JP4045844B2

JP4045844B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP4045844B2
Application number: JP2002117073A
Authority: JP
Inventors: 雅明芦田; 浩一森; 立男佐藤; 芳直鵜篭
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: US20030196636A1; JP2003314288A; US6742495B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの燃焼を安定させるための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃焼特性を改善するため、シリンダに対して２つの独立した吸気ポートを設け、これらプライマリとセカンダリの各ポート上流にそれぞれ制御弁を配置し、運転条件に応じて制御弁を開閉することにより、燃焼室内のガス流動をコントロールするものが、▲１▼特開平６−１９３４５６号公報、▲２▼特開平７−１９７８３１号公報、▲３▼特開平６−２１３０８１号公報によって提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、▲１▼では部分負荷運転時など、プライマリポートを半開し、セカンダリポートを閉じ、シリンダ内のガス流動を高めるようにしているが、吸気ポート内での吸気流れの指向性が弱く、燃焼室内で強力なガス流動が得られない。
【０００４】
▲２▼では、プライマリポートから新気を導入し、閉じたセカンダリポートには還流排気を導入しているが、やはり吸気ポート内での吸気流れの指向性が弱く、強力なガス流動が生起できない。
【０００５】
これに対して▲３▼は吸気ポート内を整流板により上下に仕切り、上段より新気、下段より還流排気を導入しているが、常時プライマリとセカンダリの吸気ポートが開いているため、燃焼室内でのガス流動が干渉しやすく、また還流排気の成層化ができないので排気還流限界を高めるのも難しかった。
【０００６】
本発明は、運転条件に対応して燃焼室内に強力なガス流動を生起し、燃焼特性を改善するようにしたエンジンの燃焼制御装置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】
本発明は、燃焼室に接続する少なくとも２つの独立した吸気ポートと、２つの吸気弁及び排気弁とを備えたエンジンにおいて、前記第１の吸気ポートの内部に隔壁を介して画成された第１吸気ポート用上下流路と、この第１の吸気ポートに設けられ、前記第１吸気ポート用上下流路のうち一方の流路を全閉、全開可能な半閉型の第１吸気ポート用半閉弁と、前記第２の吸気ポートの内部に隔壁を介して画成された第２吸気ポート用上下流路と、この第２の吸気ポートに設けられ、前記第２吸気ポート用上下流路を同時に開閉する全閉弁と、前記全閉弁の下流側に設けられ、前記第２吸気ポート用上下流路のうち一方の流路を全閉、全開可能な半閉型の第２吸気ポート用半閉弁と、前記全閉弁の下流側に接続する前記排気還流通路の還流口と、前記第１吸気ポート用半閉弁、前記第２吸気ポート用半閉弁、前記全閉弁の開閉を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置である。
【０００８】
【作用・効果】
したがって本発明によれば、第１の吸気ポート内を上下の流路に分割しているので、第１吸気ポートの第１吸気ポート用半閉弁、第２吸気ポートの全閉弁を閉じ、第１の吸気ポートの上側または下側の流路のみから燃焼室内に吸気を導入することにより、吸気の流れが加速されて高速化するので、吸気流れの指向性を強めることができ、したがって燃焼室内で強力なガス流動を生起することができる。また、運転状態に応じて第２の吸気ポートから排気還流を行うことができる。これにより、燃焼特性を大幅に改善することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（1）第１の実施形態
図１から図３に第１の実施形態を示す。エンジン本体は４つの気筒１１をもち、各気筒１１はそれぞれ２つの吸気弁１２ａ、１２ｂと、２つの排気弁１３ａ、１３ｂとを有する。吸気ポートは、互いに独立した吸気ポート１４であるプライマリポート（第１の吸気ポート）１４ａと、セカンダリポート（第２の吸気ポート）１４ｂから構成され、吸気弁１２ａ、１２ｂはこれらプライマリポート１４ａ、セカンダリポート１４ｂと、気筒内の燃焼室１５との連通を開閉する。
【００１０】
気筒内にはピストン１６が配置され、さらにピストン上方の燃焼室１５に臨んで２つの点火栓１７ａ、１７ｂが取付られる。点火栓１７ａ、１７ｂの配置は、一方の点火栓１７ａが燃焼室中心付近に、他方の点火栓１７ｂが燃焼室周辺部の、プライマリ側の吸気弁１２ａよりも外側で、後述する気筒列中心線Ｏ２上の付近に配置されている。点火栓１７ａ、１７ｂにより燃焼室内の混合気に点火されると、この燃焼エネルギによりピストン１６が往復運動し、図示しないクランク軸が回転し、エンジン出力が取り出される。
【００１１】
なお、排気弁１３ａ、１３ｂから排出された排気を浄化するために、図示しない排気通路には触媒が備えられる。
【００１２】
