JP2009041531A - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、筒内噴射式内燃機関に関し、筒内に存在するガスの成層度の細かな制御を可能とし、筒内のガスの成層化を利用して排気エミッションの低減を良好に図れる燃焼を可能とすることを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０の筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２６を備える。吸気可変動弁機構３８および排気可変動弁機構４０をそれぞれ備える。吸気通路１８を、上側吸気通路１８ａと下側吸気通路１８ｂに区画するための吸気側隔壁３０を備える。排気通路２０を、上側排気通路２０ａと下側排気通路２０ｂに区画するための排気側隔壁３４を備える。筒内温度が低い特定の運転条件下において、吸気行程中の所定期間に排気弁２４が開かれるように制御する。当該特定の運転条件下において、上側吸気通路１８ａおよび上側排気通路２０ａが閉塞されるように、吸気制御弁３２および排気制御弁３６を制御する。内部ＥＧＲガス層に向けて燃料を噴射する。
【選択図】図４

Description

この発明は、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に関する。

従来、例えば特許文献１には、筒内噴射式内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、低回転低負荷時には、バルブオーバーラップ期間を長くすることで、筒内への既燃焼ガスの導入量を多くして、内部ＥＧＲガス量を増量するようにしている。更に、その内部ＥＧＲガスの増量時に、吸気弁およびまたは排気弁の左右バルブの開弁時期に位相差を設けることにより、燃焼室内部にシリンダ壁面に沿った弱スワール流を生成させるようにしている。これにより、ＥＧＲガスが拡散されないようにして、燃焼噴射弁に対向するシリンダ壁面近傍にＥＧＲガス領域を形成することにより、安定した成層燃焼を行うようにしている。

特開２００２−２４２７１６号公報 特開２００４−２１８６４６号公報 特開２００１−２７１６８８号公報 特開２００３−１９３８４１号公報

上述した従来の技術による左右バルブの開弁時期の位相差を用いる手法では、ＥＧＲガスの成層化は、シリンダ壁面に沿って流れるスワール流を利用するものに限られてしまう。このため、上記従来の技術は、筒内に存在するガスの成層度の細かな制御を可能にするという点において、未だ改善の余地を残すものであった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、筒内に存在するガスの成層度の細かな制御を可能とし、筒内のガスの成層化を利用して排気エミッションの低減を良好に図れる燃焼を可能とする筒内噴射式内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関の筒内に燃料を直接噴射するように配置された燃料噴射弁と、
排気弁の少なくとも閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構と、
吸気通路を、上側吸気通路と下側吸気通路に区画するための吸気側隔壁と、
排気通路を、上側排気通路と下側排気通路に区画するための排気側隔壁と、
前記上側吸気通路および下側吸気通路を開閉する吸気制御弁と、
前記上側排気通路および前記下側排気通路を開閉する排気制御弁と、
筒内温度が低い特定の運転条件下において、吸気行程中の所定期間に排気弁が開かれるように制御するバルブタイミング制御手段と、
前記特定の運転条件下において、前記上側吸気通路または前記下側吸気通路が閉塞されるように前記吸気制御弁を制御し、かつ、前記上側排気通路または前記下側排気通路が閉塞されるように前記排気制御弁を制御する気流制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、吸気弁の少なくとも開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構を更に備え、
前記バルブタイミング制御手段は、前記特定の運転条件下においては、排気上死点から排気上死点後３０°ＣＡまでの期間中に、吸気弁が既に開いている排気弁とともに開いた状態となるように吸気可変動弁機構を制御することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記気流制御手段は、前記上側吸気通路および前記上側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
前記燃料噴射弁は、噴射孔を排気側に向けて配置されていることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１または第２の発明において、前記気流制御手段は、前記上側吸気通路および前記下側排気通路が閉塞されるように、或いは、前記下側吸気通路および前記上側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
前記燃料噴射弁は、筒内に流入する内部ＥＧＲガスに向けて燃料が噴射されるように配置されており、
前記筒内噴射式内燃機関は、吸気行程中に排気弁が開いている期間中に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁を制御する噴射時期制御手段を更に備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１または第２の発明において、前記気流制御手段は、前記下側吸気通路および前記下側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
前記燃料噴射弁は、点火プラグ付近に向けて燃料が噴射されるように配置されており、
前記筒内噴射式内燃機関は、吸気行程の前半に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁を制御する噴射時期制御手段を更に備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１または第２の発明において、前記気流制御手段は、前記上側吸気通路および前記上側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
前記燃料噴射弁は、噴射孔を吸気側に向けて配置されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、吸気行程中に吸気弁と排気弁とが共に開かれた状態で、吸気側および排気側の双方に配置された隔壁と吸気制御弁および排気制御弁とを利用して、筒内に吸入される空気と内部ＥＧＲガスの流れを制御することにより、筒内に存在するガスの成層度の細かな制御を実現することができる。そして、燃料噴射弁によって成層化された高温のガスに向けて燃料を噴射することで、筒内温度が低い特定の運転条件下において、筒内のガスの成層化を利用して排気エミッションの低減を良好に図れる燃焼が可能となる。

