(57)【要約】【課題】運転状態により筒内への吸気の流入方向が変化しても、燃料噴射弁から噴射する燃料で確実にタンブル流を強化できる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供する。【解決手段】吸気バルブ７のリフト量を可変とする可変動弁機構１１を備えると共に、筒内４に形成されるタンブル流ＴＳを燃料噴射弁から噴射する燃料で強化するようにしている、筒内噴射式の火花点火内燃機関１Ａであって、前記燃料の噴射方向を変更可能とする噴射変更手段２１、２３と、前記噴射方向が吸気通路から前記筒内に入る吸気の流入方向と一致するように前記噴射変更手段を制御する制御手段１０とを備える。燃料の噴射方向を吸気の流入方向と一致するように調整できるので、可変動弁機構を備える場合でも筒内に形成されるタンブル流を確実に強化できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブのリフト量を可変とする可変動弁機構を備えると共に、筒内に形成されるタンブル流を燃料噴射弁から噴射する燃料で強化するようにしている、筒内噴射式の火花点火内燃機関であって、
前記燃料の噴射方向を変更可能とする噴射変更手段と、前記噴射方向が吸気通路から前記筒内に入る吸気の流入方向と一致するように前記噴射変更手段を制御する制御手段とを備える、ことを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項２】
前記制御手段は、吸気バルブのリフト量が大きいときに筒内に対して大きい燃料噴射角で燃料噴射を実行し、吸気バルブのリフト量が小さいときは筒内に対して小さい燃料噴射角で燃料噴射を実行する、ことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項３】
前記可変動弁機構により前記吸気バルブのリフト量が所定値以下に設定変更されると共に、吸気バルブの閉弁後も燃料噴射が実行されるときに、
前記制御手段は、吸気バルブの開弁時は小さい燃料噴射角で燃料噴射を実行し、吸気バルブの閉弁後は大きい燃料噴射角で燃料噴射を実行する、ことを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項４】
噴射変更手段は筒内に異なる燃料噴射角で燃料を噴射するように配備した複数の燃料噴射弁を含み、
前記制御手段は、吸気バルブのリフト量が大きいときに又は当該吸気バルブが閉弁したときに大きい燃料噴射角の第１の燃料噴射弁を選択して燃料噴射を実行し、吸気バルブのリフト量が小さいときには小さい燃料噴射角の第２の燃料噴射弁を選択して燃料噴射を実行する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項５】
前記第１の燃料噴射弁及び第２の燃料噴射弁をシリンダの側部に並列的に配置し、触媒暖機の際に前記第１の燃料噴射弁から燃料噴射を実行する、ことを特徴とする請求項４に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は筒内噴射式の火花点火内燃機関に関し、より詳細には筒内に形成するタンブル流を強化して性能向上を図るようにしている筒内噴射式の火花点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内へ燃料を直接に噴射し点火することで出力を得るようにしている筒内噴射型（直噴型）の火花点火内燃機関が広く知られている。そして、このタイプの内燃機関に関しては、筒内にタンブル流を形成して燃焼や排気エミッションの改善を図る技術が従来から種々提案されている。筒内に適度なタンブル流を形成させると、点火時期において混合気の均質性を向上させることができ、燃焼速度が向上するので良好な燃焼を実現できる。また、これにより排気エミッションの改善を図ることもできるので内燃機関の性能を向上させることができる。