(57)【要約】【課題】燃焼性能の低下を抑えて、エンジン出力の低下やエミッションの悪化などを抑制できる吸気３弁構造の筒内直接噴射式エンジンを提供する。【解決手段】１つの気筒に対してシリンダ配列方向に３つの吸気ポート１０を形成するシリンダヘッド４０を備える筒内直接噴射式エンジン１００であって、シリンダヘッド４０のシリンダ中心位置に設置される点火プラグ４２と、シリンダ中心（点Ｐ）を通りシリンダ配列方向に対して直行する線（線Ｃ）上であって、３つの吸気ポート１０のうち中央の吸気ポート１０の下方のシリンダヘッド４０に設置され、点火プラグ４２の点火部に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁４１と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの気筒に対してシリンダ配列方向に３つの吸気ポートを形成するシリンダヘッドを備える筒内直接噴射式エンジンであって、
前記シリンダヘッドのシリンダ中心位置に設置される点火プラグと、
前記シリンダ中心を通りシリンダ配列方向に対して直行する線上であって、前記３つの吸気ポートのうち中央の吸気ポートの下方の前記シリンダヘッドに設置され、前記点火プラグの点火部に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を備えることを特徴とする筒内直接噴射式エンジン。
【請求項２】
前記中央の吸気ポートに設置され、前記燃料噴射弁と前記点火プラグとの間で、前記シリンダ中心を通りシリンダ配列方向に対して直行する線上に位置する中央吸気弁を備え、
前記燃料噴射弁は、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記中央吸気弁に干渉しないように燃料を噴射する、
ことを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式エンジン。
【請求項３】
前記中央吸気弁のリフト量を可変にする可変動弁装置と、
前記中央吸気弁の最大リフト量が小リフト状態であるか大リフト状態であるかを判定するリフト状態判定手段と、
前記中央吸気弁のリフト状態に基づいて、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記中央吸気弁に干渉しないように前記燃料噴射弁の燃料噴射期間を設定する燃料噴射設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式エンジン。
【請求項４】
前記燃料噴射設定手段は、前記リフト状態判定手段によって小リフト状態であると判定された場合には、前記中央吸気弁が開弁してから所定の小リフト量になるまでの間に燃料噴射期間を設定し、噴射された燃料を前記中央吸気弁の弁部の下方を通過させる、
ことを特徴とする請求項３に記載の筒内直接噴射式エンジン。
【請求項５】
前記燃料噴射設定手段は、前記リフト状態判定手段によって大リフト状態であると判定された場合には、前記中央吸気弁が開弁して所定の大リフト量になってから、最大リフト量を経て再び所定の大リフト量になるまでの間に燃料噴射期間を設定し、噴射された燃料を前記中央吸気弁の弁部の上方を通過させる、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の筒内直接噴射式エンジン。
【請求項６】
前記エンジンに供給される燃料量が所定量を超える運転状態か否かを判定する運転状態判定手段をさらに備え、
前記燃料噴射設定手段は、前記供給される燃料が所定量を超える運転状態である場合には、前記中央吸気弁が開弁してから所定の小リフト量になるまでの間に燃料噴射期間を設定して噴射された燃料を前記中央吸気弁の弁部下方を通過させるとともに、前記中央吸気弁が開弁して所定の大リフト量になってから、最大リフト量を経て再び所定の大リフト量になるまでの間に燃料噴射期間を設定して噴射された燃料を前記中央吸気弁の弁部上方を通過させる、
ことを特徴とする請求項５に記載の筒内直接噴射式エンジン。
【請求項７】
前記燃料噴射弁は、前記中央吸気弁の弁部上方のステム側方を通過するように燃料を噴射する、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の筒内直接噴射式エンジン。
【請求項８】
前記燃料噴射弁は、先端部に燃料を噴射する噴口を２つ以上備える、
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式エンジン。
【請求項９】
前記シリンダを往復動するピストンは、その冠面の一部が凹むように形成された凹部を有する、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式エンジン。
【請求項１０】
前記シリンダを往復動するピストンは、ピストン上死点においてトップリングより上側の部分が前記シリンダブロックの上端面より燃焼室側に突出するように設定される、
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式エンジン。
【請求項１１】
前記ピストンに揺動自由に連結する第１リンクと、
前記第１リンクに回動自由に連結するとともに、クランクシャフトに回転自由に装着される第２リンクと、
