(57)【要約】【課題】吸気抵抗を増大させることなく、省燃費で安定した燃焼を行うことができる内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】内燃機関２は、燃焼室１４内にスワール流を生起させる形状に形成され、燃焼室１４に新気を導入する中央吸気ポート７０と、燃焼室１４から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして中央吸気ポート７０に環流させるＥＧＲ通路７１と、ＥＧＲ通路７１を通過するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲガス量調整弁７４とを備えている。ＥＣＵ３は、機関負荷を算出する機関負荷算出部５１と、ＥＧＲガス量調整弁７４の開閉を制御するＥＧＲガス量調整弁制御部５２とを備え、機関負荷が中・低負荷領域にあるとき、ＥＧＲガス量調整弁制御部５２はＥＧＲガス量調整弁７４を開弁させるようにしている。【選択図】図１
2015135082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に新気を導入する第１吸気ポートおよび第２吸気ポートを備える内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関は、
前記燃焼室内にスワール流を生起させる形状に形成され、前記燃焼室に新気を導入する中央吸気ポートと、
前記燃焼室から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記中央吸気ポートに環流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲガス量調整弁とを備え、
前記制御装置は、
機関負荷を算出する機関負荷算出部と、
前記ＥＧＲガス量調整弁の開閉を制御するＥＧＲガス量調整弁制御部とを備え、
前記機関負荷が中・低負荷領域にあるとき、前記ＥＧＲガス量調整弁制御部は前記ＥＧＲガス量調整弁を開弁させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、
前記中央吸気ポートによって前記燃焼室に導入される新気の量を調整する新気量調整弁を更に備え、
前記制御装置は、
点火時期を制御する点火時期制御部と、
前記新気量調整弁の開閉を制御する新気量調整弁制御部とを更に備え、
前記内燃機関が冷機状態のとき、前記点火時期制御部は前記点火時期を遅角させ、かつ、前記新気量調整弁制御部は前記新気量調整弁を開弁させ、かつ、前記ＥＧＲガス量調整弁制御部は前記ＥＧＲガス量調整弁を閉弁させ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、
前記中央吸気ポートを介して前記燃焼室に燃料を噴射する中央ポートインジェクタを更に備え、
前記制御装置は、
機関回転数を算出する機関回転数算出部と、
前記中央ポートインジェクタの燃料噴射を制御する中央ポート燃料噴射制御部とを更に備え、
前記機関回転数が高回転領域にあるとき、前記新気量調整弁制御部は前記新気量調整弁を開弁させ、かつ、前記中央ポート燃料噴射制御部は前記中央ポートインジェクタに燃料を噴射させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記中央吸気ポートは前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートの下方に配置され、
前記中央吸気ポートの吸気口は前記第１吸気ポートの吸気口と前記第２吸気ポートの吸気口の間に配置され、
前記中央吸気ポートの吸気口における中心線が、前記燃焼室の上面視で、前記燃焼室の中心よりも前記第１吸気ポート側に傾斜していることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記中央吸気ポートは前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートの間の下方に配置され、かつ、前記中央吸気ポートは前記第２吸気ポートの吸気口側から前記第１吸気ポートの吸気口側に向きを転じる屈曲部を有することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記中央吸気ポートは、スロットル弁により調整されない新気を前記燃焼室に導入することを特徴とする請求項２〜請求項５の何れか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】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、排気ガス再循環装置を搭載する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載される内燃機関には、排気ガスをＥＧＲガスとして吸気側に戻すようにした排気ガス再循環装置を備えるものがあり、この排気ガス再循環装置は、中低負荷領域でＥＧＲガスを導入することで、ポンピングロス低減等により燃費を向上するようにしている。
