(57)【要約】【課題】この発明は、燃焼室の中央部と外周部に対して噴射燃料を適切に配分し、筒内壁面への燃料付着を抑制することを目的とする。【解決手段】エンジン１０の各気筒は、ストレートポートからなる２つの吸気ポート２０Ａ，２０Ｂと、燃料の噴霧形状が中心軸線Ｌ1，Ｌ2に対して非対称に設定された燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂとを備える。燃料噴射時には、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂから噴射される燃料のうち、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂのステム３２Ａ，３２Ｂ間に噴射される中央領域噴射量が、ステム３２Ａ，３２Ｂの外側に噴射される外側領域噴射量よりも多くなるように構成する。これにより、噴射燃料を筒内各部の空気量に応じて筒内中央部と筒内外周に適切に分配することができる。また、筒内外周に流入する噴射燃料を減少させ、筒内壁面への燃料付着量を抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ直線状に延びて燃焼室に開口するストレートポートとして形成され、中心軸線が前記燃焼室の中心に対して一側と他側を通るように配置された２つの吸気ポートと、
前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、吸気ポートの開口部を開閉する傘部と該傘部を中心位置で支持するステムとを有する２つの吸気バルブと、
前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、個々の吸気ポートの中心軸線上で当該吸気ポートの開口部に向けて燃料を噴射する２つの燃料噴射弁と、を備え、
前記各燃料噴射弁は、前記２つの吸気バルブのステム間に位置する中央領域と、前記各ステムの外側に位置する外側領域とに燃料をそれぞれ噴射する構成とし、
少なくとも一方の燃料噴射弁においては、前記中央領域に噴射する燃料の量である中央領域噴射量を、前記外側領域に噴射する燃料の量である外側領域噴射量よりも多く設定する構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記各燃料噴射弁は、燃料の噴霧を噴射方向と垂直な平面で破断した噴霧の断面形状がＣ字状となるように構成し、前記噴霧の断面形状に設けられた１箇所の切欠きを前記ステムの位置に合わせる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記各燃料噴射弁は、前記中央領域噴射量と前記外側領域噴射量との比率を変化させることが可能な噴孔可変型の噴射弁により構成し、
吸入空気量が多いほど、前記中央領域噴射量に対する前記外側領域噴射量の比率を増加させる空気量対応制御手段を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記各燃料噴射弁は、前記中央領域噴射量と前記外側領域噴射量との比率を変化させることが可能な噴孔可変型の噴射弁により構成し、
機関回転数が高いほど、前記中央領域噴射量に対する前記外側領域噴射量の比率を増加させる回転数対応制御手段を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
機関回転数が高回転数に対応する所定の基準回転数以上である場合に、吸気行程において上死点及び／又は下死点の近傍で燃料噴射を実行する噴射時期制御手段を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記各吸気バルブの閉弁時期を変更することが可能な可変動弁機構と、
前記可変動弁機構により前記各吸気バルブの閉弁時期を下死点よりも遅らせる吸気閉弁遅角手段と、
前記各燃料噴射弁の燃料噴射期間を吸気行程の前半に設定する噴射時期制御手段と、
を備えてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記各燃料噴射弁により吸気行程の前半と後半に分けて燃料を噴射する分割噴射手段を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記各燃料噴射弁の燃料噴射期間をずらして非重複状態に保持する噴射差動手段を備えてなる請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記各吸気ポートのうち片方の吸気ポートの流路面積を変化させることが可能な吸気調整弁と、
前記吸気調整弁により前記片方の吸気ポートの空気流量を減少させた状態で、前記２つの燃料噴射弁により燃料を噴射する噴射状態制御手段と、
を備えてなる請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記各燃料噴射弁のうち他方の燃料噴射弁においては、前記外側領域噴射量を前記中央領域噴射量よりも多く設定する構成とし、
機関負荷が高負荷に対応する所定の基準負荷よりも小さい場合に、吸気行程において、前記他方の燃料噴射弁のみから燃料を噴射し、かつ、前記一方の燃料噴射弁が配置された吸気ポートの吸気バルブを閉弁状態に保持する中低負荷時制御手段を備えてなる請求項１乃至９のうち何れか１項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係り、特に、１つの気筒に複数の吸気ポートを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００７−２６２９９５号公報）に開示されているように、２つの吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を配置した内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、各燃料噴射弁の噴射孔のパターンを工夫することにより、燃料の噴霧の断面形状をＣ字状に設定する構成としている。これにより、従来技術では、噴射燃料が吸気バルブのステムに付着するのを抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６２９９５号公報
【特許文献２】特開２００７−２９２０５８号公報
【特許文献３】特開平０３−１９４１４８号公報
