(57)【要約】【課題】例えば同一の気筒に複数の排気弁が設けられる内燃機関の制御装置において、同一の気筒に複数の排気弁を備えつつ、燃焼を安定させる。【解決手段】同一の気筒（２）からの排気をターボ過給機（３）のタービン（３ａ）に導く第１分岐通路（６ａ）及びタービンを迂回してタービンよりも下流側に導く第２分岐通路（６ｂ）を、排気通路として有する内燃機関（１００）における制御装置（１４）は、吸気通路に接続された一又は複数の吸気弁（１２）と、第１分岐通路に接続された第１排気弁（１３ａ）と、第２分岐通路に接続された第２排気弁（１３ｂ）と、第１及び第２排気弁のうち少なくとも一方を可変動弁制御する可変動弁制御手段（１４ａ）と、気筒の燃焼室内で第２排気弁よりも第１排気弁に近い方向に向けて、燃料を噴射する筒内噴射弁（１５）とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の気筒からの排気をターボ過給機のタービンに導く第１分岐通路及び前記タービンを迂回して前記タービンよりも下流側に導く第２分岐通路を、排気通路として有する内燃機関における制御装置であって、
吸気通路に接続された一又は複数の吸気弁と、
前記第１分岐通路に接続された第１排気弁と、
前記第２分岐通路に接続された第２排気弁と、
前記第１及び第２排気弁のうち少なくとも一方を可変動弁制御する可変動弁制御手段と、
前記気筒の燃焼室内で前記第２排気弁よりも前記第１排気弁に近い方向に向けて、燃料を噴射する筒内噴射弁と
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】
前記一又は複数の吸気弁は、前記第２排気弁よりも前記第１排気弁に近い位置に設けられた第１吸気弁と、前記第１排気弁よりも前記第２排気弁に近い位置に設けられた第２吸気弁とを含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記筒内噴射弁は、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記吸気弁を介して前記第１及び第２排気弁を望む位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記筒内噴射弁は、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記第１及び第２吸気弁を介して前記第１及び第２排気弁を夫々望む位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼室内で前記噴射された燃料を夫々点火可能な複数の点火プラグを更に備え、
前記複数の点火プラグのうち第１点火プラグは、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記吸気弁と前記第１及び第２排気弁との間に配置されており、
前記複数の点火プラグのうち第２点火プラグは、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記吸気弁と前記第１排気弁と前記燃焼室の外周壁のうち前記第２排気弁よりも前記第１排気弁に近い側の壁部分との間に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼室内で前記噴射された燃料を夫々点火可能な複数の点火プラグを更に備え、
前記複数の点火プラグのうち第１点火プラグは、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記第１及び第２吸気弁と前記第１及び第２排気弁との間に配置されており、
前記複数の点火プラグのうち第２点火プラグは、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記第１吸気弁と前記第１排気弁と前記燃焼室の外周壁のうち前記第２排気弁よりも前記第１排気弁に近い側の壁部分との間に配置されている
ことを特徴とする請求項２又は４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関は、前記排気通路における前記第１及び第２分岐通路の合流箇所よりも下流側に、排気浄化触媒を有し、
前記可変動弁制御手段は、前記排気浄化触媒を暖機させる期間内の少なくとも一期間に、前記第１排気弁の弁開度を所定開度に制限することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記可変動弁制御手段は、前記少なくとも一期間に、前記第１排気弁を閉じたままにすることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記少なくとも一期間に、前記燃焼室内に設けられた点火プラグを遅角制御する点火時期遅角制御手段を更に備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記可変動弁制御手段は、当該内燃機関の機関出力が所定出力を超える場合に、前記第２排気弁の弁開度を所定開度に制限することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記可変動弁制御手段は、当該内燃機関の機関出力が所定出力を超える場合に、前記第２排気弁の弁開度を所定開度に制限し、