前記プライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂとは、気筒軸線Ｏ１に垂直な平面において、互いに平行に形成され、しかも気筒軸線Ｏ１を通り、かつ気筒列中心線Ｏ２に直角に交わる交差線Ｏ３を挟んで、その両側に均等に配置される。
【００１３】
これにより、プライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂは、気筒中心に対してほぼ対称に配置される、いわゆるストレートポートを構成し、プライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂとから燃焼室内にそれぞれ吸気が導入されたときは、これらの多くは燃焼室内で互いに独立的でかつ均等なタンブル流れを生起する。また、一方の吸気ポート、例えばプライマリポート１４ａからのみ吸気が導入されたときは、タンブル流れと共に気筒内周に沿ってのスワール流れも生じ、これらの複合的なガス流動が生起される。
【００１４】
吸気ポート１４の上流側はコレクタ２０に接続し、各プライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂとはコレクタ２０に至るまで互いに独立したポートを形成している。
【００１５】
図２、図３から分かるように、気筒軸線Ｏ１に対して傾斜して形成される吸気ポート１４の内部は、それぞれ概略、流路中心線に沿って配置した隔壁２１により、上下の流路２２ａと２２ｂに仕切られている。隔壁２１は吸気ポート１４の全長にわたって設けられるのではなく、概略中央部のやや上流位置から始まり、その先端は吸気弁１２ａ、１２ｂと干渉しない程度まで、あるいは／及び燃料噴射弁３１ａ、３１ｂからの燃料噴霧がかぶらない程度まで燃焼室側へと延びている。この隔壁２１の長さは、要するに、上下の流路２２ａと２２ｂを流れる吸気流に強い指向性、換言すると慣性力を付与するの必要十分な長さがあればよく、これにより燃焼室内での吸気流れは、流路２２ａ、２２ｂの高さ、方向性などの影響を強く受けたガス流動を生起することになる。
【００１６】
プライマリポート１４ａには、隔壁２１による流路２２ａ、２２ｂの入口部分に位置して、下側の流路２２ｂのみを開閉することのできる半閉型の第１の吸気制御弁（以下半閉弁という）２５が設けられ、これに対して、セカンダリポート１４ｂには、同じく流路２２ａ、２２ｂの入口部分に位置して、上側と下側の流路２２ａ、２２ｂの両方を同時に開閉できる全閉型の第２の吸気制御弁（以下全閉弁という）２６が設けられる。なお、これら半閉弁２５と全閉弁２６とは同一の回転軸２７に取り付けられ、ロータリアクチュエータ２８により互いに同期して回転し、開閉する構成となっている。
【００１７】
また、プライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂには、半閉弁２５と全閉弁２６の下流に位置してそれぞれ燃料噴射弁３１ａ、３１ｂが設けられ、これら燃料噴射弁３１ａと３１ｂは、吸気弁１２ａと１２ｂの背面から燃焼室内に向けて、好ましくは上下の流路２２ａと２２ｂに均等に、また隔壁２１を避けて燃料を噴射できるように、その位置と方向が設定される。
【００１８】
排気ガスの一部を吸気中に還流するために排気還流通路３３が設けられ、この排気還流通路３３には還流排気量を制御するための排気還流制御弁３４と、その下流側に切換弁３５が配設される。そして排気還流通路３３はスロットル弁３０の下流においてコレクタ２０に接続するが、切換弁３５の位置から分岐通路３６が分岐し、この分岐通路３６は各気筒の吸気ポート１４のうち、セカンダリポート１４ｂに対してそれぞれ全閉弁２６の下流側において還流口３７を介して接続する。より詳しくは、分岐通路３６の還流口３７はセカンダリポート１４ｂのうち上側の流路２２ａに接続される。
【００１９】
したがって、還流排気は、切換弁３５の切換に伴い、コレクタ２０からプライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂにほぼ均質的な濃度で導入されたり、セカンダリポート１４ｂにのみ導入されたりする。
【００２０】
前記スロットル弁３０はエンジン吸入空気量を制御するもので、スロットルアクチュエータ３９によって駆動される。
【００２１】
また、吸気弁１２ａ、１２ｂと排気弁１３ａ、１３ｂの開閉タイミングを運転状態に応じて変化させたり、排気弁１３ａ、１３ｂについてはいずれか一方のみを独立して開閉制御することのできる、バルブタイミング可変制御機構４０が備えられている。また、バルブタイミング可変制御機構４０は吸気弁１２ａ、１２ｂと排気弁１３ａ、１３ｂの開閉時期を互いに独立して可変的に制御することもできるようになっている。
【００２２】
前記吸気制御弁用のロータリアクチュエータ２８、スロットルアクチュエータ３９、バルブタイミング可変制御機構４０、排気還流制御弁３４、切換弁３５の各作動を、後述するように、運転状態に応じて制御するために、コントローラ（制御手段）５０が備えられる。また、コントローラ５０は前記燃料噴射弁３１ａ、３１ｂからの燃料噴射量を制御し、さらに点火栓１７ａ、１７ｂの点火時期についても各点火栓毎に制御する。
【００２３】
このため、コントローラ５０には運転状態を代表する信号であるエンジン回転数センサ５１からの回転数信号、吸入空気量センサ５２からの吸入空気量信号、アクセル開度センサ５３からアクセル開度信号、エンジン冷却水温センサ５４からの水温信号などが入力され、これらに基づいて前記各作動を制御する。
【００２４】
ここで、本実施形態の作用を含めて、図４に示すタイミングチャートを参照しながらさらに詳しく説明する。