第２の発明によれば、排気上死点から排気上死点後３０°ＣＡまでの期間中に、吸気弁が既に開いている排気弁とともに開いた状態となるようにすることで、内部ＥＧＲガスが予め成層され、筒内でのガスの混合が抑えられるようにすることができる。これにより、空気や内部ＥＧＲガスの不均質度（成層度）を十分に高めることができる。

第３の発明によれば、筒内において、吸気弁に近い領域に空気が、そして、排気弁に近い領域に内部ＥＧＲガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。そして、成層化された高温の内部ＥＧＲガス領域に向けて燃料が噴射されることで、燃料の気化を効果的に促進することができ、これにより、筒内温度が低い特定の運転条件下において、煤（ＰＭ）の排出量を良好に低減することが可能となる。

第４の発明によれば、筒内において、吸気弁やピストンの頂面に近い領域に空気が、そして、排気弁や点火プラグに近い領域に内部ＥＧＲガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。そして、筒内に吸入している高温の内部ＥＧＲガスに向けて燃料を噴射することで、燃料の気化を効果的に促進することができ、これにより、煤（ＰＭ）の排出量を良好に低減することが可能となる。更に、本発明によれば、吸気側からの空気の流入方向と排気側からの内部ＥＧＲガスの流入方向とが揃っていることでタンブル流が強化されるので、内部ＥＧＲガスと燃料との均質レベルを高くすることができる。これにより、ＮＯｘの排出量および燃焼変動を良好に低減することが可能となる。

第５の発明によれば、筒内に吸入された空気と内部ＥＧＲガスとが衝突し、それらのガスの一部が点火プラグの近傍において、急速に混合されるようになる。そして、点火プラグの近傍において急速混合された混合気に向けて燃料が噴射される。このため、燃料の気化を十分に促進させることができ、煤（ＰＭ）の排出量を良好に低減することが可能となる。

第６の発明によれば、筒内において、吸気弁に近い領域に空気が、そして、排気弁に近い領域に内部ＥＧＲガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。そして、燃料は、排気弁に近い領域に成層化された高温の内部ＥＧＲガスによって気化が促進されたうえで、吸気弁に近い領域に成層化された空気に到達するようになる。このように、燃料の気化が効果的に促進されることで、煤（ＰＭ）の排出量を良好に低減することが可能となる。また、燃料が最終的には吸気側の空気の領域で燃焼することになるので、燃料が濃すぎることによるＨＣやＣＯの排出量の増加および燃焼変動を良好に防ぐことも可能となる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における筒内噴射式内燃機関１０の構成を説明するための図である。内燃機関１０の筒内には、その内部を往復移動するピストン１２が設けられている。また、内燃機関１０は、シリンダヘッド１４を備えている。ピストン１２とシリンダヘッド１４との間には、燃焼室１６が形成されている。燃焼室１６には、吸気通路１８および排気通路２０が連通している。吸気通路１８および排気通路２０には、それぞれ吸気弁２２および排気弁２４が配置されている。

