(57)【要約】【課題】内燃機関の排気制御装置において、排気ポートから燃焼室内へ逆流させる逆流排気を制御することで燃料噴霧の気化促進を図る技術を提供する。【解決手段】燃焼室５内の排気流出側に向けて燃焼室５内に直接燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁１２と、燃焼室５の排気流出側上部に開口した開口部から延びる排気ポート７の開口部を開閉する排気弁９と、を備え、燃料噴射弁１２が燃料噴霧を噴射する場合に、排気弁９を開弁して排気を逆流させ、燃焼室５内の排気流出側に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と燃焼室５内の排気流出側に到達する燃料噴霧とを衝突させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の排気流出側に向けて燃焼室内に直接燃料噴霧を噴射する筒内燃料噴射手段と、
前記燃焼室の排気流出側上部に開口した開口部から延びる排気ポートの前記開口部を開閉する排気弁と、
前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する場合に、前記排気弁を開弁して排気を逆流させ、前記燃焼室内の排気流出側に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と前記燃焼室内の排気流出側に到達する燃料噴霧とを衝突させる第１排気制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項２】
前記第１排気制御手段は、前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する噴射期間の前後にわたって前記排気弁を開弁状態にすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項３】
前記排気ポート内を、第１通路と前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に逆流排気を案内する第２通路とに２分割する隔壁と、
前記第１通路を開閉する第１開閉弁と、
を備え、
前記第１排気制御手段は、前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する場合に、前記第１開閉弁を閉弁して前記第１通路を遮断すると共に前記排気弁を開弁して排気を前記第２通路を介して逆流させ、前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に到達する燃料噴霧とを衝突させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項４】
前記第１排気制御手段は、前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する噴射期間の前後にわたって前記排気弁を開弁状態にすると共に前記排気弁が開弁状態となる期間の前後にわたって前記第１開閉弁を閉弁状態にすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項５】
燃焼室内に直接燃料噴霧を噴射する筒内燃料噴射手段と、
前記燃焼室に開口した開口部から延びる排気ポートの前記開口部を開閉する排気弁と、
前記排気ポート内を、前記燃焼室内の中心部に逆流排気を案内する第１通路と第２通路とに２分割する隔壁と、
前記第２通路を開閉する第２開閉弁と、
前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する場合に、前記第２開閉弁を閉弁して前記第２通路を遮断すると共に前記排気弁を開弁して排気を前記第１通路を介して逆流させ、前記燃焼室内の中心部に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気とピストン頂面に向かう燃料噴霧とを衝突させる第２排気制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項６】
前記第２排気制御手段は、前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する噴射期間の前後にわたって前記排気弁を開弁状態にすると共に前記排気弁が開弁状態となる期間の前後にわたって前記第２開閉弁を閉弁状態にすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項７】
燃焼室内の排気流出側に向けて燃焼室内に直接燃料噴霧を噴射する筒内燃料噴射手段であって、吸気行程後半に噴射する燃料噴霧が前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に到達し、吸気行程前半に噴射する燃料噴霧が前記燃焼室内の中心部でピストン頂面に向かう筒内燃料噴射手段と、
