JP2004176608A - 筒内噴射式エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン冷態状態において燃焼安定性の向上を図ることができる筒内噴射式エンジンを提供する。
【解決手段】ピストンで区画される燃焼室内に対し直接的に燃料を噴射する燃料噴射手段と、燃焼室の排気口を開閉する排気弁と、ピストンの圧縮行程の上死点付近で燃料を点火する点火手段とを備えた筒内噴射式エンジンであって、エンジンの冷態始動時に、ピストンの排気行程における排気上死点前で排気弁を閉弁させるべく排気弁の閉弁時期を変更する排気閉弁時期変更手段（Ｓ１０３）と、排気弁の閉弁直後に燃料噴射を行うべく燃料噴射手段の噴射時期を変更する噴射時期変更手段（Ｓ１０３）とからなる冷態時制御手段を備えるよう構成する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式エンジンに係り、詳しくは、エンジンの冷機状態時における燃焼安定性を達成する筒内噴射式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、筒内噴射式エンジンは、ピストンで区画される燃焼室内に対しインジェクタで直接的に燃料を噴射し、点火プラグ近傍の空燃比を点火可能な空燃比に保ちつつ混合気の層状度を上げ、トータルの空燃比を希薄の空燃比にすることによって大幅な燃費の向上を図ったエンジンである。これを達成するべく、インジェクタは、高圧の燃料ポンプに接続され、燃料タンク内の燃料を所望の高燃圧で燃焼室内に向けて噴射可能にされる。そして、筒内噴射式エンジンでは、通常、低負荷低回転域において、ピストンの圧縮行程において燃料噴射がされている。この点、ピストンの排気行程において吸気ポートを介して燃焼室内に燃料噴射が行われるマルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）を採用したエンジンと大きく異なっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−８９１５号公報（段落番号００２０等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エンジンの温態時ではない場合、即ち、エンジンの冷態始動時や寒冷時のアイドル運転時等にも圧縮行程の燃料噴射を行うことは、燃料気化時間が短いことから燃料の気化を十分に行うことができず、空燃比がリーンになって燃焼変動の増加が生じ、燃焼安定化を十分に図れないおそれがあるとの問題がある。
【０００５】
ここで、この問題の解決を図るべく、吸気行程で燃料噴射を行うと共に、燃料噴射時期を早くして燃料気化時間を長くさせることも考えられるが、これでは未燃焼の燃料成分（ＨＣ）が排気口から直接に排気通路に排出される可能性があり、排ガス特性の悪化及び燃費の悪化を招いてしまうおそれがあるとの問題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、エンジン冷態状態において燃焼安定性の向上を図ることができる筒内噴射式エンジンを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の本発明の筒内噴射式エンジンは、ピストンで区画される燃焼室内に対し直接的に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室の排気口を開閉する排気弁と、前記ピストンの圧縮行程の上死点付近で前記燃料を点火する点火手段とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、前記エンジンの冷態始動時に、前記ピストンの排気行程における排気上死点前で前記排気弁を閉弁させるべく該排気弁の閉弁時期を変更する排気閉弁時期変更手段と、前記排気弁の閉弁直後に燃料噴射を行うべく前記燃料噴射手段の噴射時期を変更する噴射時期変更手段とからなる冷態時制御手段を備えることを特徴としている。
【０００８】
したがって、本発明の請求項１の筒内噴射式エンジンでは、冷態時制御手段が、エンジンの冷態始動時には、ピストンの排気上死点前で排気弁を閉弁させてから燃料噴射を行っているので、未燃焼の燃料成分（ＨＣ）が排気通路側へ直接的に排出されることが防止されると共に、燃料気化時間が排気上死点から圧縮上死点に至るまで十分に確保され、冷態始動時の燃焼安定性が向上する。
【０００９】
