
１２  空気導入通路
１２ｉ  吸気通路入口
２０  機関ＥＣＵ
３０  内燃機関の運転制御装置
３１  燃料噴射量決定部
３２  燃料噴射割合決定部
４０、４１  燃料噴射割合決定マップ
【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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