前記第２リンクに連結ピンを介して回転自由に連結されるとともに、シリンダブロックに設けられた支持部を揺動軸心として揺動可能な第３リンクとを備え、
前記クランクシャフトのカウンターウェイトが、前記ピストンと前記第１のリンクとを連結するピストンピンの側方を通過するようにした、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内に燃料を噴射する筒内直接噴射式エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、１つの気筒に対して３つの吸気ポートが接続し、その吸気ポートを開閉する３つの吸気弁を備える構造（以下「吸気３弁構造」という。）の筒内直接噴射式エンジンが広く知られている。この吸気３弁構造の筒内直接噴射式エンジンは、吸気２弁構造の従来エンジンよりも、吸気ポートと吸気弁との間の隙間（以下「吸気弁の開口面積」という。）の総和を大きく設定することができ、１サイクルあたりの吸気量が増加して出力が向上する。
【０００３】
特許文献１には、燃料噴射弁と点火プラグとを隣接するようにシリンダヘッドに設置し、燃料噴射弁の軸心と点火プラグとの軸心とが燃焼室側から上方へ向かうにつれて離れるように傾斜させる吸気３弁構造の筒内直接噴射式エンジンが開示されている。この吸気３弁構造の筒内直接噴射式エンジンでは、燃料噴射弁や点火プラグの保守や点検作業を行う作業スペースをシリンダヘッド上部に確保することができ、保守・点検作業時の作業性が向上する。
【特許文献１】特開平７−２０８１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の吸気３弁構造の筒内直接噴射式エンジンでは、燃料噴射弁と点火プラグとをシリンダヘッドの燃焼室中心付近に隣接するように配置するので、燃焼室内に突出する燃料噴射弁の先端が燃焼熱の影響によって高温になりやすい。燃料噴射弁の先端が高温になると、燃料噴射弁の噴口に残留した燃料がデポジットとなって料噴射弁の噴口がつまり、燃料噴射量が要求量よりも少なくなって燃焼性能が低下するため、エンジン出力が低下したりエミッションが悪化したりするなどの問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、燃焼性能の低下を抑えて、エンジン出力の低下やエミッションの悪化などを抑制できる吸気３弁構造の筒内直接噴射式エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、１つの気筒に対してシリンダ配列方向に３つの吸気ポート（１０）を形成するシリンダヘッド（４０）を備える筒内直接噴射式エンジン（１００）であって、シリンダヘッド（４０）のシリンダ中心位置に設置される点火プラグ（４２）と、シリンダ中心（点Ｐ）を通りシリンダ配列方向に対して直行する線（線Ｃ）上であって、３つの吸気ポート（１０）のうち中央の吸気ポート（１０）の下方のシリンダヘッド（４０）に設置され、点火プラグ（４２）の点火部に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁（４１）と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料噴射弁をシリンダヘッド側部に配置し、点火プラグをシリンダ中心のシリンダヘッドに配置するので、燃料噴射弁と点火プラグとの設置位置を離すことができる。そのため、燃料噴射弁の先端が燃焼熱の影響を受けにくくなり、燃料噴射弁の先端の温度上昇が抑制される。また、燃料噴射弁は、排気側ではなく吸気側のシリンダヘッド側部に配置されるので、排気による燃料噴射弁の先端の温度上昇が抑制される。
【０００９】
これにより、デポジットに起因する料噴射弁の噴口のつまりによる燃料性能の低下が抑えられて、エンジン出力の低下やエミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、第１実施形態の筒内直接噴射式エンジン１００の構成を示す図である。図１（Ａ）は、燃焼室１をシリンダヘッド側（上方側）から見たときの吸気ポート１０と排気ポート２０の配置図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ面から見たときの燃焼室近傍を示す図である。
【００１２】
筒内直接噴射式エンジン１００は、図１（Ａ）に示すように、１つの気筒に対して、３つの吸気ポート１０と２つの排気ポート２０とが接続する。そして、吸気ポート１０ごとに吸気弁１２が設置され、同様に排気ポート２０ごとに排気弁２２が設置される。このように筒内直接噴射式エンジン１００は吸気弁１２を３つ有する吸気３弁構造のエンジンである。吸気弁１２は、複数の気筒が配置されるシリンダ配列方向に３つ設置されており、図面上側から下側に向けて順番に第１吸気弁１２ａ、第２吸気弁１２ｂ、第３吸気弁１２ｃとなる。
【００１３】
この筒内直接噴射式エンジン１００は、図１（Ｂ）に示すようにシリンダブロック３０とシリンダヘッド４０とを備える。
【００１４】