【００２５】
▲１▼エンジンの始動時
エンジンの始動時など、燃焼が安定しにくい運転条件にあっては、コントローラ５０により、吸気ポート１４のプライマリポート１４ａの半閉弁２５を閉じ、また全閉弁２６も閉じられ、このため吸気弁１２ａ、１２ｂが開弁したときに、吸気は一方のプライマリポート１４ａのうちの上側流路２２ａのみを流れる。なお、このとき排気還流制御弁３４も全閉し、排気還流は停止している。吸気弁１２ａ、１２ｂは開弁時期(ＩＶＯ)が吸気上死点よりも遅く設定され、点火栓１７ａと１７ｂは両方が同時に点火される。
【００２６】
燃料の噴射量は吸入空気量と回転数に応じて始動時の適正流量に設定されるが、燃料はプライマリポート１４ａの燃料噴射弁３１ａからのみ供給される。このため、プライマリポート１４ａの上側流路２２ａの吸気と燃料とが混合しながら吸気弁１２ａの開弁に伴って燃焼室１５へ流入する。
【００２７】
このとき、半閉弁２５の上流から上側流路２２ａに入った吸気の流れは、通常の吸気ポートに比較して、その断面積が半分に縮小された流路２２ａにおいて十分に加速されて高速化し、しかも吸気弁１２ａの開弁時期が通常よりも遅れることから、吸気ポート内に噴射された燃料の微粒化、気化が十分に促進される。
【００２８】
図２にもあるように、上側流路２２ａから吸気弁１２ａを経て燃焼室１５へと円滑に流入し、吸気弁１２ａは燃焼室中心に対して偏った位置にあり、上側流路２２ａにより十分な指向性を付与された高速の吸気の流れにより、燃焼室内において、スワール流を中心とする強力なガス流動が生起される。
【００２９】
このため、さらに燃料と空気の混合が促進され、低温の始動時であるにもかかわらず十分に気化した混合気が、２つの点火栓１７ａ、１７ｂの同時点火により安定して着火すると共に、その燃焼火炎はガス流動に乗って速やかに伝播し、始動時の安定燃焼が実現される。
【００３０】
このように始動時の燃焼安定性が高まる結果、燃料の始動増量を低減することも可能となり、燃費の改善につながる。
【００３１】
また、図５に示すように、点火栓１７ａ、１７ｂの点火時期を同時ではなく、燃焼室中央の点火栓１７ａよりも周辺の点火栓１７ｂの点火時期を早くしておき、これらを共にエンジン回転数の上昇に応じて進角させ、かつ回転数上昇に対する進角度合を中央側の点火栓１７ａの方が大きくすることで、ある回転数を境にして中央側の点火栓１７ａが先に点火するように設定し、点火時期の位相差制御に基づき燃料性状に起因しての始動時の回転数変動を抑制することができ、あるいは、エンジン始動直後における吹き上がり後の回転数の落ち込み時に、燃焼室中央の点火栓１７ａを先に点火し、周辺に位置する点火栓１７ｂを後で点火すると、トルクを補正をして回転数の落ち込みを抑制したりすることも可能となる。
【００３２】
これらにより、始動燃料の増量を通常よりも低減することが可能となる。
【００３３】
▲２▼ファーストアイドル時
ファーストアイドル時はエンジンの始動時と同じように、コントローラ５０により、吸気ポート１４のプライマリポート１４ａの半閉弁２５を閉じ、全閉弁２６も閉じ、これにより吸気弁１２ａ、１２ｂが開弁したときに、吸気は一方のプライマリポート１４ａのうちの上側流路２２ａのみを流れるようにする。そして燃料もプライマリ側の燃料噴射弁３１ａからのみ、かつ空燃比が弱リーン（空気過剰率λ＝１．１付近）となるように噴射される。なお、排気還流制御弁３４は全閉し、排気還流は停止する。
【００３４】
吸気弁１２ａ、１２ｂは開弁時期（ＩＶＯ）が吸気上死点よりも遅く設定され、閉弁時期（ＩＶＣ）は下死点に設定され、排気弁１３ａと１３ｂは開弁時期（ＥＶＯ）が下死点よりも遅く設定され、かつ閉弁時期（ＥＶＣ）は上死点よりも早くなるように設定される。また、点火栓１７ａと１７ｂは、燃焼室中央側の点火栓１７ａに対して周辺側の点火栓１７ｂの方が遅角するように設定される。
【００３５】
これらにより、燃焼室１５にはプライマリポート１２ａのみから混合気が流入し、強力なスワールが生起される。また、吸気弁１２ａ、１２ｂの遅開きによる燃料の気化促進もあり、燃焼速度が増大し、リーンな混合気であっても安定した燃焼特性が確保される。また、燃焼室中央の点火栓１７ａにより混合気に点火し、周辺部の遅れて点火する点火栓１７ｂにより周辺の燃え残り部分を点火することで、燃焼室全域で良好な燃焼を維持できる。これらにより、ファーストアイドル時の燃焼安定性と一層の燃費の改善が図れる。また、空燃比を弱リーンとすることで、触媒の早期活性が得られ、エミッションの改善が図れる。
【００３６】
また、上記した制御を行う代わりに次のように制御することもできる。
【００３７】
すなわち、図６のタイミングチャートに示すように、セカンダリポート１４ｂの全閉弁２６を少し開き、セカンダリポート１４ｂにも少量の吸気を流し、かつセカンダリ側の燃料噴射弁３１ｂからも燃料を噴射する。このときプライマリ側の燃料噴射弁３１ａは、プライマリポート１４ａの吸気流量に対してリーンな混合気を形成する量の燃料を噴射し、セカンダリ側の燃料噴射弁３１ｂはセカンダリ側の少量の吸気流量に対してリッチな混合気を形成する量の燃料を噴射し、さらに、全体でのトータル空燃比がリーンとなるようにそれぞれの燃料の噴射量が設定される。
【００３８】
