JP4992846B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、ポート噴射式の内燃機関に関するものであり、特に、ツインインジェクタ式の内燃機関に関するものである。

従来、気筒毎に設けられた２個の吸気弁と、これらに対応する２個の吸気ポートと、２個の吸気ポートのそれぞれに装着された２個の燃料噴射弁とを備えたエンジンの吸気装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このエンジンの吸気装置では、２個の吸気弁を所定時間毎に交互に開弁動作させており、このとき、他方の吸気ポートへの燃料の溜まりを防止すべく、開弁動作を行う吸気弁側の燃料噴射弁のみから燃料を噴射している。

特開２００１−１５９３２２号公報

ところで、従来のエンジンの吸気装置によれば、開弁動作を行う吸気弁側の燃料噴射弁から燃料を噴射しているが、吸気弁の開弁時期および燃料噴射弁の燃料噴射時期については開示されていない。つまり、一方の吸気弁が閉弁し、他方の吸気弁が開弁している場合、すなわち、２つの吸気弁が所定時間毎に交互に開弁動作する場合、燃料噴射弁による燃料噴射時期によっては、気筒内部に十分に燃料および空気を導入することができず、混合気の燃焼により得られるエンジントルクが低減してしまう虞がある。

そこで、本発明は、エンジントルクを向上させると共に、燃費効率を向上させることができる内燃機関を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関は、燃焼室と、燃焼室に連通する２つの吸気通路と、各吸気通路を開閉自在な２つの吸気弁と、各吸気通路に向かって燃料を噴射可能な２つの燃料噴射弁と、各吸気弁を開放位置と閉塞位置との間で全開閉動作させると共に、少なくとも一方の吸気弁を閉塞位置に停止可能な吸気弁駆動手段と、吸気弁駆動手段を制御可能な吸気弁駆動制御手段と、各燃料噴射弁による燃料噴射動作を制御可能な燃料噴射制御手段と、を備え、吸気弁駆動制御手段が、一方の吸気弁を閉塞位置に停止させる一方、他方の吸気弁を全開閉動作させたとき、燃料噴射制御手段は、一方の吸気弁側における一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止すると共に、他方の吸気弁側における他方の燃料噴射弁からの燃料噴射を他方の吸気弁の開弁期間中に実行することを特徴とする。

この場合、吸気弁駆動制御手段は、内燃機関の運転領域に基づいて吸気弁駆動手段を制御しており、運転領域が、他方の吸気弁から吸入した空気量で内燃機関を駆動可能な第１運転領域であるとき、一方の吸気弁を閉塞位置に停止させる一方、他方の吸気弁を全開閉動作させ、燃料噴射制御手段は、一方の吸気弁側における一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止すると共に、他方の吸気弁側における他方の燃料噴射弁からの燃料噴射を、他方の吸気弁の開弁期間中に実行することが、好ましい。

また、この場合、吸気弁駆動制御手段は、運転領域が、第１運転領域に比して高負荷領域であると共に２つの吸気弁から吸入した空気量で内燃機関を駆動可能な第２運転領域であるとき、２つの吸気弁を全開閉動作させ、燃料噴射制御手段は、２つの燃料噴射弁からの燃料噴射を実行することが、好ましい。

また、この場合、吸気弁駆動手段は、少なくとも一方の吸気弁を半開放位置と閉塞位置との間で半開閉動作可能な構成となっており、吸気弁駆動制御手段は、運転領域が第１運転領域と第２運転領域との間の第３運転領域となるとき、一方の吸気弁を半開閉動作させると共に、他方の吸気弁を全開閉動作させることが、好ましい。

また、この場合、第３運転領域において、燃料噴射制御手段が２つの燃料噴射弁から燃料噴射を実行するとき、燃料噴射制御手段は、半開閉動作する一方の吸気弁側における一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を、一方の吸気弁の閉弁期間中に実行することが、好ましい。

また、この場合、半開閉動作する一方の吸気弁側における一方の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量は、全開閉動作する他方の吸気弁側における他方の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量に比して少量となっていることが、好ましい。

これらの場合、燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整可能なスロットルバルブと、スロットルバルブのスロットル開度を制御可能なスロットル制御手段と、をさらに備え、スロットル制御手段は、２つの吸気弁が開閉動作を実行する第３運転領域から、一方の吸気弁が閉塞位置に停止すると共に他方の吸気弁が全開閉動作する第１運転領域へ移行するとき、スロットル開度を大きくすることが、好ましい。

本発明に係る内燃機関は、一方の吸気弁が閉塞位置または閉塞位置近傍に停止した状態において、全開閉動作する他方の吸気弁の開弁期間中に、他方の燃料噴射弁から燃料噴射を行うことで、燃料の気化潜熱により吸入される空気の温度を下げることができ、混合気の充填効率を向上させることができる。これにより、一方の吸気弁が閉塞位置において停止状態であっても、他方の吸気弁から良好に混合気を充填させることができるため、混合気の燃焼により得られるエンジントルクを向上させることができる。また、噴射した燃料が吸入される空気の気流に乗って燃焼室に導入されるため、吸気ポート周りへの燃料の付着を抑制することができる。これにより、噴射した略全ての燃料を燃焼室内に導入することができるため、燃費向上を図ることができるという効果を奏する。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る内燃機関について説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