シリンダブロック３０には、シリンダ３１が形成される。シリンダ３１の内部には、ピストン３２が収装される。そして、ピストン３２の冠面３２ａと、シリンダ３１の壁面と、シリンダヘッド４０の下面とによって燃焼室１を形成する。この燃焼室１で燃料が燃焼すると、ピストン３２は燃焼による燃焼圧力を受けてシリンダ３１を往復動する。また、ピストン３２は、その冠面３２ａの一部が凹むように形成された凹部３２ｂを有する。このピストン３２の凹部３２ｂは、圧縮時の燃焼室内の混合気を点火プラグ近傍に分布させ、燃焼効率を向上させる。なお、ピストン３２は、筒内直接噴射式エンジン１００の機械圧縮比を高圧縮比に維持して燃焼効率を高めるために、ピストン上死点においてトップリング３２ｃより上側の部分がシリンダブロック３０の上端面３０ａより燃焼室側に突出するように設定されている。
【００１５】
シリンダヘッド４０には、燃料噴射弁４１と点火プラグ４２とが設置される。
【００１６】
燃料噴射弁４１は、吸気ポート１０の下方の燃焼室側部のシリンダヘッド４０に設置される。燃料噴射弁４１は、燃料を噴射する噴口を複数有するマルチホール型の燃料噴射弁であって、噴口が形成される燃料噴射弁４１の先端は燃焼室１の内部に突出している。この燃料噴射弁４１は、図示しない燃料供給パイプから供給された燃料を点火プラグ４２の点火部に向けて噴射して混合気を形成する。
【００１７】
点火プラグ４２は、シリンダ３１の軸心上（燃焼室１の中心）のシリンダヘッド４０に設置される。点火プラグ４２の点火部は燃焼室１の内部に突出する。そして、この点火プラグ４２は、燃焼室１の内部に形成された混合気に点火する。
【００１８】
また、上記したシリンダヘッド４０には、燃焼室１と連通するように吸気ポート１０と排気ポート２０とが形成される。
【００１９】
吸気ポート１０には、外部から取り込んだ新気を流す吸気通路１１が接続する。この吸気ポート１０には、ピストン３２の上下動に応じて駆動する吸気弁１２が設置される。吸気弁１２は可変動弁装置３００によって駆動され、吸気ポート１０を開閉して燃焼室１に新気を導入する。可変動弁装置３００は吸気弁１２のリフト量や作動角（バルブ特性）を可変にする。
【００２０】
排気ポート２０には、燃焼室１からの排気を外部に流す排気通路２１が接続する。この排気ポート２０には、ピストン３２の上下動に応じて駆動する排気弁２２が設置される。排気弁２２はカムシャフト２３により駆動され、排気ポート２０を開閉して、燃焼室１からの排気を排出する。なお、排気弁２２も、吸気弁１２と同様に可変動弁装置３００によって駆動するようにしてもよい。
【００２１】
次に、吸気弁１２を駆動する可変動弁装置３００の一例について図２及び図３を参照して説明する。
【００２２】
図２は、可変動弁装置３００の全体構成を示す概略図である。
【００２３】
可変動弁装置３００は、揺動カム３１０と、その揺動カム３１０を揺動させる揺動カム駆動機構３２０と、吸気弁１２のリフト量を連続的に変化させ得るリフト可変機構３３０とを備える。
【００２４】
揺動カム３１０は、図２に示すように駆動軸３２１の外周に回転自在に嵌合している。シリンダ配列方向に延びる駆動軸３２１は揺動カム３１０に挿通される。揺動カム３１０は、後述する揺動カム駆動機構３２０によってクランクシャフトと連動して駆動軸３２１を支点に揺動し、バルブリフタ３１１を介して吸気弁１２を駆動する。
【００２５】
揺動カム駆動機構３２０の駆動軸３２１には、偏心カム３２２が圧入などによって固定されている。円形外周面を有する偏心カム３２２は、その外周面の中心が駆動軸３２１の軸心から所定量だけオフセットする。駆動軸３２１は、クランクシャフトの回転に連動して回転するため、偏心カム３２２は駆動軸３２１の軸心回りに偏心回転する。
【００２６】
偏心カム３２２の外周面には、第１リンク３２３の基端側の環状部３２３ａが回転可能に嵌合している。第１リンク３２３の先端は、連結ピン３２４を介してロッカアーム３２５の一端と連結する。また、ロッカアーム３２５の他端は、連結ピン３２６を介して第２リンク３２７の上端と連結する。第２リンク３２７の下端は、連結ピン３２８を介して揺動カム３１０と連結する。なお、ロッカアーム３２５の略中央部は、リフト可変機構３３０の制御軸３３１の偏心カム部３３２に揺動自在に支持される。
【００２７】
駆動軸３２１がエンジン回転に同期して回転すると、偏心カム３２２が偏心回転し、これにより第１リンク３２３が上下方向に揺動する。第１リンク３２３の揺動によりロッカアーム３２５が偏心カム部３３２の軸周りに揺動し、第２リンク３２７が上下に揺動して、揺動カム３１０を駆動軸３２１の軸回りに所定の回転角度範囲で揺動運動させる。
【００２８】
この可変動弁装置３００では、駆動軸３２１の一端が図示しないカムスプロケットに挿入されている。駆動軸３２１がカムスプロケットに対して相対回転することで、カムスプロケットに対する位相を変更でき、クランク軸に対する駆動軸３２１の回転位相を変更できる。また、リフト可変機構３３０は揺動カム３１０の回転角度位相を制御する。リフト可変機構３３０の制御軸３３１の一端には、ギア等を介して図示しないアクチュエータが設けられており、アクチュエータによって制御軸３３１の回転位置を変化させることで、ロッカアーム３２５の揺動中心となる偏心カム部３３２の軸心が制御軸３３１の回転中心周りを旋回し、これに伴いロッカアーム３２５の支点が変位する。これにより、第１リンク３２３及び第２リンク３２７の姿勢が変化して、揺動カム３１０の揺動中心とロッカアーム３２５の回転中心との距離が変わり、揺動カム３１０の揺動特性が変化する。
【００２９】