燃焼室内にはプライマリポート１４ａからのリーンな混合気と、セカンダリポート１４ｂからのリッチな混合気とが互いに成層化した状態で、燃焼室内にスワールを含むガス流動を形成する。これらの結果、混合気の濃度のバラツキにより、燃焼にやや斑が生じつつも、半開弁２５と全閉弁２６とが全閉されている場合に匹敵する十分な指向性をもった強力なガス流動による安定燃焼が行え、排気中には未燃ＨＣなどが比較的多く含まれるようになり、この未燃ＨＣなどが排気系で燃焼し、サーマルリアクタとして機能させることで、触媒に高温の排気を導き、その温度を上昇させる、つまり、コールド時にあって触媒を可及的速やかに暖機させられる。また、このとき全体でのトータル空燃比が弱リーン（例えばλ＝１．１）に設定されるので、触媒の早期活性が促される。
【００３９】
また、点火栓１７ａ、１７ｂは、共に相対的に遅角側に設定することにより、燃焼の遅れを大きくすることができ、さらに排気弁１３ａ、１３ｂについては開弁時期（ＥＶＯ）を早期に設定することにより、温度が高く、未燃成分を多く含む排気ガスを排出することができ、このことにより触媒などの早期活性化をさらに促進できる。
【００４０】
なお、排気弁１３ａ、１３ｂはこのように早めに開く代わりに、いずれか一方の排気弁１３ａまたは１３ｂを閉じたままとしておくこともできる。
【００４１】
このようにした場合には、排気が一方の排気弁１３ａまたは１３ｂからのみ排気ポートに流れ、排気が流れるポート表面積を小さくすることができるので、排気温度の低下を少なくして、触媒の温度上昇を図り、早期の活性化を促すことが可能となる。
【００４２】
▲３▼エンジンコールド状態でのパーシャル時
コールド状態でのパーシャル運転時（部分負荷運転時）には、基本的には上記したファーストアイドル時と同じように制御する。
【００４３】
プライマリポート１４ａ側からのみ混合気を導入する場合には、燃焼室内での強いスワールに基づく燃焼特性の改善により、コールド時の空燃比をリーンにすることができ、燃費を向上することができる。
【００４４】
これに対して、半閉弁２５と全閉弁２６を少し開き、燃料噴射弁３１ａのみから燃料を噴射することで、プライマリポート１４ａの上下の流路２２ａ、２２からリーン混合気を導入し、これに対してセカンダリポート１４ｂからは少量の新気のみを導入し、燃焼室内でプライマリ側からの混合気層と、セカンダリ側からの新気層とによる、タンブル流を主体とする成層状態を形成する。このときトータル空燃比がリーンとなるように設定することで、リーン混合気の成層燃焼が行われる。
【００４５】
これによりコールド時の燃焼特性が改善され、燃費の向上も図ることができる。このコールド状態の判断はエンジン冷却水温センサの５４の検出する冷却水温に基づいて行い、冷却水温に応じて上記した制御の切り換えを行うようにしてもよい。なお、このとき、コールド状態での燃焼安定性確保のために、排気還流は停止している。
【００４６】
また、排気温度を高め、触媒の早期の活性化を図るために、図７のタイミングチャートに示すように、排気弁１３ａ、１３ｂの開弁時期（ＥＶＯ）を大幅に早め、閉弁時期（ＥＶＣ）をやや遅らせ、なお、このとき吸気弁１２ａ、１２ｂの開弁時期（ＩＶＯ）を遅らせる。これにより高温の排気を排気ポートに流出させて排気系の温度を上昇させ、触媒の速やかな温度上昇を図ることができる。
【００４７】
冷却水温が所定の温度まで上昇したら、次に説明するエンジンホット状態での制御に移行する。
【００４８】
▲４▼エンジンホット状態での低負荷運転時
エンジンホット状態での低負荷運転時には、ＮＯｘの低減を図るため排気還流を行う。この低負荷運転時にも、プライマリポート１４ａの半閉弁２５を閉じ、セカンダリポート１４ｂの全閉弁２６を閉じ、また切換弁３６により分岐通路側に接続しておき、排気還流制御弁３４を吸入空気量に応じた開度に開く。
【００４９】
これにより、吸気はプライマリポート１４ａのうちの上側流路２２ａを流れて吸気弁１２ａを介して十分な指向性を保った状態で燃焼室１５に流入する。また、セカンダリポート１４ｂの上側流路２２ａには還流口３７を介して還流排気が流入し、還流排気も吸気弁１２ｂを介して十分な指向性を保った状態で燃焼室１５に流入する。この場合、燃料はプライマリポート１４ａの燃料噴射弁３１ａからのみ噴射され、空燃比はストイキ近傍に設定される。
【００５０】
点火栓１７ａと１７ｂの点火時期、また、排気弁１３ａと１３ｂの開閉時期については前記コールドパーシャル時と同じであり、これに対して吸気弁１２ａ、１２ｂの開閉時期については、開弁時期（ＩＶＯ）を早くして燃焼室内への排気の吹き戻しを多くすると共に閉弁時期（ＩＶＣ）を吸気下死点に設定する。
【００５１】
プライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂとは互いに平行であり、かつ吸気弁１２ａと１２ｂは、気筒軸心を挟んで両側に均等な位置に配設されているため、燃焼室内で互いに強い指向性を有する吸気と還流排気の多くは互いに平行状態を維持したままタンブル流を形成する。このようにして、燃焼室内で混合気と還流排気とをタンブル流として成層化することができ、主として混合気層となるタンブル流の両側に位置する点火栓１７ａ、１７ｂにより点火することで、多くの排気還流を含む混合気であっても安定して燃焼させることが可能となる。この結果、運転性を悪化させることなく、大量ＥＧＲ（排気還流）による大幅な燃費の向上と、ＮＯｘの抑制が達成できる。
【００５２】
また、プライマリポート１４ａからの吸気と、セカンダリポート１４ｂからの還流排気との比率が１対１となるように排気還流制御弁３４により排気還流量を制御すると、両方の流量が均等化し、つまり左右の流れが対称となり、燃焼室内でのガス流動の成層化が最も良好になり、その結果、ＥＧＲ限界が拡大し、大量の排気還流にもかかわらず、燃焼の安定性が維持でき、さらなる燃費の改善とＮＯｘの低減を実現できる。
