(57)【要約】【課題】タンブルコントロールバルブに頼ることなく、内燃機関の運転条件に応じて異なる強さでタンブル流を制御する要求を満たせるようにする。【解決手段】３つの吸気孔６４ａ〜６４ｃのうち両側の吸気孔６４ａ、６４ｂは第１吸気バルブ６８により開閉される。中央の吸気孔６４ｃは第２吸気バルブ７０により開閉される。第１吸気バルブ６８の開閉と第２吸気バルブ７０の開閉とを個別に制御可能な吸気可変動弁装置６０を備える。両側の吸気孔６４ａ、６４ｂに接続され、正タンブル流を生成させる第１枝通路７４を備える。中央の吸気孔６４ｃにおける燃焼室外周側の部位を通過する吸気の流量の方が多くなるように構成された第２枝通路７６を備える。流量係数の高さが優先される場合には、３弁駆動モードが選択される。正タンブル流の強さを高める場合には、２弁駆動モードが選択される。正タンブル流の生成を抑制させる場合には、第１弁駆動モードが選択される。【選択図】図７
2018003779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の燃焼室天井面に配置された点火プラグと、
前記気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、
弧状もしくは直線状に並んで前記燃焼室天井面に形成され、中央の吸気孔の面積が両側の吸気孔の面積の和よりも小さい３つの吸気孔と、
前記燃焼室天井面に形成された少なくとも１つの排気孔と、
前記両側の吸気孔を開閉する第１吸気バルブと、
前記中央の吸気孔を開閉する第２吸気バルブと、
前記少なくとも１つの排気孔を開閉する少なくとも１つの排気バルブと、
前記第１吸気バルブの開閉と前記第２吸気バルブの開閉とを個別に制御可能な吸気可変動弁装置と、
前記両側の吸気孔に接続され、かつ、前記気筒内において吸気側で上昇し排気側で下降する正タンブル流を生成させるように構成された第１枝通路と、前記中央の吸気孔に接続され、かつ、前記中央の吸気孔における燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも前記燃焼室中心と反対側の部位を通過する吸気の流量の方が多くなるように構成された第２枝通路とを含む吸気通路と、
を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
前記正タンブル流の強さよりも前記第１枝通路および前記第２枝通路の流量係数の高さが優先される場合には、前記第１吸気バルブと前記第２吸気バルブとがともに開閉される第１駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、
前記正タンブル流の強さを高める場合には、前記第１吸気バルブが開閉されつつ前記第２吸気バルブの開閉が停止され、または、前記第１吸気バルブが開閉されつつ前記第２吸気バルブのリフト量が前記第１駆動モードの実行時の前記第２吸気バルブのリフト量よりも小さくされ、または、前記第１吸気バルブが開閉されつつ前記第２吸気バルブの作用角が前記第１駆動モードの実行時の前記第２吸気バルブの作用角よりも小さくされる第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、
前記正タンブル流の生成を抑制させる場合には、前記第２吸気バルブが開閉されつつ前記第１吸気バルブの開閉が停止され、または、前記第２吸気バルブが開閉されつつ前記第１吸気バルブのリフト量が前記第１駆動モードの実行時の前記第１吸気バルブのリフト量よりも小さくされ、または、前記第２吸気バルブが開閉されつつ前記第１吸気バルブの作用角が前記第１駆動モードの実行時の前記第１吸気バルブの作用角よりも小さくされる第３駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、エンジン回転速度が閾値よりも高い場合には前記第１駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、エンジン回転速度が前記閾値以下である場合には前記第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御する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３】
前記内燃機関は、排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流させるように構成されたＥＧＲ装置を備え、
前記制御装置は、前記ＥＧＲ装置を用いてＥＧＲガスを前記吸気通路に還流させる場合には、前記第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御する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】
前記制御装置は、理論空燃比よりも大きなリーン空燃比でリーン燃焼運転を行う場合には、前記第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御する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５】
前記制御装置は、前記第１吸気バルブおよび前記第２吸気バルブの少なくとも一方の閉じ時期を遅角もしくは進角させてアトキンソンサイクルを利用する場合には、前記第１駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御する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６】
前記制御装置は、低回転高負荷側のノック領域では、前記第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御する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７】
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に成層燃焼運転を行う場合には、前記第３駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御することを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記中央の吸気孔は、前記３つの吸気孔のうちで前記少なくとも１つの排気孔から最も遠い場所に配置されており、
前記中央の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室中心に面する側で前記中央の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第１マスク部が設けられており、
吸気圧が排気圧よりも高くなる運転領域において前記第１駆動モードが選択される場合に、前記第２吸気バルブの開弁期間のみが前記少なくとも１つの排気弁の開弁期間と重なるバルブオーバーラップ期間が設けられることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記中央の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室中心に面する側で前記中央の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第１マスク部が設けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記両側の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室外周に面する側で前記両側の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第２マスク部が設けられていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、燃焼室天井面に３つの吸気孔を備える内燃機関を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、燃焼室天井面に３つの吸気孔および２つの排気孔を備える多弁式内燃機関が開示されている。３つの吸気孔は、点火プラグを中心に円弧状に並んで配置されている。内燃機関の吸気通路は、３つの吸気孔に向けて３方向に分岐し、分岐後の枝通路がそれぞれ３つの吸気孔に接続されている。３つの吸気孔のうちの両側の（すなわち、２つの）吸気孔に接続される第１枝通路は、吸気側で上昇し排気側で下降する正タンブル流が生成されるように形成されている。一方、中央の（すなわち、１つの）吸気孔に接続される第２枝通路は、吸気側で下降し排気側で上昇する逆タンブル流が生成されるように形成されている。
【０００３】
また、特許文献１に記載の内燃機関では、３つの吸気孔を開閉する３つの吸気バルブは、開閉時期およびリフト量が等しい単一の開弁特性で駆動されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−０５４６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
火花点火式内燃機関では、燃焼改善のためにタンブル流が広く使用される。必要とされるタンブル流の強さは、内燃機関の運転条件に応じて異なるものとなる。タンブル流の強さを制御する装置として、吸気通路に配置されるタンブルコントロールバルブが知られている。しかしながら、タンブルコントロールバルブを用いて吸気通路内に偏流を生成しようとした場合、燃焼室から離れた位置で偏流を生成させると、生成した偏流が気筒内に流入する前に拡散してしまうので効率良くタンブル流を生成することが難しい場合がある。また、偏流の生成に起因して吸気通路の壁面での摩擦損失の増大が生じることがあり、その結果として、内燃機関のポンプ損失が増大し得る。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、タンブルコントロールバルブに頼ることなく、内燃機関の運転条件に応じて異なる強さでタンブル流を制御する要求を満たすことができる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】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、気筒の燃焼室天井面に配置された点火プラグと、前記気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、弧状もしくは直線状に並んで前記燃焼室天井面に形成され、中央の吸気孔の面積が両側の吸気孔の面積の和よりも小さい３つの吸気孔と、前記燃焼室天井面に形成された少なくとも１つの排気孔と、前記両側の吸気孔を開閉する第１吸気バルブと、前記中央の吸気孔を開閉する第２吸気バルブと、前記少なくとも１つの排気孔を開閉する少なくとも１つの排気バルブと、前記第１吸気バルブの開閉と前記第２吸気バルブの開閉とを個別に制御可能な吸気可変動弁装置と、前記両側の吸気孔に接続され、かつ、前記気筒内において吸気側で上昇し排気側で下降する正タンブル流を生成させるように構成された第１枝通路と、前記中央の吸気孔に接続され、かつ、前記中央の吸気孔における燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも前記燃焼室中心と反対側の部位を通過する吸気の流量の方が多くなるように構成された第２枝通路とを含む吸気通路と、を備える内燃機関を制御する。前記制御装置は、前記正タンブル流の強さよりも前記第１枝通路および前記第２枝通路の流量係数の高さが優先される場合には、前記第１吸気バルブと前記第２吸気バルブとがともに開閉される第１駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、前記正タンブル流の強さを高める場合には、前記第１吸気バルブが開閉されつつ前記第２吸気バルブの開閉が停止され、または、前記第１吸気バルブが開閉されつつ前記第２吸気バルブのリフト量が前記第１駆動モードの実行時の前記第２吸気バルブのリフト量よりも小さくされ、または、前記第１吸気バルブが開閉されつつ前記第２吸気バルブの作用角が前記第１駆動モードの実行時の前記第２吸気バルブの作用角よりも小さくされる第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、前記正タンブル流の生成を抑制させる場合には、前記第２吸気バルブが開閉されつつ前記第１吸気バルブの開閉が停止され、または、前記第２吸気バルブが開閉されつつ前記第１吸気バルブのリフト量が前記第１駆動モードの実行時の前記第１吸気バルブのリフト量よりも小さくされ、または、前記第２吸気バルブが開閉されつつ前記第１吸気バルブの作用角が前記第１駆動モードの実行時の前記第１吸気バルブの作用角よりも小さくされる第３駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御するように構成されている。