また、請求項２記載の発明では、ピストンで区画される燃焼室内に対し直接的に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室の吸気口及び排気口をそれぞれ開閉する吸気弁及び排気弁と、前記ピストンの圧縮行程の上死点付近で前記燃料を点火する点火手段とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、前記エンジンの冷態始動時に、前記ピストンの排気行程における排気上死点前で前記排気弁を閉弁させるべく該排気弁の閉弁時期を変更する第一の排気閉弁時期変更手段と、前記排気弁の閉弁直後に燃料噴射を行うべく前記燃料噴射手段の噴射時期を変更する第一の噴射時期変更手段とからなる第一冷態時制御手段と、前記第一冷態時制御手段による制御を行った後で、エンジン温度の上昇を示す、所定のファーストアイドル条件が成立したか否かを判定する条件判定手段と、該条件判定手段によって前記ファーストアイドル条件が成立したと判定されたときには、前記ピストンの前記排気行程における排気上死点時に前記排気弁を閉弁させるべく該排気弁の閉弁時期を変更する第二の排気閉弁時期変更手段と、前記排気弁の閉弁直後に燃料噴射を行うべく前記燃料噴射手段の噴射時期を変更する第二の噴射時期変更手段と、前記ピストンの吸気行程において前記吸気弁を開弁させるべく該吸気弁の開弁時期を設定する吸気開弁時期設定手段とからなる第二冷態時制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
このように、本発明の請求項２の筒内噴射式エンジンでは、第一制御手段が、エンジンの冷態始動時には、ピストンの排気行程における排気上死点前で排気弁を閉弁させてから燃料噴射を行っているので、未燃焼の燃料成分（ＨＣ）が排気通路側へ直接的に排出されることを防止すると共に、燃料気化時間を十分に確保して燃焼安定性を向上させ、さらに、第二制御手段により冷態始動時の終了後のファーストアイドル時には内部ＥＧＲ量を低減させているので、ファーストアイドル時において、燃焼変動が小さくなり、燃焼安定性が確保される。
【００１１】
さらに、請求項３記載の発明では、前記条件判定手段は、前記エンジンの温度が所定値以上になったときに、前記ファーストアイドル条件の成立と判定することを特徴としている。これにより、ファーストアイドル条件の判定がより正確になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の概略構成図が示されており、以下、当該内燃機関の構成を説明する。
内燃機関（以下、エンジン）１は、例えば、燃料噴射モードをピストンの吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）、圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）及び排気行程での燃料噴射（排気行程噴射モード）に切り替えることが可能な筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、上記燃料噴射モードの切換えと空燃比制御とにより、理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能である。
【００１３】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ（点火手段）４と共に電磁式のインジェクタ（燃料噴射手段）６が取り付けられており、インジェクタ６は、ピストン２１で区画される燃焼室５内に燃料を直接的に噴射可能である。
点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、インジェクタ６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料をインジェクタ６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料をインジェクタ６から燃焼室５内に向けて所定の燃圧で噴射可能である。
【００１４】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポート９が形成されており、各吸気ポート９の燃焼室５側には、吸気ポート９と燃焼室５とを連通する吸気口９ａの開閉を行う吸気弁１１がそれぞれ設けられている。吸気弁１１は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト１２のカム１２ａに倣って吸気口９ａを開閉作動する。そして、各吸気ポート９には吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。
