(57)【要約】【課題】この発明は、排気熱を利用して一部の吸気ポートを加熱する場合において、加熱した吸気ポートから他の吸気ポートへの熱伝導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、それぞれ２つの吸気ポート２０Ａ〜２０Ｈを備える。燃料気化促進制御では、互いに隣接する２つの気筒（＃１気筒と＃２気筒、＃３気筒と＃４気筒）において、相手方の気筒に最も近い吸気ポートである吸気ポート２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｇを加熱吸気ポートとして選択する。そして、加熱吸気ポート２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｇでは、排気ガスの吹き返し量を他の吸気ポートよりも増加させ、排気熱により吸気ポートを加熱する。これにより、複数の加熱吸気ポートを出来るだけ狭い範囲に集約して効率よく加熱することができ、他の吸気ポートへの熱伝導を抑制することができる。【選択図】図４
2012102674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数の吸気ポートが設けられた複数の気筒と、
前記各気筒の各吸気ポートにそれぞれ配置された燃料噴射弁と、
排気ガスが吸気ポートに吹き返す量である排気吹き返し量を前記各吸気ポート毎に個別に変化させることが可能な排気吹き返し量可変手段と、
前記排気吹き返し量可変手段を駆動することにより、互いに隣接する２つの気筒において相手方の気筒に最も近い吸気ポートの排気吹き返し量を他の吸気ポートよりもそれぞれ増加させ、かつ、前記排気吹き返し量を増加させる２つの吸気ポートにおいて前記燃料噴射弁により燃料を噴射する噴射ポート制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記排気吹き返し量可変手段は、前記各吸気ポートに設けられた吸気バルブの開弁特性を個別に変化させることが可能な吸気可変動弁機構を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記各吸気ポートとそれぞれ対向する位置に設けられた複数の排気ポートと、
前記各排気ポートに設けられた排気バルブの開弁特性をバルブ毎に個別に変化させることが可能な排気可変動弁機構と、
前記噴射ポート制御手段により何れかの吸気ポートで前記排気吹き返し量を増加させる場合に、前記各排気ポートのうち前記排気吹き返し量を増加させる吸気ポートと対向していない排気ポートにおいて、排気ガスの排出量を前記排気可変動弁機構により他の排気ポートと比較して増加させる排気制御手段と、
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】
暖機状態での高負荷運転が行われる場合に、前記噴射ポート制御手段の作動を禁止し、かつ、前記各気筒毎に複数の吸気ポートで燃料噴射を実行する高負荷対応手段を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
冷間状態での高負荷運転が行われる場合に、前記各吸気ポートのうち前記噴射ポート制御手段により前記排気吹き返し量を増加させる吸気ポートにおいて、吸気バルブの開弁時期を排気上死点よりも早くする早期開弁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】
前記噴射ポート制御手段により前記排気吹き返し量を増加させる吸気ポートにおいて、前記燃料噴射弁により噴射する１サイクル分の噴射燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射手段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】
内燃機関の排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機と、
前記過給機のタービンの下流側で排気ガスを浄化する触媒と、を備え、
前記各排気ポートのうち前記排気吹き返し量を増加させる吸気ポートと対向する排気ポートを前記タービンの上流側に接続し、前記他の排気ポートは、前記タービンをバイパスして前記触媒の上流側に接続する構成としてなる請求項３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と燃料噴射弁と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２０１０−１２１６１７号公報）に開示されているように、１つの気筒に２つの吸気ポートを設け、各吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を配置する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、２つの吸気ポートに対する排気ガスの吹き返し量に差異を設けた上で、吹き返し量を増加させる方の吸気ポート（加熱吸気ポート）に対する燃料噴射量を、他方の吸気ポート（非加熱吸気ポート）よりも増加させる構成としている。これにより、従来技術では、排気ガスの吹き返しにより加熱吸気ポートの温度を上昇させつつ、当該吸気ポートに燃料噴射を集中し、燃料の気化を促進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２０１０−１２１６１７号公報
【特許文献２】特開平５−２３１２２２号公報