前記燃焼室の排気流出側上部に開口した開口部から延びる排気ポートの前記開口部を開閉する排気弁と、
前記排気ポート内を、前記燃焼室内の中心部に逆流排気を案内する第１通路と前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に逆流排気を案内する第２通路とに２分割する隔壁と、
前記第１、第２通路の両方を開放する状態と前記第１通路を遮断する状態と前記第２通路を遮断する状態とを切換可能な切換弁と、
前記筒内燃料噴射手段が吸気行程後半に燃料噴霧を噴射する場合には、前記切換弁を前記第１通路を遮断する状態に切り換えると共に前記排気弁を開弁して排気を前記第２通路を介して逆流させて、前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に到達する燃料噴霧とを衝突させると共に、前記筒内燃料噴射手段が吸気行程前半に燃料噴霧を噴射する場合には、前記切換弁を前記第２通路を遮断する状態に切り換えると共に前記排気弁を開弁して排気を前記第１通路を介して逆流させて、前記燃焼室内の中心部に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と前記燃焼室内の中心部でピストン頂面に向かう燃料噴霧とを衝突させる第３排気制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気行程中に排気弁を開弁して排気ポートから逆流する排気を燃焼室内の下方領域へ導入し燃焼室内の下方領域を排気で満たし、排気弁閉弁後に燃料噴射を行い燃焼室内の上方領域を混合気で満たす技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
排気弁を開弁して燃焼室内に逆流する逆流排気を燃焼室内の外縁領域に分布させ、燃焼室内の中心領域に混合気を分布させ、環状の成層分布状態を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】実用新案登録第２５２４０４３号公報
【特許文献２】特開平１１−２６４３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃焼室内に直接燃料噴霧を噴射する筒内直噴火花点火式内燃機関においては、噴射された燃料噴霧が気化せずにシリンダ内側壁やピストン頂面に衝突して付着してしまう場合があった。シリンダ内側壁に付着した燃料はオイル希釈を多量に生じさせるおそれがある。また、ピストン頂面に付着した燃料はスモークを多量に発生させるおそれがある。
【０００５】
本発明の目的とするところは、内燃機関の排気制御装置において、排気ポートから燃焼室内へ逆流させる逆流排気を制御することで燃料噴霧の気化促進を図る技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
燃焼室内の排気流出側に向けて燃焼室内に直接燃料噴霧を噴射する筒内燃料噴射手段と、
前記燃焼室の排気流出側上部に開口した開口部から延びる排気ポートの前記開口部を開閉する排気弁と、
前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する場合に、前記排気弁を開弁して排気を逆流させ、前記燃焼室内の排気流出側に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と前記燃焼室内の排気流出側に到達する燃料噴霧とを衝突させる第１排気制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置である。
【０００７】
ここで、燃焼室内の排気流出側とは、燃焼室内において排気ポートの開口部が存在し、燃焼室内の既燃焼ガスである排気が当該開口部から排気ポートへ流出する側である。また、逆流排気とは、燃焼室内から排気ポートへ排出された既燃焼ガスが再度排気ポートから燃焼室内に逆流するものをいう。
【０００８】
本発明によると、燃焼室内の排気流出側に滞留した逆流排気と燃料噴霧とが衝突する。逆流排気は高温であるため、逆流排気と衝突した燃料噴霧の気化を促進することができる。よって、燃焼室内の排気流出側に向かう燃料噴霧が気化せずにシリンダ内側壁に衝突して付着してしまうことを抑制できる。したがって、燃料噴霧がシリンダ内側壁に付着することに起因して生じるオイル希釈を抑制できる。
【０００９】
前記第１排気制御手段は、前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する噴射期間の前後にわたって前記排気弁を開弁状態にするとよい。