当該制御装置は、前記機関出力が前記所定出力を超える場合に、前記複数の点火プラグを位相差点火するように制御する点火制御手段を更に備える
ことを特徴とする請求項５又は６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、例えば同一の気筒に複数の排気弁が設けられる内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置として、例えば同一の気筒にターボ過給機に繋がる排気弁とこれをバイパスする排気弁との一対の排気弁が設けられるターボ過給機付きエンジンにおいて、ポンピングロスを抑制するために、排気弁の開弁期間をずらす装置がある（特許文献１参照）。また、一対の排気弁を有する気筒で、触媒を活性化するために、一対の排気弁のうち一方を閉弁状態に停止する装置がある（特許文献２参照）。更に、一対の排気弁を有する気筒内で、空気との混合が促進される方向に燃料を噴射する装置（特許文献３参照）や、点火プラグ周りにおける燃料噴霧の濃度低下を回避する方向に燃料を噴射する装置もある（特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０８９１０６号公報
【特許文献２】特開２０００−０７３７９０号公報
【特許文献３】特開２００５−３０７７７６号公報
【特許文献４】特開２００１−００３７５２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、上述の技術背景によれば、同一の気筒に複数の排気弁を備えることによる各種利益は得られるものの、排気弁に対して停止状態にする等の特殊制御が行われている時に、排気弁の近傍に排気が残留して内部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）偏流が生じて燃焼が不安定になってしまう。或いは、燃料の噴射方向によっては、高出力時に、燃焼が不安定になるといった技術的問題点がある。
【０００５】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、同一の気筒に複数の排気弁を備えつつ、燃焼を安定させることを可能ならしめる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る制御装置は上記課題を解決するために、同一の気筒からの排気をターボ過給機のタービンに導く第１分岐通路及び前記タービンを迂回して前記タービンよりも下流側に導く第２分岐通路を、排気通路として有する内燃機関における制御装置であって、吸気通路に接続された一又は複数の吸気弁と、前記第１分岐通路に接続された第１排気弁と、前記第２分岐通路に接続された第２排気弁と、前記第１及び第２排気弁のうち少なくとも一方を可変動弁制御する可変動弁制御手段と、前記気筒の燃焼室内で前記第２排気弁よりも前記第１排気弁に近い方向に向けて、燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える。
【０００７】
本発明の制御装置によれば、例えばターボ過給機付きエンジンにおいて、同一の気筒に複数の排気弁が設けられている。該複数の排気弁は、例えば一対の排気弁であり、第１排気弁には、第１分岐通路が接続され、第２排気弁には、第２分岐通路が接続される。ここで「第１分岐通路」は、燃焼により発生する排気を、ターボ過給機のタービンに導き、「第２分岐通路」は、該排気を、タービンを迂回してタービンよりも下流の排気通路に導く。該排気通路において、第２分岐通路の接続位置よりも下流には、例えば排気浄化触媒が設置されている。
【０００８】
内燃機関における触媒暖気時や通常運転中、これらの排気弁のうち少なくともいずれか一方が可変動弁制御手段により可変動弁制御される。即ち、少なくとも一方の排気弁は、その開タイミング、閉タイミング、開弁度等が可変とされる。尚、両方の排気弁が可変動弁制御可能であってもよいし、更に、一又は複数の吸気弁についても、可変動弁制御可能であってもよい。
【０００９】