【特許文献３】特開平６−３４６７６４号公報
【特許文献４】特開２００５−２９１１３３号公報
【特許文献５】特開２００７−９２６２２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、各気筒において吸気ポートの配置が揃えられるので、加熱吸気ポートと非加熱吸気ポートが交互に配置されることになる。この場合、ある気筒の加熱吸気ポートの左側には、当該気筒の非加熱吸気ポートが配置され、加熱吸気ポートの右側には、隣接する気筒の非加熱吸気ポートが配置された状態となる。しかし、このような配置では、加熱吸気ポートに排気ガスの吹き返しを集中させても、両側の非加熱吸気ポートにより加熱吸気ポートから奪われる熱量が増加するので、加熱吸気ポートの温度が十分に上昇せず、燃料の気化が妨げられ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、排気熱を利用して一部の吸気ポートを加熱する場合において、加熱した吸気ポートから他の吸気ポートへの熱伝導を抑制し、当該吸気ポートの温度を効率よく上昇させることができ、燃料の気化を促進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、それぞれ複数の吸気ポートが設けられた複数の気筒と、
前記各気筒の各吸気ポートにそれぞれ配置された燃料噴射弁と、
排気ガスが吸気ポートに吹き返す量である排気吹き返し量を前記各吸気ポート毎に個別に変化させることが可能な排気吹き返し量可変手段と、
前記排気吹き返し量可変手段を駆動することにより、互いに隣接する２つの気筒において相手方の気筒に最も近い吸気ポートの排気吹き返し量を他の吸気ポートよりもそれぞれ増加させ、かつ、前記排気吹き返し量を増加させる２つの吸気ポートにおいて前記燃料噴射弁により燃料を噴射する噴射ポート制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明によると、前記排気吹き返し量可変手段は、前記各吸気ポートに設けられた吸気バルブの開弁特性を個別に変化させることが可能な吸気可変動弁機構を備える。
【０００８】
第３の発明は、前記各吸気ポートとそれぞれ対向する位置に設けられた複数の排気ポートと、
前記各排気ポートに設けられた排気バルブの開弁特性をバルブ毎に個別に変化させることが可能な排気可変動弁機構と、
前記噴射ポート制御手段により何れかの吸気ポートで前記排気吹き返し量を増加させる場合に、前記各排気ポートのうち前記排気吹き返し量を増加させる吸気ポートと対向していない排気ポートにおいて、排気ガスの排出量を前記排気可変動弁機構により他の排気ポートと比較して増加させる排気制御手段と、を備える。
【０００９】
第４の発明は、暖機状態での高負荷運転が行われる場合に、前記噴射ポート制御手段の作動を禁止し、かつ、前記各気筒毎に複数の吸気ポートで燃料噴射を実行する高負荷対応手段を備える。
【００１０】
第５の発明は、冷間状態での高負荷運転が行われる場合に、前記各吸気ポートのうち前記噴射ポート制御手段により前記排気吹き返し量を増加させる吸気ポートにおいて、吸気バルブの開弁時期を排気上死点よりも早くする早期開弁手段を備える。
【００１１】
第６の発明は、前記噴射ポート制御手段により前記排気吹き返し量を増加させる吸気ポートにおいて、前記燃料噴射弁により噴射する１サイクル分の噴射燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射手段を備える。
【００１２】
第７の発明は、内燃機関の排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機と、
前記過給機のタービンの下流側で排気ガスを浄化する触媒と、を備え、
前記各排気ポートのうち前記排気吹き返し量を増加させる吸気ポートと対向する排気ポートを前記タービンの上流側に接続し、前記他の排気ポートは、前記タービンをバイパスして前記触媒の上流側に接続する構成としている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、排気吹き返し量を増加させる吸気ポート（加熱吸気ポート）を、少なくとも２気筒ずつ隣接した状態で配置することができ、複数の加熱吸気ポートを出来るだけ狭い範囲に集約することができる。これにより、加熱吸気ポートから他の吸気ポート（非加熱吸気ポート）への熱伝導を抑制し、加熱吸気ポートの温度を効率よく上昇させることができる。従って、噴射燃料の気化を十分に促進することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、吸気可変動弁機構は、各吸気ポートに設けられた吸気バルブの開弁特性を個別に変化させることができる。これにより、個々の吸気ポートの排気吹き返し量を増減させることができる。
【００１５】
第３の発明によれば、排気制御手段は、加熱吸気ポートと対向していない排気ポートの周辺部を排気熱によって加熱することができ、これらの部位の温度を他の排気ポートよりも上昇させることができる。従って、各気筒の吸気側と排気側とにおいて、互いに対向していない部位の温度をそれぞれ上昇させることができ、温度分布のバランスをとることができる。これにより、シリンダヘッド全体の温度分布を均等化し、暖機を円滑に行うことができる。そして、部分的な燃焼速度の低下を防止し、燃焼変動等を抑制することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、高負荷対応手段は、暖機状態での高負荷運転が行われる場合に、噴射ポート制御手段の作動を禁止した状態で、各気筒毎に複数の吸気ポートで燃料噴射を実行することができる。これにより、暖機状態での高負荷運転時には、比較的多量の燃料を広範囲に噴射することができる。従って、燃料の気化潜熱を利用して筒内の温度上昇を抑制し、体積効率を向上させることができる。