【００１０】
本発明によると、燃料噴霧が噴射される前から排気弁が開弁されるので、燃料噴霧の噴射前に予め逆流排気を燃焼室内の排気流出側に滞留させておくことができる。また、燃料噴霧の噴射後まで排気弁が開弁されるので、噴射後に燃焼室内の排気流出側に遅れて飛んでくる燃料噴霧と逆流排気とを最後まで衝突させることができる。
【００１１】
前記排気ポート内を、第１通路と前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に逆流排気を案内する第２通路とに２分割する隔壁と、前記第１通路を開閉する第１開閉弁と、を備え、前記第１排気制御手段は、前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する場合に、前記第１開閉弁を閉弁して前記第１通路を遮断すると共に前記排気弁を開弁して排気を前記第２通路を介して逆流させ、前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に到達する燃料噴霧とを衝突させるとよい。
【００１２】
本発明によると、燃焼室内の排気流出側の外縁部に滞留した逆流排気と当該外縁部まで到達した燃料噴霧とが衝突する。当該外縁部まで到達した燃料噴霧はシリンダ内側壁に衝突して付着してしまう可能性が高い。よって、当該外縁部まで到達した燃料噴霧に対して集中的に逆流排気を衝突させることで、燃料噴霧がシリンダ内側壁に衝突して付着してしまうことをより抑制できる。また、当該外縁部に滞留した逆流排気によって、シリンダ内側壁に付着した燃料の気化を促進できる。
【００１３】
前記第１排気制御手段は、前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する噴射期間の前後にわたって前記排気弁を開弁状態にすると共に前記排気弁が開弁状態となる期間の前後にわたって前記第１開閉弁を閉弁状態にするとよい。
【００１４】
本発明によると、排気弁が開弁される前から第１開閉弁が閉弁されるので、排気弁の開弁当初から逆流排気を第２通路を流通させて燃焼室内の排気流出側の外縁部に導入することができる。また、排気弁が閉弁された後まで第１開閉弁が閉弁されるので、排気弁の閉弁時まで逆流排気を第２通路を流通させて燃焼室内の排気流出側の外縁部に導入することができる。
【００１５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
燃焼室内に直接燃料噴霧を噴射する筒内燃料噴射手段と、
前記燃焼室に開口した開口部から延びる排気ポートの前記開口部を開閉する排気弁と、
前記排気ポート内を、前記燃焼室内の中心部に逆流排気を案内する第１通路と第２通路とに２分割する隔壁と、
前記第２通路を開閉する第２開閉弁と、
前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する場合に、前記第２開閉弁を閉弁して前記第２通路を遮断すると共に前記排気弁を開弁して排気を前記第１通路を介して逆流させ、前記燃焼室内の中心部に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と前記燃焼室内の中心部でピストン頂面に向かう燃料噴霧とを衝突させる第２排気制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置である。
【００１６】
本発明によると、燃焼室内の中心部に滞留した逆流排気と燃料噴霧とが衝突する。逆流排気は高温であるため、燃焼室内の中心部で逆流排気と衝突した燃料噴霧の気化を促進することができる。よって、燃焼室内の中心部でピストン頂面に向かう燃料噴霧が気化せずにピストン頂面に衝突して付着してしまうことを抑制できる。また、当該中心部に滞留し
た逆流排気によって、ピストン頂面に付着した燃料の気化を促進できる。したがって、燃料噴霧がピストン頂面に付着することに起因して発生するスモークを抑制できる。
【００１７】
前記第２排気制御手段は、前記筒内燃料噴射手段が燃料噴霧を噴射する噴射期間の前後にわたって前記排気弁を開弁状態にすると共に前記排気弁が開弁状態となる期間の前後にわたって前記第２開閉弁を閉弁状態にするとよい。
【００１８】
本発明によると、燃料噴霧が噴射される前から排気弁が開弁されるので、燃料噴霧の噴射前に予め逆流排気を燃焼室内の中心部に滞留させておくことができる。また、燃料噴霧の噴射後まで排気弁が開弁されるので、噴射後にピストン頂面に遅れて飛んでくる燃料噴霧と逆流排気とを最後まで衝突させることができる。排気弁が開弁される前から第２開閉弁が閉弁されるので、排気弁の開弁当初から逆流排気を第１通路を流通させて燃焼室内の中心部に導入することができる。また、排気弁が閉弁された後まで第２開閉弁が閉弁されるので、排気弁の閉弁時まで逆流排気を第１通路を流通させて燃焼室内の中心部に導入することができる。