【００５３】
ところで、この低負荷時に排気還流を停止した状態で、半閉弁２５と全閉弁２６とを全開させることにより、プライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂの両方から吸気を導入するようにしておき、燃料は一方からのみ、たとえば、プライマリ側の燃料噴射弁３１ａからのみ噴射するようにすると、燃焼室内で上記と同じように均等なタンブル流を生起することができる。この場合、プライマリ側では混合気層、セカンダリ側では空気層となり、このような成層化によりトータル空燃比が非常に希薄な状態であっても、安定した成層リーン燃焼を実現することができる。これにより燃費と排気組成を共に改善することが可能となる。
【００５４】
▲５▼エンジンホット状態での中高負荷運転時
エンジンホット状態での中高負荷運転時には、負荷に応じてプライマリポート１４ａの半閉弁２５と、セカンダリポート１４ｂの全閉弁２６とを中間開度と最大開度との間で変化させる。エンジン吸入空気量が大きくなり、要求される全量をプライマリポート１４ａからのみ供給するのでは、吸気効率が低下してしまうので、両方の吸気ポート１４から吸気を導入するのである。ただし、全負荷状態でないときは、セカンダリポート１４ｂの全閉弁２６は全開することなく、エンジン吸入空気量に応じた開度に制御される。
【００５５】
燃料は両方の燃料噴射弁３１ａと３１ｂから供給し、また中負荷運転では予め新気と排気とを混合させた均質排気還流を行うために、切換弁３５を切り換えて還流排気を分岐通路３６ではなく、コレクタ２０に導き、コレクタ２０で吸気と混合させながら、プライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂの両方に還流排気が均等濃度で流れ込むようにする。
【００５６】
吸気はプライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂとから流れ、半閉弁２５と全閉弁２６が中間開度をとるので、上側流路２２ａだけでなく、下側流路２２ｂからも吸気が流れる。
【００５７】
この場合、プライマリポート１４ａの上側流路２２ａだけが全開状態にあるため、セカンダリポート１４ｂの流量に比較してプライマリポート１４ａの流量がいくらか多くなり、燃焼室１５に流入した吸気は、それぞれ形成されるタンブル流の成分と、プライマリポート１４ａ側からセカンダリポート１４ｂ側に向けてのスワール流の成分とによる、複合的なガス流動を生起される。
【００５８】
還流排気は予め混合気と混合しているため、燃焼室内の全域でほぼ均質な濃度に保たれるが、燃焼室内に生起されるガス流動により混合気の燃料の微粒化、霧化が図れ、２つの点火栓１７ａ、１７ｂでの２点点火により、到達すべき火炎の伝播距離が短縮されることから、均質還流排気を含む混合気であっても、短時間のうちに安定して燃焼を完了させられる。これによりＮＯｘ低減と燃費向上が同時に達成できる。
【００５９】
なお、この中負荷運転領域で半閉弁２５と全閉弁２６の開度を吸入空気量などに応じて変化させることで、燃焼改善にとって最も適切な状態にガス流動をコントロールすることが可能となる。
【００６０】
そして半閉弁２５と全閉弁２６の開度が大きくなり、エンジン負荷が所定値によりも高負荷に近づいたら、排気還流制御弁３４を閉じて排気還流を停止する。これによりエンジン出力を高め、良好な運転特性を維持することができる。
【００６１】
吸気弁１２ａ、１２ｂと、排気弁１３ａ、１３ｂの開閉時期は、ポンピングロスを軽減させるのに最適な状態に制御されることが好ましく、たとえば、吸気弁１２ａ、１２ｂの開弁時期（ＩＶＯ）については早開き、閉弁時期（ＩＶＣ）については早閉じとし、また排気弁１３ａ、１３ｂの開弁時期（ＥＶＯ）は負荷に応じて変化させ、閉弁時期（ＥＶＣ）は遅らせる。
【００６２】
▲６▼エンジンの全開運転時
暖機後の高負荷運転領域では、半閉弁２５と全閉弁２６を共に全開し、これによりプライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂの両方のポートから吸気が均等に燃焼室１５に導かれる。燃料は両方の燃料噴射弁３１ａ、３１ｂから噴射され、また排気還流は停止される。
【００６３】
半閉弁２５と全閉弁２６が共に全開しているので、吸気ポート１４を流れる吸気の抵抗は最も小さくなり、このためエンジン吸気効率が最良状態となり、エンジンに高出力を発揮させられる。
【００６４】
なお、この運転領域では温度が高く、吸入負圧も小さく、燃焼条件が良好であるため、中央部の点火栓１７ａのみを点火させることで、燃焼騒音や振動の増大を抑制することができる。
（2）第２の実施形態
図８から図１０に第２の実施形態を示す。
【００６５】
この第２の実施形態は、第１の実施形態に対して次の点で異なる。すなわち、吸気制御弁としてはプライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂのいずれに対しても、下側流路２２ｂを開閉する半閉弁２５ａ、２５ｂが設けられ、かつセカンダリポート１４ｂの半閉弁２５ｂの上流には遮断弁４２が設けられ、各気筒の遮断弁４２は互いに回転軸４３に同位相で取付られ、ロータリアクチュエータ４４により開閉駆動されるようになっている。また、還流排気をセカンダリポート１４ｂに導入する還流口３７が遮断弁４２と半閉弁２５ｂの間に位置して配置されている。