【００１７】
第５の発明によれば、早期開弁手段は、加熱吸気ポートにおいて、ピストンの上昇中に吸気バルブを開弁させることができ、ピストンの押し出し動作を利用して排気ガスの吹き返しを促進することができる。従って、高負荷運転時でも、排気ガスにより加熱吸気ポートを安定的に加熱し、燃料の気化を十分に行うことができる。
【００１８】
第６の発明によれば、分割噴射手段は、加熱吸気ポートにおいて、１サイクル分の噴射燃料を複数回に分割して噴射することができる。これにより、噴射のインターバル期間には、ポート壁面に付着した燃料の気化や流動を進行させることができ、付着燃料の液膜を薄くすることができる。従って、噴射燃料を速やかに気化させることができる。
【００１９】
第７の発明によれば、排気ガスの少なくとも大部分がタービンを通過しないので、排気系の熱容量を過給機の分だけ小さくして、触媒に流入する排気ガスの温度を上昇させることができる。これにより、触媒に投入する熱量を効率よく増加させ、触媒温度を速やかに上昇させることができる。従って、例えば冷間運転時には、触媒の暖機を促進し、暖機効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】燃料気化促進制御により生じる排気ガスの吹き返しを示す説明図である。
【図３】燃料気化促進制御により実現される吸気バルブの開弁特性等を示す特性線図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、加熱吸気ポートの配置を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２において、加熱吸気ポートの配置を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態３において、エンジンの運転状態に応じて制御を切換える様子を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態４において、加熱吸気ポートの吸気バルブの開弁特性等を示す特性線図である。
【図８】本発明の実施の形態５において、加熱吸気ポートにおける燃料の分割噴射を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態６において、吸気ポート及び排気ポートに対する排気ガスの分配状態を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態７のシステム構成を説明するための構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１及び図４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、２気筒以上の任意の気筒数を有する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。
【００２２】
また、エンジン１０の各気筒は、＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒及び＃４気筒を当該順番で直列に配置することにより構成されている。そして、各気筒は、２つの吸気ポート２０，２０と、２つの排気ポート２２，２２とをそれぞれ備えている。詳しく述べると、＃１気筒は、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂと排気ポート２２Ａ，２２Ｂとを備え、＃２気筒は、吸気ポート２０Ｃ，２０Ｄと排気ポート２２Ｃ，２２Ｄとを備えている。また、＃３気筒は、吸気ポート２０Ｅ，２０Ｆと排気ポート２２Ｅ，２２Ｆとを備え、＃４気筒は、吸気ポート２０Ｇ，２０Ｈと排気ポート２２Ｇ，２２Ｈとを備えている。なお、以下の説明では、必要に応じて、吸気ポート２０Ａ〜２０Ｈをまとめて「吸気ポート２０」と表記し、排気ポート２２Ａ〜２２Ｈをまとめて「排気ポート２２」と表記するものとする。
【００２３】
各吸気ポート２０は、図１に示すように各気筒を軸線方向からみた状態（平面視）において、各気筒の並び方向（図１中の左右方向）に間隔をもって配置され、この配置に対応する位置でそれぞれ燃焼室１２に開口している。また、各吸気ポート２０は、上流側が吸気通路１４に接続され、各気筒の並び方向と直行する方向に並列に延びている。一方、各排気ポート２２は、上流側がそれぞれ燃焼室１２に開口しており、個々の排気ポート２２Ａ〜２２Ｈの開口位置は、各気筒の並び方向と直行する方向において、それぞれ吸気ポート２０Ａ〜２０Ｈの開口位置と対向している。また、各排気ポート２２の下流側は排気通路１６に接続されている。また、各気筒は、個々の吸気ポート２０に設けられた２つの燃料噴射弁２４と、燃焼室１２内（筒内）の混合気に点火する点火プラグ２６と、各吸気ポート２０をそれぞれ開閉する２つの吸気バルブ２８と、各排気ポート２２をそれぞれ開閉する２つの排気バルブ３０とを備えている。
【００２４】