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１で開示する内燃機関のように、吸気通路内に吸気制御弁を配備し、これを開閉制御することにより吸気流を調整して筒内に形成するタンブル流を強化する技術などが従来においては多く検討されていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８０２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１の内燃機関は吸気通路内にタンブル流を強化するための吸気制御弁を配備して開閉を制御することが必要となるので構成が複雑化してしまう。これについて、筒内に燃料を直接に噴射する直噴タイプの内燃機関の場合、筒内のタンブル流を燃料噴射弁からの噴射した燃料でアシストするという手法が考えられる。このような手法を採用すればより簡易にタンブル流を強化できる。
【０００６】
しかしながら、内燃機関の運転状態により吸気バルブ（インテークバルブ）のリフト量は変化する。これに伴って、吸入空気（以下、単に吸気と称す）が筒内へ流れ込む流入方向も変化する。一般に燃料噴射弁の燃料噴射方向は一定であるので吸気の流入方向が変化すると対応できず、燃料噴射方向が吸気流入方向とずれてタンブル流を強化できない場合がある。
【０００７】
また、吸気バルブの設定リフト量や開弁タイミングを変更可能とする機構（以下、可変動弁機構と称する）を備えた内燃機関も従来から知られている。このような内燃機関は、その運転状態に応じて吸気バルブの最大リフト量（或いは、初期設定のリフト量）や開弁時期を変更することで出力向上や性能向上が図られている。ところが、この種の内燃機関が、前記と同様に直噴タイプの内燃機関であり燃料噴射弁からの燃料噴射でタンブル流を強化するものである場合、吸気流入方向がより複雑に変化することになるのでタンブル流の強化が更に困難なものになってしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、運転状態により筒内への吸気の流入方向が変化しても、燃料噴射弁から噴射する燃料で確実にタンブル流を強化できる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、吸気バルブのリフト量を可変とする可変動弁機構を備えると共に、筒内に形成されるタンブル流を燃料噴射弁から噴射する燃料で強化するようにしている、筒内噴射式の火花点火内燃機関であって、前記燃料の噴射方向を変更可能とする噴射変更手段と、前記噴射方向が吸気通路から前記筒内に入る吸気の流入方向と一致するように前記噴射変更手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関によって達成できる。
【００１０】
本発明によると、制御手段が吸気の流入方向と一致するように噴射変更手段を制御するので、燃料の噴射方向を常に吸気の流入方向と一致するように調整できるので可変動弁機構を備える場合でも筒内に形成されるタンブル流を確実に強化できる。
【００１１】
また、前記制御手段は、吸気バルブのリフト量が大きいときに筒内に対して大きい燃料噴射角で燃料噴射を実行し、吸気バルブのリフト量が小さいときは筒内に対して小さい燃料噴射角で燃料噴射を実行することが望ましい。
【００１２】
そして、前記可変動弁機構により前記吸気バルブのリフト量が所定値以下に設定変更されると共に、吸気バルブの閉弁後も燃料噴射が実行されるときに、前記制御手段は、吸気バルブの開弁時は小さい燃料噴射角で燃料噴射を実行し、吸気バルブの閉弁後は大きい燃料噴射角で燃料噴射を実行するのが望ましい。
【００１３】
また、噴射変更手段は筒内に異なる燃料噴射角で燃料を噴射するように配備した複数の燃料噴射弁を含み、前記制御手段は、吸気バルブのリフト量が大きいときに又は当該吸気バルブが閉弁したときに大きい燃料噴射角の第１の燃料噴射弁を選択して燃料噴射を実行し、吸気バルブのリフト量が小さいときには小さい燃料噴射角の第２の燃料噴射弁を選択して燃料噴射を実行するようにしてもよい。
【００１４】