このように同一の気筒に第１及び第２排気弁を備えるので、例えば内燃機関の始動時、排気浄化触媒の暖機のために、点火時期の遅角制御を行うことができ、この際、第１排気弁よりも第２排気弁側に、通常運転時に比べてより大量の高温排気を流すことが可能となる。この場合、複数の排気弁を利用して、例えば第１排気弁が閉状態（即ち、通常の燃焼サイクルに拘わらず閉じたままの状態）に固定され、第２排気弁が開状態（即ち、通常の燃焼サイクルに応じて開閉する状態）とされる。但し、このように第１排気弁を閉状態としてしまうと、燃料の噴射方向によっては、閉状態にある一方の排気弁近傍に排気が残留して、燃焼が不安定となり得る。
【００１０】
しかるに本発明では、燃料噴射弁は、開状態にある第２排気弁よりも、開状態にある第１排気弁に近い方向に向けて燃料を噴射する。これにより、残留する排気である内部ＥＧＲガスへ向けて燃料が噴射されるので、内部ＥＧＲガスが気筒内にて拡散されると共に、混合気が均一化され、直後に行われる燃焼が、より安定して行われる。従って、特に、触媒暖気のために、大幅に点火時期を遅角する制御を行っても、混合気の均質化と内部ＥＧＲガスの拡散とにより、燃焼を安定させることができる。これらの結果、複数の排気弁を利用して、より効率良く或いは迅速にして暖気を実行可能となる。
【００１１】
以上のように本発明の制御装置によれば、残留する排気へ向けて燃料が噴射され、混合気が均一化されるので、燃焼を安定させることができる。
【００１２】
本発明の制御装置の一の態様では、前記一又は複数の吸気弁は、前記第２排気弁よりも前記第１排気弁に近い位置に設けられた第１吸気弁と、前記第１排気弁よりも前記第２排気弁に近い位置に設けられた第２吸気弁とを含む。
【００１３】
この態様によれば、同一の気筒に、第１排気弁に対応する第１吸気弁、及び第２排気弁に対応する第２吸気弁を備える。これにより、例えば同圧の空気が同時期に、２箇所から燃焼室内へ吸入可能とされ、或いは２つの吸気弁の開閉タイミングをずらすことも可能とされる。従って、吸気弁を１つ備える場合と比較して、筒内における燃焼前及び燃焼後のガスの混合や拡散の促進によって、排気の掃気効率が向上され、燃焼が改善される。
【００１４】
これら第１及び第２排気弁並びに第１及び第２吸気弁という４つの弁は、典型的には、それらの中心が、燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、４角形の頂点に位置するように配置され、且つ第１及び第２排気弁が隣り合うと共に第１及び第２吸気弁が隣り合い、しかも第１排気弁と第２吸気弁とが対角位置となると共に第２排気弁と第１吸気弁とが対角位置となるように配置される。
【００１５】
本発明の制御装置の他の態様では、前記筒内噴射弁は、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記吸気弁を介して前記第１及び第２排気弁を望む位置に配置されている。
【００１６】
この態様によれば、筒内噴射弁は、吸気弁を基準として、第１及び第２排気弁の反対側に位置する燃焼室の外周壁の近くに配置されており、筒内噴射弁から噴射されるガスは、吸気弁の付近或いは前を通過して、第１及び第２排気弁の側へと向かう。従って、筒内噴射弁を、吸気弁と第１排気弁と第２排気弁との間に配置する場合と比較して、筒内噴射弁から噴射される燃料が、近傍の吸気弁から供給される空気と、噴流効果により直ちに混合する。これにより、混合気の均一化が促進されるので、燃焼をより安定させることができる。
【００１７】
本発明の制御装置の第１及び第２吸気弁を備える態様では、前記筒内噴射弁は、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記第１及び第２吸気弁を介して前記第１及び第２排気弁を夫々望む位置に配置されてもよい。
【００１８】
このように構成すれば、筒内噴射弁は、第１及び第２吸気弁を基準として、第１及び第２排気弁の反対側に位置する燃焼室の外周壁の近くに配置されており、筒内噴射弁から噴射されるガスは、第１及び第２吸気弁の付近或いは前を通過して、第１及び第２排気弁の側へと向かう。従って、筒内噴射弁を、第１及び第２吸気弁と第１及び第２排気弁との間に配置する場合と比較して、筒内噴射弁から噴射される燃料が、近傍の第１及び第２吸気弁から供給される空気と、噴流効果により直ちに混合する。これにより、混合気の均一化が促進されるので、燃焼をより安定させることができる。
【００１９】
本発明の制御装置の他の態様では、前記燃焼室内で前記噴射された燃料を夫々点火可能な複数の点火プラグを更に備え、前記複数の点火プラグのうち第１点火プラグは、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記吸気弁と前記第１及び第２排気弁との間に配置されており、前記複数の点火プラグのうち第２点火プラグは、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記吸気弁と前記第１排気弁と前記燃焼室の外周壁のうち前記第２排気弁よりも前記第１排気弁に近い側の壁部分との間に配置されている。