【００１９】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
燃焼室内の排気流出側に向けて燃焼室内に直接燃料噴霧を噴射する筒内燃料噴射手段であって、吸気行程後半に噴射する燃料噴霧が前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に到達し、吸気行程前半に噴射する燃料噴霧が前記燃焼室内の中心部でピストン頂面に向かう筒内燃料噴射手段と、
前記燃焼室の排気流出側上部に開口した開口部から延びる排気ポートの前記開口部を開閉する排気弁と、
前記排気ポート内を、前記燃焼室内の中心部に逆流排気を案内する第１通路と前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に逆流排気を案内する第２通路とに２分割する隔壁と、
前記第１、第２通路の両方を開放する状態と前記第１通路を遮断する状態と前記第２通路を遮断する状態とを切換可能な切換弁と、
前記筒内燃料噴射手段が吸気行程後半に燃料噴霧を噴射する場合には、前記切換弁を前記第１通路を遮断する状態に切り換えると共に前記排気弁を開弁して排気を前記第２通路を介して逆流させて、前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と前記燃焼室内の排気流出側の外縁部に到達する燃料噴霧とを衝突させると共に、前記筒内燃料噴射手段が吸気行程前半に燃料噴霧を噴射する場合には、前記切換弁を前記第２通路を遮断する状態に切り換えると共に前記排気弁を開弁して排気を前記第１通路を介して逆流させて、前記燃焼室内の中心部に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と前記燃焼室内の中心部でピストン頂面に向かう燃料噴霧とを衝突させる第３排気制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置である。
【００２０】
本発明によると、燃焼室内の排気流出側の外縁部に滞留した逆流排気又は燃焼室内の中心部に滞留した逆流排気と燃料噴霧とが衝突できる。逆流排気は高温であるため、逆流排気と衝突した燃料噴霧の気化を促進することができる。よって、燃焼室内の排気流出側の外縁部に向かう燃料噴霧が気化せずにシリンダ内側壁に衝突して付着してしまうことを抑制できると共に、燃焼室内の中心部でピストン頂面に向かう燃料噴霧が気化せずにピストン頂面に衝突して付着してしまうことを抑制できる。また、滞留した逆流排気によって、シリンダ内側壁又はピストン頂面に付着した燃料の気化を促進できる。したがって、燃料噴霧がシリンダ内側壁に付着することに起因して生じるオイル希釈を抑制できると共に、燃料噴霧がピストン頂面に付着することに起因して発生するスモークを抑制できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、内燃機関の排気制御装置において、排気ポートから燃焼室内へ逆流さ
せる逆流排気を制御することで燃料噴霧の気化を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２３】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気制御装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリンを燃料とする筒内直噴火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。
【００２４】
内燃機関１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とを備え、その内部にシリンダが形成されている。シリンダ内には、ピストン４が上下動可能に収容されており、シリンダ内壁とピストン頂面とに囲まれた空間によって燃焼室５を形成している。
【００２５】
内燃機関１のシリンダヘッド３には、燃焼室５に連通する吸気ポート６と排気ポート７とが各々設けられている。燃焼室５には、吸気ポート６から新気（吸気）が流入し、燃焼室５内で燃焼した既燃焼ガス（排気）が排気ポート７から流出する。ここで、燃焼室５内の領域として、吸気ポート６の燃焼室５上部に開口した開口部が存在し、吸気ポート６の開口部から吸気が燃焼室５内へ流入する側（図中燃焼室内左側）を燃焼室５内の吸気流入側という。また、排気ポート７の燃焼室５上部に開口した開口部が存在し、排気ポート７の開口部から燃焼室５内の排気が流出する側（図中燃焼室内右側）を燃焼室５内の排気流出側という。
【００２６】