【０００８】
前記制御装置は、エンジン回転速度が閾値よりも高い場合には前記第１駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、エンジン回転速度が前記閾値以下である場合には前記第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御してもよい。
【０００９】
前記内燃機関は、排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流させるように構成されたＥＧＲ装置を備えていてもよい。そして、前記制御装置は、前記ＥＧＲ装置を用いてＥＧＲガスを前記吸気通路に還流させる場合には、前記第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御してもよい。
【００１０】
前記制御装置は、理論空燃比よりも大きなリーン空燃比でリーン燃焼運転を行う場合には、前記第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御してもよい。
【００１１】
前記制御装置は、前記第１吸気バルブおよび前記第２吸気バルブの少なくとも一方の閉じ時期を遅角もしくは進角させてアトキンソンサイクルを利用する場合には、前記第１駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御してもよい。
【００１２】
前記制御装置は、低回転高負荷側のノック領域では、前記第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御してもよい。
【００１３】
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に成層燃焼運転を行う場合には、前記第３駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御してもよい。
【００１４】
前記中央の吸気孔は、前記３つの吸気孔のうちで前記少なくとも１つの排気孔から最も遠い場所に配置されていてもよい。前記中央の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室中心に面する側で前記中央の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第１マスク部が設けられていてもよい。そして、吸気圧が排気圧よりも高くなる運転領域において前記第１駆動モードが選択される場合に、前記第２吸気バルブの開弁期間のみが前記少なくとも１つの排気弁の開弁期間と重なるバルブオーバーラップ期間が設けられてもよい。
【００１５】
前記中央の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室中心に面する側で前記中央の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第１マスク部が設けられていてもよい。
【００１６】
前記両側の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室外周に面する側で前記両側の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第２マスク部が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、正タンブル流の強さよりも第１枝通路および第２枝通路の流量係数の高さが優先される場合には、第１駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置が制御される。第１駆動モードによれば、他の第２および第３駆動モードの実行時と比べて吸気抵抗の増大を回避できるので、高流量特性が得られる。また、本発明によれば、正タンブル流の強さを高める場合には、第２駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置が制御される。第２駆動モードによれば、正タンブル流を弱めるように作用する気流を生成させる第２枝通路に対応する第２吸気バルブの開閉が停止もしくは制限される。また、第１駆動モードによれば、燃焼室外周側の部位で吸気の流量が多くなる中央の吸気孔からの気流によって、両側の吸気孔によって生成される正タンブル流が弱められる。これらのことから、第２駆動モードによれば、３つの駆動モードのうちで最も正タンブル流を強くすることができる、すなわち、高タンブル特性を実現できる。さらに、本発明によれば、正タンブル流の生成を抑制させる場合には、第３駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置が制御される。第３駆動モードによれば、正タンブル流を生成させる第１枝通路に対応する第１吸気バルブの開閉が停止もしくは制限される。このため、第１駆動モードによれば、正タンブル流の生成を抑制することができる。したがって、本発明によれば、タンブルコントロールバルブに頼ることなく、内燃機関の運転条件に応じて異なる強さでタンブル流を制御する要求を満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１に係るシステム構成を説明する図である。
【図２】気筒の燃焼室天井面を気筒の軸線方向において下方から見た図である。
【図３】気筒周りの構成を模式的に表した図である。
【図４】吸気可変動弁装置の構成を模式的に表した図である。
【図５】実施の形態１の吸気可変動弁装置により実現される第１および第２吸気バルブの各種駆動モードを説明するためのバルブリフトカーブである。
【図６】実施の形態１で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。
【図７】実施の形態１においてＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。
【図８】２弁駆動モードおよび３弁駆動モードのそれぞれの使用領域の他の設定例を表した図である。
【図９】実施の形態２で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。
【図１０】吸気可変動弁装置の概略構成を表した図である。
【図１１】実施の形態３で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。
【図１２】実施の形態３の吸気可変動弁装置により実現される第１および第２吸気バルブの各種駆動モードを説明するためのバルブリフトカーブである。
【図１３】実施の形態３においてＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。
【図１４】マスク部の他の設定例を表した図である。
【図１５】第１および第２吸気バルブの各種駆動モードの他の構成例を説明するためのバルブリフトカーブである。
【図１６】第１および第２吸気バルブの各種駆動モードの他の構成例を説明するためのバルブリフトカーブである。
【図１７】３つの吸気孔の他の配置例を表した図である。
【図１８】掃気促進制御の実行時の課題を説明するための図である。
【図１９】実施の形態３で用いられる第１カムのプロフィールにより実現される第１および第２吸気バルブのバルブリフトカーブを排気バルブのバルブリフトカーブとともに表した図である。
【図２０】実施の形態４で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。
【図２１】実施の形態４においてＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。
【図２２】実施の形態４の制御による新気の吹き抜け抑制と効率的な掃気実現について説明するための図である。
【図２３】第２吸気バルブの開弁期間のみを排気バルブの開弁期間と重ならせる他の手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成の説明］
（全体構成）
図１は、実施の形態１に係るシステム構成を説明する図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、一例として、過給エンジンである。しかしながら、本発明の対象となる内燃機関は、自然吸気エンジンであってもよい。
【００２１】
内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローセンサ１８が設けられている。
【００２２】
内燃機関１０は、過給機の一例として、ターボ過給機２０を備えている。エアフローセンサ１８の下流には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが設置されている。コンプレッサ２０ａは、排気通路１４に配置されたタービン２０ｂと連結軸２０ｃを介して一体的に連結されている。
【００２３】
コンプレッサ２０ａの下流には、コンプレッサ２０ａにより圧縮された空気を冷却するためのインタークーラー２２が設けられている。インタークーラー２２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。吸気通路１２におけるスロットルバルブ２４よりも下流側の部位（一例として、サージタンク１２ａ）には、吸気圧を検出する吸気圧センサ２６が取り付けられている。
【００２４】
排気通路１４には、タービン２０ｂをバイパスしてタービン２０ｂの入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路２８が接続されている。排気バイパス通路２８には、排気バイパス通路２８を開閉する電子制御式のウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）３０が設置されている。また、タービン２０ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気の浄化のために、排気浄化触媒３２が配置されている。
【００２５】
図１に示す内燃機関１０は、排気通路１４を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１２に還流させるように構成されたＥＧＲ装置３４を備えている。ＥＧＲ装置３４は、一例として低圧ループ（ＬＰＬ）式であり、タービン２０ｂよりも下流側の排気通路１４と、コンプレッサ２０ａよりも上流側の吸気通路１２とを接続するＥＧＲ通路３６を備えている。ＥＧＲ通路３６には、ＥＧＲ通路３６を通って吸気通路１２に還流されるときのＥＧＲガスの流れの上流側から順に、ＥＧＲクーラ３８およびＥＧＲバルブ４０が設けられている。ＥＧＲバルブ４０は、ＥＧＲガス量を調整するために備えられている。なお、ＥＧＲガスの導入方式として、上述のＬＰＬ式に代え、高圧ループ（ＨＰＬ）式などの他の任意の方式を採用してもよい。
【００２６】
本実施形態に係るシステムは、図１に示すように、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えている。ＥＣＵ５０は、内燃機関１０が搭載された車両が備える各種センサの信号を取り込んで処理する。各種センサには、上述のエアフローセンサ１８および吸気圧センサ２６に加え、エンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ５２、および、車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ５４が少なくとも含まれている。ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、上述したスロットルバルブ２４、ＷＧＶ３０およびＥＧＲバルブ４０に加え、内燃機関１０の各気筒に燃料を供給する燃料噴射弁５６、気筒内の混合気に点火するための点火装置（点火プラグ５８以外の図示省略）、および吸気可変動弁装置６０（後述の図４参照）が少なくとも含まれている。本実施形態では、燃料噴射弁５６は、一例として、気筒内に直接燃料を噴射するように構成されている。