【００６６】
したがって、この実施形態においても、セカンダリポート１４ｂの遮断弁４２が全閉し、かつ半閉弁２５ａ、２５ｂが閉じている状態では、前記第１の実施形態と同じように、始動時、ファーストアイドル時、コールド時の制御が行え、またエンジンホット状態での低負荷時に、セカンダリポート１４ｂからのみ排気還流を行い、燃焼室内での成層化により、運転性を損なうことなくＮＯｘを低減することもできる。また、中高負荷時には遮断弁４２を全開しておいて、負荷に応じて半閉弁２５ａ、２５ｂの開度を制御しつつ、コレクタ側からの均質排気還流を行うことにより、燃焼室内のガス流動を適切にコントロールして、ＮＯｘと共に燃焼特性の改善を図ることができる。エンジン全開時にも、排気還流を停止した状態で、同じように遮断弁４２、半閉弁２５ａ、２５ｂを全開することで、エンジン高出力を発生させることができる。
【００６７】
また、エンジンファーストアイドル時あるいはコールド時に、遮断弁４２を少し開き、かつ半開弁２５ａ、２５ｂも少し開き、プライマリポート１４ａに比較すると少量ではあるが、セカンダリポート１４ｂからも吸気を流し、プライマリ側に加えてセカンダリ側からも燃料噴射を行い、このとき、小流量が流れるセカンダリ側の空燃比をリッチとなるように制御する。そしてトータル空燃比はリーンに設定することで、燃焼室内での混合気の濃度分布のバラツキがあるものの、スワールにより比較的安定した燃焼を維持しつつ、排気行程で燃焼室１５から排出される排気中の未燃成分を増やして、触媒の早期活性化を図ることも可能となる。なお、この場合、コールド状態での低負荷時など、セカンダリ側の燃料噴射を停止し、セカンダリポート１４ｂから少量の吸気のみを流入させ、同じくスワールの生起により、リーン混合気を燃焼させることもできる。
【００６８】
また、この実施形態においては、セカンダリポート１４ｂの上流側に遮断弁４２を設け、プライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂには同一の半閉弁２５ａ、２５ｂを同位相で開閉するように配設したので、たとえば、エンジンホット状態での低負荷時など、遮断弁４２を全開しておき、半閉弁２５ａ、２５ｂを同期して開閉させたときに、プライマリ側とセカンダリ側の吸気の流れを全く同じように制御、つまり上側流路２２ａと下側流路２２ｂの吸気の分配を互いに一致させることができ、燃焼室内でプライマリ側とセカンダリ側のタンブル流を成層化することが容易になり、この状態でいずれか一方の燃料噴射弁３１ａまたは３１ｂから燃料を噴射すると、良好なリーン混合気の成層燃焼を行うことができる。
【００６９】
また、前記した還流口３７により吸気ポート１４に排気還流を行う場合、還流口３７が燃料噴射弁３１ｂの位置から離れた上流に配置できるので、還流排気よる燃料噴射弁３１ｂの目詰まりを防げる。
（3）第３の実施形態
図１１から図１３に第３の実施形態を示す。
【００７０】
この第３の実施形態は、前記第１の実施形態に対して、セカンダリポート１４ｂの燃料噴射弁３１ｂを、全閉弁２６の下流ではなく、上流側に配置したことが異なる。
【００７１】
このようにすると、吸気ポート１４に還流口３７より排気還流をするときでも、燃料噴射弁３１ｂが高温の排気にさらされることが無く、したがって燃料噴射弁３１ｂの保護が図れる。
【００７２】
なお、制御動作については、基本的には第１の実施形態と全く同じであるが、ファーストアイドルなど触媒の早期活性化のために、セカンダリポート１４ｂから少量の吸気を流す場合、全閉弁２６の上流の燃料噴射弁３１ｂから燃料を噴射したときに、その多くが全閉弁２６に付着する可能性があるので、燃料は噴射しないで吸気のみを流してもよい。
【００７３】
上記した第１から第３の実施形態において、半閉弁２５、２５ａ、２５ｂは、いずれも吸気ポート１４のうちの下側流路２２ｂを開閉するようにしたが、上側流路２２ａを開閉するように配置することもできる。ただし、エンジンホット状態での低負荷運転時に、大幅な燃費向上を図るために、大量の排気還流を行う場合に、燃焼安定性を確保するため、強力なタンブル流を保った混合気と還流排気との成層化が必要とされるときは、第１ないし第３の実施形態のように、吸気ポート１４の下側流路２２ｂを開閉することが好ましい。
【００７４】
プライマリポート１４ａとセカンダリポート１４ｂは、それぞれ内部を隔壁２１により上下の流路２２ａ、２２ｂに分割しているが、セカンダリポート１４ｂについては、隔壁２１で仕切らずに、単一の流路を形成することもできる。
（4）他の実施形態
次に点火栓の配置についての他の実施形態を説明する。
【００７５】
図１に対して、図１４は中央の点火栓１７ａの位置は同じであるが、周辺の点火栓１７ｂの位置をやや吸気弁１２ａに近づけたものであり、また、図１５では中央の点火栓１７ａの位置は変わらないが、周辺の点火栓１７ｂをやや排気弁１３ａ側に近づけている。排気還流時、非排気還流時のいずれにも、図１の場合と同じように、良好な燃焼特性が確保できる。
【００７６】
図１６は、点火栓１７ａと１７ｂを、それぞれ対向する吸気弁１２ａと排気弁１３ａの間、また吸気弁１２ｂと排気弁１３ｂの間に配置したものである。この場合には、非排気還流時、均質排気還流時に両方の点火栓１７ａ１７ｂによる同時点火、また成層排気還流時にはプライマリ側の点火を主とすることにより、共に要求される点火位置での点火作用を行うことができ、いずれも良好な燃焼特性とすることができる。