シリンダヘッド３には、吸気ポート６の燃焼室５の吸気流入側上部に開口した開口部を開閉する吸気弁８と、排気ポート７の燃焼室５の排気流出側上部に開口した開口部を開閉する排気弁９とが設けられている。
【００２７】
ここで、排気弁９には、当該排気弁９の開閉特性を変更する排気弁駆動機構１０が設けられている。排気弁駆動機構１０としては、排気弁の開閉特性である開閉時期（バルブタイミング）の変更を行う排気弁バルブタイミング可変機構や、それに加えて排気弁９の開閉特性である開弁期間（バルブ作用角）の変更を行う排気弁バルブ作用角可変機構を採用することができる。このような排気弁駆動機構１０の機能を活用することにより、排気弁９の開閉タイミングや排気弁９のリフト量を可変制御することができる。なお、このような可変動弁機構は吸気弁についても設けられていてもよい。
【００２８】
シリンダヘッド３には、内燃機関１の燃焼室５内中心上方にて火花を発生する点火プラグ１１が設けられている。点火プラグ１１は不図示のイグナイタを介して適宜のタイミングで通電されて火花を発生させ、燃焼室５内に充填される燃料及び空気の混合気を点火する。
【００２９】
シリンダヘッド３には、燃焼室５内の吸気流入側の側方から燃焼室５内の排気流出側へ向けて燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁１２が設けられている。燃料噴射弁１２は不図示の高圧ポンプによって加圧された加圧燃料を適宜の量、適宜のタイミングで噴射する。本実施例における燃料噴射弁１２が本発明の筒内燃料噴射手段に相当する。
【００３０】
シリンダヘッド３の排気ポート７内には、排気ポート７内を上下に２分割する隔壁１３が設けられている。隔壁１３の排気流れ上流側端は、排気弁９の作動を妨げない排気弁９近傍に達しており、隔壁１３の上側の排気ポート上通路１４は燃焼室５内の中心部に逆流排気を案内することができ、隔壁１３の下側の排気ポート下通路１５は燃焼室５内の排気流出側の外縁部に逆流排気を案内することができる。本実施例における排気ポート上通路
１４が本発明の第１通路に相当し、排気ポート下通路１５が本発明の第２通路に相当する。また、逆流排気とは、燃焼室５内から排気ポート７へ排出された排気が再度排気ポート７から燃焼室５内に逆流するものをいう。
【００３１】
隔壁１３の排気流れ下流側端には、排気ポート７内を回動することで、排気ポート上通路１４及び排気ポート下通路１５の両方を開放する状態と、排気ポート下通路１５を開放しつつ排気ポート上通路１４を遮断する状態と、排気ポート上通路１４を開放しつつ排気ポート下通路１５を遮断する状態と、を切換可能な切換弁１６が設けられている。このような切換弁１６の取り得る状態を切り換えることにより、排気又は逆流排気が排気ポート７内を流通する経路を可変制御することができる。
【００３２】
シリンダヘッド３には、吸気ポート６に連通する吸気管１８と、排気ポート７に連通する排気管１９とが接続されている。
【００３３】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０には、吸気管１８に配置されたエアフローメータ２１に加え、内燃機関１に取り付けられた水温センサ２２及びクランクポジションセンサ２３などの各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサの出力信号に基づいて、排気弁駆動機構１０、点火プラグ１１、燃料噴射弁１２、及び切換弁１６を電気的に制御することが可能になっている。
【００３４】
ところで、本実施例における燃料噴射弁１２は、燃料噴霧を噴射した際の噴流を活用して燃焼室５内に発生させたタンブル流を強化するようにしている。このため、燃料噴霧があまり広がらないよう燃料噴射弁１２の噴射角が狭角化され、噴流が強くなるよう燃料噴射弁１２が噴射する燃料噴霧は高い貫徹力を有する。
【００３５】
しかしながら、このような噴射角が狭角化され且つ高い貫徹力を有する燃料噴霧が吸気行程後半に噴射されると、燃焼室５内の噴射方向の先にあるシリンダ内側壁に到達するまでに液滴噴霧が気化し終わらないため、燃料噴霧はシリンダ内側壁に衝突して付着してしまう。シリンダ内側壁に付着した燃料はオイルに溶け込みオイル希釈を多量に生じさせるおそれがある。
【００３６】
また、この燃料噴霧が吸気行程前半に噴射されると、吸気行程前半ではピストン４が高い位置にあり、燃焼室５内の噴射方向の先にある燃焼室５内の中心部におけるピストン頂面４ａに到達するまでに液滴噴霧が気化し終わらないため、燃料噴霧はピストン頂面４ａに衝突して付着してしまう。ピストン頂面４ａに付着した燃料は燃焼時にスモークを多量に発生させるおそれがある。
【００３７】