【特許文献４】特開昭６１−８３４５９号公報
【特許文献５】特開２００９−２１６００４号公報
【特許文献６】特開２００６−２９９９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、燃料噴射弁から噴射された燃料を、燃焼室の中央部（内周部）と外周部にそれぞれ供給する構成としている。しかしながら、この構成では、燃焼室の中央部と外周部にほぼ同量の燃料が供給されるので、燃料噴射弁側からみて比較的空間容積（空気量）が少ない外周部では、噴射燃料が筒内壁面に付着し易くなる。このため、従来技術では、筒内壁面への燃料付着量が増加し、燃費や排気エミッションが悪化するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、燃焼室の中央部と外周部に対して噴射燃料を適切に配分し、筒内壁面への燃料付着を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、それぞれ直線状に延びて燃焼室に開口するストレートポートとして形成され、中心軸線が前記燃焼室の中心に対して一側と他側を通るように配置された２つの吸気ポートと、
前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、吸気ポートの開口部を開閉する傘部と該傘部を中心位置で支持するステムとを有する２つの吸気バルブと、
前記２つの吸気ポートにそれぞれ設けられ、個々の吸気ポートの中心軸線上で当該吸気ポートの開口部に向けて燃料を噴射する２つの燃料噴射弁と、を備え、
前記各燃料噴射弁は、前記２つの吸気バルブのステム間に位置する中央領域と、前記各ステムの外側に位置する外側領域とに燃料をそれぞれ噴射する構成とし、
少なくとも一方の燃料噴射弁においては、前記中央領域に噴射する燃料の量である中央領域噴射量を、前記外側領域に噴射する燃料の量である外側領域噴射量よりも多く設定する構成としたことを特徴とする。
【０００７】
第２の発明によると、前記各燃料噴射弁は、燃料の噴霧を噴射方向と垂直な平面で破断した噴霧の断面形状がＣ字状となるように構成し、前記噴霧の断面形状に設けられた１箇所の切欠きを前記ステムの位置に合わせる構成としている。
【０００８】
第３の発明によると、前記各燃料噴射弁は、前記中央領域噴射量と前記外側領域噴射量との比率を変化させることが可能な噴孔可変型の噴射弁により構成し、
吸入空気量が多いほど、前記中央領域噴射量に対する前記外側領域噴射量の比率を増加させる空気量対応制御手段を備える。
【０００９】
第４の発明によると、前記各燃料噴射弁は、前記中央領域噴射量と前記外側領域噴射量との比率を変化させることが可能な噴孔可変型の噴射弁により構成し、
機関回転数が高いほど、前記中央領域噴射量に対する前記外側領域噴射量の比率を増加させる回転数対応制御手段を備える。
【００１０】
第５の発明は、機関回転数が高回転数に対応する所定の基準回転数以上である場合に、吸気行程において上死点及び／又は下死点の近傍で燃料噴射を実行する噴射時期制御手段を備える。
【００１１】
第６の発明は、前記各吸気バルブの閉弁時期を変更することが可能な可変動弁機構と、
前記可変動弁機構により前記各吸気バルブの閉弁時期を下死点よりも遅らせる吸気閉弁遅角手段と、
前記各燃料噴射弁の燃料噴射期間を吸気行程の前半に設定する噴射時期制御手段と、
を備える。
【００１２】
第７の発明は、前記各燃料噴射弁により吸気行程の前半と後半に分けて燃料を噴射する分割噴射手段を備える。
【００１３】
第８の発明は、前記各燃料噴射弁の燃料噴射期間をずらして非重複状態に保持する噴射差動手段を備える。
【００１４】
第９の発明は、前記各吸気ポートのうち片方の吸気ポートの流路面積を変化させることが可能な吸気調整弁と、
前記吸気調整弁により前記片方の吸気ポートの空気流量を減少させた状態で、前記２つの燃料噴射弁により燃料を噴射する噴射状態制御手段と、を備える。
【００１５】
第１０の発明によると、前記各燃料噴射弁のうち他方の燃料噴射弁においては、前記外側領域噴射量を前記中央領域噴射量よりも多く設定する構成とし、
機関負荷が高負荷に対応する所定の基準負荷よりも小さい場合に、吸気行程において、前記他方の燃料噴射弁のみから燃料を噴射し、かつ、前記一方の燃料噴射弁が配置された吸気ポートの吸気バルブを閉弁状態に保持する中低負荷時制御手段を備える。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、中央領域に噴射された燃料は、吸気バルブのステム間を通過して筒内中央部に流入する。また、外側領域に噴射された燃料は、各ステムの外側を通過して筒内外周に流入する。従って、中央領域噴射量を多くすることにより、筒内外周に流入する噴射燃料を減少させ、筒内壁面への燃料付着量を抑制することができる。これにより、筒内壁面ではなく、筒内の空気中で気化する燃料が増加するので、燃料の気化による吸入空気の冷却効率を高めることができ、燃費や出力を向上させることができる。また、筒内壁面への燃料付着により生じるトルク変動を低減し、排気エミッションを改善することができる。
【００１７】
しかも、燃料噴射弁側からみると、中央領域に対応する筒内中央部の空間容積（空気量）は、外側領域に対応する筒内外周の空間容積よりも大きい。従って、中央領域噴射量を多くすることにより、噴射燃料を筒内各部の空気量に応じて筒内中央部と筒内外周に適切に分配することができる。これにより、筒内全体において、空燃比を均等化し、燃焼を均質化することができる。一方、ストレートポートからなる吸気ポートの中心位置で燃料を噴射するので、燃料の噴霧に対する空気流の影響を抑制することができる。これにより、燃料を安定した噴霧形状で筒内に流入させ、サイクル間の燃焼のばらつきを低減することができる。
【００１８】
第２の発明によれば、吸気バルブが開弁した状態において、燃料噴射弁から噴射された燃料は、吸気ポートの開口部とバルブの傘部との間に形成される環状の隙間のうち、ステムにより遮られる部分を除いたＣ字状の隙間から筒内に流入するようになる。従って、噴射燃料がステムに付着するのを防止し、筒内に流入する燃料の量を安定させることができる。しかも、噴霧の断面形状を円弧状とすることにより、吸気バルブの開弁中に生じる前記環状の隙間に対して、噴霧の面積を最大限に大きくすることができる。これにより、噴射燃料の微粒化を促進し、未燃ＨＣと排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）とを低減することができる。