【００１５】
吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１７が設けられている。スロットル弁１７近傍には、スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１８が設けられており、ＴＰＳ１８にはアイドルスイッチ（アイドルＳＷ）が併設されている。さらに、吸気マニホールド１０のスロットル弁１７よりも上流部分には、吸入空気量を検出するため、カルマン渦式のエアフローセンサ１９が設けられている。
【００１６】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポート１３が形成されており、各排気ポート１３の燃焼室５側には、各排気ポート１３と燃焼室５とを連通する排気口１３ａの開閉を行う排気弁１５がそれぞれ設けられている。排気弁１５は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト１６のカム１６ａに倣って排気口１３ａを開閉作動する。そして、各排気ポート１３には排気マニホールド１４の一端がそれぞれ接続されている。
【００１７】
排気マニホールド１４の他端には排気管２０が接続されており、排気管２０には、ストイキオ近傍においてＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを高効率で浄化可能な三元触媒コンバータ３０が介装されている。また、排気管２０の三元触媒コンバータ３０の直上流部分には、排気中の酸素濃度ひいては排気空燃比を検出するＯ_２センサ２２が設けられており、三元触媒コンバータ３０には触媒温度を検出する高温センサ３２が設けられている。
【００１８】
また、シリンダヘッド２には、カム１２ａやカム１６ａを油圧調整によって進角或いは遅角操作することで吸気弁１１や排気弁１５の開閉時期を可変させる可変バルブタイミング機構４０が設けられている。可変バルブタイミング機構４０としては、例えばカムシャフト１２、１６を揺動させる振り子式可変バルブタイミング機構が適用される。なお、振り子式可変バルブタイミング機構は公知であり、ここではその構成の詳細については説明を省略する。
【００１９】
ＥＣＵ６０は、入出力装置、記憶装置、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ６０により、エンジン１の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ６０の入力側には、上記ＴＰＳ１８、エアフローセンサ１９、Ｏ_２センサ２２、高温センサ３２等の他、エンジン１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ６２やクランク角を検出するクランク角センサ６４等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ６４からはエンジン回転速度Ｎｅが検出される。
【００２０】
一方、ＥＣＵ６０の出力側には、上記インジェクタ６、点火コイル８、スロットル弁１７、可変バルブタイミング機構４０等の各種出力デバイスが接続されており、インジェクタ６、点火コイル８、スロットル弁１７には、上記各種検出情報に基づき選択された燃料噴射モード及び各種センサ類からの検出情報に応じて求められた燃焼空燃比等に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度の各信号がそれぞれ出力される。
【００２１】
これにより、インジェクタ６からは適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ４により適正なタイミング（圧縮上死点付近）で火花点火が実施され、さらに、スロットル開度が適正な開度に制御される。また、可変バルブタイミング機構４０に対して適正なバルブタイミング指令が行われる。