そこで、本実施例では、燃料噴射弁１２が吸気行程後半に燃料噴霧を噴射する場合には、切換弁１６を排気ポート上通路１４を遮断する状態に切り換えると共に排気弁９を開弁して排気を排気ポート下通路１５を介して逆流させて、燃焼室５内の排気流出側の外縁部に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と燃焼室５内の排気流出側の外縁部に到達する燃料噴霧とを衝突させるようにした。
【００３８】
図２は、燃料噴射弁１２が吸気行程後半に燃料噴霧を噴射する場合の内燃機関１の様子を示す図である。吸気行程後半において燃料噴射弁１２が燃料噴霧を噴射する第１噴射期間Ｊ１の前後にわたって排気弁駆動機構１０を用いて排気弁９を開弁状態にし、この排気弁９が開弁状態となっている第１排気弁開弁期間Ｅ１の前後にわたって切換弁１６を排気ポート上通路１４を遮断する状態（排気ポート上通路遮断期間Ｋ１という）にする。これによって、図２に示すように、吸気行程中はピストン４が下降することに伴い燃焼室５内が負圧になるため排気が排気ポート下通路１５を介して逆流し、逆流排気は排気ポート下
通路１５を流通することで燃焼室５内の排気流出側の外縁部に案内され、当該外縁部に逆流排気が滞留する。一方、燃料噴射弁１２から噴射された燃料噴霧は、燃焼室５内の吸気流入側の側方から燃焼室５内の排気流出側へ向かい、一部の燃料噴霧は液滴噴霧のまま燃焼室５内の排気流出側の外縁部に到達する。このため、燃焼室５内の排気流出側の外縁部に滞留した逆流排気と当該外縁部に到達する燃料噴霧とが衝突する。
【００３９】
図３は、吸気上死点（吸気ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）までの燃料噴射弁１２、排気弁９及び切換弁１６の制御を示すタイムチャートである。図３に示すように、吸気行程後半に燃料噴射弁１２が燃料噴霧を噴射する第１噴射期間Ｊ１を設定する。この第１噴射期間Ｊ１の前後にわたって排気弁駆動機構１０を用いて排気弁９を開弁状態にする第１排気弁開弁期間Ｅ１を設定する。この第１排気弁開弁期間Ｅ１の前後にわたって切換弁１６を排気ポート上通路１４を遮断する状態にする排気ポート上通路遮断期間Ｋ１を設定する。ＥＣＵ２０によってこのような設定に燃料噴射弁１２、排気弁９及び切換弁１６を制御することを第１制御という。この第１制御に含まれる排気弁９及び切換弁１６の制御を実行するＥＣＵ２０が本発明の第１排気制御手段に相当する。
【００４０】
このような本実施例の第１制御によると、燃焼室５内の排気流出側の外縁部に滞留した逆流排気と当該外縁部まで到達した燃料噴霧とが衝突する。逆流排気は高温であるため、逆流排気と衝突した燃料噴霧の気化を促進することができる。また、燃焼室５内の排気流出側の外縁部まで到達した燃料噴霧はシリンダ内側壁に衝突して付着してしまう可能性が高い。よって、当該外縁部まで到達した燃料噴霧に対して集中的に逆流排気を衝突させることで、燃料噴霧がシリンダ内側壁に衝突して付着してしまうことをできる限り抑制できる。また、燃料噴霧がシリンダ内側壁に付着してしまっても、当該外縁部に滞留する高温の逆流排気により付着した燃料の気化が促進できる。したがって、燃料噴霧がシリンダ内側壁に付着することに起因して生じるオイル希釈を抑制できる。
【００４１】
この第１制御によると、第１噴射期間Ｊ１の前後にわたって第１排気弁開弁期間Ｅ１が設定される。これにより、燃料噴霧が噴射される前から排気弁９が開弁されるので、燃料噴霧の噴射前に予め逆流排気を燃焼室５内の排気流出側の外縁部に滞留させておくことができる。また、燃料噴霧の噴射後まで排気弁９が開弁されるので、噴射後に燃焼室５内の排気流出側の外縁部に遅れて飛んでくる燃料噴霧と逆流排気とを最後まで衝突させることができる。
【００４２】
また第１制御によると、第１排気弁開弁期間Ｅ１の前後にわたって排気ポート上通路遮断期間Ｋ１が設定される。これにより、排気弁９が開弁される前から切換弁１６が排気ポート上通路１４を遮断する状態にされるので、排気弁９の開弁当初から逆流排気を排気ポート下通路１５を流通させて燃焼室５内の排気流出側の外縁部に導入することができる。また、排気弁９が閉弁された後まで切換弁１６が排気ポート上通路１４を遮断する状態にされるので、排気弁９の閉弁時まで逆流排気を排気ポート下通路１５を流通させて燃焼室５内の排気流出側の外縁部に導入することができる。
【００４３】
一方、燃料噴射弁１２が吸気行程前半に燃料噴霧を噴射する場合には、切換弁１６を排気ポート下通路１５を遮断する状態に切り換えると共に排気弁９を開弁して排気を排気ポート上通路１４を介して逆流させて、燃焼室５内の中心部に逆流排気を滞留させ、滞留した逆流排気と燃焼室５内の中心部でピストン頂面４ａに向かう燃料噴霧とを衝突させるようにした。
【００４４】