【００７７】
図１７は、中央の点火栓１７ａは図１と同じ位置だが、周辺の点火栓１７ｂは両方の排気弁１３ａ、１３ｂの間でかつ外側に配置している。非排気還流時、均質排気還流時には中央の点火栓１７ａを主として点火を行い、成層排気還流時には２つの点火栓１７ａと１７ｂの点火により、安定燃焼を図る。この場合、周辺の点火栓１７ｂは、排気弁１３ａ、１３ｂの外側に配置することで、シリンダヘッドにおける点火栓周りの冷却水通路の配置が容易に行える。
【００７８】
図１８は図１７と点火栓１７ｂの位置は同じにするが、点火栓１７ａは両方の吸気弁１２ａ、１２ｂの間でかつ外側に配置している。これにより、点火栓１７ａについても、点火栓周りの冷却が良好に行える。
【００７９】
なお、上記各実施形態において、点火栓１７ａ、１７ｂは気筒軸心に平行に配置するほか、シリンダヘッドに配置される吸気弁１２ａ、１２ｂあるいは排気弁１３ａ、１３ｂなどとの干渉を防ぐために傾けて配置することもできる。
【００８０】
本発明は上記の実施の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うることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】同じくプライマリ吸気ポートの断面図である。
【図３】同じくセカンダリ吸気ポートの断面図である。
【図４】同じくその動作を示すタイミングチャートである。
【図５】点火栓の作動特性を示す説明図である。
【図６】第１の実施形態の異なった動作を示すタイミングチャートである。
【図７】同じく異なった動作を示すタイミングチャートである。
【図８】第２の実施形態の概略構成図である。
【図９】同じくプライマリ吸気ポートの断面図である。
【図１０】同じくセカンダリ吸気ポートの断面図である。
【図１１】第３の実施形態の概略構成図である。
【図１２】同じくプライマリ吸気ポートの断面図である。
【図１３】同じくセカンダリ吸気ポートの断面図である。
【図１４】点火栓の配置の実施形態を示す燃焼室の概略平面図である。
【図１５】異なった点火栓配置の実施形態を示す燃焼室の概略断面図である。
【図１６】さらに異なった点火栓配置の実施形態を示す燃焼室の概略断面図である。
【図１７】さらに異なった点火栓配置の実施形態を示す燃焼室の概略断面図である。
【図１８】さらに異なった点火栓配置の実施形態を示す燃焼室の概略断面図である。
【符号の説明】
１１気筒
１２ａ，１２ｂ吸気弁
１３ａ，１３ｂ排気弁
１４吸気ポート
１４ａプライマリポート
１４ｂセカンダリポート
１５燃焼室
１７ａ，１７ｂ点火栓
２０コレクタ
２１隔壁
２２ａ，２２ｂ流路
２５半閉弁（吸気制御弁）
２５ａ，２５ｂ半閉弁
２６全閉弁（吸気制御弁）
３１ａ，３１ｂ燃料噴射弁
３３排気還流通路
３４排気還流制御弁
３５切換弁
３７還流口
４２遮断弁
５０コントローラ
５１回転数センサ
５２吸入空気量センサ
５３アクセル開度センサ
５４水温センサ

Claims

燃焼室に接続する少なくとも２つの独立した吸気ポートと、２つの吸気弁及び排気弁とを備えたエンジンにおいて、
前記第１の吸気ポートの内部に隔壁を介して画成された第１吸気ポート用上下流路と、
この第１の吸気ポートに設けられ、前記第１吸気ポート用上下流路のうち一方の流路を全閉、全開可能な半閉型の第１吸気ポート用半閉弁と、
前記第２の吸気ポートの内部に隔壁を介して画成された第２吸気ポート用上下流路と、
この第２の吸気ポートに設けられ、前記第２吸気ポート用上下流路を同時に開閉する全閉弁と、
前記全閉弁の下流側に設けられ、前記第２吸気ポート用上下流路のうち一方の流路を全閉、全開可能な半閉型の第２吸気ポート用半閉弁と、
前記全閉弁の下流側に接続する前記排気還流通路の還流口と、
前記第１吸気ポート用半閉弁、前記第２吸気ポート用半閉弁、前記全閉弁の開閉を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
前記第１の吸気ポートと、第２の吸気ポートは互いにほぼ平行で、かつ気筒中心に対してほぼ対称位置に配置される請求項１に記載のエンジンの制御装置。
前記第１吸気ポート用半閉弁は、前記第１吸気ポート用上下流路の下側の流路を開閉するように構成される請求項１または２に記載のエンジンの制御装置。
前記制御手段は、前記還流口より還流排気を導入するときに、前記全閉弁を閉じ、かつ前記第１吸気ポート用半閉弁を閉じる請求項１に記載のエンジンの制御装置。
前記還流排気量を制御する排気還流制御弁を設け、排気還流時に第１の吸気ポートからの新気量と、第２の吸気ポートからの還流排気量とがほぼ同一となるように制御する請求項４に記載のエンジンの制御装置。
前記燃焼室には２つの点火栓を備え、運転条件によって両方の点火栓を同時点火あるいは一方のみを点火させる請求項１〜５のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
前記点火栓は、一方が燃焼室中央部、他方が周辺部に配置される請求項６に記載のエンジンの制御装置。
前記周辺部の点火栓は第１の吸気ポートの吸気弁と、これに対向する排気弁の間でかつそれらの外側に位置して配置される請求項７に記載のエンジンの制御装置。
前記周辺部の点火栓は２つの排気弁の間でかつそれらの外側に位置して配置される請求項７に記載のエンジンの制御装置。