図３は、可変動弁装置３００によって駆動される吸気弁１２のリフト量及び作動角（バルブ特性）を示す図である。実線は制御軸３３１を回転したときの吸気弁１２のバルブ特性を示し、破線は駆動軸３２１のカムスプロケットに対する位相を変更したときの吸気弁１２のバルブ特性を示す。この可変動弁装置３００では、制御軸３３１の角度及び駆動軸３２１のカムスプロケットに対する位相を変更することで、図３に示すように吸気弁１２のリフト量や作動角（バルブ特性）を連続的に変更することが可能となる。本実施形態では、上記したような可変動弁装置３００を用いることで、３つある吸気弁１２ａ、１２ｂ、１２ｃを駆動し、車両の運転状態に応じてバルブ特性を変更する。
【００３０】
上述の通り構成される筒内直接噴射式エンジン１００は、燃料噴射弁４１、点火プラグ４２や可変動弁装置３００を制御するためにコントローラ５０を備える。このコントローラ５０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェースから構成されている。コントローラ５０には、図示しない吸気量センサやエンジン回転速度センサなどの車両運転状態を検出する各種センサの出力が入力する。そして、コントローラ５０は、これら出力に基づいて燃料噴射弁４１の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ４２の点火時期、吸気弁１２のバルブ特性を調整する。
【００３１】
ところで、特開平７−２０８１７７号公報に記載の吸気３弁構造の筒内直接噴射式エンジンでは、燃料噴射弁と点火プラグとをシリンダヘッドの燃焼室中心付近に隣接するように配置するので、燃焼室内に突出する燃料噴射弁の先端が燃焼熱の影響によって高温になりやすい。燃料噴射弁の先端が高温になると、燃料噴射弁の噴口に残留した燃料がデポジットとなって料噴射弁の噴口がつまり、燃料噴射量が要求量よりも少なくなって燃焼性能が低下するため、エンジン出力が低下したりエミッションが悪化したりするなどの問題がある。
【００３２】
そこで、本実施形態の筒内直接噴射式エンジン１００では、燃料噴射弁４１を吸気ポート１０の下方のシリンダヘッド側部に設置することで上記問題を解決する。
【００３３】
図４は、燃焼室１をシリンダヘッド側（上方側）から見たときの燃料噴射弁４１の設置位置を示す図である。
【００３４】
図４に示すように、燃料噴射弁４１は、燃料噴射弁４１の軸心Ｃがシリンダ中心Ｐを通りシリンダ配列方向に対して直行するように、吸気ポート下方のシリンダヘッド側部に設置される。このように本実施形態では、燃料噴射弁４１を点火プラグ４２から離れた位置に設置するので、燃料噴射弁４１の先端は燃焼熱の影響を受けにくく、燃焼熱による温度上昇が抑制される。そのため、燃料噴射弁４１の噴口に残留した燃料に起因する燃料噴射弁４１の噴口のつまりを抑えることができる。
【００３５】
しかしながら、図４に示すように、燃料噴射弁４１の軸心Ｃ上には第２吸気弁１２ｂの弁部の中心Ｑが位置するように設定されているので、燃料噴射弁４１の先端と第２吸気弁１２ｂとが近くなる。そのため、吸気行程において燃料を噴射する場合に、第２吸気弁１２ｂのリフト状態によっては、噴射された燃料が第２吸気弁１２ｂに吹きかかる。そうすると、第２吸気弁１２ｂに付着した燃料がデポジットとなり、第２吸気弁１２ｂが正常に動作しなくなるなどの問題が生じる。そのため、本実施形態の筒内直接噴射式エンジン１００では、吸気行程中に燃料噴射弁４１から噴射された燃料が第２吸気弁１２ｂに吹きかからないようにするため、第２吸気弁１２ｂのリフト量に応じて燃料噴射の仕方を変更する。この燃料噴射の変更制御について図５を参照して説明する。
【００３６】
図５は、コントローラ５０が行う制御ルーチンを示す図である。この制御は、エンジン運転開始ともに実施され、一定周期、例えば１０ミリ秒周期でエンジン運転終了まで実施される。
【００３７】
ステップＳ１０１では、コントローラ５０は、第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXを読み込み、ステップＳ１０２に移る。第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXは可変動弁装置３００によって設定されるので、可変動弁装置３００の制御状態を検出することで設定された第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXを知ることができる。
【００３８】
ステップＳ１０２では、コントローラ５０は、設定された第２吸気弁１２ｂの
リフト状態を判定するため、第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXと所定値Ｌ0とを比較する。ここで、最大リフト量ＬMAX≦所定値Ｌ0の場合には、第２吸気弁１２ｂは小リフト状態に設定されていると判定し、ステップＳ１０３に移る。これに対して、最大リフト量ＬMAX＞所定値Ｌ0の場合には、第２吸気弁１２ｂは大リフト状態に設定されていると判定し、ステップＳ１０４に移る
ステップＳ１０３では、コントローラ５０は、燃料噴射弁４１から噴射された燃料が小リフト状態の第２吸気弁１２ｂに干渉しないようにするため、第２吸気弁１２ｂが開弁し始めてからリフト量が所定値Ｌ1（所定の小リフト量）になるまでの間に、燃料噴射弁４１の燃料噴射期間を設定する。このとき燃料噴射弁４１は、燃料が第２吸気弁１２ｂの下方を通って点火プラグ４２の点火部近傍に向かうように、燃料を噴射する。そして、このように燃料を噴射した後、処理を終了する。