【００１９】
第３の発明によれば、吸入空気量が多い場合には、噴射燃料を筒内中央部に引き込む空気流が強くなり、筒内中央部に引き込まれた燃料が吸気ポートの反対側で筒内壁面に付着し易くなる。これに対し、空気量対応制御手段は、吸入空気量が多いほど、中央領域噴射量に対する外側領域噴射量の比率を増加させ、中央領域噴射量を相対的に減少させることができる。これにより、吸入空気量が増加する高負荷運転時等において、筒内壁面への燃料付着量を抑制することができる。従って、トルク変動を低減し、排気エミッションを改善することができる。
【００２０】
第４の発明によれば、回転数対応制御手段は、機関回転数が高いほど、中央領域噴射量に対する外側領域噴射量の比率を増加させ、中央領域噴射量を相対的に減少させることができる。これにより、高回転運転時等において、筒内壁面への燃料付着量を抑制することができ、前記第３の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００２１】
第５の発明によれば、高回転運転時には、噴射燃料を筒内中央部に引き込む空気流が強くなるが、吸気行程の中間位置から大きく離れた上死点や下死点の近傍では、中間位置と比較して空気流が相対的に弱くなる。従って、噴射時期制御手段によれば、吸入空気の流れが強くなる高回転運転時において、空気流が比較的弱いタイミングで燃料を噴射することができ、筒内壁面への燃料付着量を抑制することができる。
【００２２】
第６の発明によれば、吸気バルブの閉弁時期を遅らせることにより、吸入空気量を減少させ、所謂アトキンソンサイクルを実現することができる。これにより、熱効率を改善し、燃費を向上させることができる。一方、燃料噴射期間を吸気行程の前半に設定することにより、噴射燃料を筒内の下側（ピストン側）に集めることができ、また、燃料噴射期間を吸気下死点から時間的に遠ざけることができる。これにより、吸気バルブが閉弁する直前に噴射燃料が吸気ポートに吹き返すのを防止することができる。従って、筒内の混合気量のばらつきを抑制し、トルク変動を低減することができる。
【００２３】
第７の発明によれば、吸気行程の前半と後半に燃料を少量ずつ噴射し、噴射燃料と空気との混合度を高めることができ、また、噴射燃料の気化を促進することができる。このため、吸気ポートとして、筒内の空気を撹拌する機能が比較的弱いストレートポートを用いた場合でも、混合気の均質性を高めることができる。
【００２４】
第８の発明によれば、２つの燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧が筒内で衝突するのを防止することができる。これにより、燃料噴霧の衝突によって燃料の微粒化が阻害されたり、混合気の偏りが生じるのを回避することができ、混合気を安定的に形成することができる。
【００２５】
第９の発明によれば、噴射状態制御手段は、吸気調整弁により片方の吸気ポートの空気流量を減少させ、筒内にスワール流を発生することができる。そして、このスワール流の異なる部位に対して、２つの燃料噴射弁から燃料をそれぞれ噴射することができる。これにより、混合気の均質性を高めることができ、また、筒内の空気流を強くして燃焼速度を向上させることができる。従って、例えばリーン燃焼が可能な運転領域を拡大することができ、燃費を更に改善することができる。
【００２６】
第１０の発明によれば、中低負荷運転時には、他方の燃料噴射弁により比較的多量の燃料を外側領域に噴射することができる。外側領域は筒内外周に対応した領域なので、この領域に噴射した燃料の勢いにより筒内にスワール流を発生させることができ、スワール流により筒内の空気流を強くして燃焼状態を改善することができる。従って、吸気ポートをストレートポートとすることにより、高負荷運転時の吸入空気量を最大限に確保しつつ、中低負荷運転時には、燃料噴射を利用してスワール流の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。
【図２】エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２における燃料の分割噴射を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態３において、吸気バルブの閉弁時期及び燃料の噴射時期を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態４において、燃料の噴射時期を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態５において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態６において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。
【図８】実施の形態６による制御を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態７において、燃料の噴射時期を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態８において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。
【図１１】吸入空気量に基いて外側噴射比率を設定するための特性線図である。
【図１２】本発明の実施の形態９において、エンジン回転数に基いて外側噴射比率を設定するための特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では、４気筒エンジンを例示したが、本発明は、任意の気筒数の内燃機関に適用されるものである。エンジン１０の各気筒には、図示しないピストンにより燃焼室１２が形成されており、ピストンは、エンジン１０の出力軸であるクランク軸に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１４と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路１６とを備えている。吸気通路１４には、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ１８が設けられている。
