(57)【要約】【課題】燃焼室１の側部に配置される燃料噴射弁７から、２つの吸気弁５Ａ、５Ｂの間を経由し燃焼室１中心部側へ燃料を噴射する場合、吸気行程噴射時に吸気弁５Ａ、５Ｂと干渉する燃料噴霧を減らして、冷機時の未燃燃料の排出量を低減する。【解決手段】吸気行程にて燃料噴射を行う均質運転モードで、かつ機関の冷機時に、片方の吸気弁５Ａを閉弁状態で停止させる片弁停止を行うことで、燃料噴霧が干渉する吸気弁を１つ（５Ｂ）のみとする。また、片弁停止は、所定の低回転・低負荷領域にて行い、同時に、タンブル制御弁９を作動させて筒内流動を強化する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の側部に配置される燃料噴射弁から２つの吸気弁の間を経由し燃焼室中心部側へ燃料を噴射する直噴火花点火式内燃機関において、
機関の冷機状態を判別する手段を備えると共に、片方の吸気弁を閉弁状態で停止可能な可変動弁装置を備え、吸気行程にて燃料噴射を行う運転モードで、かつ機関の冷機時に、片方の吸気弁を閉弁状態で停止させる片弁停止を行うことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
【請求項２】
前記片弁停止は、所定の低回転・低負荷領域の時にのみ行うことを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項３】
前記片弁停止を行う領域は、前記片弁停止状態で吸入できる最大空気量内で運転可能な領域であることを特徴とする請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項４】
吸気通路に筒内流動を強化するためのエアモーションデバイスを備え、前記片弁停止を行う時に、エアモーションデバイスを作動させて筒内流動を強化することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項５】
吸気通路に筒内流動を強化するためのエアモーションデバイスを備え、前記片弁停止を行う領域のうち、より低回転・低負荷側の領域で、エアモーションデバイスを作動させて筒内流動を強化することを特徴とする請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項６】
前記片弁停止を行う領域は、前記片弁停止状態かつエアモーションデバイスの非作動状態において吸入できる最大空気量内で運転可能な領域であり、前記エアモーションバルブを作動させる領域は、前記片弁停止状態かつエアモーションデバイスの作動状態において吸入できる最大空気量内で運転可能な領域であることを特徴とする請求項５記載の直噴火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、直噴火花点火式内燃機関では、特許文献１に示されるように、燃焼室の側部に配置される燃料噴射弁から２つの吸気弁の間を経由し燃焼室中心部側へ燃料を噴射している。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２９４２０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧縮行程にて燃料噴射を行う成層運転モードに対し、吸気行程にて燃料噴射を行う均質運転モードでは、吸気弁がリフトしているため、噴射された燃料の一部が吸気弁と干渉することで、筒内での混合気形成を阻害する結果、筒内に液状燃料が多く存在するようになる。
【０００５】
特に、冷機時は、吸気弁温度や雰囲気温度が低いため、吸気弁等に付着した液状燃料が燃焼に寄与することなく、排気弁から排出されてしまい、機関から排出される未燃燃料（ＨＣ）が多くなるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、冷機時に、吸気弁と干渉する燃料噴霧を減らして、未燃燃料の排出量を低減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、片方の吸気弁を閉弁状態で停止可能な可変動弁装置を用い、吸気行程にて燃料噴射を行う運転モードで、かつ機関の冷機時に、片方の吸気弁を閉弁状態で停止させる片弁停止を行う構成とする。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、冷機時に、片弁停止を行うことで、その片方の吸気弁には燃料噴霧が干渉しないため、燃料噴霧が干渉する吸気弁が１つとなり、吸気弁と干渉する燃料噴霧を約１／２にすることができるので、未燃燃料の排出量を大幅に低減可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関の平面レイアウト図、図２は同上内燃機関の要部断面図及びそのＡ矢視図ある。