【００２７】
（気筒周りの構成）
図２は、気筒６２の燃焼室天井面６２ａを気筒の軸線方向において下方から見た図である。図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、気筒６２周りの構成を模式的に表した図である。より具体的には、図３（Ａ）は、図２中に示すＡ−Ａ線で切断された気筒６２周りの構成を表しており、図３（Ｂ）は、図２中に示すＢ−Ｂ線で切断された気筒６２周りの構成を表している。なお、図３（Ａ）は吸気孔６４ｂ側の構成を表しているが、吸気孔６４ａ側の構成についても図３（Ａ）に示すものと同様である。
【００２８】
各気筒６２の燃焼室天井面（以下、単に「天井面」とも称する）６２ａには、図２に示すように、燃料噴射弁５６と点火プラグ５８とが配置されている。本実施形態では、燃料噴射弁５６および点火プラグ５８は、一例として天井面６２ａの中央付近に配置されている。また、天井面６２ａには、３つの吸気孔６４（６４ａ、６４ｂおよび６４ｃ）と、２つの排気孔６６とが形成されている。なお、天井面６２ａに設けられる排気孔６６の数は、２つに限られず、少なくとも１つ設けられていればよい。
【００２９】
本実施形態では、３つの吸気孔６４ａ、６４ｂおよび６４ｃは、一例として気筒軸線を中心として、円弧状に並ぶように形成されている。なお、図２中の点Ｐは気筒軸線が通る気筒中心点（燃焼室中心点）である。３つの吸気孔６４のうちの両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂは、それぞれ第１吸気バルブ６８（６８ａおよび６８ｂ）により開閉される。一方、残りの（すなわち、中央に位置する）吸気孔６４ｃは、第２吸気バルブ７０により開閉される。２つの排気孔６６は、それぞれ排気バルブ７２により開閉される。なお、以下の説明では、気筒中心点Ｐを基準として３つの吸気孔６４が位置する側を「吸気側」と称し、その反対側（すなわち、２つの排気孔６６が位置する側）を「排気側」と称する。
【００３０】
３つの吸気孔６４はそれぞれ吸気通路１２の一端に相当し、吸気通路１２は３つの吸気孔６４に向けて分岐している。分岐後の吸気通路１２の部位を、第１枝通路７４（７４ａおよび７４ｂ）および第２枝通路７６と称する。第１枝通路７４は、一対で設けられており、両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂに接続されている。第２枝通路７６は、中央の吸気孔６４ｃに接続されている。
【００３１】
第１枝通路７４と第２枝通路７６は、以下に説明する態様で気筒６２内に気流を生成するために適した形状で構成されている。すなわち、第１枝通路７４は、図３（Ａ）に示すように、気筒６２内に吸気側で上昇し排気側で下降する正タンブル流を生成させられるように形成されている。また、本実施形態では、両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂ付近（すなわち、第１枝通路７４の出口付近）の天井面６２ａに、第２マスク部７８（７８ａおよび７８ｂ）が形成されている。
【００３２】
第２マスク部７８は、図２に示すように気筒軸線方向において下方から天井面６２ａを見たときに、クランクシャフト８０の軸線Ｌ１と直交する方向（以下、単に「直交方向Ｄ」とも称する）において燃焼室外周８２に面する側で両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂの周囲を取り囲む凸部として天井面６２ａに形成されている。このような第２マスク部７８が天井面６２ａに設けられていると、図３（Ａ）に示すように、第１枝通路７４から気筒６２内に流入する吸気は、第２マスク部７８が設けられた部位に向けては隙間が狭いために流れにくくなり、第２マスク部７８が設けられていない燃焼室中心側の部位には流れ易くなる。このため、気筒６２内に流入する吸気を燃焼室中心側に集めることができる。このように、第２マスク部７８を備えておくことで、第１枝通路７４による正タンブル流の生成を補助することができる。
【００３３】
一方、第２枝通路７６は、図３（Ｂ）に示すように、中央の吸気孔６４ｃにおける燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも燃焼室中心と反対側の部位（すなわち、燃焼室外周８２側の部位）を通過する吸気の流量の方が多くなるように形成されている。また、本実施形態では、中央の吸気孔６４ｃ付近（すなわち、第２枝通路７６の出口付近）の天井面６２ａに、第１マスク部８４が形成されている。
【００３４】
第１マスク部８４は、図２に示すように気筒軸線方向において下方から天井面６２ａを見たときに、直交方向Ｄにおいて燃焼室中心に面する側で中央の吸気孔６４ｃの周囲を取り囲む凸部として天井面６２ａに形成されている。このような第１マスク部８４が天井面６２ａに設けられていると、図３（Ｂ）に示すように、第２枝通路７６から気筒６２内に流入する吸気は、第１マスク部８４が設けられた燃焼室中心側の部位に向けては隙間が狭いために流れにくくなり、第１マスク部８４が設けられていない燃焼室外周側の部位には流れ易くなる。このため、気筒６２内に流入する吸気を燃焼室外周側に集めることができる。このように、第１マスク部８４を備えておくことで、燃焼室外周側の部位を通過する吸気の流量を燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも高める設定を有する第２枝通路７６による筒内気流の生成を補助することができる。
【００３５】
（吸気可変動弁装置の構成）
図４は、吸気可変動弁装置６０の構成を模式的に表した図である。第１吸気バルブ６８ａおよび６８ｂと第２吸気バルブ７０は、吸気可変動弁装置６０により開閉駆動される。なお、図４は、気筒毎に備えられる構成を示している。図４を参照して一例として説明する吸気可変動弁装置６０の構成は公知であり、したがって、ここではその概要のみを説明する。また、吸気可変動弁装置としては、後述の図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示す各種駆動モードを実現させられる装置であれば、吸気可変動弁装置６０に代えて他の任意の公知の装置を用いてもよい。また、排気バルブ７２を開閉駆動する動弁装置については、特に限定されないので、その説明を省略する。
【００３６】
吸気可変動弁装置６０は、カムシャフト８６を備えている。カムシャフト８６は、図示省略するタイミングプーリーおよびタイミングチェーン（もしくはベルト）を介してクランクシャフト８０と連結されており、クランクシャフト８０の回転力によりクランクシャフト８０の１／２の速度で回転するように構成されている。
【００３７】
図４に示すように、カムシャフト８６には、３つの吸気バルブ６８ａ、６８ｂおよび７０のそれぞれに対して、第１カム８８（８８ａ〜８８ｃ）と第２カム９０（９０ａ〜９０ｃ）とが備えられている。第１カム８８ａ〜８８ｃは、所定の開弁特性（開き時期、閉じ時期およびリフト量）で吸気バルブ６８および７０を開閉動作させるためのプロフィールを有している。第２カム９０ａ〜９０ｃは、ベース円部のみを有するゼロリフトカムである。
【００３８】
第１カム８８ａ〜８８ｃのそれぞれに対して、第１ロッカーアーム９２が配置されており、第１カム８８ａ〜８８ｃの押圧力は、第１ロッカーアーム９２に伝達される。また、第２カム９０ａ〜９０ｃのそれぞれと、対応する吸気バルブ６８ａ、６８ｂまたは７０との間には、第２ロッカーアーム９４が配置されている。第１ロッカーアーム９２と第２ロッカーアーム９４とは、連結ピン９６の移動による連結とその解除とによって、第１ロッカーアーム９２と第２ロッカーアーム９４とが一体的に動作する状態と、第１ロッカーアーム９２と第２ロッカーアーム９４とが独立して動作する状態とを切り替えられるようになっている。
【００３９】
吸気可変動弁装置６０は、第１吸気バルブ６８の連結ピン９６の移動と、第２吸気バルブ７０の連結ピン９６の移動とを個別に制御可能な油圧制御部（図示省略）を備えている。なお、吸気バルブ６８および７０は、図示省略するバルブスプリングによって閉弁方向に付勢されている。また、第１ロッカーアーム９２が第１カム８８に押し当てられるように第１ロッカーアーム９２を付勢するロストモーションスプリング（図示省略）が備えられている。
【００４０】
連結ピン９６によって第１ロッカーアーム９２と第２ロッカーアーム９４とが連結している状態では、第１カム８８の押圧力が第１ロッカーアーム９２および第２ロッカーアーム９４を介して吸気バルブ６８または７０に伝達されるので、吸気バルブ６８または７０は、第１カム８８のプロフィールに従う開閉動作を行う。一方、第１ロッカーアーム９２と第２ロッカーアーム９４との連結が解除された状態では、第１カム８８の押圧力は第２ロッカーアーム９４に伝達されず、かつ、第２カム９０はゼロリフトカムであるので第２ロッカーアーム９４に押圧力を付与しない。このため、この状態では、吸気バルブ６８または７０は閉弁状態に維持されることになる。
【００４１】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、実施の形態１の吸気可変動弁装置６０により実現される吸気バルブ６８ａ、６８ｂおよび７０の各種駆動モードを説明するためのバルブリフトカーブである。より具体的には、図５（Ａ）は、第２吸気バルブ７０のみが開閉動作を行い、第１吸気バルブ６８ａおよび６８ｂの開閉動作が停止された「１弁駆動モード」を示している。１弁駆動モードは、第１吸気バルブ６８ａおよび６８ｂに対応する第１ロッカーアーム９２と第２ロッカーアーム９４との連結が解除されるようにＥＣＵ５０が油圧制御部に指令を与えることによって実現することができる。
【００４２】
図５（Ｂ）は、第１吸気バルブ６８ａおよび６８ｂのみが開閉動作を行い、第２吸気バルブ７０の開閉動作が停止された「２弁駆動モード」を示している。２弁駆動モードは、第２吸気バルブ７０に対応する第１ロッカーアーム９２と第２ロッカーアーム９４との連結が解除されるようにＥＣＵ５０が油圧制御部に指令を与えることによって実現することができる。
【００４３】
図５（Ｃ）は、すべての吸気バルブ６８ａ、６８ｂおよび７０が開閉動作を行う「３弁駆動モード」を示している。３弁駆動モードは、吸気バルブ６８ａ、６８ｂおよび７０に対応するすべての第１ロッカーアーム９２と第２ロッカーアーム９４との連結が維持されるようにＥＣＵ５０が油圧制御部に指令を与えることによって実現することができる。本実施形態の吸気可変動弁装置６０の構成の一例によれば、３弁駆動モードの実行中には、第１吸気バルブ６８と第２吸気バルブ７０とが同じ開弁特性（より具体的には、リフト量、開き時期および閉じ時期）で開閉される。
【００４４】
［実施の形態１の制御］
（吸気可変動弁装置を利用して実現される筒内気流特性）
上述のように、第１枝通路７４によれば、正タンブル流を生成することができ、第２枝通路７６によれば、中央の吸気孔６４ｃにおける燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも燃焼室中心と反対側の部位を通過する吸気の流量を多くすることができる。このように構成された第１枝通路７４および第２枝通路７６と、上述の構成の吸気可変動弁装置６０とを組み合わせることで、以下に説明する３つの態様で気筒６２内の気流を制御できるようになる。なお、以下の３つの態様で筒内気流を制御するための前提として、中央の吸気孔６４ｃの面積は、両側の２つの吸気孔６４ｂおよび６４ｃの面積の和よりも小さくされている。
【００４５】
具体的には、まず、３弁駆動モードでは、２弁駆動状態および１弁駆動モードとは異なり、弁停止による吸気抵抗の増大を回避できるので、高流量特性が得られる。また、３弁駆動モードでは、燃焼室外周側の部位で吸気の流量が多くなる中央の吸気孔６４ｃからの気流によって、両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂによって生成される正タンブル流を２弁駆動モード時と比べて弱めることができる。