【００２０】
この態様によれば、同一の気筒に、第１及び第２点火プラグを備えるので、２点点火が可能とされる。例えば触媒暖機時に、残留する内部ＥＧＲガスのために燃焼速度のばらつきが大きい領域に、この領域に対応する第２点火プラグにより点火が行われた後、第１点火プラグにより点火が行われる。ここで、第１点火プラグは、吸気弁と第１及び第２排気弁との三者間に配置されておいる。これに対し、第２点火プラグは、吸気弁と第１排気弁と第２排気弁から離れた側の壁部分との間に配置されている。従って、大幅な遅角燃焼が可能とされるので、触媒暖機を伴う始動時の燃焼をより安定させることができる。
【００２１】
本発明の制御装置の第１及び第２吸気弁を備える態様では、前記燃焼室内で前記噴射された燃料を夫々点火可能な複数の点火プラグを更に備え、前記複数の点火プラグのうち第１点火プラグは、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記第１及び第２吸気弁と前記第１及び第２排気弁との間に配置されており、前記複数の点火プラグのうち第２点火プラグは、前記燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、前記第１吸気弁と前記第１排気弁と前記燃焼室の外周壁のうち前記第２排気弁よりも前記第１排気弁に近い側の壁部分との間に配置されてもよい。
【００２２】
このように構成すれば、同一の気筒に、第１及び第２点火プラグを備えるので、２点点火が可能とされる。例えば触媒暖機時に、残留する内部ＥＧＲガスのために燃焼のばらつきが大きい領域に、この領域に対応する第２点火プラグにより点火が行われた後、第１点火プラグにより点火が行われる。ここで、第１点火プラグは、第１及び第２吸気弁と第１及び第２排気弁との四者間に配置されている。典型的には、これら４つの弁の中心がなす４角形の中央或いは内部に位置するように配置されている。これに対し、第２点火プラグは、第１吸気弁と第１排気弁と第２排気弁から離れた側の壁部分との間に配置されている。典型的には、これら４つの弁の中心がなす４角形の外側、例えば、該四角形における第１吸気弁の中心及びと第１排気弁の中心間を結ぶ辺の外側に配置されている。従って、大幅な遅角燃焼が可能とされるので、触媒暖機を伴う始動時の燃焼をより安定させることができる。
【００２３】
本発明の制御装置の他の態様では、前記内燃機関は、前記排気通路における前記第１及び第２分岐通路の合流箇所よりも下流側に、排気浄化触媒を有し、前記可変動弁制御手段は、前記排気浄化触媒を暖機させる期間内の少なくとも一期間に、前記第１排気弁の弁開度を所定開度に制限する。
【００２４】
この態様によれば、排気浄化触媒を暖機させる期間内の少なくとも一期間に、可変動弁制御手段により、第１排気弁の弁開度が、例えば最大弁開度（１００％）に対して２割（２０％）までに制限される。これにより、筒内噴射弁からの燃料噴霧と、残留する内部ＥＧＲガスとが、噴流効果により混合され、混合気の均一化が促進されるので、触媒暖機を伴う始動時の燃焼を安定させることができる。尚、ここにいう「少なくとも一期間」は、単純には、暖気させる期間の全部でもよいし、該期間中の所定の一部でもよいし、該期間内で所定条件が成立している期間等であってもよい。
【００２５】
この態様では、前記可変動弁制御手段は、前記少なくとも一期間に、前記第１排気弁を閉じたままにしてもよい。
【００２６】
この態様によれば、排気浄化触媒を暖機させる期間内の少なくとも一期間に、可変動弁制御手段により、燃焼サイクルに拘わらず、第１排気弁が閉弁状態に保持される。これにより、筒内噴射弁からの燃料噴霧と、残留する内部ＥＧＲガスとが、噴流効果により混合され、混合気の均一化がより促進されるので、触媒暖機を伴う始動時の燃焼をより安定させることができる。
【００２７】
この態様では、前記少なくとも一期間に、前記燃焼室内に設けられた点火プラグを遅角制御する点火時期遅角制御手段を更に備える。
【００２８】
このように構成すれば、第２排気弁等を介して、進角制御時よりも大量の高温の排気が、排気浄化触媒に導かれるので、効率良く触媒暖機を行うことができる。
【００２９】
本発明の制御装置の他の態様では、前記可変動弁制御手段は、当該内燃機関の機関出力が所定出力を超える場合に、前記第２排気弁の弁開度を所定開度に制限する。
【００３０】