また、エンジン１０は、各吸気バルブ２８の開弁特性を個別に変化させることが可能な吸気可変動弁機構３２を備えており、この吸気可変動弁機構３２は、本実施の形態の排気吹き返し量可変手段を構成している。吸気可変動弁機構３２は、例えば特開２０１０−１２１６１７号公報に開示されている公知の構成を有し、吸気バルブ２８の位相（開弁期間）を進角側及び遅角側に可変に設定する位相可変部と、吸気バルブ２８の作用角及び最大リフト量を可変に設定するリフト量可変部とを備えている。位相可変部は、例えば可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）等の公知な機構により構成されるもので、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対的な回転角を変更することにより、吸気バルブ２８の位相を変化させる。また、リフト量可変部は、所謂バルブマチック機構と呼ばれる公知な機構により構成されるもので、吸気側のカムにより吸気バルブ２８のロッカーアームが駆動されるときに、カムのプロフィールに対するロッカーアームの変位量を変更する。
【００２５】
吸気可変動弁機構３２は、上述した位相可変部及びリフト量可変部が協調制御されることにより、１つの気筒に設けられた２つの吸気バルブ２８の開弁特性（位相、作用角及びリフト量）をバルブ毎に個別に設定することができる。これにより、吸気可変動弁機構３２は、吸気バルブ２８と排気バルブ３０のバルブオーバーラップ量を変化させ、筒内から各吸気ポート２０に吹き返す排気ガスの吹き返し量（以下、排気吹き返し量と称す）を吸気ポート毎に個別に増減させることができる。また、吸気可変動弁機構３２は、各吸気バルブ２８を個別に閉弁状態で停止（弁停止）させることが可能な弁停止機構を備える構成としてもよい。この弁停止機構は、例えば特開２００８−４５４６０号公報に記載されているような公知の構成を有している。
【００２６】
一方、エンジン１０は、各排気バルブ３０の開弁特性をバルブ毎に個別に変化させることが可能な排気可変動弁機構３４を備えている。排気可変動弁機構３４は、例えば吸気可変動弁機構３２と同様の機構（弁停止機構を含む）により構成されるもので、排気バルブ３０の開弁特性を弁停止を含む範囲で変更することにより、各排気ポート２２から排出される排気ガスの量を排気ポート毎に個別に変化させることができる。なお、排気可変動弁機構３４は、後述する実施の形態６，７で用いられるもので、本実施の形態では省略してもよい。
【００２７】
さらに、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３６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３６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（エンジン水温）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おり、これらのセンサは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２４、点火プラグ２６、可変動弁機構３２，３４等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００２８】
そして、ＥＣＵ４０は、センサ系統３６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２４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３２，３４を駆動することにより、吸気バルブ２８と排気バルブ３０と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。
【００２９】
［実施の形態１の特徴］
（燃料気化促進制御）
本実施の形態では、発明の前提となる制御として、例えば特開２０１０−１２１６１７号公報に開示されている公知の制御（以下、燃料気化促進制御と称す）を実行する。燃料気化促進制御は、各気筒において、２つの吸気ポート２０のうち何れか一方の吸気ポートに排気ガスの吹き返しを集中させることにより、一方の吸気ポートを高温の排気ガスにより加熱した状態で、当該一方の吸気ポートに燃料を噴射（非同期噴射）する。なお、以下の説明では、２つの吸気ポート２０のうち、排気ガスの吹き返しを集中させる一方の吸気ポートを「加熱吸気ポート」と称し、吹き返しを集中させない他方の吸気ポートを「非加熱吸気ポート」と称するものとする。
【００３０】
図２は、燃料気化促進制御により生じる排気ガスの吹き返しを示す説明図である。この図に示すように、燃料気化促進制御では、加熱吸気ポートに排気ガスの吹き返しを集中させ、当該吸気ポートの排気吹き返し量を非加熱吸気ポートよりも増加させる。これにより、加熱吸気ポートでは、ポート内の空間や壁面が高温の排気ガスにより加熱されるので、非加熱吸気ポートと比較して吸気バルブ周辺の温度が上昇し易くなる。この状態で、ＥＣＵ４０は、加熱吸気ポートの燃料噴射弁２４のみから燃料を噴射し、非加熱吸気ポートの燃料噴射弁２４は燃料噴射を停止した状態に保持する。これにより、温度を上昇させる加熱吸気ポートを利用して噴射燃料の気化を促進し、燃料の壁面付着等を抑制することができるので、噴射燃料の不完全燃焼により未燃ＨＣや粒子状物質（ＰＭ）が発生するのを抑制することができる。
【００３１】