ここで、図１は、本実施例に係るポート噴射式のエンジンの構成を表した模式的断面図であり、図２は、本実施例に係るポート噴射式のエンジンの燃焼室周りを表した部分断面図である。また、図３は、燃焼室の上方から見た吸気側連通口および排気側連通口の上面図であり、図４は、運転制御マップを模式的に表した説明図である。さらに、図５は、各運転領域における吸気弁のリフト量と燃料噴射弁からの燃料噴射量との関係を説明する図であり、図６は、本実施例に係るエンジンのスロットル全開時において、低・中回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートであり、図７は、本実施例に係るエンジンのスロットル全開時において、高回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートである。また、図８は、変形例に係るエンジンのスロットル全開時において、低・中回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートであり、図９は、変形例に係るエンジンのスロットル全開時において、高回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートである。

先ず、図１ないし図３を参照して、本実施例に係る内燃機関（以下、エンジンと略す）について説明する。このエンジン１は、ポート噴射式のエンジンであり、ＥＣＵ２により制御されている。

エンジン１は、下部からクランクケース１０と、クランクケース１０の上部に設けられたシリンダブロック１１と、ヘッドガスケット（図示省略）を介してシリンダブロック１１の上部に設けられたシリンダヘッド１２とで外殻が形成されている。シリンダブロック１１の上方内部には、往復動可能にピストン１３が気筒数（図示では１つ）に応じて複数収容され、また、シリンダブロック１１の下方内部およびクランクケース１０により形成された収容部には、クランクシャフト１４が収容されている。各ピストン１３とクランクシャフト１４とは、コンロッド１５により連結されており、各ピストン１３の往復動作をクランクシャフト１４に伝達している。そして、上記のシリンダブロック１１、シリンダヘッド１２およびピストン１３により、ペントルーフ型の燃焼室１６が気筒数に応じて複数形成されている。

クランクケース１０には、クランク角センサ２０が配設されており、クランクシャフト１４の回転角度を検知している。クランク角センサ２０は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２は、クランク角センサ２０の検出結果に基づいて、後述する点火プラグ４４の点火動作、後述する２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの燃料噴射動作、後述する２つの吸気弁３４ａ，３４ｂおよび２つの排気弁３５ａ，３５ｂの開閉動作等を制御している。

シリンダブロック１１は、その内部に複数のピストン１３を収容するための複数のシリンダボア２４が円柱状に貫通形成されている。そして、ピストン１３は、シリンダボア２４に嵌合するように円柱状に形成されており、このシリンダボア２４内で上死点と下死点との間を往復動可能に支持されている。また、ピストン１３のヘッド面には、ピストンキャビティ２５が没入形成されている。

シリンダヘッド１２は、その内部に燃焼室１６に連通する吸気ポート３０と、吸気ポート３０に対向配置され、燃焼室１６に連通する排気ポート３１とが形成されている（図３参照）。吸気ポート３０は、上流側に形成された集合吸気通路３０ａと、集合吸気通路３０ａから分岐して燃焼室１６にそれぞれ連通する２つの分岐吸気通路３０ｂ（２つの吸気通路）とで構成されている。排気ポート３１は、上流側に形成されると共に燃焼室１６にそれぞれ連通する２つの分岐排気通路３１ｂと、２つの分岐排気通路３１ｂが合流する集合排気通路３１ａとで構成されている。

また、燃焼室１６と各分岐吸気通路３０ｂとの間の２つの吸気側連通口３２には、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂがそれぞれ配設されており、また、燃焼室１６と各分岐排気通路３１ｂとの間の２つの排気側連通口３３には、２つの排気弁３５ａ，３５ｂが配設されている。

図３に示すように、各吸気側連通口３２は上面視円形に形成されており、各排気側連通口３３も同様に上面視円形に形成され、各排気側連通口３３は吸気側連通口３２より小径に形成されている。２つの吸気側連通口３２はそれぞれ隣接して配置されると共に、２つの排気側連通口３３も同様にそれぞれ隣接して配置されている。

再び図１を参照して、各吸気弁３４ａ，３４ｂおよび各排気弁３５ａ，３５ｂは、傘形状をなす末広がりの円錐状に形成されており、各吸気側連通口３２および各排気側連通口３３を開放する開放位置（下降端位置）と、各吸気側連通口３２および各排気側連通口３３を閉塞する閉塞位置（上昇端位置）との間で移動自在に構成されている。そして、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂの基端部にはこれらを動作させる吸気弁駆動装置４０が、また、２つの排気弁３５ａ，３５ｂの基端部にはこれらを動作させる排気弁駆動装置４１が、それぞれ配設されている。