図４は、燃料噴射弁１２が吸気行程前半に燃料噴霧を噴射する場合の内燃機関１の様子を示す図である。吸気行程前半において燃料噴射弁１２が燃料噴霧を噴射する第２噴射期間Ｊ２の前後にわたって排気弁駆動機構１０を用いて排気弁９を開弁状態にし、この排気
弁９が開弁状態となっている第２排気弁開弁期間Ｅ２の前後にわたって切換弁１６を排気ポート下通路１５を遮断する状態（排気ポート下通路遮断期間Ｋ２という）にする。これによって、図４に示すように、吸気行程中はピストン４が下降することに伴い燃焼室５内が負圧になるため排気が排気ポート上通路１４を介して逆流し、逆流排気は排気ポート上通路１４を流通することで燃焼室５内の中心部に案内され、当該中心部に逆流排気が滞留する。一方、燃料噴射弁１２から噴射された燃料噴霧は、ピストン４が高い位置にある吸気行程前半であるので、液滴噴霧のまま燃焼室５内の吸気流入側の側方から燃焼室５内の中心部でピストン頂面４ａへ向かう。このため、燃焼室５内の中心部に滞留した逆流排気と当該中心部に到達する燃料噴霧とが衝突する。
【００４５】
図５は、吸気上死点（吸気ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）までの燃料噴射弁１２、排気弁９及び切換弁１６の制御を示すタイムチャートである。図５に示すように、吸気行程前半に燃料噴射弁１２が燃料噴霧を噴射する第２噴射期間Ｊ２を設定する。この第２噴射期間Ｊ２の前後にわたって排気弁駆動機構１０を用いて排気弁９を開弁状態にする第２排気弁開弁期間Ｅ２を設定する。この第２排気弁開弁期間Ｅ２の前後にわたって切換弁１６を排気ポート下通路１５を遮断する状態にする排気ポート下通路遮断期間Ｋ２を設定する。ＥＣＵ２０によってこのような設定に燃料噴射弁１２、排気弁９及び切換弁１６を制御することを第２制御という。この第２制御に含まれる排気弁９及び切換弁１６の制御を実行するＥＣＵ２０が本発明の第２排気制御手段に相当する。
【００４６】
このような本実施例の第２制御によると、燃焼室５内の中心部に滞留した逆流排気と当該中心部まで到達した燃料噴霧とが衝突する。逆流排気は高温であるため、逆流排気と衝突した燃料噴霧の気化を促進することができる。よって、燃焼室５内の中心部においてピストン頂面４ａに向かう燃料噴霧に対して集中的に逆流排気を衝突させることで、燃料噴霧がピストン頂面４ａに衝突して付着してしまうことをできる限り抑制できる。また、燃料噴霧がピストン頂面４ａに付着してしまっても、燃焼室５内の中心部に滞留する高温の逆流排気により付着した燃料の気化が促進できる。したがって、燃料噴霧がピストン頂面４ａに付着することに起因して発生するスモークを抑制できる。
【００４７】
この第２制御によると、第２噴射期間Ｊ２の前後にわたって第２排気弁開弁期間Ｅ２が設定される。これにより、燃料噴霧が噴射される前から排気弁９が開弁されるので、燃料噴霧の噴射前に予め逆流排気を燃焼室５内の中心部に滞留させておくことができる。また、燃料噴霧の噴射後まで排気弁９が開弁されるので、噴射後に燃焼室５内の中心部に遅れて飛んでくる燃料噴霧と逆流排気とを最後まで衝突させることができる。
【００４８】
また第２制御によると、第２排気弁開弁期間Ｅ２の前後にわたって排気ポート下通路遮断期間Ｋ２が設定される。これにより、排気弁９が開弁される前から切換弁１６が排気ポート下通路１５を遮断する状態にされるので、排気弁９の開弁当初から逆流排気を排気ポート上通路１４を流通させて燃焼室５内の中心部に導入することができる。また、排気弁９が閉弁された後まで切換弁１６が排気ポート下通路１５を遮断する状態にされるので、排気弁９の閉弁時まで逆流排気を排気ポート上通路１４を流通させて燃焼室５内の中心部に導入することができる。
【００４９】
次に、本実施例による燃料噴射タイミングの制御ルーチンについて説明する。図６は、本実施例による燃料噴射タイミングの制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンを実行するＥＣＵ２０が本発明の第３排気制御手段に相当する。
【００５０】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２０は、各種センサの出力信号に基づいて内燃機関１の運転状態を検出する。
【００５１】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１で検出した内燃機関１の運転状態に基づいて、燃料噴射タイミングを算出する。
【００５２】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２で算出した燃料噴射タイミングが吸気行程後半で燃料噴射を行うタイミングであるか否か判別する。ステップＳ１０３において、吸気行程後半で燃料噴射を行うタイミングであると肯定判定された場合には、ステップＳ１０４へ移行する。一方、吸気行程後半で燃料噴射を行うタイミングではないと否定判定された場合には、ステップＳ１０５へ移行する。