また、２つの吸気ポート間における排気吹き返し量の差異は、例えば図３に示す方法により実現される。図３は、燃料気化促進制御により実現される吸気バルブの開弁特性等を示す特性線図である。この図に示すように、燃料気化促進制御の実行時には、ＥＣＵ４０により吸気可変動弁機構３２が駆動され、加熱吸気ポートと非加熱吸気ポートとの間で吸気バルブ２８の開弁特性に差異が設けられる。具体的には、加熱吸気ポートの吸気バルブ２８の位相を非加熱吸気ポートよりも進角させる。これにより、加熱吸気ポートでは、吸気バルブ２８と排気バルブ３０とのバルブオーバーラップ期間が存在し、非加熱吸気ポートでは、バルブオーバーラップ期間が存在しない状態となる。この結果、バルブオーバーラップ期間においては、図２に示すように、各排気ポート２２から逆流した排気ガスが加熱吸気ポートに集中するので、加熱吸気ポートを効率よく加熱することができる。
【００３２】
なお、上記説明では、加熱吸気ポートと非加熱吸気ポートとの間で吸気バルブ２８の開弁期間に位相差を設けることにより、排気吹き返し量を異ならせる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば加熱吸気ポートの吸気バルブ２８の開弁時期を非加熱吸気ポートよりも早くすることにより、加熱吸気ポートのバルブオーバーラップ期間を増加させる構成としてもよい。また、本発明では、例えば吸気可変動弁機構３２の弁停止機構を作動させることにより、非加熱吸気ポートの吸気バルブ２８を閉弁状態で停止させることにより、排気ガスの吹き返しを加熱吸気ポートに集中させる構成としてもよい。さらには、非加熱吸気ポートに、吸気ポートの流路面積を減少させることが可能なスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）を設け、このＳＣＶを適切なタイミングで閉じ側に駆動することにより、加熱吸気ポートの排気吹き返し量を相対的に増加させる構成としてもよい。
【００３３】
（加熱吸気ポートの配置）
上述したように、燃料気化促進制御では、各気筒において加熱吸気ポートを排気ガスにより加熱するが、エンジン全体としてみた場合に、加熱吸気ポートの位置が分散していると、加熱吸気ポートの加熱効率が低下し易い。即ち、例えば加熱吸気ポートの両側に非加熱吸気ポートが配置されているような場合には、加熱吸気ポートに排気ガスの吹き返しを集中させても、両側の非加熱吸気ポートにより加熱吸気ポートから奪われる熱量が増加するので、加熱吸気ポートの温度が十分に上昇しない虞れがある。
【００３４】
このため、本実施の形態では、互いに隣接する２つの気筒において相手方の気筒に最も近い吸気ポートを、それぞれの気筒における加熱吸気ポートとして選択する構成としている。図４は、本発明の実施の形態１において、加熱吸気ポートの配置を示す説明図である。なお、図４では、吸気ポート２０以外の構造物を適宜省略している。この図に示すように、本実施の形態では、直列４気筒型のエンジン１０において、互いに隣接する＃１気筒と＃２気筒のうち、＃１気筒に配置されて＃２気筒に隣接する吸気ポート２０Ｂと、＃２気筒に配置されて＃１気筒に隣接する吸気ポート２０Ｃとを加熱吸気ポートとして選択している。また、互いに隣接する＃３気筒と＃４気筒においても同様に、＃３気筒に配置されて＃４気筒に隣接する吸気ポート２０Ｆと、＃４気筒に配置されて＃３気筒に隣接する吸気ポート２０Ｇとを加熱吸気ポートとして選択している。これら４つの加熱吸気ポート２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｇでは、燃料気化促進制御により排気吹き返し量が増加され、燃料噴射弁２４から燃料が噴射される。
【００３５】
上記構成によれば、加熱吸気ポート２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｇを２気筒ずつ隣接した状態で配置することができ、複数の加熱吸気ポートを出来るだけ狭い範囲（例えば２箇所）に集約することができる。これにより、加熱吸気ポート２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｇから非加熱吸気ポート２０Ａ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｈへの熱伝導を抑制し、加熱吸気ポートの温度を効率よく上昇させることができる。従って、噴射燃料の気化を十分に促進することができ、従来技術と比較して燃料気化促進制御の効果を顕著に発揮することができる。
【００３６】
なお、前記実施の形態１では、図４に示す配置の各加熱吸気ポートにおいて、排気吹き返し量を増加させて燃料噴射を行うことが、請求項１における噴射ポート制御手段の具体例を示している。
【００３７】
実施の形態２．
次に、図５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、Ｖ６型及び３気筒型の内燃機関に適用したことを特徴としている。なお、本実施の形態では、前記実施の形態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。
【００３８】
［実施の形態２の特徴］
図５は、本発明の実施の形態２において、加熱吸気ポートの配置を示す説明図である。本実施の形態のシステムは、Ｖ６型の内燃機関からなるエンジン５０を備えている。なお、図５は、エンジン５０の片バンクを示すものである。この図に示すように、エンジン５０の片バンクは、＃１気筒、＃２気筒及び＃３気筒を当該順番で直列に配置することにより構成されている。そして、＃１気筒は吸気ポート５２Ａ，５２Ｂを備え、＃２気筒は吸気ポート５２Ｃ，５２Ｄを備え、＃３気筒は吸気ポート５２Ｅ，５２Ｆを備えている。なお、各気筒における吸気ポート５２（５２Ａ〜５２Ｆ）の配置は、実施の形態１の＃１〜＃３気筒と同様である。また、図５では、吸気ポート５２以外の構造物を適宜省略している。