特に、本発明では、ＥＣＵ６０に本発明に係る冷態時制御手段６１が設けられており、エンジン冷態始動時には、当該冷態時制御手段６１の排気閉弁時期変更手段等からの出力信号に基づいて燃焼室５を密閉すべく吸気弁１１及び排気弁１５が共に閉弁させられる一方、ピストン２１の排気行程の上死点（排気上死点）ＴＤＣ直後において燃焼室５を開放すべく吸気弁１１のみが開弁させられる。そして、その後のファーストアイドル時には、冷態時制御手段６１の排気閉弁時期変更手段によって排気弁１５が排気上死点ＴＤＣにて閉弁させられる。なお、排気上死点ＴＤＣとは、ピストン２１の排気行程においてピストン２１がシリンダヘッド２に最も接近する位置をいう。そして、冷態時制御手段６１の噴射時期変更手段からの出力信号に基づいて上記排気弁１５の閉弁直後のタイミングで常に燃料が噴射される。
【００２２】
以下、このように構成された本発明に係るエンジン１の作用を説明する。
図２には、上記本発明に係る冷態時制御手段６１により実施される冷態始動時制御及びファーストアイドル時制御を含む冷態時・非冷態時制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに基づき説明する。なお、本実施形態の冷態時制御とは、冷態時制御手段６１による冷態始動時制御及び該冷態始動時制御が終了した後のファーストアイドル時制御から構成され、その後の非冷態時制御の発進時制御とは区別される。
【００２３】
ステップＳ１０１でスタートスイッチがオンになっている場合には、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３にて冷態時制御手段６１による冷態始動時制御を行う。
具体的には、ステップＳ１０２では、冷態時制御手段６１の吸気開弁時期設定手段にて、吸気弁１１の開時期ＩＯを最遅角側たる排気上死点ＴＤＣにする如くのタイミング変更を行い、ステップＳ１０３では、冷態時制御手段６１の排気閉弁時期変更手段にて、排気弁１５の閉時期ＥＣを最進角側たる排気上死点ＴＤＣよりも前（第一の閉弁時期）にする如くのタイミング変更を行う。つまり、吸気弁１１の開時期ＩＯと排気弁１５の閉時期ＥＣとの変更によってネガティブオーバラップＶＯＬｎを設定して燃焼室５を密閉する。
【００２４】
また、ステップＳ１０３では、冷態時制御手段６１の噴射時期変更手段にて、インジェクタ６の燃料噴射時期を排気弁１５の閉弁直後のタイミング、即ち、進角側に変更された排気弁１５の閉時期ＥＣ直後の排気行程終盤時期への噴射時期（第一の噴射時期）の変更を行ってステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４では、エンジン水温が所定温度Ｔ以上か否か、換言すれば、ファーストアイドル条件が成立したか否かを判別し、所定温度Ｔ以上であると判定された場合、即ち、ＹＥＳのときにはステップＳ１０５に進み、前記冷態始動時制御を終了して冷態時制御手段６１によるファーストアイドル時制御を開始する。
【００２５】
具体的には、ステップＳ１０５では、冷態時制御手段６１の排気閉弁時期変更手段にて、排気弁１５の閉時期ＥＣを排気上死点ＴＤＣにする（第二の閉弁時期）如くの遅角側へのタイミング変更をフィードバック制御によって行うと共に、冷態時制御手段６１の噴射時期変更手段にて、インジェクタ６の燃料噴射時期を排気弁１５の閉時期ＥＣ直後の吸気行程序盤時期（第二の噴射時期）に変更してステップＳ１０６に進む。一方、ステップＳ１０４にて所定温度Ｔに達していないと判定された場合には、冷態始動時制御を継続すべくステップＳ１０２に戻る。なお、本実施形態では吸気開弁時期設定手段による吸気弁１１の開弁時期は排気上死点ＴＤＣで維持されている。なお、この開弁時期は排気上死点ＴＤＣ後のピストン吸気行程であっても良い。
【００２６】
ステップＳ１０６では、ファーストアイドル時制御開始後、ファーストアイドル期間に対応する所定時間ｔ２が経過しているか否かを判別し、所定時間ｔ２経過していると判定された場合、即ち、ＹＥＳのときにはステップＳ１０７に進み、冷態時制御手段６１による前記ファーストアイドル時制御を終了して非冷態時制御の発進時制御を行う。
【００２７】
具体的には、ステップＳ１０７では、排気弁１５の閉時期ＥＣを排気上死点ＴＤＣ後にする如くの遅角側へのタイミング変更を行い、インジェクタ６の燃料噴射時期を排気弁１５の閉時期ＥＣ直後の吸気行程中盤時期に変更してステップＳ１０８に進む。一方、ステップＳ１０６にて所定時間ｔ２経過していない場合には、ファーストアイドル時制御を継続すべくステップＳ１０５に戻る。
【００２８】
ステップＳ１０８では、非冷態時制御の発進時制御開始後、発進時制御を必要とする所定時間ｔ３が経過しているか否かを判別し、所定時間ｔ３経過していると判定された場合、即ち、ＹＥＳのときにはステップＳ１０９に進む。