【０００３】
ここで、排気ガス再循環装置を搭載する内燃機関では、ＥＧＲガスの導入量を増やすに従って燃焼速度が低下するため失火等が増加してしまう。これに対し、燃焼室内にタンブル流を発生させて成層燃焼を行うことで、失火等を防止しつつＥＧＲガスの導入量を増やすようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載のものは、吸気ポート内の吸気流路を仕切板により３つの領域に区分し、その１区画にＥＧＲガスを導入するとともに他の１区画から新気を導入し、残りの１区画を吸気制御弁で閉塞することで、同一方向かつ同一中心軸で回転するタンブル流を燃焼室内に発生させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５７３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の内燃機関は、吸気制御弁の閉弁時に、吸気ポートの吸気通過面積が減少することで、吸気抵抗が増大してしまうという問題があった。また、吸気制御弁が開弁しているときでも、吸気ポート内に設けられた仕切板により吸気抵抗が増大してしまっていた。吸気抵抗が増加すると出力やトルクが低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、吸気抵抗を増大させることなく、省燃費で安定した燃焼を行うことの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】
【０００８】
上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明の第１の態様は、燃焼室に新気を導入する第１吸気ポートおよび第２吸気ポートを備える内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関は、前記燃焼室内にスワール流を生起させる形状に形成され、前記燃焼室に新気を導入する中央吸気ポートと、前記燃焼室から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記中央吸気ポートに環流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲガス量調整弁とを備え、前記制御装置は、機関負荷を算出する機関負荷算出部と、前記ＥＧＲガス量調整弁の開閉を制御するＥＧＲガス量調整弁制御部とを備え、前記機関負荷が中・低負荷領域にあるとき、前記ＥＧＲガス量調整弁制御部は前記ＥＧＲガス量調整弁を開弁させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様としては、前記内燃機関は、前記中央吸気ポートによって前記燃焼室に導入される新気の量を調整する新気量調整弁を更に備え、前記制御装置は、点火時期を制御する点火時期制御部と、前記新気量調整弁の開閉を制御する新気量調整弁制御部とを更に備え、前記内燃機関が冷機状態のとき、前記点火時期制御部は前記点火時期を遅角させ、かつ、前記新気量調整弁制御部は前記新気量調整弁を開弁させ、かつ、前記ＥＧＲガス量調整弁制御部は前記ＥＧＲガス量調整弁を閉弁させることが好ましい。
【００１０】
本発明の第３の態様としては、前記内燃機関は、前記中央吸気ポートを介して前記燃焼室に燃料を噴射する中央ポートインジェクタを更に備え、前記制御装置は、機関回転数を算出する機関回転数算出部と、前記中央ポートインジェクタの燃料噴射を制御する中央ポート燃料噴射制御部とを更に備え、前記機関回転数が高回転領域にあるとき、前記新気量調整弁制御部は前記新気量調整弁を開弁させ、かつ、前記中央ポート燃料噴射制御部は前記中央ポートインジェクタに燃料を噴射させることが好ましい。
【００１１】
本発明の第４の態様としては、前記中央吸気ポートは前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートの下方に配置され、前記中央吸気ポートの吸気口は前記第１吸気ポートの吸気口と前記第２吸気ポートの吸気口の間に配置され、前記中央吸気ポートの吸気口における中心線が、前記燃焼室の上面視で、前記燃焼室の中心よりも前記第１吸気ポート側に傾斜していることが好ましい。
【００１２】
本発明の第５の態様としては、前記中央吸気ポートは前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートの間の下方に配置され、かつ、前記中央吸気ポートは前記第２吸気ポートの吸気口側から前記第１吸気ポートの吸気口側に向きを転じる屈曲部を有することが好ましい。
【００１３】