【００３９】
図５に示すように、本実施の形態では、＃１気筒に配置されて＃２気筒に隣接する吸気ポート５２Ｂと、＃２気筒に配置された２つの吸気ポート５２Ｃ，５２Ｄと、＃３気筒に配置されて＃２気筒に隣接する吸気ポート５２Ｅとを加熱吸気ポートとして選択している。これら４つの加熱吸気ポート５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅでは、燃料気化促進制御により排気吹き返し量が増加され、燃料噴射弁２４から燃料が噴射される。なお、＃２気筒では、両方の吸気ポート５２Ｃ，５２Ｄが加熱吸気ポートとなるので、これらの吸気ポート５２Ｃ，５２Ｄでは、吸気バルブの開弁特性、バルブオーバーラップ量等が同一の設定に保持され、排気吹き返し量が均等となるように制御される。
【００４０】
このように構成される本実施の形態でも、Ｖ６型のエンジン５０において、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。なお、本実施の形態では、図５をＶ６型エンジンの片バンクであるものとして説明したが、本発明はこれに限らず、図５に示す加熱吸気ポートの配置を３気筒型のエンジンに適用してもよい。これにより、３気筒型のエンジンにおいても、実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００４１】
実施の形態３．
次に、図６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、内燃機関の運転状態に応じて燃料気化促進制御を実行及び禁止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。
【００４２】
［実施の形態３の特徴］
図６は、本発明の実施の形態３において、エンジンの運転状態に応じて制御を切換える様子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、低負荷運転及び中間負荷運転が行われる場合と、冷間状態（暖機前状態）での高負荷運転が行われる場合とに限り、前述の燃料気化促進制御を実行する。また、暖機状態での高負荷運転が行われる場合には、燃料気化促進制御の実行を禁止し、これに代えて暖機後高負荷噴射制御を実行する構成としている。以下、これらの場合について説明する。
【００４３】
（低負荷及び中間負荷運転時）
燃料気化促進制御は、冷間時にも暖機後にも十分に効果を発揮することが可能であり、また、低負荷及び中間負荷運転には、片方の燃料噴射弁だけでも、十分な量の燃料を噴射することができる。このため、低負荷運転や中間負荷運転が行われる場合には、燃料気化促進制御を実行する。
【００４４】
（高負荷運転時）
高負荷運転時には、内燃機関の暖機状態に応じて制御を切換えるのが好ましい。即ち、冷間状態での高負荷運転時には、機関負荷に応じて比較的多量の燃料が噴射される上に、吸気ポートの温度が低いので、ポート壁面に付着する燃料の量が増加し、燃料が気化し難い状態となる。このため、冷間状態での高負荷運転時には、燃料気化促進制御を実行し、吸気ポートの温度を速やかに上昇させるようにする。
【００４５】
一方、暖機状態での高負荷運転時には、燃料噴射量が増加する上に、吸入空気の温度上昇により体積効率が低下し易い。このため、暖機状態での高負荷運転時には、燃料気化促進制御の実行を禁止し、暖機後高負荷噴射制御を実行する。この制御は、各気筒の２つの吸気ポート２０において、吸気バルブ２８の開弁特性、即ち、排気吹き返し量を同等に揃えた上で、燃料噴射弁２４をそれぞれ駆動し、吸気同期噴射を実行する。暖機後高負荷噴射制御によれば、比較的多量の燃料を適切なタイミングで広範囲に噴射することができる。これにより、燃料の気化潜熱を利用して筒内の温度上昇を抑制し、体積効率を向上させることができる。
【００４６】
ここで、図６を参照しつつ、制御の具体的な切換処理について説明すると、ＥＣＵ４０は、センサ系統３６の出力に基いて機関負荷を算出し、この機関負荷に基いて高負荷運転が行われているか否かを判定する。そして、高負荷運転時ではないと判定した場合には、燃料気化促進制御を実行する。また、高負荷運転時であると判定した場合には、エンジン水温が所定の暖機判定値以上であるか否かを判定する。ここで、暖機判定値とは、エンジンの暖機が完了した状態でのエンジン水温に相当するもので、ＥＣＵ４０に予め記憶されている。そして、エンジン水温が暖機判定値以上の場合には、暖機後の高負荷運転であると判定し、暖機後高負荷噴射制御を実行する。また、エンジン水温が暖機判定値未満の場合には、冷間状態での高負荷運転であると判定し、燃料気化促進制御を実行する。なお、上記実施の形態３では、暖機後高負荷噴射制御が請求項４における高負荷対応手段の具体例を示している。
【００４７】
実施の形態４．
次に、図７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、冷間状態での高負荷運転が行われる場合に、加熱吸気ポートの吸気バルブを排気上死点よりも早く開弁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。
【００４８】
［実施の形態４の特徴］