ステップＳ１０９では、排気弁１５の閉時期ＥＣの進角側へのタイミング変更を行うと共に、吸気弁１１の開時期ＩＯの進角側である排気上死点ＴＤＣよりも前へのタイミング変更を行い、排気上死点ＴＤＣを挟んだバルブオーバラップを設定して一連の動作を終了し、通常の圧縮又は吸気行程噴射制御を行う。なお、ステップＳ１０８にて所定時間ｔ３経過していないと判定された場合には、発進時制御を継続すべくステップＳ１０７に戻る。
【００２９】
なお、本実施形態では、ステップＳ１０４にてエンジン水温が所定温度Ｔ以上になったときに、冷態始動時制御をファーストアイドル時制御に切り替えているが、この形態に限定されるものではなく、所定のファーストアイドル条件とは、エンジン１の始動後の所定時間経過したとき、若しくは触媒温度が所定温度以上になったとき、若しくはエンジン回転速度が所定回転速度以上になったとき、若しくは変速機のシフト情報が非走行レンジのＰレンジからＮレンジに切り替わったときのようにエンジン温度が始動時よりも上昇したと考えられるときに成立するものであれば良く、好ましくはエンジン水温の検出信号に基づくことでファーストアイドル条件をより正確に判定することができ、エンジンの信頼性の向上を図ることができる。なお、エンジンの回転変動が検出されたときにファーストアイドル時制御に切り替えることとしても良く、このときには燃焼安定性を図ることができる。
【００３０】
また、ステップＳ１０６におけるファーストアイドル時制御の終了、及びステップＳ１０８における発進時制御の終了もまた、所定時間の経過で判断することの他、例えば、ステップＳ１０６では、非走行レンジ（Ｎレンジ）から走行レンジ（Ｄレンジ）に切り替わったときにファーストアイドル時制御を終了させ、ステップＳ１０８では、回転変動が所定値以上になったときに発進時制御を終了させても良いものである。
【００３１】
さらに、ステップＳ１０７では、排気弁１５の閉時期ＥＣを排気上死点ＴＤＣ後のピストン吸気行程へ遅角させることの他、吸気弁１１の開時期ＩＯを排気上死点ＴＤＣ前のピストン排気行程へ進角させても良く、この場合にもインジェクタ６は、排気弁１５の閉時期ＥＣ直後の吸気行程中盤にて燃料噴射を行うことになる。
【００３２】
図３は、冷態時制御手段６１による上記冷態始動時制御（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）のタイミングチャートである。
まず、冷態時制御手段６１による冷態始動時制御は、エンジン水温が所定温度Ｔに達するまで行われる。同図では、縦軸がバルブリフトＬｆを示し、横軸がクランク角θを示しており、ＥＯ及びＥＣは排気弁１５の開時期及び閉時期をそれぞれ示し、ＩＯ及びＩＣは吸気弁１１の開時期及び閉時期をそれぞれ示している。
【００３３】
エンジン冷態始動時には、吸気弁１１の開時期ＩＯが排気上死点ＴＤＣの直後の位置に設定されると共に、排気弁１５の閉時期ＥＣが第一の閉弁時期として排気上死点ＴＤＣよりも前のピストン排気行程における所定位置に設定され、吸気弁１１の開時期ＩＯと排気弁１５の閉時期ＥＣと間においてネガティブオーバラップＶＯＬｎが設定され、燃焼室５が密閉される。
【００３４】
そして、インジェクタ６は、第一の噴射時期として排気弁１５の閉時期ＥＣの直後から排気上死点ＴＤＣに至るネガティブオーバラップＶＯＬｎ、つまり、排気行程終盤時期に燃料噴射を行っている。
このように、エンジン１の冷態始動時には、冷態時制御手段６１の排気閉弁時期変更手段が、排気弁１５の閉時期ＥＣをピストンの排気行程における排気上死点ＴＤＣ前に変更し、噴射時期変更手段が、この排気弁１５の閉時期ＥＣ直後である排気行程終盤時期に燃料噴射を行わせているので、未燃燃料がそのままエンジン外部に排出されることを防止できると共に、排気弁１５の閉時期ＥＣ後から圧縮上死点における点火まで比較的長時間に亘って燃料気化時間を確保することができ、燃料の空気との混合及び霧化が促進され、燃焼安定性の向上が図られる。
【００３５】
さらに、吸気弁１１の開時期ＩＯを排気上死点ＴＤＣにすることで、燃料を含み且つ圧縮されて昇温した残留ガスがいったん吸気口９ａから燃焼室５外に吹き出された後、ピストン２１の下降による十分な負圧により再度燃焼室５内に良好に戻ることになり、燃料の霧化がより一層促進され、燃費の向上が図られる。
図４は、図３の冷態時制御手段６１による冷態始動時後の上記ファーストアイドル時制御（ステップＳ１０５）のタイミングチャートである。このファーストアイドル時制御は、ファーストアイドル条件が成立し、当該制御開始後の所定時間ｔ２が経過するまで行われる。