【００４６】
次に、２弁駆動モードでは、正タンブル流を生成させる第１枝通路７４ａおよび７４ｂに対応する第１吸気バルブ６８ａおよび６８ｂが開閉され、一方、正タンブル流を弱めるように作用する気流を生成させる第２枝通路７６に対応する第２吸気バルブ７０の開閉は停止される。このため、２弁駆動モードによれば、３つの駆動モードのうちで最も正タンブル流を強くすることができる、すなわち、高タンブル特性を実現できる。また、２弁駆動モードの使用時に気筒６２内に流入する吸気の流量は、中央の吸気孔６４ｃが閉塞されるため、同一エンジン負荷および同一エンジン回転速度での３弁駆動モードの使用時の吸気の流量と比べて少なくなる。
【００４７】
次に、１弁駆動モードでは、正タンブル流を生成させる第１枝通路７４ａおよび７４ｂに対応する第１吸気バルブ６８ａおよび６８ｂの開閉が停止され、一方、正タンブル流を弱めるように作用する気流を生成させる第２枝通路７６に対応する第２吸気バルブ７０のみが開閉される。このため、１弁駆動モードによれば、正タンブル流の生成が抑制される。また、中央の吸気孔６４ｃのみが吸気の導入に利用されることになるため、３つの駆動モードのうちで最も吸気流量が少ない小流量特性が得られる。
【００４８】
以上のように、枝通路７４、７６を備える内燃機関１０において上述の３つの駆動モードを択一的に選択可能とすることで、気筒６２内での正タンブル流の生成と抑制とを制御でき、かつ、生成される正タンブル流の強さも制御できるようになる。このように、本実施形態の構成によれば、吸気通路１２にタンブルコントロールバルブを備える必要なしにタンブル流の強さを制御できるようになる。
【００４９】
さらに付け加えると、本実施形態の構成によれば、内燃機関１０の運転中に第１吸気バルブ６８と第２吸気バルブ７０の作動（開閉）と停止の組み合わせを変更するだけで、正タンブル流の強さと吸気の流量特性との組み合わせを３通り提供できるようになる。また、第１吸気バルブ６８と第２吸気バルブ７０の作動と停止の制御によれば、各吸気孔６４ａ〜６４ｃから気筒６２内への気流の吹き出しが制御されることになる。これにより、吸気孔から離れた位置に設けられるタンブルコントロールバルブを利用する構成と比べて、正タンブル流の強さの可変範囲を広げ易くすることができる。
【００５０】
また、図２に示すように、本実施形態では、中央の吸気孔６４ｃ（およびこれを開閉する第２吸気バルブ７０）の径は、両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂ（ならびにこれらを開閉する第１吸気バルブ６８ａおよび６８ｂ）の径よりも小さく構成されている。しかしながら、中央の吸気孔６４ｃの径は、上述の前提（すなわち、中央の吸気孔６４ｃの面積は、両側の２つの吸気孔６４ｂおよび６４ｃの面積の和よりも小さいこと）を満たしていればよく、例えば、両側の吸気孔６４ａおよび６４の径と同じであってもよい。中央の吸気孔６４ｃの径と両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂの径の選定は、狙いとする筒内気流特性および流量特性を設定する際の調整要素の１つである。また、第１マスク部８４および第２マスク部７８の高さも、同様に調整要素の１つである。
【００５１】
（実施の形態１の制御の概要）
次に、実施の形態１における３つの駆動モードの使用例について説明する。図６は、実施の形態１で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。図６に示すように、内燃機関１０の運転領域は、エンジン負荷とエンジン回転速度とに基づいて規定することができる。なお、本実施形態における各運転領域では、基本的には、理論空燃比を目標空燃比とするストイキ燃焼運転が行われるものとする。
【００５２】
本実施形態では、前提として、図６に示すように低中回転かつ中負荷領域は、ＥＧＲガスの導入を行うＥＧＲ領域とされている。気筒６２内のＥＧＲガス量を多くすると、燃費向上効果をより高めることができる。しかしながら、ＥＧＲガスが導入されると燃焼が緩慢となる。多量のＥＧＲガスを導入しつつ燃焼速度を適正範囲内に収めるためには、タンブル流を強化することが望ましい。したがって、ＥＧＲ領域では、２弁駆動モードが適しているといえる。
【００５３】
低回転高負荷領域は、強いノックの発生またはノック発生頻度の増加が懸念されるノック領域を含んでいる。タンブル流の強化により燃焼速度を高めることは、ノック軽減を図るうえで有効である。このため、ノック領域についても２弁駆動モードが適しているといえる。
【００５４】
また、タンブル流の強化は、高回転領域（特に、高回転高負荷領域）においても空気と燃料の混合促進といった良い効果が得られる。しかしながら、高回転領域では、タンブル流の強化よりも第１枝通路７４および第２枝通路７６の流量係数を高めること（すなわち、吸気が流れ易くすること）が必要とされる。また、高回転領域でタンブル流が強過ぎると、点火プラグ５８の放電火花が吹き消されてしまうことによる失火の発生が懸念される。したがって、高回転領域では、３弁駆動モードが適しているといえる。
【００５５】
そこで、本実施形態では、エンジン回転速度が所定の閾値Ｎｅｔｈ以下であるときには２弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置６０を制御し、一方、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈよりも高いときには、３弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置６０を制御することとした。図６に示すように、ＥＧＲ領域およびノック領域のそれぞれのエンジン回転速度の上限値よりも高いエンジン回転速度値が閾値Ｎｅｔｈとして用いられる。
【００５６】
また、内燃機関１０では、前提として、始動時（より具体的には、運転開始直後の初爆サイクルから始まる所定の複数サイクル）に成層燃焼運転が実施されるようになっている。内燃機関１０で用いられる成層混合気の形成方式は、筒内気流を積極的に利用せずに燃料噴射弁５６による燃料噴霧の一部を点火プラグ５８の近傍に集めることにより、点火時に点火プラグ５８の近傍にその周囲よりも燃料濃度の高い混合気を形成するというものであり、いわゆる、スプレーガイド方式である。このようなスプレーガイド方式が用いられる場合には、強いタンブル流は燃料の拡散を促進し過ぎてしまうため、正タンブル流の生成が抑制されることが望ましい。したがって、ここでいう始動時には、１弁駆動モードが適しているといえる。そこで、本実施形態では、始動時については、２弁駆動モードもしくは３弁駆動モードに代え、１弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置６０が制御される。
【００５７】
（実施の形態１における具体的な処理）
図７は、実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行する処理を示すフローチャートである。なお、この図７に示すルーチンは、内燃機関１０の運転開始後に所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００５８】
図７に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、まず、始動時か否かを判定する（ステップ１００）。具体的には、初爆サイクルから始まる所定の複数サイクルの経過中であるか否かが判定される。その結果、始動時であると判定した場合には、ＥＣＵ５０は、１弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置６０を制御する（ステップ１０２）。なお、ここでいう始動時の対象となる上記所定の複数サイクルは、初爆サイクルからの数サイクルであってもよいし、始動が完了した後の内燃機関１０の暖機期間中を含むものであってもよい。
【００５９】
一方、始動時ではないと判定した場合には、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ５２を用いて取得された現在のエンジン回転速度が上述の閾値Ｎｅｔｈよりも高いか否かを判定する（ステップ１０４）。その結果、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈよりも高い場合には、３弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置６０を制御する（ステップ１０６）。一方、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈ以下である場合には、２弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置６０を制御する（ステップ１０８）。
【００６０】
以上説明した図７に示すルーチンの処理によれば、ステップ１００の処理により判定される始動時を除き、エンジン回転速度に応じて２弁駆動モードもしくは３弁駆動モードが選択される。その結果、閾値Ｎｅｔｈよりも高い高回転領域では、３弁駆動モードが選択される。これにより、正タンブル流の強さよりも第１枝通路７４および第２枝通路７６の流量係数の高さが優先される高回転領域に適した高流量特性を、正タンブル流の強さを２弁駆動モード時と比べて適切に弱めつつ実現することができる。このため、放電火花が吹き消されることによる失火の発生を抑制しつつ、ポンプ損失の低減を図ることができる。
【００６１】
また、上記ルーチンの処理によれば、閾値Ｎｅｔｈ以下の低中回転領域（すなわち、上述のＥＧＲ領域およびノック領域が含まれるエンジン回転速度領域）では、２弁駆動モードが選択される。これにより、適正な燃焼速度の確保のために正タンブル流を高める要求があるＥＧＲ領域に適した高タンブル特性を実現することができる。このため、多量のＥＧＲガスの導入による燃費向上効果を適切に引き出せるようになる。また、ノック軽減のために正タンブル流を高める要求があるノック領域に適した高タンブル特性を実現することができる。このため、ノックを適切に軽減させることができる。
【００６２】
さらに、上記ルーチンの処理によれば、スプレーガイド方式での成層燃焼運転が行われる始動時には、１弁駆動モードが選択される。これにより、燃料噴霧が拡散され過ぎることの抑制のために正タンブル流の生成を抑制させる要求のある始動時に適した筒内ガスの低流動特性を実現することができる。このため、成層燃焼運転を良好に実施できるようになる。
【００６３】
以上のように、本実施形態の内燃機関１０の構成と制御によれば、タンブルコントロールバルブに頼ることなく、内燃機関１０の運転条件に応じて異なる強さでタンブル流を制御する要求を満たすことができる。
【００６４】
ところで、上述した実施の形態１では、一例として、エンジン回転速度のみに応じて２弁駆動モードと３弁駆動モードとを切り替えるようになっている。しかしながら、２弁駆動モードと３弁駆動モードとの切り替えは、例えば、以下に図８を参照して説明する態様であってもよい。
【００６５】
図８は、２弁駆動モードおよび３弁駆動モードのそれぞれの使用領域の他の設定例を表した図である。図８に示す使用領域の設定例は、３弁駆動モードを利用する高回転領域が、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈよりも高く、かつ、エンジン負荷が閾値ＫＬｔｈ１よりも高い運転領域（すなわち、高負荷側の高回転領域）に限られているという点において図６に示す設定と異なっている。図８に示す設定例のように、２弁駆動モードと３弁駆動モードとの切り替えは、エンジン回転速度とともにエンジン負荷に応じて行ってもよい。このことは、後述の実施の形態２についても同様である。なお、エンジン負荷は、例えば、吸入空気量とエンジン回転速度に基づいて算出することができる。
【００６６】
実施の形態２．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。以下の説明では、実施の形態２のシステム構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。
【００６７】
［実施の形態２の制御］
（実施の形態２の制御の概要）