【００３９】
ステップＳ１０４では、コントローラ５０は、筒内直接噴射式エンジン１００に要求される燃料が所定量を超える運転状態か否かを判定する。第２吸気弁１２ｂが大リフト状態にある場合は、エンジンに要求される燃料量に応じて燃料噴射を制御する。なお、エンジンへの燃料供給量が所定量を超える運転状態にあるか否かは、車両運転状態を検出する各種センサの出力に基づいて判断する。ここで、燃料供給量が所定量を超える運転状態でないと判定された場合には、ステップＳ１０５に移る。これに対して、燃料供給量が所定量を超える運転状態であると判定された場合には、ステップＳ１０６に移る。
【００４０】
ステップＳ１０５では、コントローラ５０は、燃料噴射弁４１から噴射された燃料が大リフト状態の第２吸気弁１２ｂに干渉しないように、第２吸気弁１２ｂが開弁してリフト量が所定値Ｌ2（所定の大リフト量）なってから、最大リフト量ＬMAXを経て閉弁し始め再びリフト量が所定値Ｌ2（所定の大リフト量）になるまでの間に燃料噴射期間を設定する。このとき燃料噴射弁４１は、燃料が第２吸気弁１２ｂの弁部上側のステム側方を通るように、燃料を噴射する。そして、このように燃料を噴射した後、処理を終了する。
【００４１】
ステップＳ１０６では、コントローラ５０は、燃料噴射弁４１から噴射された燃料が大リフト状態の第２吸気弁１２ｂに干渉しないようにするとともに、要求燃料量に対して実際に供給される燃料量が不足しないようにするため、第２吸気弁１２ｂが開弁し始めてからリフト量が所定値Ｌ1（所定の小リフト量）になるまでの間と、第２吸気弁１２ｂのリフト量が所定値Ｌ2（所定の大リフト量）になってから、最大リフト量ＬMAXを経て閉弁し始め再びリフト量が所定値Ｌ2（所定の大リフト量）になる間に燃料噴射期間を設定する。
【００４２】
そして、第２吸気弁１２ｂが開弁し始めてからリフト量が所定値Ｌ1になるまでの間においては、燃料噴射弁４１は、燃料が第２吸気弁１２ｂの下方を通るように燃料を噴射する。また、第２吸気弁１２ｂのリフト量が所定値Ｌ2になってから、最大リフト量ＬMAXを経て閉弁し始め再びリフト量が所定値Ｌ2になる間においては、燃料噴射弁４１は、燃料が第２吸気弁１２ｂの上方を通るように燃料を噴射して、処理を終了する。
【００４３】
上記のように制御される燃料噴射弁４１の燃料噴射について図６〜図８を参照して説明する。
【００４４】
図６は、第２吸気弁１２ｂが小リフト状態にあるときの燃料噴射弁４１の燃料噴射を示すタイムチャートである。
【００４５】
アイドル運転中などのエンジン低負荷時では、燃焼室内に導入される吸気量を低下させるため、吸気弁１２ａ〜１２ｃの最大リフト量は小さく設定される。そのため、第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXは、図６（Ａ）に示すように設定され、第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXは噴射変更判定値Ｌ0以下となる。この場合には、燃料噴射弁４１から噴射された燃料が第２吸気弁１２ｂに吹きかからないように、第２吸気弁１２ｂが開弁し始める時刻ｔ0からリフト量が所定値Ｌ1になる時刻ｔ1までの間に燃料噴射期間を設定する。そして、燃料噴射弁４１は、図６（Ｂ）に示すように第２吸気弁１２ｂの下方を通り、点火プラグ４２の点火部近傍に向かうように燃料を噴射する。
【００４６】
第２吸気弁１２ｂのリフト量がＬ1より大きくなる時刻ｔ1以降で燃料を噴射すると、噴射された燃料が吸気弁１２ｂの弁部にかかり、その弁部に付着した燃料がデポジットとなってしまう。そのため、本実施形態では第２吸気弁１２ｂが開弁し始めてリフト量が所定値Ｌ1になるまでの間において燃料を噴射するのである。
【００４７】
上記のように、第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXが噴射変更判定値Ｌ0以下の場合には、吸気弁１２ｂの弁部の下方を通るように燃料を噴射するので、図６（Ｂ）の矢印のように吸気ポート１０と吸気弁１２ｂの隙間から燃焼室内に流入してくる新気の影響を受けずに点火プラグ４２の点火部に向けて燃料を噴射することができる。そのため、吸気行程において燃料を噴射しても、噴射された燃料を点火プラグの点火部近傍に集めることができ、燃料の着火性が向上する。
【００４８】
図７は、第２吸気弁１２ｂが大リフト状態にあるときの燃料噴射弁４１の燃料噴射を示す図である。
【００４９】
エンジン高負荷時などでは、燃焼室内に導入される吸気量を増大させるため、吸気弁１２ａ〜１２ｃの最大リフト量は大きく設定される。そのため、第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXは、図７（Ａ）に示すように設定され、第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXは噴射変更判定値Ｌ0より大きくなる。この場合には、燃料噴射弁４１から噴射された燃料が第２吸気弁１２ｂに吹きかからないように、第２吸気弁１２ｂが開弁してリフト量が所定値Ｌ2になる時刻ｔ3から、最大リフト量ＬMAXを経て閉弁し始めリフト量が再び所定値Ｌ2になる時刻ｔ5までの間に燃料噴射期間を設定する。そして、燃料噴射弁４１は、図７（Ｂ）に示すように第２吸気弁１２ｂの弁部上側のステム側方を通るように燃料を２方向に分割して噴射する。