【００２９】
また、各気筒は、第１，第２の吸気ポート２０Ａ，２０Ｂと、第１，第２の排気ポート２２Ａ，２２Ｂとをそれぞれ備えている。吸気ポート２０Ａ，２０Ｂは、２つの並列な通路として形成され、上流側が吸気通路１４に接続されると共に、下流側がそれぞれ異なる位置で燃焼室１２に開口している。また、排気ポート２２Ａ，２２Ｂは、上流側が燃焼室１２に開口し、下流側が排気通路１６に接続されている。
【００３０】
ここで、図２を参照して、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂの形状及び配置について説明する。図２は、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。この図に示すように、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂは、直線状に延びたストレートポートとして形成され、それぞれ中心軸線Ｌ1，Ｌ2を有している。そして、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂは、気筒を軸線方向からみた状態（平面視）において、これらの中心軸線Ｌ1，Ｌ2が円形状をなす燃焼室１２の中心Ｏに対して一側と他側を通るように配置されている。即ち、吸気ポート２０Ａは中心Ｏの一側で燃焼室１２に開口し、吸気ポート２０Ｂは中心Ｏの他側で燃焼室１２に開口している。
【００３１】
また、各気筒は、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂに配置された第１，第２の燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂと、燃焼室１２内（筒内）の混合気に点火する点火プラグ２６とを備えている。ここで、燃料噴射弁２４Ａは、少なくとも燃料噴射孔が吸気ポート２０Ａの中心軸線Ｌ1上に配置され、中心軸線Ｌ1上で吸気ポート２０Ａの開口部に向けて燃料を噴射するように構成されている。また、燃料噴射弁２４Ｂも同様に、燃料噴射孔が吸気ポート２０Ｂの中心軸線Ｌ2上に配置され、中心軸線Ｌ2上で吸気ポート２０Ｂの開口部に向けて燃料を噴射するように構成されている。このため、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂが開弁した状態では、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂから噴射された燃料が筒内に直接到達する。一方、点火プラグ２６は、平面視において燃焼室１２の中心Ｏに配置されている。
【００３２】
また、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂには、公知のポペットバルブ等により構成された第１，第２の吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂが設けられている。吸気バルブ２８Ａは、吸気ポート２０Ａの開口部を開閉する略円盤状の傘部３０Ａと、該傘部３０Ａを中心位置で支持するロッド状のステム３２Ａとを備えている。吸気バルブ２８Ｂも同様に、傘部３０Ｂとステム３２Ｂとを備えている。一方、排気ポート２２Ａ，２２Ｂには、図１に示すように、排気バルブ３４Ａ，３４Ｂが設けられている。
【００３３】
また、エンジン１０は、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂに付設された可変動弁機構３６を備えている。可変動弁機構３６は、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの少なくとも閉弁時期をバルブ毎に変更することが可能な公知の機構により構成されている。このような機構の例としては、例えば特開２００７−１３２３２６号公報に記載されているような揺動アーム型の可変動弁機構、特開２０００−８７７６９号公報に記載されているようなＶＶＴ（Variable Valve Timing system）、例えば特開２００７−１６７１０号公報に記載されているような電磁駆動式の動弁機構等がある。これらの機構は、後述のＥＣＵ４０から入力される制御信号に応じて、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの閉弁時期を進角（早くする）及び遅角（遅くする）ことができる。
【００３４】
また、本実施の形態のシステムは、エンジン１０やこれを搭載する車両の制御に必要な各種のセンサを含むセンサ系統３８と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０とを備えている。センサ系統３８には、クランク角及び機関回転数（エンジン回転数）を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアフローセンサ、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ、車両のアクセル操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ等が含まれている。そして、センサ系統３８は、ＥＣＵ４０の入力側に接続されている。一方、ＥＣＵ４０の出力側には、スロットルバルブ１８、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂ、点火プラグ２６、可変動弁機構３６等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００３５】
そして、ＥＣＵ４０は、センサ系統３８により検出したエンジンの運転情報に基いて、各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサの出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサにより吸入空気量を検出する。また、エンジン回転数と吸入空気量とに基いて機関負荷を算出し、吸入空気量、機関負荷等に基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期及び点火時期を決定する。そして、燃料噴射時期が到来した時点で燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂを駆動し、点火時期が到来した時点で点火プラグ２６を駆動する。また、ＥＣＵ４０は、クランク角に基いて可変動弁機構３６を駆動することにより、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂを適切なタイミングで開閉させる。これにより、各気筒の燃焼室１２内で混合気を燃焼させ、エンジン１０を運転することができる。