シリンダヘッド１４には、筒内（燃焼室１６内）に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁２６が配置されている。より具体的には、本実施形態の燃料噴射弁２６は、図１中の吸気弁２２の下方の部位に、噴射孔を排気側に向けて配置されている。また、シリンダヘッド１４には、燃焼室１６の中央位置に、点火プラグ２８が組み込まれている。

吸気通路１８のポート部には、当該吸気通路１８を、上側吸気通路１８ａと下側吸気通路１８ｂとに区画するための吸気側隔壁（タンブルプレート）３０が配置されている。また、この吸気側隔壁３０の上流側端部には、上側吸気通路１８ａおよび下側吸気通路１８ｂを開閉するための吸気制御弁３２が配置されている。

また、排気通路２０のポート部にも、吸気通路１８側と同様に、当該排気通路２０を、上側排気通路２０ａと下側排気通路２０ｂとに区画するための排気側隔壁（タンブルプレート）３４が配置されている。また、この排気側隔壁３４の上流側端部には、上側排気通路２０ａおよび下側排気通路２０ｂを開閉するための排気制御弁３６が配置されている。

また、内燃機関１０には、吸気弁２２の開閉時期を変更可能とする吸気可変動弁機構３８と、排気弁２４の開閉時期を変更可能とする排気可変動弁機構４０とが備えられている。吸気可変動弁機構３８および排気可変動弁機構４０の具体的構成は、特に限定されないが、ここでは、これらの可変動弁機構３８、４０は、吸排気弁２２、２４を電磁力で開閉駆動する電磁駆動弁であるものとする。

図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４２を備えている。ＥＣＵ４２には、内燃機関１０の運転状態に関する情報を取得するための各種のセンサが接続されている。また、ＥＣＵ４２には、上述した各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４２は、それらのセンサ出力に基づいて、各アクチュエータを制御することにより、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。

［実施の形態１の特徴部分］
図２は、本発明の実施の形態１において用いられる吸排気弁２２、２４のバルブタイミングを説明するための図である。より具体的には、図２（Ａ）に示すバルブタイミング（ケースI）は、本実施形態において、冷間始動時などの筒内温度が低い特定の運転条件下で使用されるバルブタイミングを示している。また、図２（Ｂ）に示すバルブタイミング（ケースII）は、本実施形態で用いられる上記ケースIとの比較のために参照されるバルブタイミングを示している。

筒内温度が低い始動時などの特定の運転条件下では、燃料の気化が不十分となるので、液滴の状態の燃料から煤（ＰＭ）が発生し易くなる。そこで、本実施形態では、図２（Ａ）に示すバルブタイミングの採用と、図４乃至図６を参照して後述する吸気制御弁３２および排気制御弁３６の調整とによって、ＰＭ量が増加し易くなる始動時などの特定の運転条件下において、筒内に内部ＥＧＲガス量と空気（新気）の分布を作り出すようにしている。そして、成層化された高温領域に向けて燃料を噴射することで、燃料の気化の促進を図るようにしている。

図２（Ａ）に示すバルブタイミングでは、排気弁２４は、膨張下死点前の所定のタイミングで開かれた後に、吸気行程の後半に閉じられるように設定されている。より具体的には、排気弁２４の閉じ時期は、吸気下死点近傍のタイミングで閉じられるように設定されている。

また、図２（Ａ）に示すバルブタイミングでは、吸気弁２２は、排気上死点から排気上死点後（ＡＴＤＣ）３０°ＣＡの間に開かれるように（図２（Ａ）に示す一例では排気上死点において開かれるように）設定されている。また、吸気弁２２の閉じ時期は、吸気行程の途中において、排気弁２４よりも早く閉じられるように設定されている。また、吸気弁２２の閉じ時期は、燃焼面から決定される最適なＥＧＲ率が得られるように調整される。