【００１０】
内燃機関の燃焼室１には、その上面（シリンダヘッド）側の略中央部に点火プラグ２が配置されている。そして、点火プラグ２を囲むように、２本ずつ吸気ポート３Ａ、３Ｂ及び排気ポート４Ａ、４Ｂが開口し、それぞれに吸気弁５Ａ、５Ｂ及び排気弁６Ａ、６Ｂが装着されている。
【００１１】
燃料噴射弁７は、燃焼室１の吸気弁５Ａ、５Ｂ側の側部に斜め下向きに（シリンダ軸に対して垂直な平面に対して所定角度θだけ傾斜して）配置され、２つの吸気弁５Ａ、５Ｂの間を経由し燃焼室１中心部側へ燃料を噴射するようになっている。
【００１２】
また、筒内流動を強化するためのエアモーションデバイスとして、図２に示すように、吸気ポート３Ａ、３Ｂを仕切板８により上下の分割ポートに分割した上で、下側の分割ポートの上流側に、これを閉止可能な制御弁９を設け、この制御弁９の閉止時に、上側の分割ポートのみから吸入することで、筒内流動、特にタンブル流動を強化可能としている。従って、制御弁９はタンブル制御弁（ＴＣＶ）と称する。
【００１３】
この内燃機関での運転モードには、成層運転モードと均質運転モードとがあり、成層運転モードでは、圧縮行程にて燃料噴射を行い、点火プラグ２の周囲に成層化された混合気塊を形成することで、全体としては極めてリーンな空燃比で成層燃焼を行わせる。これに対し、均質運転モードでは、吸気行程にて燃料噴射を行い、燃焼室１の全体に均質な混合気を形成することで、ストイキ又はリーン空燃比での均質燃焼を行わせる。
【００１４】
ここで、圧縮行程噴射の場合は、吸気弁５Ａ、５Ｂは閉じているため、燃料噴霧と吸気弁５Ａ、５Ｂとの干渉は問題とならないが、吸気行程噴射の場合は、吸気弁５Ａ、５Ｂがリフトしているため、燃料噴霧と吸気弁５Ａ、５Ｂとの干渉が問題となる。
【００１５】
また、暖機後は、燃料噴霧と吸気弁５Ａ、５Ｂとが干渉しても、吸気弁温度、雰囲気温度が高く、気化性が良好なため、混合気形成にさほどの支障がない（ＨＣ排出量が少ない）ことから、特に冷機時の燃料噴霧と吸気弁５Ａ、５Ｂとの干渉が問題となる。
【００１６】
そこで、本発明では、吸気行程にて燃料噴射を行う運転モード（均質運転モード）で、かつ機関の冷機時に、図２に示すように、片方の吸気弁５Ａを閉弁状態（０リフト又は微小リフト）で停止させる片弁停止を行い、他方の吸気弁５Ｂのみの開閉動作により、機関を運転する。
【００１７】
これにより、吸気行程噴射時に、燃料噴霧は吸気弁５Ａとは干渉せず、吸気弁５Ｂのみと干渉し、吸気弁５Ｂのみに噴霧の付着が生じるようになる（図２参照）。従って、燃料噴霧の干渉量（付着量）は単純に１／２となり、冷機時の未燃燃料（ＨＣ）の排出量を大幅に低減することができる。
【００１８】
但し、片弁停止を行うと、吸入可能な最大空気量が制約されるので、片弁停止は、必要空気量が比較的少ない低回転・低負荷領域のときに行う（図３参照）。
また、片弁停止状態では、エアモーションデバイス（タンブル制御弁９）を用い、筒内流動を強化することで、燃料気化を促進し、機関から排出されるＨＣを更に低減することが望ましい。また、タンブル制御弁９を閉じることで、燃料噴霧と干渉する吸気弁５Ｂを通過する空気流速が増大することから、その弁傘部に付着した燃料を空気流に乗せて吹き飛ばし、混合気形成に利用することも可能となる。
【００１９】
但し、タンブル制御弁９と閉じると、更に最大空気量が制約されるので、タンブル制御弁９の作動域（閉領域）は、片弁停止領域のうち、より低回転・低負荷側の領域とする（図３参照）。
【００２０】
上記の制御を実現するため、吸気弁５Ａ、５Ｂ（少なくとも片方の吸気弁５Ａ）は、可変動弁装置（図４中の１０）により、閉弁状態で停止可能としてある。この場合の可変動弁装置としては、カム駆動式で油圧によりカムを切換えることで０リフト（又は微小リフトで作動）を得ることができるもの、偏心カムを用い油圧によりリフト量を任意に変化させることができるもの、あるいは、電磁駆動式で任意のリフト特性を得ることができるものを用いることができる。
【００２１】