【００３６】
［実施の形態１の特徴］
本実施の形態では、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂをストレートポートとして形成し、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂの燃料噴射位置を吸気ポート２０Ａ，２０Ｂの中心軸線Ｌ1，Ｌ2に配置している。そして、２つの燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂは、吸気行程中、即ち、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの開弁期間中に、中心軸線Ｌ1，Ｌ2上で吸気ポート２０Ａ，２０Ｂの開口部に向けて燃料を噴射する構成としている。この構成によれば、ストレートポートの中心位置で燃料を噴射するので、燃料の噴霧に対する空気流の影響を抑制することができる。これにより、燃料を安定した噴霧形状で筒内に流入させ、サイクル間の燃焼のばらつきを低減することができる。
【００３７】
また、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂの先端部には、中心軸線Ｌ1，Ｌ2に対して非対称な噴霧形状を実現するための噴孔プレートを設けている。この噴孔プレートは、例えば特開２００７−２６２９９５号公報に記載されているように、複数の燃料噴射孔が円弧状（Ｃ字状）に配置されたもので、中心軸線Ｌ1，Ｌ2に対して非対称な形状を有している。これにより、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂは、図２に示すように、燃料の噴霧を噴射方向と垂直な平面で破断した噴霧の断面形状Ｆ1，Ｆ2がＣ字状となるように構成されている。そして、本実施の形態では、噴霧の断面形状Ｆ1，Ｆ2に設けられた１箇所の切欠きＦcを、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂのステム３２Ａ，３２Ｂの位置に合わせる構成としている。
【００３８】
この構成によれば、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂが開弁した状態において、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂから噴射された燃料は、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂの開口部とバルブの傘部３０Ａ，３０Ｂとの間に形成される環状の隙間のうち、ステム３２Ａ，３２Ｂにより遮られる部分を除いたＣ字状の隙間から筒内に流入するようになる。また、前記環状の隙間のうちステム３２Ａ，３２Ｂにより遮られる部分は、噴霧形状の切欠きＦcと位置合わせされているので、ステム３２Ａ，３２Ｂの位置には燃料が噴射されない。
【００３９】
従って、噴射燃料がステム３２Ａ，３２Ｂに付着するのを防止し、筒内に流入する燃料の量を安定させることができる。しかも、噴霧の断面形状を円弧状とすることにより、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの開弁中に生じる前記環状の隙間に対して、噴霧の面積を最大限に大きくすることができる。これにより、噴射燃料の微粒化を促進し、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を低減することができる。
【００４０】
また、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂの開口部側には、図２に示すように、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂからみて、ステム３２Ａ，３２Ｂにより区分される２つの領域が形成されている。これらの領域は、ステム３２Ａ，３２Ｂ間に位置する中央領域Ａと、ステム３２Ａ，３２Ｂの外側（両側）に位置する外側領域Ｂである。燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂから噴射された燃料のうち、中央領域Ａに噴射された燃料は、ステム３２Ａ，３２Ｂの間を通過して筒内中央部に流入する。また、外側領域Ｂに噴射された燃料は、ステム３２Ａ，３２Ｂの外側を通過して筒内外周に流入する。
【００４１】
このため、本実施の形態では、中央領域Ａに噴射される燃料の量（中央領域噴射量）を、外側領域Ｂに噴射される燃料の量（外側領域噴射量）よりも多く設定する構成としている。この構成は、例えば複数の燃料噴射孔が円弧状に配置された噴孔プレートにおいて、中央領域Ａに対応する燃料噴射孔の個数、孔径等を、外側領域Ｂに対応する燃料噴射孔よりも増大させることによって実現される。
【００４２】
上記構成によれば、筒内外周に流入する噴射燃料を減少させ、筒内壁面への燃料付着量を抑制することができる。これにより、筒内壁面ではなく、筒内の空気中で気化する燃料が増加するので、燃料の気化による吸入空気の冷却効率を高めることができ、燃費や出力を向上させることができる。また、噴射燃料が筒内壁面に付着すると、付着燃料が次のサイクルに持ち越されることによりトルク変動が生じたり、未燃燃料が増加して排気エミッションを悪化させる場合がある。上記構成によれば、このような原因で生じるトルク変動を低減し、排気エミッションを改善することができる。
【００４３】
また、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂ側からみると、中央領域Ａに対応する筒内中央部の空間容積（空気量）は、外側領域Ｂに対応する筒内外周の空間容積よりも大きい。従って、中央領域噴射量を外側領域噴射量よりも多くすることにより、噴射燃料を筒内各部の空気量に応じて筒内中央部と筒内外周に適切に分配することができる。これにより、筒内全体において、空燃比を均等化し、燃焼を均質化することができる。