図９は、実施の形態２で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。本実施形態においても、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈよりも高いか否かに応じて３弁駆動モードもしくは２弁駆動モードが選択される点、および、始動時に１弁駆動モードが選択される点は、実施の形態１と同じである。ただし、本実施形態における低中回転かつ中負荷領域は、実施の形態１におけるＥＧＲ領域に代え、リーン燃焼領域である。リーン燃焼領域では、理論空燃比よりも大きなリーン空燃比を目標空燃比としてリーン燃焼運転が実施される。なお、リーン燃焼領域以外の運転領域では、基本的には、ストイキ燃焼運転が行われるものとする。
【００６８】
リーン燃焼運転時の目標空燃比をより大きくリーン化することで、燃費向上効果を高めることができる。しかしながら、ＥＧＲガスが導入される場合と同様に、リーン燃焼運転が行われる場合には、ストイキ燃焼運転時と比べて燃焼が緩慢となる。目標空燃比を大きくリーン化しつつ燃焼速度を適正範囲内に収めるためには、タンブル流を強化することが望ましい。したがって、リーン燃焼領域についても、２弁駆動モードが適しているといえる。
【００６９】
（実施の形態２における具体的な処理）
図９に示す使用領域の一例では、リーン燃焼領域は、閾値Ｎｅｔｈ以下の低中回転領域内に収まっている。このため、燃費向上のためにリーン燃焼運転を利用する本実施形態においても、実施の形態１の図７に示すルーチンと同様のルーチンをＥＣＵ５０に実行させることにより、各運転条件に応じた適切な筒内気流特性と流量特性とを実現することができる。
【００７０】
実施の形態３．
次に、図１０〜図１３を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
【００７１】
［実施の形態３のシステム構成の説明］
本実施形態の内燃機関１００は、吸気可変動弁装置６０に代えて吸気可変動弁装置１０２を備えている点を除き、実施の形態１および２の内燃機関１０と同様に構成されている。吸気可変動弁装置１０２は、第１吸気バルブ６８および第２吸気バルブ７０を電磁力で駆動するタイプの公知の装置である。図１０は、吸気可変動弁装置１０２の概略構成を表した図である。図１０は、第１吸気バルブ６８ａのための駆動機構を示しているが、吸気可変動弁装置１０２は、他の第１吸気バルブ６８ｂおよび第２吸気バルブ７０のためにも同様の駆動機構を備えている。
【００７２】
図１０に示すように、吸気可変動弁装置１０２は、第１吸気バルブ６８ａの弁軸に固定されたアーマチャ１０４と、アーマチャ１０４を間に介在させた状態で所定距離だけ離して配置された一対の電磁石１０６および１０８とを備えている。この所定距離が第１吸気バルブ６８ａの最大リフト量（すなわち、１回のリフト動作中のリフト量のピーク値）に相当する。一対の電磁石１０６および１０８は、電気駆動ユニット（ＥＤＵ）１１０に電気的に接続されている。ＥＤＵ１１０は、ＥＣＵ５０からの指令に基づいて、電磁石１０６および１０８の通電を制御する。また、第１吸気バルブ６８ａは、一対のスプリング１１２および１１４によって開弁方向および閉弁方向にそれぞれ付勢されている。
【００７３】
上述の構成を有する吸気可変動弁装置１０２によれば、一対の電磁石１０６および１０８の通電を制御することにより、アーマチャ１０４を電磁石１０６と電磁石１０８との間で往復移動させることができ、これにより、吸気バルブ６８または７０を開閉駆動することができる。また、電磁石１０８を非通電としつつ電磁石１０６の通電を行うことにより、第１吸気バルブ６８ａを閉じることができ、電磁石１０６の通電を保持することにより閉弁状態を維持することができる。一方、電磁石１０６を非通電としつつ電磁石１０８の通電を行うことにより、吸気バルブ６８または７０を開くことができ、かつ、電磁石１０８の通電を保持することにより開弁状態を維持することができる。したがって、通電を任意に制御することにより、吸気バルブ６８または７０の開き時期および閉じ時期のそれぞれを任意のタイミングに制御することができる。その結果として、作用角（開弁期間の長さ）を連続的かつ自在に制御することができ、また、吸気バルブ６８または７０の弁停止機能を実現することもできる。
【００７４】
［実施の形態３の制御］
（実施の形態３の制御の概要）
図１１は、実施の形態３で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。本実施形態においても、始動時に１弁駆動モードが選択される点は実施の形態１と同じである。ただし、本実施形態では、エンジン回転速度とともにエンジン負荷に応じて３弁駆動モードもしくは２弁駆動モードが選択される。なお、本実施形態における各運転領域では、基本的にはストイキ燃焼運転が行われるものとする。
【００７５】
図１１に示すように、本実施形態では、低中回転かつ中負荷領域においては、第１吸気バルブ６８および第２吸気バルブ７０の遅閉じ（後述の図１２参照）によるアトキンソンサイクルの利用が実施される。アトキンソンサイクルを利用する運転領域（「アトキンソン領域」と称する）では、ポンプ損失を低減するために、第１枝通路７４および第２枝通路７６は高流量特性であることが望ましい。したがって、アトキンソン領域では、遅閉じを伴う３弁駆動モードが適しているといえる。
【００７６】
本実施形態では、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈよりも高い場合には、実施の形態１および２と同様に、３弁駆動モード（遅閉じなし）が選択される。一方、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈ以下であっても、エンジン負荷が閾値ＫＬｔｈ２以下である場合には、遅閉じを伴う３弁駆動モードが選択される。また、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈ以下、かつ、エンジン負荷が閾値ＫＬｔｈ２よりも高い場合には、実施の形態１および２と同様に、２弁駆動モードが選択される。
【００７７】
閾値ＫＬｔｈ２としては、閾値Ｎｅｔｈ以下の低中回転領域において、高負荷側のノック領域と低負荷側のアトキンソン領域との間に位置するエンジン負荷の値が用いられる。この目的のために用いられる閾値ＫＬｔｈ２は、ここではエンジン回転速度によらない固定値としているが、エンジン回転速度に応じて変化するように設定されていてもよい。
【００７８】
図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）は、実施の形態３の吸気可変動弁装置１０２により実現される吸気バルブ６８ａ、６８ｂおよび７０の各種駆動モードを説明するためのバルブリフトカーブである。図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示す駆動モードは、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示す駆動モードと同様であり、上述の構成を有する吸気可変動弁装置１０２を用いて実現することができる。図１２（Ｄ）に示す３弁駆動モードは、吸気バルブ６８および７０の遅閉じを伴うものである。この３弁駆動モードでは、吸気バルブ６８および７０の閉じ時期が、遅閉じを伴わない場合のバルブリフトカーブ（破線）と比べて、有効にアトキンソンサイクルを実現するために必要な期間だけ遅角されている。なお、本実施形態の内燃機関１００が備えるべき吸気可変動弁装置は、図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）に示す駆動モードを実現可能なものであれば、電磁駆動タイプの吸気可変動弁装置１０２に限られず、公知の機械式の任意の可変動弁装置を用いてもよい。
【００７９】
（実施の形態３における具体的な処理）
図１３は、実施の形態３においてＥＣＵ５０が実行する処理を示すフローチャートである。図１３に示すルーチン中のステップ１００および１０４の処理については、実施の形態１において既述した通りである。
【００８０】
本ルーチンでは、ＥＣＵ５０は、ステップ１００において始動時であると判定した場合には、１弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置１０２を制御する（ステップ２００）。また、ＥＣＵ５０は、ステップ１０４においてエンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈよりも高いと判定した場合には、吸気バルブ６８および７０の遅閉じを伴わない３弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置１０２を制御する（ステップ２０２）。
【００８１】
一方、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈ以下である場合には、図７に示すルーチンとは異なり、現在のエンジン負荷が上述の閾値ＫＬｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップ２０４）。
【００８２】
ＥＣＵ５０は、ステップ２０４においてエンジン負荷が閾値ＫＬｔｈ２以下であると判定した場合には、吸気バルブ６８および７０の遅閉じを伴う３弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置１０２を制御する（ステップ２０６）。一方、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷が閾値ＫＬｔｈ２よりも高いと判定した場合には、２弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置１０２を制御する（ステップ２０８）。
【００８３】
以上説明した図１３に示すルーチンの処理によれば、低中回転かつ中負荷領域（すなわち、アトキンソン領域）では、吸気バルブ６８および７０の遅閉じによるアトキンソンサイクルの利用時に適した３弁駆動モードが利用される。このため、ポンプ損失の低減効果を高めつつアトキンソンサイクルを利用して燃費向上を図ることができる。また、他の高回転領域およびノック領域、ならびに始動時については、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
ところで、上述した実施の形態３においては、吸気バルブ６８および７０の閉じ時期の遅角を利用してアトキンソンサイクルを実現している。しかしながら、アトキンソンサイクルは、吸気バルブ６８および７０との閉じ時期を進角させることで実現されてもよい。また、アトキンソンサイクルの実現のために閉じ時期が遅角または進角される対象は、第１吸気バルブ６８および第２吸気バルブ７０の双方に限られず、何れか一方であってもよい。
【００８５】
［実施の形態１〜３に対する変形例］
ところで、上述した実施の形態１〜３においては、意図する筒内気流の生成の補助のために、図２に示すように両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂの周りと中央の吸気孔６４ｃの周りの双方に、マスク部（第１マスク部８４および第２マスク部７８）が設けられている。しかしながら、マスク部は、例えば、以下の図１４（Ａ）または図１４（Ｂ）に示す態様で設けられていてもよい。
【００８６】
図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）は、マスク部の他の設定例を表した図である。図１４（Ａ）に示す例では、燃焼室天井面１１６ａにおける両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂの周りには、第２マスク部７８が設けられておらず、中央の吸気孔６４ｃの周りにおいて第１マスク部８４のみが設けられている。第１枝通路７４（図１４（Ａ）では図示省略）の形状の工夫によって第２マスク部７８に頼らずに意図する正タンブル流を生成できる場合には、図１４（Ａ）に示す構成を採用してもよい。
【００８７】