【００５０】
上記のように、第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXが噴射変更判定値Ｌ0よりも大きい合には、吸気弁１２ｂの弁部の上方を通るように燃料を噴射するので、図７（Ｂ）の矢印のように吸気ポート１０と第２吸気弁１２ｂの隙間から燃焼室内に流入する新気が噴射された燃料に吹きあたる。そのため、噴射された燃料と新気とが均質に混合され、燃焼効率が向上する。
【００５１】
ところで、図７に示したような第２吸気弁１２ｂの大リフト時において、車両が全負荷状態のようにエンジンに要求される燃料量が多い場合には、時刻ｔ3から時刻ｔ5の間に燃料を供給するだけでは、燃料供給量が不足して出力が低下してしまう。そこで、燃料の供給量が多くなる全負荷時などには、図８に示すように燃料を噴射する。
【００５２】
図８は、第２吸気弁１２ｂが大リフト状態であって、要求される燃料量が多くなる全負荷時における燃料噴射弁４１の燃料噴射を示す図である。
【００５３】
全負荷時には、燃焼室内に導入される吸気量を増大させるとともに要求される燃料供給量が増加するため、吸気弁１２ａ〜１２ｃの最大リフト量ＬMAXは大きく設定される。そのため、第２吸気弁１２ｂのリフト量ＬMAXは、図８（Ａ）に示すように設定され、第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXは噴射変更判定値Ｌ0より大きくなる。この場合には燃料噴射弁４１は、第２吸気弁１２ｂのリフト量が小さいときに弁部下方に燃料を噴射し、その後リフト量が大きくなったときに第２吸気弁１２ｂの弁部上方に燃料を噴射する。つまり、図８（Ｂ）に示すように、燃料噴射弁４１は、第２吸気弁１２ｂが開弁し始める時刻ｔ0からリフト量が所定値Ｌ1になる時刻ｔ1までの間に燃料噴射期間を設定して第２吸気弁１２ｂの下方を通るように燃料を噴射し、リフト量が所定値Ｌ2になる時刻ｔ3から、最大リフト量ＬMAXを経て閉弁し始めリフト量が再び所定値Ｌ2になる時刻ｔ5までの間にも燃料噴射期間を設定して第２吸気弁１２ｂの上方を通すように燃料を噴射する。このように燃料を噴射することによって、要求された燃料量を供給することができる。
【００５４】
以上により、本実施形態の筒内直接噴射式エンジン１００は下記の効果を得ることができる。
【００５５】
筒内直接噴射式エンジン１００では、燃料噴射弁４１をシリンダヘッド側部に配置し、点火プラグ４２をシリンダ中心のシリンダヘッド４０に配置するので、燃料噴射弁４１と点火プラグ４２との設置位置を離すことができる。そのため、燃料噴射弁４１の先端が燃焼熱の影響を受けにくくなり、燃料噴射弁４１の先端の温度上昇が抑制される。また、燃料噴射弁４１は、排気側ではなく吸気側のシリンダヘッド側部に配置されるので、排気による燃料噴射弁４１の先端の温度上昇も抑制することができる。これにより、デポジットに起因する燃料噴射弁４１の噴口のつまりが防止されて、エンジン出力の低下やエミッションの悪化を抑制することができる。
【００５６】
また、燃料噴射弁４１は、その軸心とシリンダ中心軸線とが一致するように設置するので、燃料噴射弁４１のシリンダヘッド４０への組付けが容易となる。
【００５７】
さらに、筒内直接噴射式エンジン１００は、第２吸気弁１２ｂのリフト量に応じて燃料噴射の仕方を変更することで、第２吸気弁１２ｂへの燃料の吹きかかりを防止するとともに燃焼性能の改善を図ることができる。
【００５８】
第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXが噴射変更判定値Ｌ0以下の場合には、リフト量がＬ1になるまでの間に燃料噴射期間を設定し、吸気弁１２ｂの弁部の下方を通るように燃料を噴射する。そのため、吸気行程に燃料を噴射しても、噴射された燃料を点火プラグの点火部近傍に集めることができ、燃料の着火性を向上させることができる。これにより、燃料が希薄な状態でも運転することができるようになって燃費性能を向上することが可能となる。
【００５９】
第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXが噴射変更判定値Ｌ0よりも大きい場合には、第２吸気弁開弁後にリフト量がＬ2になって最大リフト量ＬMAXを経て再びリフト量がＬ2になるまでの間に燃料噴射期間を設定し、第２吸気弁１２ｂの弁部上側のステム側方を通るように燃料を２方向に分割して噴射する。そのため、燃焼室内に流入する新気によって燃料噴射弁４１から噴射された燃料を攪拌することができる。これにより、噴射された燃料と新気とを均質に混合することができるので、燃焼効率を向上させることが可能となる。
【００６０】
第２吸気弁１２ｂのリフト量が大きく、かつ全負荷時などの燃料供給量が多くなる運転状態の場合には、リフト量がＬ1になるまでの間に第２吸気弁１２ｂの弁部下方に燃料を噴射し、その後リフト量がＬ2になって最大リフト量ＬMAXを経て再びリフト量がＬ2になる間に第２吸気弁１２ｂの弁部上側のステム側方を通るように燃料を２方向に分割して噴射する。これにより、燃料供給量が多くなる運転状態においても、要求される燃料を供給することが可能となる。
【００６１】
（第２実施形態）