【００４４】
実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御において、燃料噴射を吸気行程の前半と後半に分けて行うことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４５】
［実施の形態２の特徴］
図３は、本発明の実施の形態２における燃料の分割噴射を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態では、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂにより１サイクル分の噴射燃料を吸気行程の前半と後半に分けて噴射する。なお、図３では、燃料噴射の分割回数を２回とした場合を例示したが、本発明における分割噴射の回数は、２回に限定されるものではない。また、図３中の「ＴＤＣ」、「ＢＤＣ」は、それぞれ排気上死点、吸気下死点を示している。
【００４６】
上記制御によれば、吸気行程の前半と後半に燃料を少量ずつ噴射し、噴射燃料と空気との混合度を高めることができ、また、噴射燃料の気化を促進することができる。このため、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂとして、筒内の空気を撹拌する機能が比較的弱いストレートポートを用いた場合でも、実施の形態１の作用効果に加えて、混合気の均質性を高めることができる。なお、前記実施の形態２において、図３は、請求項７における分割噴射手段の具体例を示している。
【００４７】
実施の形態３．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御において、吸気バルブの閉弁時期を下死点よりも遅らせたことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４８】
［実施の形態３の特徴］
図４は、本発明の実施の形態３において、吸気バルブの閉弁時期及び燃料の噴射時期を示す説明図である。図４に示すように、本実施の形態では、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの閉弁時期を吸気下死点よりも遅らせ、かつ、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂの燃料噴射期間を吸気行程の前半に設定する構成としている。
【００４９】
上記制御によれば、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの閉弁時期を遅らせることにより、吸入空気量を減少させ、所謂アトキンソンサイクルを実現することができる。これにより、実施の形態１の作用効果に加えて、熱効率を改善し、燃費を向上させることができる。一方、燃料噴射期間を吸気行程の前半に設定することにより、噴射燃料を筒内の下側（ピストン側）に集めることができ、また、燃料噴射期間を吸気下死点から時間的に遠ざけることができる。これにより、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂが閉弁する直前に噴射燃料が吸気ポート２０Ａ，２０Ｂに吹き返すのを防止することができる。従って、筒内の混合気量のばらつきを抑制し、トルク変動を低減することができる。なお、前記実施の形態３において、図４は、請求項６における吸気閉弁遅角手段と噴射時期制御手段の具体例を示している。
【００５０】
実施の形態４．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御において、２つの燃料噴射弁の燃料噴射期間をずらしたことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５１】
［実施の形態４の特徴］
図５は、本発明の実施の形態４において、燃料の噴射時期を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態では、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂの燃料噴射期間が重複しないように、燃料噴射期間を相互にずらす構成としている。この構成によれば、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂから噴射された燃料の噴霧が筒内で衝突するのを防止することができる。これにより、燃料噴霧の衝突によって燃料の微粒化が阻害されたり、混合気の偏りが生じるのを回避することができ、実施の形態１の作用効果に加えて、混合気を安定的に形成することができる。なお、前記実施の形態４において、図５は、請求項８における噴射差動手段の具体例を示している。
【００５２】
実施の形態５．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御に加えて、片方の吸気ポートの空気流量を吸気調整弁により減少させた状態で、２つの燃料噴射弁により燃料噴射を行うことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５３】
［実施の形態５の特徴］
図６は、本発明の実施の形態５において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。この図に示すように、本実施の形態では、吸気調整弁を構成するスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）５０を第１の吸気ポート２０Ａに設けている。ＳＣＶ５０は、例えば電子制御式のバタフライ弁等により構成され、燃料噴射弁２４Ａの上流側に配置されている。また、ＳＣＶ５０は、ＥＣＵ４０により制御されて吸気ポート２０Ａの流路面積を変化させるもので、全閉位置では、吸気ポート２０Ａ内の空気流を遮断するように構成されている。そして、本実施の形態では、吸気行程において、ＳＣＶ５０を閉じ側に駆動して吸気ポート２０Ａの空気流を減少させた状態で、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂにより燃料を同時に噴射する。
【００５４】