この態様によれば、機関出力が所定出力を超える高出力時、例えば排気の掃気制御（スカベンジング）により、第２排気弁と一又は複数の吸気弁とがオーバーラップされ、吸入気圧により排気が第２排気弁から押し出される。ここで高出力時に、可変動弁制御手段により、第２排気弁の弁開度が、例えば最大弁開度に対して半分（５０％）までに制限されるので、オーバーラップ期間に第２排気弁から押し出される排気量（スカベンジ量）が制限されると共に、吸気弁からの新気及び燃料の第２排気弁への吹き抜けが抑制される。この新気、及び燃料の気化潜熱により、高出力時に主として排気を行う第１排気弁側が冷却されることで、第１排気弁側で発生するノッキングや異常燃焼を抑制し、高出力時の燃焼を安定させることができる。
【００３１】
本発明の制御装置の他の態様では、前記可変動弁制御手段は、当該内燃機関の機関出力が所定出力を超える場合に、前記第２排気弁の弁開度を所定開度に制限し、当該制御装置は、前記機関出力が前記所定出力を超える場合に、前記複数の点火プラグを位相差点火するように制御する点火制御手段を更に備える。
【００３２】
この態様によれば、機関出力が所定出力を超える高出力時、例えば排気の掃気制御（スカベンジング）により、第２排気弁と一又は複数の吸気弁とがオーバーラップされ、吸入気圧により排気が第２排気弁から押し出される。ここで高出力時に、可変動弁制御手段により、第２排気弁の弁開度が、例えば最大弁開度に対して半分（５０％）までに制限されるので、オーバーラップ期間に第２排気弁から押し出される排気量（スカベンジ量）が制限されると共に、吸気弁からの新気及び燃料の第２排気弁への吹き抜けが抑制される。この新気、及び燃料の気化潜熱により、高出力時に主として排気を行う第１排気弁側が冷却されることで、第１排気弁側で発生するノッキングや異常燃焼を抑制し、高出力時の燃焼を安定させることができる。
【００３３】
また、高出力時、点火制御手段により、第１及び第２点火プラグによる位相差点火が行われる。「位相差点火」では、例えば先ず第２点火プラグにより点火が行われた後、第１点火プラグにより点火が行われるように、所定の点火時差が設定されている。これにより、燃焼室内の燃焼速度のばらつきが解消されるので、燃焼が安定し、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【００３４】
この態様によれば更に、スカベンジ量の制限、及び位相差点火が行われても尚、ノッキングが発生する場合、例えばオーバーラップ量を縮小することで、スカベンジ量を補正すると共に、第１及び第２点火プラグを、ピストン上死点時に対して早く位相差点火する進角制御を行ってもよい。但し、この際、内燃機関は、十分な排気により、高い過給圧の空気を燃焼室内に吸入可能な状態にある。スカベンジ量の補正により内部ＥＧＲガスが増加されつつも、進角制御により燃焼速度が速まることで、ノッキングが回避され、燃焼室全体で、燃焼が促進されるので、内燃機関の燃費の悪化を防止することができる。
【００３５】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００３７】
先ず、本実施形態に係る内燃機関の構成について図１から図３を参照して説明する。ここに図１は、本実施形態に係る制御装置を備える内燃機関の概要を示すブロック図であり、図２は、図１の各気筒におけるブロック図であり、図３は、図１の各気筒の燃焼室内をピストンの上面側から見た平面図である。
【００３８】
図１において、内燃機関１００は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、複数の気筒が一方向に向かって並べられたピストン式火花点火エンジンとして構成されている。複数の気筒は、バンク状に配置されていてもよい。内燃機関１００は、複数の気筒２、ターボ過給機３、排気浄化触媒４、及びＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１４を備える。
【００３９】
図２に示すように、複数の気筒２には夫々、シリンダ２ｓ内にピストン２ｐが往復運動可能に挿入されており、シリンダ２ｓの内周面及びピストン２ｐの上面により、各気筒２の内部に、燃焼室２ｒが形成されている。各気筒２には、吸気通路５及び排気通路６が接続されている。また、各気筒２には、吸気弁側の可変動弁機構１２、排気弁側の可変動弁機構１３、噴射弁１５及び点火プラグ１６が設けられており、夫々ＥＣＵ１４による制御を受ける。
【００４０】
再び図１において、吸気通路５は、取り込まれた外気を、後述のコンプレッサ３ｂ及びスロットル８を介して、各気筒２へ導く。吸気通路５は、気筒２毎に、その先端にて２つに分岐して図３に示す二つの吸気弁１２ａ，１２ｂに接続されている。
【００４１】
排気通路６は、第１及び第２分岐通路６ａ，６ｂ、並びに合流通路６ｃからなる。第１分岐通路６ａは、各気筒２からの排ガスを、ターボ過給機３のタービン３ａへ導く。第２分岐通路６ｂは、各気筒２からの排ガスを、タービン３ａを迂回してタービン３ａより下流側に導く。合流通路６ｃは、第１分岐通路６ａと第２分岐通路６ｂとを合流させる通路であり、タービン３ａを経由する第１分岐通路６ａからの排ガス、及び第２分岐通路６ｂからの排ガスを、排気浄化触媒４へ導く。