【００５３】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、図３に示す第１制御を実行する。ステップＳ１０４の処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【００５４】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２で算出した燃料噴射タイミングが吸気行程前半で燃料噴射を行うタイミングであるか否か判別する。ステップＳ１０５において、吸気行程前半で燃料噴射を行うタイミングであると肯定判定された場合には、ステップＳ１０６へ移行する。一方、吸気行程前半で燃料噴射を行うタイミングではないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００５５】
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ２０は、図５に示す第２制御を実行する。ステップＳ１０６の処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【００５６】
以上の本ルーチンを実施することにより、内燃機関１の運転状態に合わせて排気ポート７から燃焼室５内へ逆流させる逆流排気を好適に制御でき、燃料噴霧の気化を促進でき、燃料噴霧がシリンダ内側壁やピストン頂面４ａに付着して生じる弊害を抑制できる。
【００５７】
なお、上記実施例では、図６に示すルーチンにより第１及び第２制御を図１に示す内燃機関１で全て実行するようにしていたが、これに限られず、第１及び第２制御のどちらかを個別に実行するようにしてもよい。
【００５８】
ここで、第１制御を個別に実行する場合には、排気ポート下通路１５を開閉制御するだけでよいので、切換弁１６の代わりに排気ポート下通路１５を開閉可能な開閉弁を用いてもよい。同じく第２制御を個別に実行する場合には、排気ポート上通路１４を開閉制御するだけでよいので、切換弁１６の代わりに排気ポート上通路１４を開閉可能な開閉弁を用いてもよい。
【００５９】
また、第１制御を個別に実行する場合として、燃料噴射弁１２が噴射する燃料噴霧がシリンダ内側壁に衝突して付着することを抑制できさえすればよいことに鑑みれば、図７に示すように排気ポート７内の隔壁１３や切換弁１６を設けず、吸気行程後半において燃料噴射弁１２が燃料噴霧を噴射する第１噴射期間Ｊ１の前後にわたって排気弁駆動機構１０を用いて排気弁９を開弁状態とする第１排気弁開弁期間Ｅ１を設定するだけでもよい。これによっても、排気ポート７内の排気が逆流し、逆流排気は燃焼室５内の排気流出側に滞留する。よって、燃焼室５内の排気流出側に滞留した逆流排気と当該排気流出側に到達する燃料噴霧とが衝突することができる。
【００６０】
本発明に係る内燃機関の排気制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る燃料噴射弁が吸気行程後半に燃料噴霧を噴射する場合の内燃機関の様子を示す図である。
【図３】実施例１に係る第１制御を示すタイムチャートである。
【図４】実施例１に係る燃料噴射弁が吸気行程前半に燃料噴霧を噴射する場合の内燃機関の様子を示す図である。
【図５】実施例１に係る第２制御を示すタイムチャートである。
【図６】実施例１に係る燃料噴射タイミングの制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】実施例１の他の例に係る燃料噴射弁が吸気行程後半に燃料噴霧を噴射する場合の内燃機関の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１     内燃機関
２     シリンダブロック
３     シリンダヘッド
４     ピストン
４ａ   ピストン頂面
５     燃焼室
６     吸気ポート
７     排気ポート
８     吸気弁
９     排気弁
１０   排気弁駆動機構
１１   点火プラグ
１２   燃料噴射弁
１３   隔壁
１４   排気ポート上通路
１５   排気ポート下通路
１６   切換弁
１８   吸気管
１９   排気管
２０   ＥＣＵ
２１   エアフローメータ
２２   水温センサ
２３   クランクポジションセンサ
【図１】
2009133255.tif 000003
【図２】
2009133255.tif 000004
【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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