上記構成によれば、ＳＣＶ５０により筒内にスワール流を発生することができ、このスワール流の異なる部位に対して、２つの燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂから燃料をそれぞれ噴射することができる。これにより、混合気の均質性を高めることができ、また、筒内の空気流を強くして燃焼速度を向上させることができる。従って、実施の形態１の作用効果に加えて、例えばリーン燃焼が可能な運転領域を拡大することができ、燃費を更に改善することができる。なお、前記実施の形態５において、図６は、請求項９における噴射状態制御手段の具体例を示している。
【００５５】
実施の形態６．
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御において、２つの燃料噴射弁の噴霧形状を異ならせたことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５６】
［実施の形態６の特徴］
図７は、本発明の実施の形態６において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。本実施の形態において、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂ′の噴霧形状は、実施の形態１と同様に、Ｃ字状の断面形状を有している。また、第１の燃料噴射弁２４Ａは、中央領域噴射量の方が外側領域噴射量よりも多くなるように構成されている。しかし、第２の燃料噴射弁２４Ｂ′は、実施の形態１と逆に、外側領域噴射量の方が中央領域噴射量よりも多くなるように構成されている。この構成は、例えば燃料噴射弁２４Ｂ′の噴孔プレートにおいて、外側領域Ｂに対応する燃料噴射孔の個数、孔径等を、中央領域Ａに対応する燃料噴射孔よりも増大させることによって実現される。
【００５７】
図８は、実施の形態６による制御を示す説明図である。図８（ａ）に示すように、低負荷運転または中間負荷運転が行われている場合（以下、中低負荷運転時と称す）には、吸気行程において、第１の燃料噴射弁２４Ａを停止した状態で、第２の燃料噴射弁２４Ｂ′により燃料を噴射する。このとき、第１の吸気バルブ２８Ａは閉弁状態に保持し、第２の吸気バルブ２８Ｂのみを開弁する。なお、中低負荷運転時であるか否かは、機関負荷が高負荷に対応する所定の基準負荷よりも小さいか否かに基いて判定される。ＥＣＵ４０は、機関負荷が基準負荷よりも小さい場合に、中低負荷運転時と判定し、上記制御を実行する。一方、機関負荷が基準負荷以上の場合には、高負荷運転時と判定し、図８（ｂ）に示すように、実施の形態１と同様の制御を実行する。即ち、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂを開弁した状態で、両方の燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂにより燃料噴射を実行する。
【００５８】
上記構成によれば、中低負荷運転時には、燃料噴射弁２４Ｂ′により比較的多量の燃料を外側領域Ｂに噴射することができる。外側領域Ｂは筒内外周に対応した領域なので、この領域に噴射した燃料の勢いにより筒内にスワール流を発生させることができ、スワール流により筒内の空気流を強くして燃焼状態を改善することができる。従って、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂをストレートポートとすることにより、高負荷運転時の吸入空気量を最大限に確保しつつ、中低負荷運転時には、燃料噴射を利用してスワール流の効果を得ることができる。なお、前記実施の形態６において、図８は、請求項１０における中低負荷時制御手段の具体例を示している。
【００５９】
実施の形態７．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態７について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御において、高回転時の燃料噴射を上死点及び／又は下死点の近傍で実施することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６０】
［実施の形態７の特徴］
筒内に流入する吸入空気は、エンジン回転数が高いほど（吸入空気量が多いほど）、強い流れを形成して筒内中央部に集まり易い。この結果、噴射燃料は、強い空気流によって筒内中央部に引き込まれ、その勢いで筒内壁面のうち吸気ポート２０Ａ，２０Ｂの正面に位置する部位、即ち、排気ポート２２Ａ，２２Ｂ側の壁面に付着し易くなる。従って、筒内中央部を通って排気ポート２２Ａ，２２Ｂの近傍に付着する噴射燃料は、吸入空気量が多いほど増加する傾向がある。
【００６１】
このため、本実施の形態では、エンジン回転数が所定の基準回転数以上である場合（高回転運転時）に、図９（ａ）に示すように、吸気行程において上死点及び／又は下死点の近傍で燃料噴射を実行する構成としている。一方、エンジン回転数が基準回転数未満である場合（中低回転運転時）には、図９（ｂ）に示すように、実施の形態１と同様の制御を実行する。なお。図９は、本発明の実施の形態７において、燃料の噴射時期を示す説明図である。吸気行程において、ピストンの下降動作により筒内に吸い込まれる空気の流れは、ＡＴＤＣ９０°付近のクランク角（吸気行程の中間位置）で最も速くなる。このクランク角は、ピストンの下降速度が最速となるタイミングに相当している。
【００６２】
一方、吸気行程の中間位置から大きく離れた上死点や下死点の近傍では、中間位置と比較して空気流が相対的に弱くなる。従って、本実施の形態によれば、吸入空気の流れが強くなる高回転運転時等において、空気流が比較的弱いタイミングで燃料を噴射することができ、筒内壁面への燃料付着量を抑制することができる。従って、前記実施の形態１と同様に、トルク変動を低減し、排気エミッションを改善することができる。
【００６３】
なお、上記基準回転数は、例えば吸入空気の流れが筒内中央部に集まり易くなるような高い回転数に対応して設定され、ＥＣＵ４０に予め記憶されている。また、本実施の形態において、燃料噴射は、上死点と下死点のうち何れか一方の近傍だけで実施する構成としてもよく、上死点近傍と下死点近傍の両方で実施する構成としてもよい。また、前記実施の形態７において、図９は、請求項５における噴射状態制御手段の具体例を示している。
【００６４】
実施の形態８．