また、前記第１の燃料噴射弁及び第２の燃料噴射弁をシリンダの側部に並列的に配置し、触媒暖機の際に前記第１の燃料噴射弁から燃料噴射を実行するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、運転状態により筒内への吸気の流入方向が変化しても、燃料噴射弁から噴射する燃料で確実にタンブル流を強化できる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る好ましい実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、実施例１に係る可変動弁機構を備えた筒内噴射式の火花点火内燃機関（以下、単にエンジンと称する）の構成を示している図である。エンジン１Ａは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１０により全体的に制御されている。そして、このＥＣＵ１０は、後述する吸気バルブ（インテークバルブ）のリフト量に応じて燃料の噴射方向を変更して、筒内（燃焼室内）に形成されているタンブル流を強化させる制御手段としても機能する。このＥＣＵ１０については後に詳述する。
【００１８】
エンジン１Ａは、一般的な内燃機関と同様にシリンダ２内にピストン３が上下動するように配備されている。ピストン３の上面とシリンダ２の内壁によって囲まれた空間が筒内（燃焼室）４となる。この筒内４へ吸気ＡＲを流入させる吸気通路５及び筒内４で発生した排気ガスＥＧを排出する排気通路６が配備されている。
【００１９】
吸気通路５には筒内４へ流入する吸気ＡＲを調整する吸気バルブ７が配備されている。吸気バルブ７の上部には、この吸気バルブ７のリフト量を設定するカムシャフト８が配備されている。そして、カムシャフト８の回転を検出するカム角センサ９が設けられている。カム角センサ９の出力は、ＥＣＵ１０へ供給されている。
【００２０】
そして、上記吸気バルブ７には可変動弁機構１１が取付けられている。可変動弁機構１１は、吸気バルブ７の最大リフト量や開閉タイミングを変更する機構で、エンジン１Ａの運転状態に応じて吸気バルブ７の駆動を制御して出力向上等を図るための構成である。可変動弁機構は、可変バルブタイミングシステム等とも称されるもので種々の構造がある。本エンジンエンジン１Ａで採用する可変動弁機構は、その構成は公知のものでよい。よって、図１では可変動弁機構の構造を特定することなく単に符号１１で示している。
【００２１】
なお、排気通路６には筒内４で発生した排気ガスＥＧの排出タイミングを調整する排気バルブ１２が配備されている。この排気バルブ１２についてもリフト量を設定するカムシャフト１３が配備されている。そして、カムシャフト１３の回転を検出するカム角センサ１４が設けられている。カム角センサ１４の出力もＥＣＵ１０へ供給されている。
【００２２】
そして、このエンジン１Ａには複数（図１では２個）の燃料噴射弁（インジェクタ）が先端部の噴孔を筒内４に臨むようにして配備してある。第１の燃料噴射弁２１は、シリンダヘッドの中央部の点火プラグ２５に近接して、筒内４に対して立ち姿勢となるような大きな燃料噴射角αで設置してある。なお、ここでの燃料噴射角とは、図１で水平方向ＨＬ（ピストン３の移動方向に垂直な方向）に対して、燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧中心ＣＬがなす角度である。
【００２３】
一方、第２の燃料噴射弁２３はシリンダブロックの側部に配備されるもので、筒内４に対して寝た姿勢となる小さな燃料噴射角βで設置してある。
【００２４】
上記で説明した可変動弁機構１１や燃料噴射弁２１、２３を含む各部はＥＣＵ１０によって制御されている。ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵ（Central  Processing  Unit：中央演算処理装置）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、入出力回路などを有して構成されている。ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやこのプログラムで使用する一連のデータなどを格納している。本実施例ではエンジン１Ａの制御用プログラムのほか、吸気側のカム角センサ９の出力から吸気バルブ７のリフト量を確認して、これに基づいて燃料噴射させる燃料噴射弁を選択するプログラムなどが格納してある。