【００４２】
ターボ過給機３は、タービン３ａ、及びコンプレッサ３ｂを備え、タービン３ａは、第１分岐通路６ａと合流通路６ｃとの接続箇所に、コンプレッサ３ｂは、吸気通路５の上流側に配置されている。ターボ過給機３は、排ガスが通過されるタービン３ａの回転エネルギーにより、コンプレッサ３ｂを作動させる。
【００４３】
コンプレッサ３ｂは、ＥＣＵ１４により制御され、吸気通路５の上流側から送られる空気を、設定される目標過給圧に圧縮する。この圧縮された空気は、吸気通路５の下流側のスロットル８へ送られる。スロットル８は、ＥＣＵ１４により、設定される空気量（スロットル空気量）が通過可能に、制御される。
【００４４】
排気浄化触媒４は、一般的な三元触媒であり、合流経路６ｃに第２分岐通路６ｂが合流する合流箇所Ｐ１よりも下流側に配置されている。排気浄化触媒４は、排ガスを浄化すると共に、ＳＯｘ（硫黄酸化物）を吸収する機能を備えている。排気浄化触媒４では、ＳＯｘが所定量を超えて吸収（蓄積）された場合に、このＳＯｘを排気浄化触媒４から離脱させるために、排気浄化触媒４を所定温度（触媒温度）に暖める触媒暖機が行われる。排気浄化触媒４は、触媒温度を検出する温度検出部４ａを備える。
【００４５】
ＥＣＵ１４は、内燃機関１００の各部を統括的に制御する。本実施形態では特に、ＥＣＵ１４は、可変動弁制御部１４ａ、点火制御部１４ｂ及び噴射弁制御部１４ｃを含んでおり、触媒暖機制御を伴う始動時制御、及びスカベンジ量設定を伴う高出力時制御を行う。
【００４６】
図３に示すように、気筒２は、燃焼室内にてピストンの上面に対向する上壁に、第１及び第２吸気弁１２ａ，１２ｂ、第１及び第２排気弁１３ａ，１３ｂ、噴射弁１５、並びに第１及び第２点火プラグ１６ａ，１６ｂを備えている。
【００４７】
第１及び第２吸気弁１２ａ，１２ｂは、吸気通路５に接続されており、可変動弁制御部１４ａによる制御下で、電磁式や機械式の可変動弁機構１２により、ピストンの往復運動に連動して開閉される。第１及び第２吸気弁１２ａ，１２ｂが開弁されると、コンプレッサ３ｂにより圧縮された空気が、燃焼室へ供給される。
【００４８】
図３に示すように、第１及び第２吸気弁１２ａ，１２ｂの配置について、第１吸気弁１２ａは、第２排気弁１３ｂよりも第１排気弁１３ａに近い位置に、第２吸気弁１２ｂは、第１排気弁１３ａよりも第２排気弁１３ｂに近い位置に、夫々設置されている。
【００４９】
第１排気弁１３ａは、第１分岐路６ａに接続されており、可変動弁制御部１４ａによる制御下で、電磁式や機械式の可変動弁機構１３により、ピストンの往復運動に連動して開閉される。第１排気弁１３ａが開弁されると、排ガスが、第１分岐通路６ａを介して、タービン３ａへ導かれる。
【００５０】
第２排気弁１３ｂは、第２分岐路６ｂに接続されており、可変動弁制御部１４ａにより、ピストンの往復運動に連動して開閉される。第２排気弁１３ｂが開弁されると、排ガスが、第２分岐通路６ｂ及び合流通路６ｃを介して、排気浄化触媒４へ導かれる。
【００５１】
可変動弁機構１３は、例えば電磁コイルを用いて、第１及び第２排気弁１３ａ，１３ｂを個々に制御する。可変動弁制御部１４は、第１及び第２排気弁１３ａ，１３ｂを、通常の燃焼サイクルに応じて開閉すると共に、その開閉状態を保持する。他方、可変動弁機構１２は、例えば電磁コイルを用いて、第１及び第２吸気弁１２ａ，１２ｂを個々に制御する。可変動弁制御部１４は、第１及び第２吸気弁１２ａ，１２ｂを、通常の燃焼サイクルに応じて開閉すると共に、その開閉状態を保持する。
【００５２】
噴射弁１５は、本発明に係る「筒内噴射弁」の一例として、ＥＣＵ１４が有する噴射弁制御部１４ｃにより制御され、気筒１１の燃焼室内で、燃料を噴射する。
【００５３】
図３に示すように、噴射弁１５は、燃焼室内をピストンの上面側から見て、第１及び第２吸気弁１２ａ，１２ｂを介して、第１及び第２排気弁１３ａ，１３ｂを望む位置に配置されている。本実施形態では特に、燃料の噴射方向について、噴射弁１５は、第２排気弁１３ｂよりも第１排気弁１３ａに近い方向（図３では、二点鎖線２０で囲まれた方向エリア）に向けて、噴射を行う。
【００５４】
噴射弁制御部１４ｃは、噴射時期、燃料圧力、及び単位時間当たりの噴射量（吹き分け率）を、直噴噴射パラメータとして設定する。
【００５５】
第１及び第２点火プラグ１６ａ、１６ｂは夫々、点火制御部１４ｂにより制御され、噴射弁１５から噴射される燃料と、第１及び第２吸気弁１２ａ，１２ｂから吸入される空気との混合気を点火する。
【００５６】