以上のように、図２（Ａ）に示すバルブタイミングでは、排気上死点から排気上死点後（ＡＴＤＣ）３０°ＣＡの間（吸気行程前半）で、吸気弁２２と排気弁２４が同時に開かれる状態が作られるようになっている。これに対し、対比のための図２（Ｂ）に示すバルブタイミングでは、排気弁２４の開閉時期については図２（Ａ）に示すバルブタイミングと同様であるが、吸気弁２２の開き時期が、排気上死点後（ＡＴＤＣ）３０°ＣＡよりも後のタイミングとなるように設定されている。

図３は、図２に示すケースIとケースIIとが用いられた場合の筒内の不均質度（成層度）の計測結果を示す図である。図３に示すように、本実施形態で用いるケースI（図２（Ａ））の方が、ケースII（図２（Ｂ））よりも筒内のガスの分布がより不均質となり、ＥＧＲガスの成層度が高くなる結果が得られた。この理由は、排気上死点後（ＡＴＤＣ）３０°ＣＡよりも前に吸気弁２２が開き始めるケースIでは、ガス流速が低い上死点（ＴＤＣ）付近で吸気弁２２と排気弁２４とがともに開かれることで、内部ＥＧＲガスが予め成層され、筒内でのガスの混合が抑えられているためと考えられる。

次に、図４乃至図６を参照して、吸気制御弁３２および排気制御弁３６を用いた筒内ガスの気流制御の３つの手法について説明する。
先ず、図４に示す制御例では、吸気制御弁３２は、上側吸気通路１８ａを閉塞するように制御されている。また、排気制御弁３６は、上側排気通路２０ａを閉塞するように制御されている。

図４に示すように吸気制御弁３２および排気制御弁３６が制御され、かつ、上記図２（Ａ）に示すバルブタイミングが用いられた状態で吸気行程が開始されると、吸気側からの新気と排気側からの内部ＥＧＲガスとの混合が良好に抑えられながら筒内にそれらのガスが充填されていくことになる。

より具体的には、空気（新気）は、下側吸気通路１８ｂを通って筒内に導入されることになる。この際、図４中に矢印で示すように、空気は、シリンダ壁面に沿うようにしてピストン１２の軸線の方向に流入するようになる。また、内部ＥＧＲガス（排気）は、下側排気通路２０ｂを通って筒内に導入されることになる。この際、内部ＥＧＲガスは、吸気と同様に、シリンダ壁面に沿うようにしてピストン１２の軸線の方向に流入するようになる。これにより、図４に示すように、吸気弁２２に近い領域に空気が、そして、排気弁２４に近い領域に内部ＥＧＲガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。

また、図４に示す制御例では、燃料が、排気弁２４に近い側に成層化された内部ＥＧＲガスに向けて、吸気側に配置された燃料噴射弁２６から噴射される。この場合の燃料の噴射タイミングは、圧縮行程などの所定のタイミングとされる。

以上説明した図４に示す制御例によれば、吸排気弁２２、２４のバルブタイミングの設定と、吸排気双方のタンブルプレート３０、３４との組み合わせにより、筒内に成層度の高い空気と内部ＥＧＲガスの分布を得ることができる。そして、成層化された高温の内部ＥＧＲガス領域に向けて燃料を噴射することで、燃料の気化を効果的に促進することができ、これにより、煤（ＰＭ）の排出量を良好に低減することが可能となる。

次に、図５に示す制御例では、吸気制御弁３２は、上側吸気通路１８ａを閉塞するように制御されている。また、排気制御弁３６は、下側排気通路２０ｂを閉塞するように制御されている。すなわち、この制御例では、吸気制御弁３２と排気制御弁３６とがそれぞれ閉塞する通路の上下が互い違いとなるようにされている。

図５に示すように吸気制御弁３２および排気制御弁３６が制御され、かつ、上記図２（Ａ）に示すバルブタイミングが用いられた状態で吸気行程が開始されると、吸気側からの新気と排気側からの内部ＥＧＲガスとの混合が良好に抑えられながら筒内にガスが充填されていくことになる。