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の実施の形態８について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御に加えて、中央領域噴射量と外側領域噴射量との比率を吸入空気量に応じて変化させることを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６５】
［実施の形態８の特徴］
図１０は、本発明の実施の形態８において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。この図に示すように、本実施の形態では、噴孔可変型の燃料噴射弁６０Ａ，６０Ｂを採用しており、これらの燃料噴射弁６０Ａ，６０Ｂは、例えば特開２００７−２９７９８７号公報、特開平０４−７６２６６号公報等に記載されているような公知の構成を有している。具体的に述べると、燃料噴射弁６０Ａ，６０Ｂは、例えば噴孔プレートに形成された複数の燃料噴射孔の一部を開，閉する可変機構を備えている。これにより、燃料噴射弁６０Ａ，６０Ｂは、ＥＣＵ４０から入力される制御信号に応じて、中央領域噴射量と外側領域噴射量との比率を変化させることできる。
【００６６】
そして、本実施の形態では、図１１に示すように、吸入空気量が多いほど、中央領域噴射量に対する外側領域噴射量の比率（以下、外側噴射比率と称す）を増加させる構成としている。図１１は、吸入空気量に基いて外側噴射比率を設定するための特性線図であり、この特性データは、例えばマップデータとしてＥＣＵ４０に予め記憶されている。ＥＣＵ４０は、エアフローセンサ等により検出した吸入空気量に基いて、図１１のマップデータを参照し、外側噴射比率を算出する。そして、外側噴射比率の算出値に基いて中央領域噴射量と外側領域噴射量とを決定し、これらの噴射量が実現されるように燃料噴射弁６０Ａ，６０Ｂの可変機構を駆動する。
【００６７】
前述したように、吸入空気量が多い場合には、噴射燃料を筒内中央部に引き込む空気流が強くなり、筒内壁面への燃料付着量が増加し易い。これに対し、本実施の形態では、全体の燃料噴射量（中央領域噴射量＋外側領域噴射量）を一定とした場合に、吸入空気量が多いほど、外側領域噴射量を増加させ、中央領域噴射量を減少させることができる。これにより、吸入空気量が増加する高負荷運転時等において、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂの中央領域Ａから筒内中央部に流入する噴射燃料を減少させ、筒内壁面への燃料付着量を抑制することができる。従って、前記実施の形態１と同様に、トルク変動を低減し、排気エミッションを改善することができる。なお、前記実施の形態８において、図１１は、請求項３における空気量対応制御手段の具体例を示している。
【００６８】
実施の形態９．
次に、図１２を参照して、本発明の実施の形態９について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態８と同様の構成において、中央領域噴射量と外側領域噴射量との比率をエンジン回転数に応じて変化させることを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態８と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６９】
［実施の形態９の特徴］
前述したように、エンジン回転数が高い場合には、噴射燃料を筒内中央部に引き込む空気流が強くなり、筒内壁面への燃料付着量が増加し易い。このため、本実施の形態では、図１２に示すように、エンジン回転数が高いほど、外側噴射比率を増加させる構成としている。図１２は、エンジン回転数に基いて外側噴射比率を設定するための特性線図であり、この特性データは、例えばマップデータとしてＥＣＵ４０に予め記憶されている。ＥＣＵ４０は、エンジン回転数に基いて、図１２のマップデータを参照し、外側噴射比率を算出する。そして、前記実施の形態８で述べたように、外側噴射比率の算出値が実現されるように燃料噴射弁６０Ａ，６０Ｂの可変機構を駆動する。
【００７０】
上記構成によれば、吸入空気量が増加する高回転運転時等において、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂの中央領域Ａから筒内中央部に流入する噴射燃料を減少させ、筒内壁面への燃料付着量を抑制することができる。これにより、実施の形態８とほぼ同様の作用効果を得ることができる。なお、前記実施の形態９において、図１２は、請求項４における回転数対応制御手段の具体例を示している。
【００７１】
上述した実施の形態１乃至９では、本発明に含まれる構成をそれぞれ個別に例示したが、本発明は、各実施の形態で説明した個別の構成のみに限定されるものではない。即ち、本発明では、実施の形態１乃至９で示した構成のうち、任意の複数個の構成を実現可能な範囲で組合わせてもよいものである。
【符号の説明】
【００７２】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  燃焼室
１４  吸気通路
１６  排気通路
１８  スロットルバルブ
２０Ａ，２０Ｂ  第１，第２の吸気ポート
２２Ａ，２２Ｂ  第１，第２の排気ポート
２４Ａ，６０Ａ  第１の燃料噴射弁
２４Ｂ，２４Ｂ′，６０Ｂ  第２の燃料噴射弁
２６  点火プラグ
２８Ａ，２８Ｂ  第１，第２の吸気バルブ
３０Ａ，３０Ｂ  傘部
３２Ａ，３２Ｂ  ステム
３４Ａ，３４Ｂ  第１，第２の排気バルブ
３６  可変動弁機構
３８  センサ系統
４０  ＥＣＵ
５０  スワールコントロールバルブ（吸気調整弁）
Ａ  中央領域
Ｂ  外側領域
Ｌ1，Ｌ2  中心軸線
【図１】
2012036757.tif 000003
【図２】
2012036757.tif 000004
【図３】
2012036757.tif 000005
【図４】
2012036757.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012036757.tif 000010
【図９】
2012036757.tif 000011
【図１０】
2012036757.tif 000012
【図１１】
2012036757.tif 000013
【図１２】
2012036757.tif 000014