図３に示すように、第１点火プラグ１６ａは、燃焼室内をピストンの上面側から平面的に見て、第１及び第２吸気弁１２ａ，１２ｂと、第１及び第２排気弁１３ａ，１３ｂとの間に、配置されている。第２点火プラグ１６ｂは、燃焼室の外周壁１１ａのうち、第１排気弁１３ａに近い側の壁部分と、第１吸気弁１２ａと、第１排気弁１３ａとの間に配置されている。
【００５７】
点火制御部１４ｂは、本発明に係る「点火時期遅角制御手段」の一例として、第１及び第２点火プラグ１６ａ，１６ｂを個々に制御する。点火制御部１４ｂは、第１及び第２点火プラグＰ１，Ｐ２の点火時期を点火時期パラメータとして設定する。
【００５８】
次に、本実施形態に係る第１及び第２排気弁の開閉動作ついて図４及び図５を参照して説明する。ここに図４は、本実施形態に係る第１及び第２排気弁の触媒暖機時における開閉動作を示すグラフであり、図５は、本実施形態に係る第１及び第２排気弁の高出力時における開閉動作を示すグラフである。
【００５９】
図４に示すように、触媒暖機時に、可変動弁制御部１４ａは、第１排気弁１３ａを閉状態に保持し、第２排気弁を通常の燃焼サイクルに合わせて開閉する。この制御により、多量の高温の排ガスが、第２排気弁１３ｂから排気浄化触媒４へ導かれる。一方、一切の排ガスも導かれない第１排気弁１３ａ側では、第１排気弁１３ａの方向に噴射された燃料の噴流効果により、混合気が均一化されるので、燃焼が安定される。
【００６０】
触媒暖機時の点火時期について、点火制御部１４ｂは、第１及び第２点火プラグ１６ａ，１６ｂを遅角制御する。この遅角制御では、ピストン上死点時に対して遅く位相差点火され、燃焼のばらつきが大きい領域に対応する第２点火プラグ１６ｂが、先に点火された後、第１点火プラグ１６ａが点火される。これにより、触媒暖機時の遅角燃焼が安定して行われる。
【００６１】
図５に示すように、例えば内燃機関１００の回転数が高回転領域にある高出力時に、可変動弁制御部１４ａは、第１及び第２排気弁１３ａ，１３ｂを燃焼サイクルに応じて開閉する。但し、第１排気弁１３ａの開弁度が、全開される１００％の開状態とされるのに対して、第２排気弁１３ｂの開弁度は、５０％の開状態（即ち、半開状態）とされる。この制御により、スカベンジ制御のオーバーラップ期間に、第２排気弁１３ｂから吹き抜ける吸入された新気、及び燃料の量が抑制される。これにより、第１排気弁１３ａ側の混合気が冷却され、ノッキングや異常燃焼が防止される。
【００６２】
図５に二点鎖線で示されるように、第２排気弁１３ｂの開弁度が５０％よりも狭い２５％の開状態とされる場合、第２排気弁１３ｂから押し出される排ガス量は、半開状態の場合よりも縮小される。これにより、燃焼室内の内部ＥＧＲガスが増加され、燃費の悪化が防止される。
【００６３】
高出力時の点火時期について、点火制御部１４ａは、第１及び第２点火プラグ１６ａ，１６ｂを位相差点火する。この位相差点火では、第２点火プラグ１６ｂが先に点火された後、第１点火プラグ１６ａが点火されるので、燃焼室内の燃焼速度のばらつきが解消され、燃焼が安定される。尚、この位相差制御を行っても燃焼速度のばらつきが解消されず、ノッキングが発生する場合、点火制御部１４ｂは、第１及び第２点火プラグ１６ａ，１６ｂを進角制御する。この進角制御では、ピストン上死点時に対して早く位相差点火され、第２点火プラグ１６ｂが、先に点火された後、第１点火プラグ１６ａが点火される。これにより、ノッキングの発生が回避される。
【００６４】
次に、本実施形態に係る内燃機関の触媒暖機制御を伴う始動時の制御処理について図６を参照して説明する。ここに図６は、本実施形態に係る内燃機関１００の始動時の制御処理を示すフローチャートである。
【００６５】
図６において、先ず、可変動弁制御部１４ａにより、第１排気弁１３ａの開弁度が開状態に、第２排気弁の開弁度が閉状態に設定される（ステップＳ３１）。すると、第１点火プラグ１６ａの点火時期が遅角に設定されると共に、スロットル８が制御され、所定のスロットル空気量が各気筒２へ供給可能とされる。更に、筒内噴射弁１５及び吸気弁１２が制御され、空燃費が設定されることで、触媒暖機制御が開始される（ステップＳ３２）。
【００６６】
触媒暖機制御が開始された後、温度検出部４ａにより触媒温度が検出され、この検出結果に基づいて、触媒暖機が完了されているか否かが判定される（ステップＳ３３）。判定の結果、触媒暖機が完了された場合に（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、始動時制御が、同一設定で繰り返される。
【００６７】
一方、判定の結果、触媒暖機が完了されない場合に（ステップＳ３３：ＮＯ）、ＥＣＵ１４により、噴射弁１５の噴射時期、燃圧、及び吹き分け率の３つの直噴噴射パラメータが設定される（ステップＳ３４）。続いて、ＥＣＵ１４により、第２点火プラグ１６ｂの点火時期が再設定されると共に、第１点火プラグ１６ａの点火時期の遅角量が再設定されることで、点火時期パラメータが補正される（ステップＳ３５）。この後、これらの新設定で、始動時制御が繰り返される。