本発明の第６の態様としては、前記中央吸気ポートは、スロットル弁により調整されない新気を前記燃焼室に導入することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、燃焼室内にスワール流を生起させる形状に形成された中央吸気ポートを第１吸気ポートと第２吸気ポートの間に設け、この中央吸気ポートからＥＧＲガスを導入することで、スワール流となったＥＧＲガスを燃焼室内の外周部に分布させることができるので、ＥＧＲガスが殆ど含まれない混合気を燃焼室の中央部に分布させることができる。したがって、燃焼室外周のＥＧＲガスが多く含まれた領域と燃焼室中央部の燃料混合気が多く含まれた領域に分かれた成層燃焼を行うことができるので、ＥＧＲガスの導入量が多い状態でも失火が発生し難く、かつ、燃焼速度が遅いため、安定した燃焼を行うことができる。また、第１吸気ポートおよび第２吸気ポートとは別に中央吸気ポートを設けているので、吸気抵抗を増加させることなく燃焼室内にスワール流を生起させることができる。また、機関負荷が中・低負荷領域であるときＥＧＲガスを導入しているため、燃費を向上することができる。この結果、吸気抵抗を増大させることなく、省燃費で安定した燃焼を行うことができる。さらに、ＥＧＲガスが燃焼室外周部に分布するため、ノッキングが発生し難くなる。そのため、点火時期を最適に近づけることができ、省燃費な燃焼を行うことができる。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、冷機状態では、ＥＧＲガス量調整弁を閉弁させてＥＧＲガスを燃焼室に導入しないようにすることで、比熱の大きな二酸化炭素を多く含むＥＧＲガスによって排気ガス温度が低下することを抑制することができる。また、中央吸気ポートから導入されてスワール流となった新気が燃焼室内の外周部に分布するとともに、第１吸気ポートおよび第２吸気ポートからの理論空燃比より濃い混合気が燃焼室の中央部に分布することで、空気層と燃料混合気層とに分かれた成層燃焼を行うことができる。また、点火時期制御部により、点火タイミングを遅くすることで、三元触媒を通過するときの排気ガスの温度を高温にすることができるが、この成層燃焼により、失火が発生し難いため、点火遅角量を多くすることができる。これにより、冷機状態では、三元触媒を早期に活性化しつつ、失火が発生し難い安定した燃焼を行うことができる。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、機関回転数が高回転領域にあるときは、新気量調整弁を開弁して中央吸気ポートからも新気を燃焼室に導入するともに、中央ポートインジェクタに燃料を噴射させることで、可能な限り多くの混合気を燃焼させることができるため、大きな出力およびトルクを発生させることができる。
【００１７】
本発明の第４の態様によれば、中央吸気ポートを第１吸気ポートと第２吸気ポートの下方に配置しているため、中央吸気ポートを設けたためにシリンダヘッドが横方向に大型化してしまうことを抑制することができる。また、中央吸気ポートの吸気口の中心線を第１吸気ポート側に傾斜させることにより、中央吸気ポートから第１吸気口に向かって新気またはＥＧＲガスが燃焼室に導入されるので、燃焼室内にスワール流を生起させることができる。
【００１８】
本発明の第５の態様によれば、中央吸気ポートを第１吸気ポートと第２吸気ポートの間の下方に配置し、かつ、中央吸気ポートが屈曲部において第２吸気ポートの吸気口側から前記第１吸気ポートの吸気口側に向きを転じるようにしているので、中央吸気ポートを設けたためにシリンダヘッドが横方向に大型化してしまうことを一層抑制することができる。
【００１９】
本発明の第６の態様によれば、中央吸気ポートからはスロットル弁により調整されない新気が導入されるので、新気量調整弁が開弁しているときは、空気量を多く入れることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の上面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の吸気ポートおよび排気ポートの形状を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の成層状態を示す上面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の制御マップを示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の通常マップを示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作を示すフロー図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の通常マップ制御を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を図面に基づいて説明する。まず、構成を説明する。図１に示すように、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関２と、この内燃機関２を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）３を含んで構成されている。