【００３６】
同図に示すように、ファーストアイドル時には、吸気弁１１の開時期ＩＯが排気上死点ＴＤＣの直後に設定されたままである一方、排気弁１５の閉時期ＥＣは第二の閉弁時期として排気上死点ＴＤＣに位置する如くの遅角側への変更が行われ、上記のネガティブオーバラップＶＯＬｎが解消されている。つまり、排気弁１５の閉時期ＥＣが吸気弁１１の開時期ＩＯに一致されてバルブオーバラップＶＯＬｐ及びネガティブオーバラップＶＯＬｎを共にほぼ０にする。
【００３７】
そして、インジェクタ６は、第二の噴射時期として排気上死点ＴＤＣ直後、つまり、排気弁１５の閉時期ＥＣ直後の吸気行程序盤時期に燃料噴射を行っている。
このように、冷態始動時制御の終了時点からは、冷態時制御手段６１の排気閉弁時期変更手段及び吸気開弁時期設定手段が、オーバラップをほぼ０に等しくなるようにタイミングを調整しているので、内部ＥＧＲ量が低減され、エンジン低温に伴い燃料気化特性が低下しても燃焼変動が抑えられることになり、燃焼安定性が確保される。しかも、噴射時期変更手段が吸気行程序盤時期に燃料噴射を行っているので、ピストンの圧縮行程で燃料噴射を行う場合に比して燃料気化時間が長めになる。
【００３８】
なお、排気弁１５における第一の閉弁時期及び第二の閉弁時期は、排気弁１５の開閉タイミングを同時に変化させるものの他、閉タイミングのみを変化させるものであっても良い。
図５は、図４のファーストアイドル時後の非冷態時における上記発進時制御（ステップＳ１０７）のタイミングチャートである。この発進時制御は、当該制御開始後の所定時間ｔ３が経過するまで行われる。
【００３９】
同図に示すように、発進時には、吸気弁１１の開時期ＩＯが排気上死点ＴＤＣの直後に位置されたままであるものの、排気弁１５の閉時期ＥＣは排気上死点ＴＤＣの後のピストン吸気行程に位置する如くの遅角側への変更が行われ、バルブオーバラップＶＯＬｐが形成される。
そして、インジェクタ６は、排気弁１５の閉時期ＥＣの直後、つまり、吸気行程中盤時期に燃料噴射を行って、未燃燃料が直接エンジン外部へ排出されるのが防止されている。
【００４０】
このように、エンジン温度が比較的高くなったと考えられるファーストアイドル時制御の終了時点からは、バルブオーバラップを形成するようにタイミングを調整しているので、内部ＥＧＲ量が増加し、燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生が抑えられる。
以上のように、本発明では、エンジン水温が所定温度Ｔに達するまでの冷態始動時には、冷態時制御手段６１により、排気弁１５をピストン２１の排気上死点ＴＤＣ前で閉弁させて、この排気弁１５の閉弁直後に燃料噴射を行わせ、燃料を圧縮上死点付近で点火するようにしている。したがって、燃料気化時間を排気上死点から圧縮上死点に至るまで十分に確保することができ、未燃燃料が直接的に排出されることを防止しながら、燃料の空気との混合及び燃料の霧化の促進を図り、冷態始動時の燃焼安定性を向上させることができる。
【００４１】
また、燃焼室５の容積が減少して筒内圧が最も上昇した直後に吸気弁１１を開弁させることで、燃料を含み且つ圧縮されて昇温した残留ガスがいったん吸気口９ａから燃焼室５外に吹き出された後、ピストン２１の下降による十分な負圧により再度燃焼室５内に良好に戻ることになり、燃料の空気との混合及び霧化のより一層の促進が図られ、リッチ化された混合気場を形成することができる。よって、リッチ化された混合気場が形成されてＨＣの発生を抑制でき、併せて燃費の向上を図ることができる。
【００４２】
また、エンジン水温が所定温度Ｔに達した後のファーストアイドル時には、冷態時制御手段６１が、排気弁１５をピストン２１の排気上死点ＴＤＣで閉弁させてオーバラップ量をほぼ０にしているので、内部ＥＧＲ量の低減により燃焼変動を抑えて燃焼安定性を確保することができる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、燃焼室５を密閉する際、燃焼室５の密閉時間を自由に設定するべく、可変バルブタイミング機構４０によって排気弁１５の開弁時期進角量を調整しているが、この形態に限られるものではなく、例えば排気弁１５を閉弁状態で停止させても良く、この場合にも上記と同様に燃焼室５を密閉させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、請求項１記載の本発明の筒内噴射式エンジンによれば、冷態時制御手段が、エンジンの冷態始動時には、ピストンの排気上死点前で排気弁を閉弁させてから燃料噴射を行っているので、未燃燃料が排気通路側へ直接的に排出されることが防止できると共に、燃料気化時間を排気上死点から圧縮上死点に至るまで十分に確保し、冷態始動時の燃焼安定性を向上させることができる。