図４は制御系の構成図であり、点火プラグ２、燃料噴射弁７、タンブル制御弁（ＴＣＶ）９などと共に、可変動弁装置１０の作動を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１に、エンジン回転数Ｎを検出可能な回転数センサ１２、負荷（例えばアクセル開度）Ｌを検出可能な負荷センサ１３、エンジン冷却水温Ｔｗを検出可能な水温センサ１４の信号を入力してある。
【００２２】
図５はＥＣＵ１１にて実行される制御フローであり、均質運転モードにて片弁停止制御及びＴＣＶ制御のために実行される。
Ｓ１では、各種センサより、エンジン回転数Ｎ、負荷Ｌ、水温Ｔｗなどを読込む。
【００２３】
Ｓ２では、水温Ｔｗを所定値と比較することで、冷機時（Ｔｗ≦所定値）か、暖機後（Ｔｗ＞所定値）かを判定する。
冷機時（Ｔｗ≦所定値）の場合は、Ｓ３へ進む。
【００２４】
Ｓ３では、エンジン回転数Ｎが所定のしきい値Ｎ１以下で、かつ負荷Ｌが所定のしきい値Ｌ１以下の低回転・低負荷領域か否かを判定する。この領域は、片弁停止状態（かつタンブル制御弁の開状態）において吸入可能な最大空気量内で運転可能な領域である。
【００２５】
低回転・低負荷領域の場合は、Ｓ４へ進む。
Ｓ４では、冷機時（Ｔｗ≦所定値）で、かつ、低回転・低負荷領域（必要空気量が少ない領域）であるので、片弁停止を行う。燃料噴霧と吸気弁との干渉を抑制して、冷機時のＨＣ排出量を低減するためである。
【００２６】
これに対し、Ｓ２での判定で、暖機後（Ｔｗ＞所定値）の場合、又は、Ｓ３での判定で、低回転・低負荷領域でない場合は、Ｓ５へ進む。
Ｓ５では、片弁停止を行わず、通常運転（両弁運転）を行う。尚、通常運転時のタンブル制御弁（ＴＣＶ）の制御はエンジン性能の要求により決める。
【００２７】
Ｓ４にて片弁停止を行う場合は、Ｓ６以降で片弁停止状態に見合ったタンブル制御弁（ＴＣＶ）の制御を行う。
Ｓ６では、エンジン回転数Ｎが所定のしきい値Ｎ２以下で、かつ負荷Ｌが所定のしきい値Ｌ２以下の極低回転・極低負荷領域か否かを判定する。この領域は、片弁停止状態かつタンブル制御弁の閉状態において吸入可能な最大空気量内で運転可能な領域である。当然に、Ｎ２＜Ｎ１、Ｌ２＜Ｌ１である。
【００２８】
極低回転・極低負荷領域の場合は、Ｓ７へ進む。
Ｓ７では、タンブル制御弁（ＴＣＶ）が閉じているか否かを判定し、閉じていない場合は、Ｓ８で、タンブル制御弁（ＴＣＶ）を閉じる。タンブル制御弁を閉じても必要空気量を確保できる領域であるので、タンブル制御弁を閉じて筒内流動を強化することにより、更なるＨＣの低減を図る。
【００２９】
極低回転・極低負荷領域でない場合は、Ｓ９へ進む。
Ｓ９では、タンブル制御弁（ＴＣＶ）が開いているか否かを判定し、開いていない場合は、Ｓ８で、タンブル制御弁（ＴＣＶ）を開く。タンブル制御弁を閉じると必要空気量を確保できなくなる領域であるので、タンブル制御弁を開いて必要空気量を確保し、片弁停止のみでＨＣの低減を図る。
【００３０】
尚、図６には、制御例として、始動→ファーストアイドル→冷機時／低回転・低負荷運転→冷機時／高回転・高負荷運転→暖機後と経過した場合の、片弁停止制御及びＴＣＶ制御の様子を示している。尚、この例では油圧式の可変動弁装置を用いることを前提としているため、始動後（油圧上昇後）より片弁停止を開始しているが、電磁式の可変動弁装置であれば、片弁停止を即開始可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す内燃機関の平面レイアウト図
【図２】同上内燃機関の要部断面図及びそのＡ矢視図
【図３】均質運転モードでの領域別の設定を示す図
【図４】制御系の構成図
【図５】制御フローチャート
【図６】制御タイムチャート
【符号の説明】
１  燃焼室
２  点火プラグ
３Ａ、３Ｂ  吸気ポート
４Ａ、４Ｂ  排気ポート
５Ａ、５Ｂ  吸気弁
６Ａ、６Ｂ  排気弁
７  燃料噴射弁
８  仕切板
９  タンブル制御弁（ＴＣＶ）
１０  可変動弁装置
１１  エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１２  回転数センサ
１３  負荷センサ
１４  水温センサ
【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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