【００２２】
内燃機関２は、複数の気筒１１を備える多気筒エンジンとして構成されており、シリンダヘッド２２と、このシリンダヘッド２２の下部に設けられる不図示のシリンダブロックを備えている。シリンダヘッド２２の下面には、気筒１１毎にシリンダブロックとの間に燃焼室１４が形成されている。この内燃機関２は、各気筒１１が吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を繰り返す４サイクルエンジンとして構成されている。
【００２３】
シリンダヘッド２２の内部には、第１吸気ポート３０ａ、第２吸気ポート３０ｂおよび中央吸気ポート７０が気筒１１毎に形成されており、この第１吸気ポート３０ａ、第２吸気ポート３０ｂおよび中央吸気ポート７０を介して燃焼室１４に吸気を行うようになっている。
【００２４】
また、シリンダヘッド２２には気筒１１毎に、第１排気ポート４０ａおよび第２排気ポート４０ｂが形成されており、この第１排気ポート４０ａおよび第２排気ポート４０ｂを介して燃焼室１４から排気を行うようになっている。
【００２５】
シリンダヘッド２２の一方側の側面には、多岐状の吸気マニホールド３１が接続され、シリンダヘッド２２の他方側の側面には、多岐状の排気マニホールド４１が接続されている。
【００２６】
吸気マニホールド３１は、第１吸気ポート３０ａおよび第２吸気ポート３０ｂに連通し、排気マニホールド４１は、第１排気ポート４０ａおよび第２排気ポート４０ｂに連通している。
【００２７】
吸気マニホールド３１の上流側には吸気管２４が接続されており、この吸気管２４は、不図示のエアクリーナーで濾過された新気を導入するようになっている。吸気管２４の内部にはスロットル弁６１が設けられており、このスロットル弁６１は、吸気管２４を通過する新気の流量を調整するようになっている。スロットル弁６１は、ＥＣＵ３によって開閉が制御されるようになっている。
【００２８】
排気マニホールド４１の下流側には排気管２６が接続されており、この排気管２６は、第１吸気ポート３０ａ、第２吸気ポート３０ｂおよび排気マニホールド４１を介して燃焼室１４から導入された排気を外部に排出するようになっている。排気管２６には不図示の三元触媒が装着されている。
【００２９】
第１吸気ポート３０ａおよび第２吸気ポート３０ｂは、その下流側端部において燃焼室１４に第１吸気口３２ａ、第２吸気口３２ｂをそれぞれ形成している。また、第１吸気ポート３０ａおよび第２吸気ポート３０ｂは、その上流側端部で集合するとともにシリンダヘッド２２の側面に開口している。
【００３０】
第１吸気ポート３０ａおよび第２吸気ポート３０ｂに導入された新気は、シリンダヘッド２２内で第１吸気ポート３０ａ側と第２吸気ポート３０ｂ側に分流されて燃焼室１４に導入されるようになっている。第１吸気口３２ａ、第２吸気口３２ｂには不図示の吸気弁がそれぞれ設けられており、この吸気弁により第１吸気口３２ａ、第２吸気口３２ｂが開閉されるようになっている。
【００３１】
第１排気ポート４０ａおよび第２排気ポート４０ｂは、その上流側端部において燃焼室１４に第１排気口４２ａ、第２排気口４２ｂをそれぞれ形成している。第１排気ポート４０ａおよび第２排気ポート４０ｂは、その下流側端部で集合するとともにシリンダヘッド２２の側面に開口している。
【００３２】
第１排気ポート４０ａおよび第２排気ポート４０ｂから排出された排気は、シリンダヘッド２２内で合流して排気マニホールド４１に導入されるとともに、排気マニホールド４１において他の気筒１１からの排気と合流し、排気管２６を介して排出されるようになっている。
【００３３】
第１排気口４２ａ、第２排気口４２ｂには不図示の排気弁がそれぞれ設けられており、この排気弁により第１排気口４２ａ、第２排気口４２ｂが開閉されるようになっている。
【００３４】
シリンダヘッド２２の一方側の側面近傍にはインジェクタ６０が設けられており、このインジェクタ６０は、第１吸気ポート３０ａと第２吸気ポート３０ｂの集合部の上流側から、第１吸気ポート３０ａおよび第２吸気ポート３０ｂを介して燃焼室１４に燃料を噴射するようになっている。インジェクタ６０は、ＥＣＵ３からの制御信号によって開閉が制御されるようになっている。
【００３５】
シリンダヘッド２２には、燃焼室１４の中心位置にスパークプラグ６２が設けられており、このスパークプラグ６２は、火花により燃焼室１４内の混合気を点火するようになっている。スパークプラグ６２は、ＥＣＵ３によって点火時期が制御されるようになっている。
【００３６】
中央吸気ポート７０は、図２に示すように、第１吸気ポート３０ａと第２吸気ポート３０ｂの間の下方に配置されている。中央吸気ポート７０は、その上流側端部においてシリンダヘッド２２の側面に開口し、その下流側端部において燃焼室１４に中央吸気口７２を形成している。