冷間状態での高負荷運転時には、前述した理由により燃料気化促進制御を行うのが好ましい。しかし、高負荷運転時には、吸気ポート２０内に作用する負圧が小さくなるので、排気吹き返し量が減少し、燃料気化促進制御の効果が抑制される場合がある。このため、本実施の形態では、冷間状態での高負荷運転が行われる場合に、加熱吸気ポートの吸気バルブ２８の開弁時期を排気上死点（排気ＴＤＣ）よりも早くする構成としている。
【００４９】
図７は、本発明の実施の形態４において、加熱吸気ポートの吸気バルブの開弁特性等を示す特性線図である。この図に示すように、吸気バルブ２８の開弁時期を排気ＴＤＣよりも早くした場合には、ピストンの上昇中に吸気バルブ２８が開弁するので、ピストンの押し出し動作を利用して排気ガスの吹き返しを促進することができる。従って、高負荷運転時でも、排気ガスにより加熱吸気ポートを安定的に加熱し、燃料気化促進制御の効果を十分に発揮することができる。なお、上記実施の形態４では、図７に示す吸気バルブの開弁特性が請求項５における早期開弁手段の具体例を示している。
【００５０】
実施の形態５．
次に、図８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おいて、加熱吸気ポートの燃料噴射を分割し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。
【００５１】
［実施の形態５の特徴］
本実施の形態では、加熱吸気ポートにおいて、燃料噴射弁２４により噴射する１サイクル分の噴射燃料を複数回に分割して噴射する構成としている。図８は、本発明の実施の形態５において、加熱吸気ポートにおける燃料の分割噴射を示す説明図である。一般的な１回噴射（非分割噴射）を行う場合には、図８（ａ）に示すように、比較的多量の燃料が一気に噴射される。この場合には、吸気ポート２０の壁面に付着する燃料の液膜が厚くなるので、液膜の厚い部分で燃料が気化し難くなる。
【００５２】
これに対し、本実施の形態のように分割噴射を実行した場合には、図８（ｂ）に示すように、１サイクル分の噴射燃料が複数回に分けて徐々に噴射される。これにより、噴射のインターバル期間には、ポート壁面に付着した燃料の気化や流動を進行させることができ、付着燃料の液膜を薄くすることができる。従って、噴射燃料を速やかに気化させ、燃料気化促進制御の効果を高めることができる。なお、上記実施の形態５では、図８（ｂ）が請求項６における分割噴射手段の具体例を示している。
【００５３】
実施の形態６．
次に、図９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、加熱吸気ポートと対向していない排気ポートにおいて、排気ガスの排出量を増加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。
【００５４】
［実施の形態６の特徴］
図９は、本発明の実施の形態６において、吸気ポート及び排気ポートに対する排気ガスの分配状態を示す説明図である。この図に示すように、エンジン１０の各吸気ポート２０Ａ〜２０Ｈと各排気ポート２２Ａ〜２２Ｈとは、燃焼室１２の中心を通って各気筒の並び方向に延びた直線Ｌの左側と右側とに分けて配置され、この直線Ｌと直行する方向において互いに対向している。以下の説明では、加熱吸気ポート２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｇと対向する排気ポート２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｆ，２２Ｇを「加熱側排気ポート」と称し、加熱吸気ポートと対向していない（非加熱吸気ポート２０Ａ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｈと対向する）他の排気ポート２２Ａ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｈを「非加熱側排気ポート」と称するものとする。
【００５５】
本実施の形態では、燃料気化促進制御を実行する場合に、非加熱側排気ポート２２Ａ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｈにおいて、排気ガスの排出量を加熱側排気ポート２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｆ，２２Ｇよりも増加させる制御（以下、排気バランス制御と称す）を実行する構成としている。燃料気化促進制御の実行時には、シリンダヘッドの温度分布が不均一となり易い。即ち、シリンダヘッドのうち、排気ガスが集中する加熱吸気ポート２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｇの周辺は、図９中に点線で示すように、排気熱により温度が上昇する高温部となる。一方、非加熱吸気ポート２０Ａ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｈの周辺では、シリンダヘッドの温度が相対的に低くなるので、温度分布に偏りが生じる。そして、シリンダヘッドの温度分布に偏りが生じると、低温部で燃焼速度が低下することによって外乱の影響を受け易くなり、燃焼変動等が生じ易くなる。
【００５６】