【００４５】
また、請求項２記載の発明によれば、第一冷態時制御手段が、エンジンの冷態始動時には、ピストンの排気行程において排気上死点前で排気弁を閉弁させてから燃料噴射を行っているので、未燃燃料が排気通路側へ直接的に排出されることを防止すると共に、燃料気化時間を十分に確保して燃焼安定性を向上させ、さらに、第二冷態時制御手段により冷態始動時の終了後のファーストアイドル時には内部ＥＧＲ量を低減させているので、ファーストアイドル時において燃焼変動が小さくなり、燃焼安定性を確保することができる。
【００４６】
さらに、請求項３記載の発明によれば、ファーストアイドル条件の判定をより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステム構成図である。
【図２】図１の冷態時制御手段による冷態始動時制御及びファーストアイドル時制御を含む冷態時制御・非冷態時制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】図１の冷態時制御手段による冷態始動時制御のタイミングチャートである。
【図４】図１の冷態時制御手段によるファーストアイドル時制御のタイミングチャートである。
【図５】ファーストアイドル時後における非冷態時制御の発進時制御のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 筒内噴射式エンジン
４ 点火手段
５ 燃焼室
６ 燃料噴射手段
９ａ 吸気口
１１ 吸気弁
１３ａ 排気口
１５ 排気弁
２１ ピストン
６０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
６１ 冷態時制御手段

Claims (3)

1. ピストンで区画される燃焼室内に対し直接的に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室の排気口を開閉する排気弁と、前記ピストンの圧縮行程の上死点付近で前記燃料を点火する点火手段とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、
   前記エンジンの冷態始動時に、前記ピストンの排気行程における排気上死点前で前記排気弁を閉弁させるべく該排気弁の閉弁時期を変更する排気閉弁時期変更手段と、前記排気弁の閉弁直後に燃料噴射を行うべく前記燃料噴射手段の噴射時期を変更する噴射時期変更手段とからなる冷態時制御手段を備えることを特徴とする筒内噴射式エンジン。
2. ピストンで区画される燃焼室内に対し直接的に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室の吸気口及び排気口をそれぞれ開閉する吸気弁及び排気弁と、前記ピストンの圧縮行程の上死点付近で前記燃料を点火する点火手段とを備えた筒内噴射式エンジンにおいて、
   前記エンジンの冷態始動時に、前記ピストンの排気行程における排気上死点前で前記排気弁を閉弁させるべく該排気弁の閉弁時期を変更する第一の排気閉弁時期変更手段と、前記排気弁の閉弁直後に燃料噴射を行うべく前記燃料噴射手段の噴射時期を変更する第一の噴射時期変更手段とからなる第一冷態時制御手段と、
   前記第一冷態時制御手段による制御を行った後で、エンジン温度の上昇を示す、所定のファーストアイドル条件が成立したか否かを判定する条件判定手段と、該条件判定手段によって前記ファーストアイドル条件が成立したと判定されたときには、前記ピストンの前記排気行程における排気上死点時に前記排気弁を閉弁させるべく該排気弁の閉弁時期を変更する第二の排気閉弁時期変更手段と、前記排気弁の閉弁直後に燃料噴射を行うべく前記燃料噴射手段の噴射時期を変更する第二の噴射時期変更手段と、前記ピストンの吸気行程において前記吸気弁を開弁させるべく該吸気弁の開弁時期を設定する吸気開弁時期設定手段とからなる第二冷態時制御手段とを備えることを特徴とする筒内噴射式エンジン。
3. 前記条件判定手段は、前記エンジンの温度が所定値以上になったときに、前記ファーストアイドル条件の成立と判定することを特徴とする請求項２記載の筒内噴射式エンジン。

Images