【００３７】
中央吸気口７２は、第１吸気口３２ａと第２吸気口３２ｂの間のシリンダ壁面寄りの位置に配置されている。中央吸気口７２には不図示の吸気弁が設けられており、この吸気弁により中央吸気口７２が開閉されるようになっている。
【００３８】
本実施形態では、中央吸気ポート７０は、燃焼室１４内にスワール流を生起させる形状に形成されている。具体的には、中央吸気ポート７０の中央吸気口７２における中心線は、燃焼室１４の上面視で、燃焼室１４の中心よりも第１吸気ポート３０ａ側に傾斜している。
【００３９】
また、中央吸気ポート７０は、第２吸気ポート３０ｂの第２吸気口３２ｂ側から第１吸気ポート３０ａの第２吸気口３２ｂ側に向きを転じる屈曲部７０ａを有している。したがって、中央吸気ポート７０は、シリンダヘッド２２内で第２吸気口３２ｂに向かって延在した後、燃焼室１４の手前で第１吸気口３２ａに向かって延在するように屈曲している。
【００４０】
シリンダヘッド２２の一方側の側面には、中央吸気管７６が接続されている。中央吸気管７６の上流側端部は、吸気管２４のスロットル弁６１より上流側に接続されている。すなわち、中央吸気ポート７０は、スロットル弁６１により調整されない新気を燃焼室１４に導入するようになっている。
【００４１】
中央吸気管７６の下流側端部は、シリンダヘッド２２の一方側の側面において中央吸気ポート７０の上流側端部に接続されている。中央吸気管７６の内部には、新気量調整弁７５が設けられており、この新気量調整弁７５は、中央吸気管７６を通過する新気の流量を調整するようになっている。新気量調整弁７５は、ＥＣＵ３によって開閉が制御されるようになっている。
【００４２】
また、中央吸気管７６の下流側端部近傍の内部には、中央ポートインジェクタ７３が設けられており、この中央ポートインジェクタ７３は、中央吸気ポート７０を介して燃焼室１４に燃料を噴射するようになっている。
【００４３】
中央ポートインジェクタ７３は、中央吸気ポート７０の延在方向下流側に燃料を噴射するように配置されている。中央ポートインジェクタ７３は、ＥＣＵ３によって開閉が制御されるようになっている。
【００４４】
中央吸気管７６における中央ポートインジェクタ７３の下流側近傍には、ＥＧＲ通路７１が接続されている。ＥＧＲ通路７１の上流側端部は、排気管２６に接続されている。ＥＧＲ通路７１は、排気管２６を通過する排気の一部を中央吸気管７６に環流するようになっている。
【００４５】
ＥＧＲ通路７１の内部には、ＥＧＲガス量調整弁７４が設けられており、このＥＧＲガス量調整弁７４は、ＥＧＲ通路７１を通過して中央吸気管７６に環流されるＥＧＲガス（環流排気ガス）の流量を調整するようになっている。ＥＧＲガス量調整弁７４は、ＥＣＵ３によって開閉が制御されるようになっている。
【００４６】
本実施形態では、ＥＧＲガス量調整弁７４の開弁時は、中央吸気管７６に環流されたＥＧＲガスが中央吸気ポート７０から燃焼室１４に導入される。これにより、図３に示すように、スワール流となったＥＧＲガスが燃焼室１４内の外周部に分布するとともに高濃度の混合気が燃焼室１４の中央部に分布した成層状態が形成される。
【００４７】
また、内燃機関２にはエアフローセンサ５８が設けられている。エアフローセンサ５８は、吸気管２４に設けられており、吸気管２４を通過する空気量を示す空気量信号をＥＣＵ３に出力するようになっている。
【００４８】
また、内燃機関２にはクランク角センサ５９が設けられている。クランク角センサ５９は、不図示のクランクシャフトの外周側に配置されており、クランクシャフトが所定クランク角分回転するごとにパルス状のクランク角信号をＥＣＵ３に出力するようになっている。
【００４９】
ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
【００５０】
ＥＣＵ３のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等と共に、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＥＣＵ３において、ＣＰＵがＲＯＭからＲＡＭにプログラムを読み込んで、読み込んだプログラムをＲＡＭの一部の格納領域を作業領域として実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。
【００５１】
ＥＣＵ３の入力ポートには、エアフローセンサ５８、クランク角センサ５９が接続されている。ＥＣＵ３は、入力ポートを介してエアフローセンサ５８からの吸気量信号と、クランク角センサ５９からのクランク角信号を取得するようになっている。
【００５２】
ＥＣＵ３の出力ポートには、インジェクタ６０、スロットル弁６１、スパークプラグ６２、中央ポートインジェクタ７３、ＥＧＲガス量調整弁７４、新気量調整弁７５が接続されている。
【００５３】