より具体的には、空気（新気）は、下側吸気通路１８ｂを通って筒内に導入されることになり、この際、図５中に矢印で示すように、空気は、シリンダ壁面に沿うようにしてピストン１２の軸線の方向に流入するようになる。また、内部ＥＧＲガス（排気）は、図５中に矢印で示すように、上側排気通路２０ａを通って筒内に導入されることになる。この際、内部ＥＧＲガスは、点火プラグ２８の方向に流入するようになる。これにより、図５に示すように、吸気弁２２やピストン１２の頂面に近い領域に空気が、そして、排気弁２４や点火プラグ２８に近い領域に内部ＥＧＲガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。

また、上記のような吸気制御弁３２および排気制御弁３６の制御によれば、吸気側からの空気の流入方向と排気側からの内部ＥＧＲガスの流入方向とが揃っていることで、図５中に反時計回りの矢印で示すような筒内ガスの流動（タンブル流）が促進されるようになる。

図５に示す制御例では、燃料の噴射タイミングは、吸気行程において排気弁２４が開いているタイミングとされており、燃料が、筒内に流入する内部ＥＧＲガスに向けて燃料噴射弁２６から噴射される。

以上説明した図５に示す制御例によっても、吸排気弁２２、２４のバルブタイミングの設定と、吸排気双方のタンブルプレート３０、３４との組み合わせにより、筒内に成層度の高い空気と内部ＥＧＲガスの分布を得ることができる。そして、筒内に吸入している高温の内部ＥＧＲガスに向けて燃料を噴射することで、燃料の気化を効果的に促進することができ、これにより、煤（ＰＭ）の排出量を良好に低減することが可能となる。

更に、図５に示す制御例によれば、吸気側からの空気の流入方向と排気側からの内部ＥＧＲガスの流入方向とが揃っていることで上記のようにタンブル流が強化されていることにより、内部ＥＧＲガスと燃料との均質レベルが高くなる。これにより、ＮＯｘの排出量および燃焼変動を良好に低減することが可能となる。

また、上述した図５に示す制御例では、上側吸気通路１８ａを閉塞するように吸気制御弁３２が制御され、かつ、下側排気通路２０ｂを閉塞するように排気制御弁３６が制御されているが、このような例に限らず、逆に、下側吸気通路１８ｂを閉塞するように吸気制御弁３２が制御され、かつ、上側排気通路２０ａを閉塞するように排気制御弁３６が制御されるようにしてもよい。このような制御例によれば、空気と内部ＥＧＲガスの分布は、図５に示す空気と内部ＥＧＲガスの分布をピストン１２の軸線を軸に反転させ、かつ、空気と内部ＥＧＲガスを逆にしたような分布となり、また、図５と逆向きのタンブル流が強化されることになる。また、このような制御例においても、同様に、高温の内部ＥＧＲガスに向けて燃料を噴射することで、上述した図５に示す制御例の効果と同様の効果を奏することができる。

また、上述した図５に示す制御例では、吸排気弁２２、２４のバルブタイミングが上記図４に示す制御例と同様に、上記図２に示すバルブタイミングであるように説明したが、当該図５に示す制御例においては、必ずしもそのようなバルブタイミングとされていなくてもよい。より具体的には、上記図５中に示すタンブル流を強くするという点を重視する場合には、吸気弁２２の開き時期は、排気上死点から排気上死点後（ＡＴＤＣ）３０°ＣＡの間（吸気行程前半）とされていなくてもよい。

次に、図６に示す制御例では、吸気制御弁３２は、下側吸気通路１８ｂを閉塞するように制御されている。また、排気制御弁３６は、下側排気通路２０ｂを閉塞するように制御されている。この場合、空気（新気）は、上側吸気通路１８ａを通って筒内に導入されることになり、この際、図６中に矢印で示すように、空気は、点火プラグ２８の方向に流入するようになる。また、内部ＥＧＲガス（排気）は、上側排気通路２０ａを通って筒内に導入されることになり、この際、図６中に矢印で示すように、内部ＥＧＲガスは、吸気と同様に、点火プラグ２８の方向に流入することになる。これにより、図６に示すように、筒内に吸入された空気と内部ＥＧＲガスとが衝突し、それらのガスの一部が点火プラグ２８の近傍において、急速に混合されるようになる。すなわち、点火プラグ２８の近傍には、急速混合された混合気が分布することとなる。また、この制御例においても、吸気弁２２に近い領域に空気が、そして、排気弁２４に近い領域に内部ＥＧＲガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。