一方、図１４（Ｂ）に示す例では、燃焼室天井面１１８ａにおける両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂの周りには、第２マスク部７８（７８ａおよび７８ｂ）が設けられているが、中央の吸気孔６４ｃの周りには、第１マスク部８４は設けられていない。第２枝通路７６（図１４（Ｂ）では図示省略）の形状の工夫により、第１マスク部８４に頼らずに意図する筒内気流を生成できる場合には、図１４（Ｂ）に示す構成を採用してもよい。例えば、第１マスク部８４の形状の工夫により、図３に示す正タンブル流と逆向きのタンブル流（すなわち、吸気側で下降し排気側で上昇する逆タンブル流）を生成させることで、第１マスク部８４の設置を省略してもよい。また、図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）に示す例とは異なり、意図する筒内気流の生成の補助が第１枝通路７４および第２枝通路７６の双方において必要とされない場合には、第１マスク部８４および第２マスク部７８の双方の設置を省略してもよい。
【００８８】
また、上述した実施の形態１〜３においては、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）または図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）に示すように、吸気バルブ６８または７０が通常通りに開閉動作を行う状態と弁停止状態との間で弁動作状態が切り替えられる例を挙げた。しかしながら、本発明における筒内気流制御に用いられる弁動作状態の切り替えは、例えば、以下に図１５（Ａ）〜（Ｃ）および図１６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する例のように実行されてもよい。
【００８９】
図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は、吸気バルブ６８ａ、６８ｂおよび７０の各種駆動モードの他の構成例を説明するためのバルブリフトカーブである。まず、図１５（Ｃ）に示す駆動モード（本発明における「第１駆動モード」に相当）は、上述の３弁駆動モードと同じものである。
【００９０】
図１５（Ａ）に示す駆動モード（本発明における「第３駆動モード」に相当）では、中央の第２吸気バルブ７０は第１駆動モードの実行時と同様に開閉し、一方、両側の第１吸気バルブ６８は第１駆動モードの実行時の第１吸気バルブ６８のリフト量よりも小さなリフト量が得られるように開閉する。この第３駆動モードは、上述の１弁駆動モードの代替となるものである。
【００９１】
図１５（Ｂ）に示す駆動モード（本発明における「第２駆動モード」に相当）では、両側の第１吸気バルブ６８は第１駆動モードの実行時と同様に開閉し、一方、中央の第２吸気バルブ７０は第１駆動モードの実行時の第２吸気バルブ７０のリフト量よりも小さなリフト量が得られるように開閉する。この第２駆動モードは、上述の２弁駆動モードの代替となるものである。
【００９２】
図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）に示す駆動モードを実現するための吸気可変動弁装置は、一例として、次のように構成することができる。すなわち、上述の吸気可変動弁装置６０をベースとして、ゼロリフトカムである第２カム９０に代え、図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）に示すように第１カム８８のプロフィールに従うリフト量よりも小さなリフト量を実現するプロフィールを有する第２カムを備えるようにすればよい。
【００９３】
図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、吸気バルブ６８ａ、６８ｂおよび７０の各種駆動モードの他の構成例を説明するためのバルブリフトカーブである。図１６（Ｃ）に示す駆動モード（本発明における「第１駆動モード」に相当）は、上述の３弁駆動モードと同じものである。
【００９４】
図１６（Ａ）に示す駆動モード（本発明における「第３駆動モード」に相当）では、中央の第２吸気バルブ７０は第１駆動モードの実行時と同様に開閉し、一方、両側の第１吸気バルブ６８は第１駆動モードの実行時の第１吸気バルブ６８の作用角よりも小さな作用角が得られるように開閉する。この第３駆動モードは、上述の１弁駆動モードの代替となるものである。
【００９５】
図１６（Ｂ）に示す駆動モード（本発明における「第２駆動モード」に相当）では、両側の第１吸気バルブ６８は第１駆動モードの実行時と同様に開閉し、一方、中央の第２吸気バルブ７０は第１駆動モードの実行時の第２吸気バルブ７０の作用角よりも小さな作用角が得られるように開閉する。この第２駆動モードは、上述の２弁駆動モードの代替となるものである。
【００９６】
図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）に示す駆動モードを実現するための吸気可変動弁装置は、図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）に示す例と同様に、一例として、次のように構成することができる。すなわち、上述の吸気可変動弁装置６０をベースとして、ゼロリフトカムである第２カム９０に代え、図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）に示すように第１カム８８のプロフィールに従う作用角よりも小さな作用角を実現するプロフィールを有する第２カムを備えるようにすればよい。
【００９７】
図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）、または図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）に示す例によれば、小リフト量または小作用角とされる側の吸気バルブ６８または７０のリフト量または作用角の設定をも利用して、各駆動モードでの正タンブル流の強さを制御できるようになる。さらに、本制御に用いる吸気可変動弁装置が、小リフト量または小作用角とされる側の吸気バルブ６８または７０のリフト量または作用角を連続的に可変させられる装置であれば、リフト量または作用角を連続的に変化させることで、第３駆動モードまたは第２駆動モードの利用時に正タンブル流の強さを連続的に可変とすることもできる。また、小作用角の実現に用いる吸気可変動弁装置の構成次第では、図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）に示す例とは異なり、リフト量を小さくせずに作用角のみを小さくしてもよい。
【００９８】
また、上述した実施の形態３においては、図２に示すように、３つの吸気孔６４ａ、６４ｂおよび６４ｃが気筒軸線を中心として円弧状に並ぶように形成された例を挙げた。しかしながら、本発明の対象となる３つの吸気孔の配置関係は、上述の例に限られず、例えば、以下に図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）を参照して説明する例であってもよい。
【００９９】
図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）は、３つの吸気孔６４ａ〜６４ｃの他の配置例を表した図である。図１７（Ａ）に示す配置例では、３つの吸気孔６４ａ、６４ｂおよび６４ｃが直線状に並んで燃焼室天井面１２０ａに形成されている。また、図１７（Ｂ）に示す配置例では、３つの吸気孔６４ａ、６４ｂおよび６４ｃは、図２に示す配置例とは逆に、中央の吸気孔６４ｃが両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂよりも燃焼室中心側に位置するという態様で円弧状に並んで燃焼室天井面１２２ａに形成されている。
【０１００】
実施の形態４．
次に、図１８〜図２２を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。以下の説明では、実施の形態４のシステム構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。ただし、第２吸気バルブ７０を駆動する第１カム８８ｃのプロフィールとして、実施の形態１および２とは異なり、図１９を参照して後述するプロフィールが用いられている。
【０１０１】
［掃気促進制御の実行時の課題］
本実施形態では、高負荷領域での吸気の充填効率の向上とノック軽減のために、筒内残留ガスを低減させる掃気促進制御が実行される。内燃機関１０は過給エンジンであり、高負荷側の運転領域では吸気圧が排気圧よりも高くなる。掃気促進制御は、吸気圧が排気圧よりも高くなる運転条件において、吸気バルブの開弁期間と排気バルブ７２の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を排気上死点付近で設定するというものである。ここで、バルブオーバーラップ期間の設定のために第１吸気バルブ６８と第２吸気バルブ７０のうちのどちらを利用するかは本実施形態の特徴部分であり、図１９を参照して後述する。
【０１０２】
上述の掃気促進制御によれば、吸気通路１２からの高圧の吸気により、バルブオーバーラップ期間中に筒内残留ガスを気筒６２内から排気通路１４側に押し出すことができる。なお、内燃機関１０とは異なり自然吸気エンジンであっても、吸排気脈動を利用して掃気促進を図ることができる。したがって、自然吸気エンジンも掃気促進制御の実行対象となり得る。
【０１０３】
図１８は、掃気促進制御の実行時の課題を説明するための図であり、内燃機関における一般的な気筒周りの構成を表している。掃気促進制御を実行した場合、図１８中に記号「Ｆ１」を付して示すように、吸気孔から気筒内に流入した吸気（新気）の多くは、吸気孔と近い位置にある排気孔に向けて最短経路で流れようとする。このため、掃気促進制御の実行時には、吸気通路から排気通路への新気の吹き抜けが生じ易くなる。新気の吹き抜けは、吸気の充填効率の低下を招くことがある。また、燃料噴射の態様によっては、新気に燃料が含まれることがあり、この場合には燃費低下が発生することがある。また、気筒内に正タンブル流を生成させる場合には、燃焼室天井面付近を吸気側から排気側に流れる気流が促進されるので、新気の吹き抜けがより生じ易くなる。しかしながら、気流Ｆ１を妨げることを目的として吸気孔と排気孔との間にマスク部を設けるようにすると、正タンブル流の生成を妨げてしまう。
【０１０４】
また、図１８中に記号「Ｇ」を付して示すように、気流Ｆ１から離れた部位（ピストンの頂面付近の部位およびシリンダボア壁面付近の部位）では、既燃ガスが掃気されずに残留し易くなる。
【０１０５】
［実施の形態４において着目する主なハードウェア構成］
（吸気可変動弁装置の構成）
図１９は、実施の形態３で用いられる第１カム８８ａ〜８８ｃのプロフィールにより実現される吸気バルブ６８および７０のバルブリフトカーブを排気バルブ７２のバルブリフトカーブとともに表した図である。
【０１０６】
本実施形態では、実施の形態１および２と異なり、中央側の第２吸気バルブ７０に対応する第１カム８８ｃのプロフィールが、両側の第１吸気バルブ６８ａおよび６８ｂに対応する第１カム８８ａおよび８８ｂのプロフィールと異なっている。より具体的には、第１カム８８ｃのプロフィールは、排気上死点付近で開く第１吸気バルブ６８よりも進角側で第２吸気バルブ７０が開くように設定されている。このような設定により、第２吸気バルブ７０と排気バルブ７２との間にはバルブオーバーラップ期間が設けられ、第１吸気バルブ６８と排気バルブ７２との間にはバルブオーバーラップ期間が設けられていない。また、この設定によれば、第１吸気バルブ６８は、排気バルブ７２が閉じた後に開かれることになる。
【０１０７】
（燃焼室天井面の構成）
本実施形態の内燃機関１０の天井面６２ａの構成は図２に示す通りである。この構成では、中央の吸気孔６４ｃは、３つの吸気孔６４ａ〜６４ｃのうちで排気孔６６から最も遠い場所に配置されている。また、中央の吸気孔６４ｃの周りには、図２に示すように気筒軸線方向において下方から天井面６２ａを見たときに直交方向Ｄにおいて燃焼室中心に面する側で中央の吸気孔６４ｃの周囲を取り囲む凸部として、第１マスク部８４が天井面６２ａに形成されている。
【０１０８】
［実施の形態４の制御］
（実施の形態４の制御の概要）
図２０は、実施の形態４で用いられる各駆動モードの使用領域を表した図である。図２０に示すように、掃気促進制御が実行される掃気領域は、過給により吸気圧が排気圧よりも高くなる高負荷側の運転領域である。本実施形態では、高回転領域とともに掃気領域において３弁駆動モードが選択される。したがって、掃気領域では、図１９に示すバルブリフトカーブが使用される。