ＥＣＵ３は、エアフローセンサ５８から取得した吸気量信号から機関負荷を算出するようになっている。具体的には、ＥＣＵ３のＲＯＭには、吸気量と機関負荷との相関を定めた不図示の機関負荷算出用マップが記憶されており、ＥＣＵ３は、この機関負荷算出用マップを参照して、吸気量信号から機関負荷を算出している。
【００５４】
また、ＥＣＵ３は、クランク角センサ５９から出力されたクランク角信号に基づいて、内燃機関２の機関回転数を算出するようになっている。このようにＥＣＵ３は機関負荷算出部５１および機関回転数算出部５５を構成している。
【００５５】
また、ＥＣＵ３は、出力ポートを介して、スパークプラグ６２の点火時期と、インジェクタ６０および中央ポートインジェクタ７３からの燃料噴射と、スロットル弁６１、ＥＧＲガス量調整弁７４、新気量調整弁７５の開閉を制御するようになっている。
【００５６】
このように、ＥＣＵ３は、ＥＧＲガス量調整弁制御部５２、点火時期制御部５３、新気量調整弁制御部５４および中央ポート燃料噴射制御部５６を構成している。
【００５７】
本実施形態では、ＥＣＵ３のＲＯＭには、図４に示す制御マップが格納されている。図４に示すように、ＥＣＵ３は、内燃機関３の状態に応じて、中央ポートインジェクタ７３からの燃料噴射の有無と、ＥＧＲガス量調整弁７４、新気量調整弁７５の開閉を制御するようになっている。
【００５８】
すなわち、ＥＣＵ３は、内燃機関３が冷機時であるか否かに応じて制御を行うようになっている。また、ＥＣＵ３は、内燃機関３が冷機時ではない場合、内燃機関３が中・低負荷時、高負荷低回転時、高負荷高回転時の何れであるかに応じて制御を行うようになっている。ここで、本実施形態では、内燃機関３が冷機時のときに行う制御を冷機制御といい、冷機時でない場合に行う制御を通常マップ制御という。
【００５９】
具体的には、ＥＣＵ３は、内燃機関３の冷機時には、冷機制御として、新気量調整弁７５を開弁し、かつ、中央ポートインジェクタ７３からの燃料噴射を行わず、かつ、ＥＧＲガス量調整弁７４を閉弁するようになっている。更に、ＥＣＵ３は、内燃機関３の冷機時には、点火時期を遅角させるようになっている。
【００６０】
すなわち、冷機状態では、ＥＣＵ３は、燃焼室１４の外周部に空気層を分布させるとともに、燃焼室１４の中央部に理論空燃比より濃い混合気を分布させ、点火時期を遅角しても安定して燃焼できるようにする。また、ＥＧＲガスを燃焼室１４に導入しないようにすることで、比熱の大きな二酸化炭素を多く含むＥＧＲガスによって排気ガス温度が低下することを抑制している。
【００６１】
また、ＥＣＵ３は、点火タイミングを遅角させることで、三元触媒を通過するときの排気ガスの温度を高温にし、三元触媒を早期に適温に昇温させて活性化させるようになっている。
【００６２】
また、ＥＣＵ３は、内燃機関３の中・低負荷時には、通常マップ制御として、新気量調整弁７５を閉弁し、かつ、中央ポートインジェクタ７３からの燃料噴射を行わず、かつ、ＥＧＲガス量調整弁７４を開弁するようになっている。すなわち、機関負荷が中・低負荷領域にあるとき、ＥＣＵ３は、ＥＧＲガスを導入することで燃費を向上させるようになっている。
【００６３】
また、ＥＣＵ３は、内燃機関３の高負荷低回転時には、通常マップ制御として、新気量調整弁７５を閉弁し、かつ、中央ポートインジェクタ７３からの燃料噴射を行わず、かつ、ＥＧＲガス量調整弁７４を閉弁するようになっている。
【００６４】
すなわち、機関状態が高負荷低回転領域にあるとき、ＥＣＵ３は、新気量調整弁７５を閉弁することで第１吸気ポート３０ａ、第２吸気ポート３０ｂにおける慣性効果を向上させるようになっている。また、ＥＣＵ３は、ＥＧＲガス量調整弁７４を閉弁して第１吸気ポート３０ａ、第２吸気ポート３０ｂに新気を導入することで高トルクを発生させるようになっている。
【００６５】
また、ＥＣＵ３は、内燃機関３の高負荷高回転時には、通常マップ制御として、新気量調整弁７５を開弁し、かつ、中央ポートインジェクタ７３からの燃料噴射を行い、かつ、ＥＧＲガス量調整弁７４を閉弁するようになっている。
【００６６】
すなわち、機関状態が高負荷高回転領域にあるとき、ＥＣＵ３は、新気量調整弁７５を閉弁して新気の導入面積を大きくするとともに中央ポートインジェクタ７３からの燃料噴射を行うことで、高トルクを発生させるようになっている。
【００６７】
ＥＣＵ３のＲＯＭには、図５に示すように、通常マップ制御を実行する際に参照する通常マップが記憶されている。図５の通常マップでは、新気量調整弁７５の開閉、ＥＧＲガス量調整弁７４の開度、中央ポートインジェクタ７３からの燃料噴射の有無が、機関回転数および機関負荷に応じて設定されている。
【００６８】
以上のように構成された本発明の実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の動作について図６、図７のフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