【００２５】
筒内４に形成されるタンブル流ＴＳは吸気ＡＲの流入に基づいて形成される。このタンブル流を燃料噴射弁から噴射する燃料で強化しようとする場合、燃料噴射方向が吸気の流入方向と一致するように、すなわち燃料噴射方向が吸気の流入方向と平行となるように燃料を噴射することが望まれる。ところが、エンジン１Ａの運転状態に応じて筒内４に最適量の吸気を供給する必要があるので、吸気バルブ７のリフト量が変化する。これにより、吸気の流入方向が変化してしまうため、燃料噴射方向が不一致となりタンブル流を強化できない状況が発生する。
【００２６】
更に、このエンジン１Ａには可変動弁機構１１が採用されているので、可変動弁機構１１が動作したときは、吸気バルブ７のリフト量や開閉タイミングが変更される。これにより、吸気の流入方向の変化が複雑となるので、タンブル流の強化することが困難となる。本実施例のエンジン１Ａはこの問題に対処する構成を備えている。図を参照して、ＥＣＵ１０が実行する燃料噴射制御について説明する。
以下では、ＥＣＵ１０が実行する標準的な燃料噴射制御と、可変動弁機構１１を作動させて吸気バルブ７の設定を変更した場合にＥＣＵ１０が実行する燃料噴射制御とを分けて説明する。
【００２７】
先ず、ＥＣＵ１０が実行する標準的な燃料噴射制御について説明する。図２は、上記ＥＣＵ１０が実行する燃料噴射の様子を模式的に示した図であり、（Ａ）は燃料噴射角が大きい第１の燃料噴射弁２１を選択して燃料ＦＥを噴射した場合、（Ｂ）は燃料噴射角が小さい第２の燃料噴射弁２３を選択して燃料ＦＥを噴射した場合を示している。また、図３は吸気バルブ７のリフト量を基準として採用する燃料噴射弁を予め定めたデータテーブルの例である。このデータでは、吸気バルブ７の最大リフト量（Ｌｍａｘ）の半分（１／２）を境に、第１の燃料噴射弁２１、第２の燃料噴射弁２３のどちらを採用するかが定められている。ＥＣＵ１０はＲＯＭにこのデータを格納しており、適宜に読み出してそのときに適した燃料噴射弁を選択して燃料噴射を実行する。
【００２８】
ＥＣＵ１０は燃料噴射の制御を次のように実行する。ＥＣＵ１０はカム角センサ９の出力から吸気バルブ７のリフト量を確認して、そのリフト量が最大リフト量Ｌｍａｘの半分以下である場合は、図２（Ｂ）で示すように第２の燃料噴射弁２３を選択して小さい燃料噴射角βで燃料噴射を実行する。一方、吸気バルブ７のリフト量が最大リフト量Ｌｍａｘの半分を超える場合は、図２（Ａ）で示すように第１の燃料噴射弁２１を選択して大きい燃料噴射角αで燃料噴射を実行する。このように燃料噴射弁を選択することで、エンジンの運転状態により筒内へ流入する吸気ＡＲの流入方向ＡＤが変化しても燃料噴射方向を一致させる。
【００２９】
次に、可変動弁機構１１を作動させて吸気バルブ７の設定を変更した場合にＥＣＵ１０が実行する燃料噴射制御について説明する。図４（Ａ）は吸気バルブ７の最大リフト量と開閉タイミングを変更するデータテーブルの例である。このテーブルは、吸気バルブ７の最大リフト量が標準値の半分以下（所定値以下）とされ、開弁期間も変更される例を示している。図４（Ｂ）は、このときにＥＣＵ１０が実行する燃料噴射の様子を模式的に示した図である。
【００３０】
この場合のＥＣＵ１０は、カム角センサ９の出力から吸気バルブ７のリフト量を確認し、全開弁期間Ｘで最大のリフト量がＬｍａｘの半分以下となるので第２の燃料噴射弁２３を選択して小さい燃料噴射角βで燃料噴射を実行する。そして、吸気バルブ７が閉弁した後にあっては、図４（Ｂ）で示すように第１の燃料噴射弁２１を選択して大きい燃料噴射角αで燃料噴射を実行する。吸気バルブ７が閉じた後は吸気流によってタンブル流が形成されないが、燃料噴射角の大きい燃料噴射弁２１から燃料噴射することでタンブル流ＴＳの発生を促すようにしている。このように、エンジン１Ａは可変動弁機構１１が機能したことによって筒内４へ流入する吸気ＡＲの流入方向が変化した場合でも燃料噴射方向を確実に一致させることができる。そして、しかもここで例示するように、吸気流が消滅するような状況となったときは燃料噴射角の大きい燃料噴射弁２１から燃料噴射することによってタンブル流の生成を促進する。よって、エンジン１Ａは効率良く性能の向上を図ることができる。