図９は、第２実施形態に係る筒内直接噴射式エンジン２００を示す図である。
【００６２】
筒内直接噴射式エンジン２００の構成は第１実施形態とほぼ同様であるが、ピストン３２とクランクシャフト２２０とを連結する構成において一部相違する。つまり、筒内直接噴射式エンジン２００では、ピストン３２とクランクシャフト２２０とを複数のリンクで接続することでピストンストロークのロングストロークを図り、燃費性能を改善するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００６３】
筒内直接噴射式エンジン２００は、ピストン行程を変化させて機械圧縮比を変更する圧縮比可変機構２１０を備える。圧縮比可変機構２１０は、ピストン３２とクランクシャフト２２０とをアッパリンク２１１、ロアリンク２１２で連結して、コントロールリンク２１３でロアリンク２１２の姿勢を制御することで機械圧縮比を変更できるようになっている。
【００６４】
アッパリンク２１１は、その上端でピストンピン２１４を介してピストン３２に連結する。また、アッパリンク２１１の下端は、連結ピン２１５を介してロアリンク２１２の一端に連結する。
【００６５】
ロアリンク２１２は、その一端が連結ピン２１５を介してアッパリンク２１１に連結する。また、ロアリンク２１２の他端は、連結ピン２１６を介してコントロールリンク２１３に連結する。ロアリンク２１２は、図中左右の２部材から分割可能に構成され、ほぼ中央に連結孔２１２ａを有する。ロアリンク２１２は、連結孔２１２ａにクランクシャフト２２０のクランクピン２２１を挿入し、クランクピン２２１を中心軸として揺動する。
【００６６】
クランクシャフト２２０は、クランクピン２２１、ジャーナル２２２及びカウンターウェイト２２３を備える。クランクピン２２１の中心はジャーナル２２２の中心から所定量偏心しており、このクランクピン２２１にロアリンク２１２が回転自在に連結する。ジャーナル２２２は、シリンダブロック３０とラダーフレーム２３０とによって回転自在に支持される。ジャーナル２２２の軸心は、クランクシャフト２２０の軸心と一致している。カウンターウェイト２２３は、クランクアームに一体形成されて、ピストン運動の回転１次振動成分を低減する。
【００６７】
コントロールリンク２１３の上端は、連結ピン２１６を介してロアリンク２１２に対して回動自在に連結する。また、コントロールリンク２１３の下端は、連結ピン２１７を介して、クランクシャフト２２０と平行に配置されるコントロールシャフト２４１に連結する。連結ピン２１７は、コントロールシャフト２４１の軸心から所定量偏心しており、コントロールリンク２１３がその偏心した連結ピン２１７を軸心として揺動する。このコントロールシャフト２４１は、その外周にギア２４２を形成する。このギア２４２がピニオン２４３と噛合する。ピニオン２４３は、シリンダブロック３０の側部に取付けられたアクチュエータ２４４の回転軸２４５に設けられている。
【００６８】
このように構成される第２実施形態の筒内直接噴射式エンジン２００では、ピストン３２の往復運動はアッパリンク２１１に伝達され、ロアリンク２１２を介してクランクシャフト２２０の回転運動に変化される。この場合には、ロアリンク２１２はクランクピン２２１を中心軸として揺動しながら、クランクシャフト２２０の中心に対して図中反時計回りに回転する。ロアリンク２１２に連結するコントロールリンク２１３は、その下端に連結するコントロールシャフト２４１の連結ピン２１７を支点として揺動する。コントロールシャフト２４１と連結ピン２１７とは偏心しているため、アクチュエータ２４４によってコントロールシャフト２４１が回転すると、連結ピン２１７が移動する。この連結ピン２１７の移動によってコントロールリンク２１３の揺動中心が変化するため、これによりアッパリンク２１１及びロアリンク２１２の傾斜を変えることができ、ピストン３２の上死点位置を所定の範囲内で任意に調整できる。
【００６９】
このように、筒内直接噴射式エンジン２００では、ピストン３２の上死点位置を調整することによって機械圧縮比が可変となる。そのため、車両の運転状態に応じて機械圧縮比を最適に制御して、燃焼効率を向上させて燃費性能を改善できる。例えば、低回転速度・小トルクでは機械圧縮比を高くして燃焼効率の向上を図り、高回転速度・大トルク側では機械圧縮比を低くしてノッキングの防止を図る。
【００７０】
この筒内直接噴射式エンジン２００では、ピストンスカートを短縮したピストン３２を使用することで、ピストンストロークのロングストローク化を図り、燃費性能を改善する。以下では、筒内直接噴射式エンジン２００におけるピストンストロークのロングストローク化について図１０〜図１２を参照して説明する。
【００７１】
図１０は、ピストン３２のサイドスラスト荷重の低減について説明する図である。
【００７２】
図１０に示すように、筒内直接噴射式エンジン２００では、圧縮比可変機構２１０のアライメントを選択することによって、燃焼室１の内部の圧力が最大となる膨張行程前半において、ピストン３２と連結するアッパリンク２１１を直立姿勢（シリンダ軸心に対するアッパリンク２１１の軸心の傾き角度θが０°に近い状態）に維持することができる。このようにアッパリンク２１１の傾き角度θが小さくなると、アッパリンク２１１の傾き角度θに応じて生じるピストン３２のサイドスラスト荷重は大幅に低減する。そのため、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示すようにピストン３２のピストンスカート長さを短縮しても、ピストンスカート強度を確保することができる。つまり、筒内直接噴射式エンジン２００のピストン３２では、図１１（Ｃ）に示すようにピストンピン２１４が挿入される方向のピストンスカートを短縮することができる。