図６に示すように、ＥＣＵ３は、内燃機関３が始動されると、始動後Ａ秒以内であるか否かを判別し（ステップＳ１）、始動後Ａ秒以内である場合は冷却水の水温がＢ℃未満であるか否かを判別する（ステップＳ２）。
【００７０】
ＥＣＵ３は、ステップＳ１で始動後Ａ秒を超えたと判別された場合（ステップＳＳ１でＮＯ）、通常マップ制御を実行する（ステップＳ３）。
【００７１】
ステップＳ１で始動後Ａ秒を超えたと判別（ステップＳＳ１でＹＥＳ）され、かつ、ステップＳ２で水温がＢ℃以上であると判別（ステップＳ２でＮＯ）された場合、ＥＣＵ３は、通常マップ制御を実行する（ステップＳ４）。
【００７２】
ステップＳ１で始動後Ａ秒を超えたと判別（ステップＳＳ１でＹＥＳ）され、かつ、ステップＳ２で水温がＢ℃未満であると判別（ステップＳ２でＹＥＳ）された場合、ＥＣＵ３は、冷機制御を実行し（ステップＳ５）、このフローを終了する。
【００７３】
次に、ステップＳ３、Ｓ４の通常マップ制御について説明する。図７に示すように、通常マップ制御では、ＥＣＵ３は、ステップＳ１１で変数ｉに１を代入し、ステップＳ１２でαｉ＜機関回転数＜αｉ＋１を満たすまで、ステップＳ１３でｉを１増加させることで、図５の制御マップで参照する機関回転数を決定する。
【００７４】
次いで、ＥＣＵ３は、ステップＳ１４でβｉ＜機関負荷＜βｉ＋１を満たすまで、ステップＳ１５でｉを１増加させることで、図５の制御マップで参照する機関負荷を決定する。
【００７５】
次いで、ＥＣＵ３は、図５の制御マップを参照し、ステップＳ１２で決定された機関回転数とステップＳ１４で決定された機関負荷に基づいて、新気量調整弁７５の開閉、ＥＧＲガス量調整弁７４の開度、中央ポートインジェクタ７３からの燃料噴射の有無を決定し、このフローを終了する。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態は、内燃機関２は、燃焼室１４内にスワール流を生起させる形状に形成され、燃焼室１４に新気を導入する中央吸気ポート７０と、燃焼室１４から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして中央吸気ポート７０に環流させるＥＧＲ通路７１と、ＥＧＲ通路７１を通過するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲガス量調整弁７４とを備えている。
【００７７】
このため、燃焼室１４内にスワール流を生起させる形状に形成された中央吸気ポート７０を設け、この中央吸気ポート７０からＥＧＲガスを導入することで、スワール流となったＥＧＲガスを燃焼室１４内の外周部に分布させることができるので、ＥＧＲガスが殆ど含まれない混合気を燃焼室１４の中央部に分布させることができる。
【００７８】
したがって、燃焼室１４外周のＥＧＲガスが多く含まれた領域と燃焼室１４中央部の燃料混合気が多く含まれた領域に分かれた成層燃焼を行うことができるので、ＥＧＲガスの導入量が多い状態でも失火が発生し難く、かつ、燃焼速度が遅いため、安定した燃焼を行うことができる。
【００７９】
また、第１吸気ポート３０ａおよび第２吸気ポート３０ｂとは別に中央吸気ポート７０を設けているので、吸気抵抗を増加させることなく燃焼室１４内にスワール流を生起させることができる。
【００８０】
また、ＥＣＵ３は、機関負荷を算出する機関負荷算出部５１と、ＥＧＲガス量調整弁７４の開閉を制御するＥＧＲガス量調整弁制御部５２とを備え、機関負荷が中・低負荷領域にあるとき、ＥＧＲガス量調整弁制御部５２はＥＧＲガス量調整弁７４を開弁させるようにしている。
【００８１】
このため、機関負荷が中・低負荷領域にあるときＥＧＲガスを導入しているため、燃費を向上することができる。この結果、吸気抵抗を増大させることなく、省燃費で安定した燃焼を行うことができる。さらに、ＥＧＲガスが燃焼室１４外周部に分布するため、ノッキングが発生し難くなる。そのため、点火時期を最適に近づけることができ、省燃費な燃焼を行うことができる。
【００８２】
また、本実施形態は、内燃機関２は、中央吸気ポート７０によって燃焼室１４に導入される新気の量を調整する新気量調整弁７５を更に備えている。ＥＣＵ３は、点火時期を制御する点火時期制御部５３と、新気量調整弁７５の開閉を制御する新気量調整弁制御部５４とを更に備えている。
【００８３】
内燃機関２が冷機状態のとき、ＥＣＵ３において、点火時期制御部５３は点火時期を遅角させ、かつ、新気量調整弁制御部５４は新気量調整弁７５を開弁させ、かつ、ＥＧＲガス量調整弁制御部５２はＥＧＲガス量調整弁７４を閉弁させるようにしている。
【００８４】
この構成により、冷機状態では、ＥＧＲガス量調整弁７４を閉弁させてＥＧＲガスを燃焼室１４に導入しないようにすることで、比熱の大きな二酸化炭素を多く含むＥＧＲガスによって排気ガス温度が低下することを抑制することができる。
【００８５】
また、点火時期制御部５３により点火タイミングを遅角させることで、三元触媒を通過するときの排気ガスの温度を高温にすることができる。このため、三元触媒を早期に適温に昇温させて活性化させることができる。