【００６８】
このように、本実施形態の始動時の制御処理によれば、燃料を、閉状態の第１排気弁１３ａの方向に向けて噴射することで、第１排気弁１３ａ側の内部ＥＧＲガスが燃焼室内に拡散されると共に、混合気が均一化されるので、触媒暖機制御の遅角燃焼を安定して行うことができる。
【００６９】
次に、本実施形態に係る内燃機関のスカベンジ量設定を伴う高出力時の制御処理について図７を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る内燃機関の高出力時の制御処理を示すフローチャートである。
【００７０】
図７において、先ず、可変動弁制御部１４ａにより、第１排気弁１３ａの開弁度が開状態に、第２排気弁の開弁度が半開状態に設定される（ステップＳ４１）。すると、スカベンジ量を設定するために、第２排気弁１３ｂの開弁度が設定されると共に、設定された第２排気弁１３ｂと吸気弁１２ａ，１２ｂとのオーバーラップ量が設定される。更に、コンプレッサ３ｂの目標過給圧が設定されることで、スカベンジ量が設定される（ステップＳ４２）。スカベンジ量の設定の後、ＥＣＵ１４により、噴射弁１５の噴射時期、燃圧、及び吹き分け率の３つの直噴噴射パラメータが設定される（ステップＳ４３）。続いて、ＥＣＵ１４により、第１及び第２点火プラグ１６ａ，１６ｂが位相差点火されるように、点火時期パラメータが設定される（ステップＳ４４）。
【００７１】
点火時期パラメーラの設定の後、ノッキングが発生している或いは遅角燃焼が要求されているか否かが判定される（ステップＳ４５）。判定の結果、ノッキングが発生しておらず、遅角燃焼も要求されていない場合に（ステップＳ４５：ＮＯ）、高出力時制御が、同一設定で繰り返される。
【００７２】
一方、判定の結果、ノッキングが発生している又は遅角燃焼が要求されている場合に（ステップＳ４５：ＹＥＳ）、ノッキングの発生を食い止める又は未然防止する必要がある。このため、第２排気弁１３ｂの開弁度が半開状態よりも更に狭くなるように再設定され、再設定された第２排気弁１３ｂと吸気弁１２ａ，１２ｂとのオーバーラップ量（即ち、スカベンジ量）が縮小される。更に、コンプレッサ３ｂの目標過給圧が高く再設定されることで、スカベンジ量の補正が完了される（ステップＳ４６）。続いて、ＥＣＵ１４により、第１及び第２点火プラグ１６ａ，１６ｂにおいて、点火時期を進角側に移行する制御により位相差点火が行われるように、点火時期パラメータが補正される（ステップＳ４７）。この後、これらの新設定で、高出力時処理が繰り返される。
【００７３】
このように、本実施形態の高出力時の制御処理によれば、燃料を、開状態の第１排気弁１３ａの方向に向けて噴射すると共に、第２排気弁１３ｂの制御により燃料等の吹き抜けを防止したり、スカベンジ量を縮小することで、第１排気弁１３ａ側の混合気が冷却される。これにより、燃焼速度のばらつきに起因するノッキングを回避すると共に、燃費の悪化を防止することができる。
【００７４】
図８を参照して、変形形態について説明を加える。ここに図８は、変形形態に係る図３と同趣旨の平面図である。上述の実施形態では、各気筒に吸気弁が二つずつ設けられているが、図８に示すように、吸気弁１２は一つであっても、排気弁が二つあれば、即ち第１及び第２排気弁１３ａ，１３ｂがあれば、噴射弁１５から第１排気弁１３ａの方へ向けて燃料噴射する限りにおいて、燃焼室内で混合気を均一化する利益は、相応に得られる。
【００７５】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施形態に係る制御装置を備える内燃機関を示す概略的なブロック図である。
【図２】図１の実施形態の各気筒におけるブロック図である。
【図３】実施形態に係る制御装置の燃焼室内をピストンの上面側から見た平面図である。
【図４】実施形態に係る第１及び第２排気弁の触媒暖機時の開弁周期を示すグラフである。
【図５】実施形態に係る第１及び第２排気弁の高出力時の開弁周期を示すグラフである。
【図６】実施形態に係る制御装置の始動時の制御処理を示すフローチャートである。
【図７】実施形態に係る制御装置の高出力時の制御処理を示すフローチャートである。
【図８】変形形態における図３と同趣旨の平面図である。
【符号の説明】
【００７７】
２…気筒、３…ターボ過給機、４…排気浄化触媒、６…排気通路、１２…吸気弁、１３…排気弁、１４…ＥＣＵ、１５…噴射弁、１６…点火プラグ、１００…内燃機関
【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】
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