【００３１】
以上で説明したように、本実施例の可変動弁機構を備えたエンジン１Ａは、燃料を筒内４へ直接に噴射する燃料噴射弁を複数備えている。これら複数の燃料噴射弁２１、２３が噴射変更手段となる。そして、ＥＣＵ１０は燃料噴射弁２１、２３を選択的に採用して、燃料の噴射方向が吸気の流入方向ＡＤに一致するように（噴射方向が吸気の流入方向に沿うに）燃料噴射を制御する。よって、エンジン１Ａは運転状態或いは可変動弁機構１１の作動により吸気の流入方向が変化しても、これに対応して燃料の噴射方向を適切に調整できる。したがって、筒内４に形成されるタンブル流を確実に強化して、エンジン１Ａの性能向上を図ることができる。以下、更に他の実施例を説明する。
【実施例２】
【００３２】
図５は、実施例２に係る可変動弁機構を備えた筒内噴射式のエンジン１Ｂの構成を示している図である。ただし、図５で示すエンジン１Ｂの基本構成は、前述したエンジン１Ａと同様である。よって、エンジン１Ｂについては図１と同一の部分には同じ符号を付すことで重複する説明を省略して、異なる点を中心に説明する。エンジン１Ｂは排気通路の下流に配置した触媒装置の暖機にも考慮している改良型の実施例である。
【００３３】
実施例２のエンジン１Ｂは、２つの燃料噴射弁２７、２９がシリンダ２の側部に近接して並列的に配置されている点が、実施例１のエンジン１Ａの場合とは異なる。すなわち、実施例１のエンジン１Ａでは第１の燃料噴射弁２１がシリンダヘッド中央に立ち姿勢で設定されていた。これに対して、実施例２のエンジン１Ｂでは第１の燃料噴射弁がシリンダ２の側部に変更されている。図５で、下側が第１の燃料噴射弁２７であり燃料噴射角がγである。そして、その上側が第２の燃料噴射弁２９であり燃料噴射角がδである。本実施例でも、第１の燃料噴射弁２７の燃料噴射角が大きく設定してある。
【００３４】
エンジン１Ｂの吸気バルブ７にも可変動弁機構１１が採用されているので、実施例１の場合と同様に、ＥＣＵ１０が実行する標準的な燃料噴射制御と、可変動弁機構１１を作動させて吸気バルブ７の設定を変更した場合の燃料噴射制御とに分けて説明する。
【００３５】
図６は、上記ＥＣＵ１０が実行する標準的な燃料噴射の様子を模式的に示した図であり、（Ａ）は燃料噴射角が大きい第１の燃料噴射弁２７を選択して燃料噴射した場合、（Ｂ）は燃料噴射角が小さい第２の燃料噴射弁２９を選択して燃料噴射した場合を示している。このように、エンジン１Ｂの場合も、ＥＣＵ１０は吸気バルブ７のリフト量を確認して、リフト量が大きいときに（Ａ）で示す燃料噴射角が大きい第１の燃料噴射弁２７を選択して燃料噴射する。一方、リフト量が小さいときは（Ｂ）で示す燃料噴射角が小さい第２の燃料噴射弁２９を選択して燃料噴射する。また、第１の燃料噴射弁２７と第２の燃料噴射弁２９のどちらを採用するかについても、図７に示すように吸気バルブ７の最大リフト量（Ｌｍａｘ）の半分（１／２）を境界とすることができる。この点も実施例１の場合と同様である。
【００３６】
次に、可変動弁機構１１を作動させて吸気バルブ７の設定を変更した場合にＥＣＵ１０が実行する燃料噴射制御について説明する。図８（Ａ）は吸気バルブ７の最大リフト量と開閉タイミングを変更するデータテーブルの例である。このテーブルは、吸気バルブ７の最大リフト量が標準値の半分以下（所定値以下）とされ、開弁期間も変更されている。そして、図８（Ｂ）は、このときにＥＣＵ１０が実行する燃料噴射の様子を模式的に示した図である。
【００３７】