また、図６に示す制御例では、燃料が、点火プラグ２８の近傍において急速混合された混合気に向けて燃料噴射弁２６から噴射される。この場合の燃料の噴射タイミングは、吸気行程の前半における所定のタイミングとされる。

以上説明した図６に示す制御例によれば、吸排気弁２２、２４のバルブタイミングの設定と、吸排気双方のタンブルプレート３０、３４との組み合わせによって、空気と内部ＥＧＲガスを急速に混ぜ合わせたことで、高温の内部ＥＧＲガスと均質に混ぜ合わされた空気に向けて燃料が噴射される。このため、燃料の気化を十分に促進させることができ、煤（ＰＭ）の排出量を良好に低減することが可能となる。

以上の図４乃至図６の３つの制御例を用いて説明したように、吸気側および排気側の双方に配置されたタンブルプレート３０、３４とそれらの上端部に配置された制御弁３２、３６を利用して、筒内に吸入される空気と内部ＥＧＲガスの流れを制御することにより、筒内に存在するガスの成層度の細かな制御を実現することができる。そして、上記図２（Ａ）に示すバルブタイミングの設定が組み合わされることで、空気や内部ＥＧＲガスの不均質度（成層度）を十分に高めることができる。そして、上記３つの制御例によれば、筒内のガスの成層化を利用して、煤（ＰＭ）やＮＯｘなどの排気エミッションの低減を良好に図ることができる。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４２が、上記図２（Ａ）に示す吸排気弁２２、２４のバルブタイミングが得られるように吸気可変動弁機構３８および排気可変動弁機構４０を制御することにより前記第１の発明における「バルブタイミング制御手段」が、上記図４乃至図６に示す制御例に示すように吸気制御弁３２および排気制御弁３６を制御することにより前記第１の発明における「気流制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ４２が、上記図５に示す制御例で示すタイミングで燃料が噴射されるように燃料噴射弁２６を制御することにより前記第４の発明における「噴射時期制御手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ４２が、上記図６に示す制御例で示すタイミングで燃料が噴射されるように燃料噴射弁２６を制御することにより前記第４の発明における「噴射時期制御手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図７は、本発明の実施の形態２における筒内噴射式内燃機関５０の構成とその制御例を説明するための図である。図７に示すように、本実施形態の筒内噴射式内燃機関５０では、燃料噴射弁２６は、図７中の排気弁２４の下方の部位に、噴射孔を吸気側に向けて配置されている。本実施形態の内燃機関５０は、この点を除き、上述した実施の形態１の内燃機関１０と同様に構成されている。

図７に示す制御例においても、既述した図２（Ａ）に示すバルブタイミングが用いられているものとする。そして、この制御例では、吸気制御弁３２は、上側吸気通路１８ａを閉塞するように制御されている。また、排気制御弁３６は、上側排気通路２０ａを閉塞するように制御されている。

上記のような吸気制御弁３２および排気制御弁３６の制御手法によれば、図７に示すように、上記図４に示す制御例の場合と同様に、吸気弁２２に近い領域に空気が、そして、排気弁２４に近い側に内部ＥＧＲガスが、それぞれ効果的に成層化されるようになる。
また、図７に示す制御例では、燃料が、吸気側に向けて燃料噴射弁２６から噴射される。この場合の燃料の噴射タイミングは、圧縮行程などの所定のタイミングとされる。