前記点火栓は共に燃焼室周辺部に配置され、一方が２つの吸気弁の間でかつその外側、他方が２つの排気弁の間でかつその外側に位置して配置される請求項６に記載のエンジンの制御装置。
前記点火栓はそれぞれ各一対の吸気弁と排気弁の間に位置して燃焼室中央側に配置される請求項６に記載のエンジンの制御装置。
前記第１吸気ポート用半閉弁と、前記第２吸気ポート用半閉弁とは共通の回転軸に取付けられ、互いに同期して回転する請求項１に記載のエンジンの制御装置。
前記第１の吸気ポートと第２の吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を備える請求項１に記載のエンジンの制御装置。
前記全閉弁が全閉しているときに前記第２の吸気ポートの燃料噴射弁からの燃料噴射を停止し、前記第１の吸気ポートの燃料噴射弁から燃料噴射を行うようにした請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
エンジンの始動時に、前記第１吸気ポート用半閉弁を閉じ、前記全閉弁を閉じる請求項１２に記載のエンジンの制御装置。
前記第１の吸気ポートと第２の吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を備え、エンジンの始動時に、前記第１の吸気ポートの燃料噴射弁からのみ燃料噴射を行わせる請求項１５に記載のエンジンの制御装置。
エンジンの始動時に、前記第１吸気ポート用半閉弁を閉じ、前記全閉弁を閉じ、かつ排気還流を停止させる請求項１２に記載のエンジンの制御装置。
エンジンの始動時に２つの点火栓を同時に点火させる請求項６に記載のエンジンの制御装置。
前記吸気弁の開閉時期を可変的に制御する可変制御機構を備え、エンジン始動時に吸気弁の開時期を遅らせる請求項１５〜１８のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
エンジンのファーストアイドル時に、前記第１吸気ポート用半閉弁を閉じ、前記全閉弁を閉じる請求項１２に記載のエンジンの制御装置。
前記第１の吸気ポートと第２の吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を備え、エンジンのファーストアイドル時に、前記第１の吸気ポートの燃料噴射弁からのみ燃料噴射を行わせる請求項２０に記載のエンジンの制御装置。
エンジンのファーストアイドル時に、前記第１吸気ポート用半閉弁を閉じ、前記全閉弁を閉じ、かつ排気還流を停止させる請求項１２に記載のエンジンの制御装置。
エンジンのファーストアイドル時に、２つの点火栓を同時に点火させる請求項６に記載のエンジンの制御装置。
前記吸気弁の開閉時期を可変的に制御する可変制御機構を備え、エンジンのファーストアイドル時に、吸気弁の開時期を遅らせる請求項２０〜２３のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
前記排気弁の開閉時期を可変的に制御する可変制御機構を備え、エンジンのファーストアイドル時に、排気弁の開時期を早める請求項２０〜２４のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
前記燃焼室の２つの排気弁を独立して制御する制御機構を備え、エンジンのファーストアイドル時に、一方の排気弁を常に閉弁状態に保持する請求項２０〜２４のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
エンジンの低負荷時に、前記第１吸気ポート用半閉弁を閉じ、前記全閉弁を閉じ、前記還流口から第２の吸気ポートに還流排気を導入する請求項１２に記載のエンジンの制御装置。
前記第１の吸気ポートと第２の吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を備え、エンジンの低負荷時に、前記第１の吸気ポートの燃料噴射弁からのみ燃料噴射を行わせる請求項２７に記載のエンジンの制御装置。
前記還流排気量を制御する排気還流制御弁を設け、エンジンの低負荷時に、第１の吸気ポートからの新気量と、第２の吸気ポートからの還流排気量とがほぼ同一となるように制御する請求項２７または２８に記載のエンジンの制御装置。
前記エンジンの吸気弁と排気弁の開閉時期を互いに独立して可変的に制御する可変制御機構を備え、エンジンの低負荷時に、吸気弁の開時期を早め、排気弁の閉時期を遅らせる請求項２７〜２９のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
エンジンの中負荷時に、前記第１吸気ポート用半閉弁と前記全閉弁とを、全閉位置と全開位置との間で負荷に応じて可変的に制御す請求項１２に記載のエンジンの制御装置。
エンジンの中負荷時に、前記第１吸気ポート用半閉弁と前記全閉弁とを、全閉位置と全開位置との間で負荷に応じて可変的に制御し、第１、第２の吸気ポートの両方の燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
前記吸気弁と排気弁の開閉時期を互いに独立して可変的に制御する可変制御機構を備え、エンジンの中負荷時に、吸気弁の開時期を早め、排気弁の閉時期を遅らせる請求項３１または３２に記載のエンジンの制御装置。
エンジンの高負荷時に、前記第１吸気ポート用半閉弁と前記全閉弁とを全開し、第１、第２の吸気ポートの両方の燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項１３に記載のエンジンの制御装置。