この場合のＥＣＵ１０は、カム角センサ９の出力から吸気バルブ７のリフト量を確認し、全開弁期間Ｘで最大のリフト量がＬｍａｘの半分以下となるので第２の燃料噴射弁２９を選択して小さい燃料噴射角δで燃料噴射を実行する。そして、吸気バルブ７が閉弁した後にあっては、図８（Ｂ）で示すように第１の燃料噴射弁２７を選択して大きい燃料噴射角γで燃料噴射を実行するようにしている。吸気バルブ７が閉じた後は吸気流によってタンブル流が形成されないが、燃料噴射角の大きい燃料噴射弁２７から燃料噴射することでタンブル流ＴＳの発生を促すようにしている。ここまでの点は実施例１のエンジン１Ａと同様である。
【００３８】
ところが、エンジン１Ｂの場合は、排気通路の途中に配備した触媒の暖機にも配慮した構成としてある点が前述したエンジン１Ａと異なっている。図９は、エンジン１Ｂの点火時期を大幅に遅角したときの様子を示した図である。点火時期を大幅遅角したときに、燃料噴射角の大きい第１の燃料噴射弁２７を選択して燃料噴射すると点火プラグ２５の近傍に高濃度の混合気ＭＡを形成できる。エンジンの始動時などに、この操作を実行して混合気ＭＡに点火することで高温の排気ガスＥＧを流して下流の触媒装置３０の暖機を図ることができる。このように実施例２のエンジン１Ｂは、タンブル流の強化だけでなく、必要に応じて触媒装置３０の暖機も行えるより改善したエンジンとして提供できる。
【００３９】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１に係る可変動弁機構を備えた筒内噴射式のエンジン１Ａの構成を示している図である。
【図２】ＥＣＵが実行する標準的な燃料噴射の様子を模式的に示した図であり、（Ａ）は燃料噴射角が大きい第１の燃料噴射弁を選択して燃料噴射した場合、（Ｂ）は燃料噴射角が小さい第２の燃料噴射弁を選択して燃料噴射した場合を示している図である。
【図３】吸気バルブのリフト量を基準として採用する燃料噴射弁を予め定めたデータテーブルの例を示した図である。
【図４】（Ａ）は吸気バルブの最大リフト量と開閉タイミングを変更するデータテーブルの例を示している図、（Ｂ）はＥＣＵが実行する燃料噴射の様子を模式的に示した図である。
【図５】実施例２に係る可変動弁機構を備えた筒内噴射式のエンジン１Ｂの構成を示している図である。
【図６】ＥＣＵが実行する標準的な燃料噴射の様子を模式的に示した図である。
【図７】吸気バルブのリフト量を基準として採用する燃料噴射弁を予め定めたデータテーブルの例を示した図である。
【図８】（Ａ）は吸気バルブの最大リフト量と開閉タイミングを変更するデータテーブルの例を示している図、（Ｂ）はＥＣＵが実行する燃料噴射の様子を模式的に示した図である。
【図９】エンジン１Ｂの点火時期を大幅に遅角したときの様子を示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ、１Ｂ                エンジン（筒内噴射式の火花点火内燃機関）
２                        シリンダ
３                        ピストン
４                        筒内
５                        吸気通路
６                        排気通路
７                        吸気バルブ
１０                      ＥＣＵ（制御手段）
１１                      可変動弁機構
２１、２３                燃料噴射弁
ＦＥ                      燃料
ＡＲ                      吸気
ＡＤ                      吸気の流入方向
ＴＳ                      タンブル流
α、β                    燃料噴射角
【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】
2008303797.tif 000008
【図７】
2008303797.tif 000009
【図８】
2008303797.tif 000010
【図９】
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