【００７３】
図１２は、ピストン３２のピストンストロークのロングストローク化を説明する図である。
【００７４】
筒内直接噴射式エンジン２００では、ピストンスカートが短縮されたピストン３２を使用するので、図１２に示すようにクランクシャフト２２０のカウンターウェイト２２３は、ピストンピン２１４の側方を通過することができる。このため、アッパリンク２１１を最小限の長さとして、ピストン３２の下死点位置をクランクシャフト２２０に最接近させることで、ピストンスカートを短縮した分のピストンストロークを拡大することができる。
【００７５】
以上により、第２実施形態の筒内直接噴射式エンジン２００は下記の効果を得ることができる。
【００７６】
筒内直接噴射式エンジン２００では、圧縮比可変機構２１０のアライメントによって、ピストン３２に生じるサイドスラスト荷重を低減できるので、ピストン３２のピストンスカートを短縮することができ、ピストンストロークのロングストローク化を図ることができる。そのため、排気量を低下させることなくボア径を小径にすることができ、Ｓ／Ｖ比がされて燃費性能の向上を図ることができる。
【００７７】
本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。
【００７８】
第１実施形態の図６〜図８では、第２吸気弁１２ｂが開弁し始めてからリフト量がＬ1になるまでの間や、開弁後にリフト量がＬ2になって最大リフト量ＬMAXを経て再びリフト量がＬ2になるまでの間に燃料を噴射し続けるようにしたが、これは一例であり、上記リフト期間において車両の運転状態に応じて燃料噴射期間や燃料噴射圧などの燃料噴射特性を設定するようにしてもよい。
【００７９】
また、第２吸気弁１２ｂの最大リフト量ＬMAXは燃料噴射変更判定値Ｌ0以下の場合には、吸気行程で燃料噴射するのではなく、圧縮行程において燃料を噴射して成層燃焼を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】第１実施形態の筒内直接噴射式エンジンの構成を示す図である。
【図２】可変動弁装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】可変動弁装置によって駆動される吸気弁のリフト量及び作動角（バルブ特性）を示す図である。
【図４】燃焼室をシリンダヘッド側から見たときの燃料噴射弁の設置位置を示す図である。
【図５】コントローラが行う制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第２吸気弁のリフト量が小さい場合における燃料噴射弁の燃料噴射を示すタイムチャートである。
【図７】第２吸気弁のリフト量が大きい場合における燃料噴射弁の燃料噴射を示すタイムチャートである。
【図８】燃料の供給量が多くなる全負荷時における燃料噴射弁の燃料噴射を示すタイムチャートである。
【図９】第２実施形態に係る筒内直接噴射式エンジンを示す図である。
【図１０】ピストンのサイドスラスト荷重の低減について説明する図である。
【図１１】ピストンの構成を示す図である。
【図１２】ピストンのピストンストロークのロングストローク化を説明する図である。
【符号の説明】
【００８１】
１００、２００  筒内直接噴射式エンジン
１  燃焼室
１０  吸気ポート
１２  吸気弁
１２ａ  第１吸気弁
１２ｂ  第２吸気弁（中央吸気弁）
１２ｃ  第３吸気弁
２０  排気ポート
３０  シリンダブロック
３０ａ  上端面
３１  シリンダ
３２  ピストン
３２ｂ  凹部
３２ｃ  トップリング
４０  シリンダヘッド
４１  燃料噴射弁
４２  点火プラグ
５０  コントローラ
２１０  複リンク機構
２１１アッパリンク（第１のリンク）
２１２  ロアリンク（第２のリンク）
２１３  コントロールリンク（第３のリンク）
２２０  クランクシャフト（支持部）
２２１  クランクピン
２２２  ジャーナル
２２３  カウンターウェイト
２４１  コントロールシャフト
２４４  アクチュエータ
３００  可変動弁装置
Ｓ１０１  リフト状態判定手段
Ｓ１０４  運転状態判定手段
Ｓ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０６  燃料噴射設定手段
【図１】
2009036127.tif 000003
【図２】
2009036127.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
2009036127.tif 000009
【図１１】
2009036127.tif 000010
【図１２】
2009036127.tif 000011
【図６】
2009036127.tif 000012
【図７】
2009036127.tif 000013
【図８】
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