以上説明した図７に示す制御例によれば、吸排気弁２２、２４のバルブタイミングの設定と、吸排気双方のタンブルプレート３０、３４との組み合わせにより、筒内に成層度の高い空気と内部ＥＧＲガスの分布を得ることができる。そして、図７に示す燃料噴射の手法によれば、燃料は、排気弁２４に近い領域に成層化された高温の内部ＥＧＲガスによって気化が促進されたうえで、吸気弁２２に近い領域に成層化された空気に到達するようになる。このように、燃料の気化が効果的に促進されることで、煤（ＰＭ）の排出量を良好に低減することが可能となる。また、燃料が最終的には吸気側の空気の領域で燃焼することになるので、燃料が濃すぎることによるＨＣやＣＯの排出量の増加および燃焼変動を良好に防ぐことも可能となる。

本発明の実施の形態１における筒内噴射式内燃機関の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において用いられる吸排気弁のバルブタイミングを説明するための図である。 図２に示すケースIとケースIIとが用いられた場合の筒内の不均質度（成層度）の計測結果を示す図である。 本発明の実施の形態１における筒内ガスの気流制御の第１の手法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１における筒内ガスの気流制御の第２の手法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１における筒内ガスの気流制御の第３の手法を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における筒内噴射式内燃機関の構成および筒内ガスの気流制御の手法を説明するための図である。

符号の説明

１０、５０ 筒内噴射式内燃機関
１２ ピストン
１６ 燃焼室
１８ 吸気通路
１８ａ 上側吸気通路
１８ｂ 下側吸気通路
２０ 排気通路
２０ａ 上側排気通路
２０ｂ 下側排気通路
２２ 吸気弁
２４ 排気弁
２６ 燃料噴射弁
２８ 点火プラグ
３０ 吸気側隔壁（タンブルプレート）
３２ 吸気制御弁
３４ 排気側隔壁（タンブルプレート）
３６ 排気制御弁
３８ 吸気可変動弁機構
４０ 排気可変動弁機構
４２ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)

Claims (6)

1. 内燃機関の筒内に燃料を直接噴射するように配置された燃料噴射弁と、
   排気弁の少なくとも閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構と、
   吸気通路を、上側吸気通路と下側吸気通路に区画するための吸気側隔壁と、
   排気通路を、上側排気通路と下側排気通路に区画するための排気側隔壁と、
   前記上側吸気通路および下側吸気通路を開閉する吸気制御弁と、
   前記上側排気通路および前記下側排気通路を開閉する排気制御弁と、
   筒内温度が低い特定の運転条件下において、吸気行程中の所定期間に排気弁が開かれるように制御するバルブタイミング制御手段と、
   前記特定の運転条件下において、前記上側吸気通路または前記下側吸気通路が閉塞されるように前記吸気制御弁を制御し、かつ、前記上側排気通路または前記下側排気通路が閉塞されるように前記排気制御弁を制御する気流制御手段と、
   を備えることを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
2. 吸気弁の少なくとも開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構を更に備え、
   前記バルブタイミング制御手段は、前記特定の運転条件下においては、排気上死点から排気上死点後３０°ＣＡまでの期間中に、吸気弁が既に開いている排気弁とともに開いた状態となるように吸気可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関。
3. 前記気流制御手段は、前記上側吸気通路および前記上側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
   前記燃料噴射弁は、噴射孔を排気側に向けて配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の筒内噴射式内燃機関。
4. 前記気流制御手段は、前記上側吸気通路および前記下側排気通路が閉塞されるように、或いは、前記下側吸気通路および前記上側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
   前記燃料噴射弁は、筒内に流入する内部ＥＧＲガスに向けて燃料が噴射されるように配置されており、
   前記筒内噴射式内燃機関は、吸気行程中に排気弁が開いている期間中に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁を制御する噴射時期制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の筒内噴射式内燃機関。
5. 前記気流制御手段は、前記下側吸気通路および前記下側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
   前記燃料噴射弁は、点火プラグ付近に向けて燃料が噴射されるように配置されており、
   前記筒内噴射式内燃機関は、吸気行程の前半に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁を制御する噴射時期制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の筒内噴射式内燃機関。
6. 前記気流制御手段は、前記上側吸気通路および前記上側排気通路が閉塞されるように、前記吸気制御弁および前記排気制御弁を制御し、
   前記燃料噴射弁は、噴射孔を吸気側に向けて配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の筒内噴射式内燃機関。

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