【０１０９】
図２０中に示す閾値ＫＬｔｈ３は、閾値Ｎｅｔｈ以下の低中回転領域において、高負荷側の掃気領域と低負荷側のＥＧＲ領域との間に位置するエンジン負荷の値として決定されたものである。また、本実施形態では、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈ以下、かつ、エンジン負荷が閾値ＫＬｔｈ３以下の運転領域（ＥＧＲ領域を含む運転領域）では、２弁駆動モードが選択される。
【０１１０】
（実施の形態４における具体的な処理）
図２１は、実施の形態４においてＥＣＵ５０が実行する処理を示すフローチャートである。図２１に示すルーチン中のステップ１００〜１０８の処理については、実施の形態１において既述した通りであり、その説明を省略または簡略する。
【０１１１】
本ルーチンでは、ＥＣＵ５０は、ステップ１０４においてエンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈ以下であると判定した場合には、現在のエンジン負荷が上述の閾値ＫＬｔｈ３以下であるか否かを判定する（ステップ３００）。その結果、ＥＣＵ５０は、エンジン負荷が閾値ＫＬｔｈ３以下である場合には、２弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置６０を制御する（ステップ１０８）。
【０１１２】
一方、ＥＣＵ５０は、ステップ１０４においてエンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈよりも高いと判定した場合、または、ステップ３００の判定が不成立となるためにエンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈ以下かつエンジン負荷が閾値ＫＬｔｈ３よりも高い場合には、３弁駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置６０を制御する（ステップ１０６）。
【０１１３】
図２０に示すように設定された閾値ＮｅｔｈおよびＫＬｔｈ３が用いられる図２１に示すルーチンの処理によれば、掃気領域では３弁駆動モードが選択されることになる。本実施形態では、第１カム８８ａ〜８８ｃのカムプロフィールが図１９に対応するものである。したがって、掃気促進制御の実行中には、第２吸気バルブ７０と排気バルブ７２との間でバルブオーバーラップ期間が設けられ、第１吸気バルブ６８は排気バルブ７２が閉じた後に開かれる。
【０１１４】
図２２（Ａ）および図２２（Ｂ）は、実施の形態４の制御による新気の吹き抜け抑制および効率的な掃気の実現について説明するための図である。より具体的には、図２２（Ａ）は、天井面６２ａを気筒の軸線方向において下方から見た図であり、図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）中に示す矢印Ｈの方向から、吸気側は第２吸気バルブ７０の位置で、排気側は一方の排気バルブ７２の位置で燃焼室周りの構成を見た図である。
【０１１５】
図１９に示すバルブリフトカーブによれば、バルブオーバーラップ期間中（すなわち、掃気中）には、開き始めであるために小リフト状態にある第２吸気バルブ７０に対応する吸気孔６４ｃから吸気が気筒６２内に流入する。この際、吸気孔６４ｃの周囲における燃焼室中心側の部位には第１マスク部８４が設けられているので、吸気は、図２２（Ａ）および図２２（Ｂ）中に記号「Ｇ２」および「Ｇ３」を付して示すように燃焼室外周側から気筒６２内に流入する。また、第２吸気バルブ７０が配置される吸気孔６４ｃは、３つの吸気孔６４ａ〜６４ｃのうちで排気孔６６から最も遠い場所に配置されている。さらに、掃気中に新気の吹き抜けを生じさせ易くする要因となる正タンブル流を生成するための第１枝通路７４を開閉する第１吸気バルブ６８が、掃気中には閉じられている。これらのことから、本実施形態の構成および制御によれば、以下に説明するように、新気の吹き抜け抑制と効率的な掃気とを実現することができる。
【０１１６】
すなわち、バルブオーバーラップ期間中に吸気孔６４ｃから気筒６２内に流入した吸気からは、図１８中に「Ｆ１」を付して示すような最短経路の流れが生じにくくなる。このため、新気の吹き抜けを効果的に抑制することができる。また、バルブオーバーラップ期間中に気筒６２内に流入した吸気は、吸気の流れＧ２およびＧ３に示すように、図１８中に記号「Ｇ」を付して示すように本来は既燃ガスが残留し易い部位を通って流れ易くなる。このため、気筒６２内からの既燃ガスの排出（すなわち、掃気）を効率良く行えるようになる。さらに付け加えると、両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂと排気孔６６との間に新気の吹き抜け抑制を目的としてマスク部を設ける必要がないため、第１枝通路７４から気筒６２内に流入する気流による正タンブル流の生成を阻害することなく、新気の吹き抜けを抑制できる。
【０１１７】
なお、上述した実施の形態１〜４においては、３弁駆動モードが本発明における「第１駆動モード」に相当し、２弁駆動モードが本発明における「第２駆動モード」に相当し、かつ、１弁駆動モードが本発明における「第３駆動モード」に相当する。
【０１１８】
ところで、上述した実施の形態４においては、第２吸気バルブ７０の開き時期を第１吸気バルブ６８の開き時期よりも進角させることによって第２吸気バルブ７０の開弁期間のみが排気バルブ７２の開弁期間と重なるようになっている。しかしながら、第２吸気バルブ７０のみをバルブオーバーラップ期間の対象とする手法は、上記の例に限られず、例えば、以下の図２３に示すものであってもよい。
【０１１９】
図２３は、第２吸気バルブ７０の開弁期間のみを排気バルブ７２の開弁期間と重ならせる他の手法を説明するための図である。図２３に示す例では、第２吸気バルブ７０は、排気上死点付近で排気弁７０の開弁期間と重なる短い期間でのみ開くように設定されている。また、第２吸気バルブ７０のリフト量は、短い開弁期間（すなわち、小作用角）に合致した小リフト量とされている。この例では、第２吸気バルブ７０が閉じた後は２つの第１吸気バルブ６８ａおよび６８ｂのみが開くことになる。このため、筒内気流の特性として、図５（Ｂ）に示す２弁駆動モード時の特性と近い特性が得られる。したがって、図２３に示すバルブリフトカーブが、掃気領域に含まれる低回転高負荷領域で用いられると、効率的な掃気によるノック軽減効果に加え、正タンブル流の強化によるノック軽減効果が得られる。
【０１２０】
また、図２３に示すバルブリフトカーブを掃気領域にて用いる構成において、掃気領域以外の３弁駆動モードの使用領域（例えば、図６に示す高回転領域）では図２３に示すバルブリフトカーブではなく図５（Ｃ）に示すバルブリフトカーブを用いるようにするためには、吸気可変動弁装置を次のように構成すればよい。すなわち、例えば、吸気可変動弁装置６０をベースとする場合であれば、中央側の第２吸気バルブ７０を駆動するためのカムとロッカーアームとを１セット増やせばよい。具体的には、第１カム８８ｃのプロフィールを図２３に示す小作用角かつ小リフト量のバルブリフトカーブが得られるものとし、第２カム９０ｃのプロフィールをゼロリフトカムのものとし、かつ、追加する第３のカムのプロフィールを第１吸気バルブ６８の第１カム８８ａおよび８８ｂと同じものとすればよい。そして、第３のカムに対応する第３のロッカーアームと第２ロッカーアーム９４との連結／解除を切り替えるための連結ピン９６を１つ追加すればよい。そのうえで、内燃機関１０の運転中に掃気領域と掃気領域以外の３弁駆動モードの使用領域（例えば、高回転領域）とを判別し、判別結果に応じて、第１カム８８ｃもしくは第３のカムを利用して第２吸気バルブ７０を駆動すればよい。このことは、図２３ではなく図１９に示すバルブリフトカーブを用いる実施の形態４についても同様である。
【０１２１】
また、上述した実施の形態４においては、中央の吸気孔６４ｃの周りと両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂの周りに第２マスク部７８および第１マスク部８４をそれぞれ備えている。しかしながら、第２マスク部８４の存在は図２２（Ａ）中に記号「Ｇ２」を付して示す気流の妨げになり易い。このため、図１４（Ａ）に示す構成のように第２マスク部８４を備えられていない方が、掃気促進制御の実行中に上述の新気の吹き抜け抑制と効率的な掃気とをより効果的に実現し易くなる。
【０１２２】
［実施の形態１〜４に対する変形例］
本発明において３つの吸気孔が弧状に並んで形成される場合、３つの吸気孔は、円と異なる曲率で弧状に並んで燃焼室天井面に形成されていてもよい。
【０１２３】
また、本発明で用いられる燃料噴射弁は、燃料噴射弁５６のように気筒内に燃料を直接噴射する方式のものに限られず、吸気通路（より具体的には、枝通路）に燃料を噴射する方式（いわゆる、ポート噴射方式）のものであってよい。さらに付け加えると、ポート噴射方式の燃料噴射弁が用いられた場合であっても、例えば、中央の吸気孔に接続される第２枝通路内に燃料噴射弁を配置することで、点火時の点火プラグ周りに成層混合気を生成する手法がある。したがって、ポート噴射方式の燃料噴射弁を備える内燃機関において、例えば、実施の形態１の図７に示すルーチンの処理が実行されてもよい。
【０１２４】
また、以上説明した各実施の形態に記載の例および他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。
【符号の説明】
【０１２５】
１０、１００  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１８  エアフローセンサ
２０  ターボ過給機
２４  スロットルバルブ
２６  吸気圧センサ
３４  ＥＧＲ装置
５０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５２  クランク角センサ
５４  アクセルポジションセンサ
５６  燃料噴射弁
５８  点火プラグ
６０、１０２  吸気可変動弁装置
６２  気筒
６２ａ、１１６ａ、１１８ａ、１２０ａ、１２２ａ  燃焼室天井面
６４（６４ａ〜６４ｃ）  吸気孔
６６  排気孔
６８（６８ａ〜６８ｃ）  第１吸気バルブ
７０  第２吸気バルブ
７２  排気バルブ
７４（７４ａ、７４ｂ）  吸気通路の第１枝通路
７６  吸気通路の第２枝通路
７８（７８ａ、７８ｂ）  第２マスク部
８０  クランクシャフト
８２  燃焼室外周
８４  第１マスク部
８６  カムシャフト
８８（８８ａ〜８８ｃ）  第１カム
９０（９０ａ〜９０ｃ）  第２カム
９２  第１ロッカーアーム
９４  第２ロッカーアーム
９６  連結ピン
【図１】
2018003779.tif 000003
【図２】
2018003779.tif 000004
【図３】
2018003779.tif 000005
【図４】
2018003779.tif 000006
【図５】
2018003779.tif 000007
【図６】
2018003779.tif 000008
【図７】
2018003779.tif 000009
【図８】
2018003779.tif 000010
【図９】
2018003779.tif 000011
【図１０】
2018003779.tif 000012
【図１１】
2018003779.tif 000013
【図１２】
2018003779.tif 000014
【図１３】
2018003779.tif 000015
【図１４】
2018003779.tif 000016
【図１５】
2018003779.tif 000017
【図１６】
2018003779.tif 000018
【図１７】
2018003779.tif 000019
【図１８】
2018003779.tif 000020
【図１９】
2018003779.tif 000021
【図２０】
2018003779.tif 000022
【図２１】
2018003779.tif 000023
【図２２】
2018003779.tif 000024
【図２３】
2018003779.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月12日(2017.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