【００８６】
また、中央吸気ポート７０から導入されてスワール流となった新気が燃焼室１４内の外周部に分布するとともに、第１吸気ポート３０ａおよび第２吸気ポート３０ｂからの理論空燃比より濃度の高い混合気が燃焼室１４の中央部に分布することで、空気層と燃料混合気層とに分かれた成層燃焼を行うことができる。また、ＥＣＵ３により、点火タイミングを遅くすることで、三元触媒を通過するときの排気ガスの温度を高温にすることができるが、この成層燃焼により、失火が発生し難いため、点火遅角量を多くすることができる。これにより、冷機状態では、三元触媒を早期に活性化しつつ、失火が発生し難い安定した燃焼を行うことができる。
【００８７】
また、本実施形態は、内燃機関２は、中央吸気ポート７０を介して燃焼室１４に燃料を噴射する中央ポートインジェクタ７３を更に備えている。ＥＣＵ３は、機関回転数を算出する機関回転数算出部５５と、中央ポートインジェクタ７３の燃料噴射を制御する中央ポート燃料噴射制御部５６とを更に備えている。
【００８８】
機関回転数が高回転領域にあるとき、ＥＣＵ３において、新気量調整弁制御部５４は新気量調整弁７５を開弁させ、かつ、中央ポート燃料噴射制御部５６は中央ポートインジェクタ７３に燃料を噴射させるようにしている。
【００８９】
この構成により、機関回転数が高回転領域にあるときは、新気量調整弁７５を開弁して中央吸気ポート７０からも新気を燃焼室１４に導入するともに、中央ポートインジェクタ７３に燃料を噴射させることで、可能な限り多くの混合気を燃焼させることができるため、大きな出力およびトルクを発生させることができる。
【００９０】
また、本実施形態は、中央吸気ポート７０は第１吸気ポート３０ａと第２吸気ポート３０ｂの下方に配置されている。また、中央吸気ポート７０の中央吸気口７２は第１吸気ポート３０ａの第１吸気口３２ａと第２吸気ポート３０ｂの第２吸気口３２ｂの間に配置されている。また、中央吸気口７２における中心線が、燃焼室１４の上面視で、燃焼室１４の中心よりも第１吸気ポート３０ａ側に傾斜している。
【００９１】
この構成により、中央吸気ポート７０を第１吸気ポート３０ａと第２吸気ポート３０ｂの下方に配置しているため、中央吸気ポート７０を設けたためにシリンダヘッド２２が横方向に大型化してしまうことを抑制することができる。
【００９２】
また、中央吸気ポート７０の中央吸気口７２における中心線を第１吸気ポート３０ａ側に傾斜させることにより、中央吸気ポート７０から第１吸気口３２ａに向かって燃焼室１４に新気またはＥＧＲガスが導入されるので、燃焼室１４内にスワール流を生起させることができる。
【００９３】
また、本実施形態は、中央吸気ポート７０は第１吸気ポート３０ａと第２吸気ポート３０ｂの間の下方に配置され、かつ、中央吸気ポート７０は第２吸気ポート３０ｂの第２吸気口３２ｂ側から第１吸気ポート３０ａの第２吸気口３２ｂ側に向きを転じる屈曲部７０ａを有している。
【００９４】
この構成により、中央吸気ポート７０を第１吸気ポート３０ａと第２吸気ポート３０ｂの間の下方に配置し、かつ、中央吸気ポート７０が屈曲部７０ａにおいて第２吸気ポート３０ｂの第２吸気口３２ｂ側から第１吸気ポート３０ａの第１吸気口３２ａ側に向きを転じるようにしているので、中央吸気ポート７０を設けたためにシリンダヘッド２２が横方向に大型化してしまうことを一層抑制することができる。
【００９５】
また、本実施形態は、中央吸気ポート７０は、スロットル弁６１により調整されない新気を燃焼室１４に導入している。
【００９６】
この構成により、中央吸気ポート７０からはスロットル弁６１により調整されない新気が燃焼室１４導入されるので、新気量調整弁７５が開弁しているときは、空気量を多く入れることができる。
【００９７】
以上、実施形態について説明したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられ得ることは明白である。本発明は、すべてのこのような修正および等価物が含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００９８】
２…内燃機関、１４…燃焼室、３０ａ…第１吸気ポート、３０ｂ…第２吸気ポート、３２ａ…第１吸気口（吸気口）、３２ｂ…第２吸気口（吸気口）、５１…機関負荷算出部、５２…ＥＧＲガス量調整弁制御部、５３…点火時期制御部、５４…新気量調整弁制御部、５５…機関回転数算出部、５６…中央ポート燃料噴射制御部、７０…中央吸気ポート、７０ａ…屈曲部、７１…ＥＧＲ通路、７２…中央吸気口（吸気口）、７３…中央ポートインジェクタ、７４…ＥＧＲガス量調整弁、７５…新気量調整弁
【図１】
2015135082.tif 000003
【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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