このため、排気バランス制御では、排気可変動弁機構３４の弁停止機構を作動させることにより、加熱側排気ポート２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｆ，２２Ｇの排気バルブ３０を閉弁状態で停止させ、筒内の排気ガスを非加熱側排気ポート２２Ａ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｈから集中的に排出する。この制御によれば、非加熱側排気ポート２２Ａ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｈの周辺部を排気熱によって加熱することができ、これらの部位の温度を加熱側排気ポート２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｆ，２２Ｇよりも上昇させることができる。従って、図９中に点線で示すように、各気筒の吸気側と排気側とにおいて、互いに対向していない部位の温度をそれぞれ上昇させることができ、温度分布のバランスをとることができる。これにより、シリンダヘッド全体の温度分布を均等化し、暖機を円滑に行うことができる。そして、部分的な燃焼速度の低下を防止し、燃焼変動等を抑制することができる。
【００５７】
なお、上述したシリンダヘッドの温度分布の偏りは、エンジンが冷間状態である場合に特に顕著となる。このため、排気バランス制御は、エンジンが冷間状態である場合（即ち、エンジン水温が前述の暖機判定値未満である場合）にのみ、実行する構成としてもよい。これにより、シリンダヘッドの温度分布が偏り易い場合にのみ、燃料気化促進制御と共に排気バランス制御を実行することができ、排気バランス制御が不要なタイミングでは、当該制御を停止することができる。
【００５８】
また、上記説明では、加熱側排気ポートの排気バルブを閉弁状態で停止させ、これらの排気ポートから排気ガスを排出しない構成としたが、本発明では、必ずしも排気ガスを停止させる必要はない。即ち、本発明では、例えば排気バルブの開弁特性を変更することにより、非加熱側排気ポートの排気ガスの排出量を相対的に増加させた状態で、加熱側排気ポートからも少量の排気ガスを排出させる構成としてもよい。なお、上記実施の形態６では、図９が請求項３における排気制御手段の具体例を示している。
【００５９】
実施の形態７．
次に、図１０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６とほぼ同様の構成及び制御に加えて、過給機を備えた構成において、非加熱側排気ポートを過給機のタービンと触媒との間に接続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６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］
図１０は、本発明の実施の形態７のシステム構成を説明するための構成図である。この図に示すように、本実施の形態のエンジン６０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機６２を備えており、過給機６２は、排気圧を受けるタービン６４と、吸入空気を過給するコンプレッサ（図示せず）とを備えている。タービン６４の下流側には、排気ガスを浄化する触媒６６が設けられている。なお、図１０では、エンジン６０の＃１気筒のみを例示し、他の気筒の図示は省略している。
【００６１】
そして、本実施の形態では、各気筒の排気ポート２２のうち加熱側排気ポート２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｆ，２２Ｇをタービン６４の上流側に接続し、非加熱側排気ポート２２Ａ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｈは、タービン６４をバイパスして触媒６６の上流側に接続する構成としている。この構成によれば、排気バランス制御の実行時には、排気ガスがタービン６４を通過しないので、排気系の熱容量を過給機６２の分だけ小さくして、触媒６６に流入する排気ガスの温度を上昇させることができる。これにより、触媒６６に投入する熱量を効率よく増加させ、触媒温度を速やかに上昇させることができる。従って、冷間運転時には、触媒６６の暖機を促進し、暖機効率を高めることができる。
【００６２】
なお、上記実施の形態１乃至７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、本発明は、実施の形態１乃至７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た構成も含むものである。
【符号の説明】
【００６３】
１０，５０，６０  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
２０（２０Ａ〜２０Ｈ），５２（５２Ａ〜５２Ｆ）  吸気ポート
２２（２２Ａ〜２２Ｈ）  排気ポート
２４  燃料噴射弁
２６  点火プラグ
２８  吸気バルブ
３０  排気バルブ
３２  吸気可変動弁機構（排気吹き返し量可変手段）
３４  排気可変動弁機構
３６  センサ系統
４０  ＥＣＵ
６２  過給機
６４  タービン
６６  触媒
【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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【図７】
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【図８】
2012102674.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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