気筒の燃焼室天井面に配置された点火プラグと、
前記気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、
弧状もしくは直線状に並んで前記燃焼室天井面に形成され、中央の吸気孔の面積が両側の吸気孔の面積の和よりも小さい３つの吸気孔と、
前記燃焼室天井面に形成された少なくとも１つの排気孔と、
前記両側の吸気孔を開閉する第１吸気バルブと、
前記中央の吸気孔を開閉する第２吸気バルブと、
前記少なくとも１つの排気孔を開閉する少なくとも１つの排気バルブと、
前記第１吸気バルブの開閉と前記第２吸気バルブの開閉とを個別に制御可能な吸気可変動弁装置と、
前記両側の吸気孔に接続され、かつ、前記気筒内において吸気側で上昇し排気側で下降する正タンブル流を生成させるように構成された第１枝通路と、前記中央の吸気孔に接続され、かつ、前記中央の吸気孔における燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも前記燃焼室中心と反対側の部位を通過する吸気の流量の方が多くなるように構成された第２枝通路とを含む吸気通路と、
を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
前記正タンブル流の強さよりも前記第１枝通路および前記第２枝通路の流量係数の高さが優先される場合には、前記第１吸気バルブと前記第２吸気バルブとがともに開閉される第１駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、
前記正タンブル流の強さを高める場合には、前記第１吸気バルブが開閉されつつ前記第２吸気バルブの開閉が停止され、または、前記第１吸気バルブが開閉されつつ前記第２吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方が前記第１駆動モードの実行時の前記第２吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方よりも小さくされる第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、
前記正タンブル流の生成を抑制させる場合には、前記第２吸気バルブが開閉されつつ前記第１吸気バルブの開閉が停止され、または、前記第２吸気バルブが開閉されつつ前記第１吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方が前記第１駆動モードの実行時の前記第１吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方よりも小さくされる第３駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記中央の吸気孔は、前記３つの吸気孔のうちで前記少なくとも１つの排気孔から最も遠い場所に配置されており、
前記中央の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室中心に面する側で前記中央の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第１マスク部が設けられており、
吸気圧が排気圧よりも高くなる掃気領域において前記第１駆動モードが選択される場合に、前記第２吸気バルブの開弁期間のみが前記少なくとも１つの排気弁の開弁期間と重なるバルブオーバーラップ期間が設けられることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、気筒の燃焼室天井面に配置された点火プラグと、前記気筒に燃料を供給する燃料噴射弁と、弧状もしくは直線状に並んで前記燃焼室天井面に形成され、中央の吸気孔の面積が両側の吸気孔の面積の和よりも小さい３つの吸気孔と、前記燃焼室天井面に形成された少なくとも１つの排気孔と、前記両側の吸気孔を開閉する第１吸気バルブと、前記中央の吸気孔を開閉する第２吸気バルブと、前記少なくとも１つの排気孔を開閉する少なくとも１つの排気バルブと、前記第１吸気バルブの開閉と前記第２吸気バルブの開閉とを個別に制御可能な吸気可変動弁装置と、前記両側の吸気孔に接続され、かつ、前記気筒内において吸気側で上昇し排気側で下降する正タンブル流を生成させるように構成された第１枝通路と、前記中央の吸気孔に接続され、かつ、前記中央の吸気孔における燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも前記燃焼室中心と反対側の部位を通過する吸気の流量の方が多くなるように構成された第２枝通路とを含む吸気通路と、を備える内燃機関を制御する。前記制御装置は、前記正タンブル流の強さよりも前記第１枝通路および前記第２枝通路の流量係数の高さが優先される場合には、前記第１吸気バルブと前記第２吸気バルブとがともに開閉される第１駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、前記正タンブル流の強さを高める場合には、前記第１吸気バルブが開閉されつつ前記第２吸気バルブの開閉が停止され、または、前記第１吸気バルブが開閉されつつ前記第２吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方が前記第１駆動モードの実行時の前記第２吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方よりも小さくされる第２駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御し、前記正タンブル流の生成を抑制させる場合には、前記第２吸気バルブが開閉されつつ前記第１吸気バルブの開閉が停止され、または、前記第２吸気バルブが開閉されつつ前記第１吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方が前記第１駆動モードの実行時の前記第１吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方よりも小さくされる第３駆動モードが選択されるように前記吸気可変動弁装置を制御するように構成されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
前記中央の吸気孔は、前記３つの吸気孔のうちで前記少なくとも１つの排気孔から最も遠い場所に配置されていてもよい。前記中央の吸気孔の周りには、気筒軸線方向において下方から前記燃焼室天井面を見たときに、クランクシャフトの軸線と直交する方向において燃焼室中心に面する側で前記中央の吸気孔の周囲を取り囲む凸部である第１マスク部が設けられていてもよい。そして、吸気圧が排気圧よりも高くなる掃気領域において前記第１駆動モードが選択される場合に、前記第２吸気バルブの開弁期間のみが前記少なくとも１つの排気弁の開弁期間と重なるバルブオーバーラップ期間が設けられてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明によれば、正タンブル流の強さよりも第１枝通路および第２枝通路の流量係数の高さが優先される場合には、第１駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置が制御される。第１駆動モードによれば、他の第２および第３駆動モードの実行時と比べて吸気抵抗の増大を回避できるので、高流量特性が得られる。また、本発明によれば、正タンブル流の強さを高める場合には、第２駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置が制御される。第２駆動モードによれば、正タンブル流を弱めるように作用する気流を生成させる第２枝通路に対応する第２吸気バルブの開閉が停止もしくは制限される。また、第１駆動モードによれば、燃焼室外周側の部位で吸気の流量が多くなる中央の吸気孔からの気流によって、両側の吸気孔によって生成される正タンブル流が弱められる。これらのことから、第２駆動モードによれば、３つの駆動モードのうちで最も正タンブル流を強くすることができる、すなわち、高タンブル特性を実現できる。さらに、本発明によれば、正タンブル流の生成を抑制させる場合には、第３駆動モードが選択されるように吸気可変動弁装置が制御される。第３駆動モードによれば、正タンブル流を生成させる第１枝通路に対応する第１吸気バルブの開閉が停止もしくは制限される。このため、第３駆動モードによれば、正タンブル流の生成を抑制することができる。したがって、本発明によれば、タンブルコントロールバルブに頼ることなく、内燃機関の運転条件に応じて異なる強さでタンブル流を制御する要求を満たすことができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
［実施の形態１の制御］
（吸気可変動弁装置を利用して実現される筒内気流特性）
上述のように、第１枝通路７４によれば、正タンブル流を生成することができ、第２枝通路７６によれば、中央の吸気孔６４ｃにおける燃焼室中心側の部位を通過する吸気の流量よりも燃焼室中心と反対側の部位を通過する吸気の流量を多くすることができる。このように構成された第１枝通路７４および第２枝通路７６と、上述の構成の吸気可変動弁装置６０とを組み合わせることで、以下に説明する３つの態様で気筒６２内の気流を制御できるようになる。なお、以下の３つの態様で筒内気流を制御するための前提として、中央の吸気孔６４ｃの面積は、両側の２つの吸気孔６４ａおよび６４ｂの面積の和よりも小さくされている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、図２に示すように、本実施形態では、中央の吸気孔６４ｃ（およびこれを開閉する第２吸気バルブ７０）の径は、両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂ（ならびにこれらを開閉する第１吸気バルブ６８ａおよび６８ｂ）の径よりも小さく構成されている。しかしながら、中央の吸気孔６４ｃの径は、上述の前提（すなわち、中央の吸気孔６４ｃの面積は、両側の２つの吸気孔６４ａおよび６４ｂの面積の和よりも小さいこと）を満たしていればよく、例えば、両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂの径と同じであってもよい。中央の吸気孔６４ｃの径と両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂの径の選定は、狙いとする筒内気流特性および流量特性を設定する際の調整要素の１つである。また、第１マスク部８４および第２マスク部７８の高さも、同様に調整要素の１つである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
さらに、上記ルーチンの処理によれば、スプレーガイド方式での成層燃焼運転が行われる始動時には、１弁駆動モードが選択される。これにより、燃料噴霧が拡散され過ぎることの抑制のために正タンブル流の生成を抑制させる要求のある始動時に適した筒内ガスの低流量特性を実現することができる。このため、成層燃焼運転を良好に実施できるようになる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
一方、図１４（Ｂ）に示す例では、燃焼室天井面１１８ａにおける両側の吸気孔６４ａおよび６４ｂの周りには、第２マスク部７８（７８ａおよび７８ｂ）が設けられているが、中央の吸気孔６４ｃの周りには、第１マスク部８４は設けられていない。第２枝通路７６（図１４（Ｂ）では図示省略）の形状の工夫により、第１マスク部８４に頼らずに意図する筒内気流を生成できる場合には、図１４（Ｂ）に示す構成を採用してもよい。例えば、第２枝通路７６の形状の工夫により、図３に示す正タンブル流と逆向きのタンブル流（すなわち、吸気側で下降し排気側で上昇する逆タンブル流）を生成させることで、第１マスク部８４の設置を省略してもよい。また、図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）に示す例とは異なり、意図する筒内気流の生成の補助が第１枝通路７４および第２枝通路７６の双方において必要とされない場合には、第１マスク部８４および第２マスク部７８の双方の設置を省略してもよい。