吸気弁駆動装置４０は、各吸気弁３４ａ，３４ｂを開放位置と閉塞位置との間で全開閉動作させると共に、一方の吸気弁３４ａを閉塞位置に停止させるように構成されており、いわゆる、片弁停止機構を備えた構成となっている。また、吸気弁駆動装置４０は、一方の吸気弁３４ａを開放位置と閉塞位置との間の中間位置である半開放位置に移動させることが可能となっており、一方の吸気弁３４ａを半開放位置と閉塞位置との間で半開閉動作させることが可能となっている。これにより、吸気弁駆動装置４０は、一方の吸気弁３４ａのリフト量を半分にすることが可能となっている。

なお、半開放位置は、開放位置と閉塞位置との間の中間位置に限らず、中間位置近傍であっても良い。また、閉塞位置は、吸気弁のリフト量がゼロとなる位置に限らず、ゼロ近傍の位置、すなわち半開放位置と閉塞位置との間であっても良い。つまり、中間位置および閉塞位置は、制御や寸法公差等の誤差により生ずるズレの範囲内であれば良い。また、詳細は後述するが、吸気弁駆動装置４０はＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２は、吸気弁駆動装置４０を制御して、各吸気弁３４ａ，３４ｂの開閉動作を制御している。

排気弁駆動装置４１は、各排気弁３５ａ，３５ｂを開放位置と閉塞位置との間で全開閉動作させると共に、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２は、排気弁駆動装置４１を制御して、各排気弁３５ａ，３５ｂの開閉動作を制御している。

燃焼室１６の頂部には、先端部が突出するように点火プラグ４４が配設されている。点火プラグ４４は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２は、クランク角センサ２０による検出結果に基づいて点火動作を制御している。

また、シリンダヘッド１２の２つ分岐吸気通路３０ｂの上部のそれぞれには、各吸気弁３４ａ，３４ｂに向かって燃料を噴射する２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂが配設されており（図３参照）、いわゆるツインインジェクタの構成となっている。そして、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂは、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２は、クランク角センサ２０による検出結果に基づいて燃料噴射動作を制御している。具体的に、各燃料噴射弁４５ａ，４５ｂは、各吸気弁３４ａ，３４ｂの近傍の各分岐吸気通路３０ｂに配置しているため、各燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの噴射角を広角とすることができ、これにより、各分岐吸気通路３０ｂの壁面に燃料が付着することを抑制することができる。また、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂを用いて燃料噴射を行うことが可能であるため、一燃焼サイクル中に噴射される燃料噴射量をそれぞれ半分ずつに減らすことができ、これにより、噴射した燃料の微粒化を図ることが可能となっている。

また、詳細は後述するが、ＥＣＵ２は、点火プラグ４４の点火動作を制御する点火制御部１００と、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの燃料噴射動作をそれぞれ制御する燃料噴射制御部１０１と、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂを開閉動作させる吸気弁駆動装置４０を制御する吸気弁駆動制御部１０２と、有している。

ここで、一燃焼サイクル中におけるエンジン１の燃焼動作について説明する。燃焼サイクルでは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程が順に行われている。

吸気行程では、ピストン１３が上死点から下死点へ向けて移動を開始すると共に、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂの少なくとも一方を前進移動させて吸気側連通口３２を開放する。すると、燃焼室１６の負圧により空気が吸気側連通口３２を介して燃焼室１６内に吸入され、この後、前進移動した吸気弁３４ａ，３４ｂを後退移動させて吸気側連通口３２を閉塞する。このとき、ＥＣＵ２は、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの少なくとも一方から燃料噴射を開始し、噴射された燃料と吸入された空気とが混合することにより混合気を形成する。

圧縮行程では、ピストン１３が下死点から上死点へ向けて移動する。ピストン１３が上死点に移動すると、この移動に伴って混合気は圧縮される。そして、ピストン１３が上死点近傍に達すると、ＥＣＵ２は、点火プラグ４４をスパークさせて、混合気に着火する。なお、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂによる燃料噴射は、点火プラグ４４の放電前に終了する。

膨張行程では、着火による混合気の燃焼により、混合気が膨張（爆発）して、ピストン１３を上死点から下死点へ向けて移動させる。

排気行程では、下死点へ到達したピストン１３が、慣性により再び上死点へ向けて移動する。このとき、２つの排気弁３５ａ，３５ｂを前進移動させて排気側連通口３３を開放し、ピストン１３の上死点への移動に伴って、燃焼後の排気ガスを排気側連通口３３から排出させる。排気ガスの排出後、各排気弁３５ａ，３５ｂを後退移動させて排気側連通口３３を閉塞する。

以上の燃焼サイクルを繰り返し行うことで、各ピストン１３を往復動作させ、この動力をコンロッド１５を介してクランクシャフト１４に伝達することで、エンジン１は駆動力を得ることができる。

ところで、エンジン１の燃焼動作（運転）は、エンジン１の運転領域に基づいて制御されており、具体的には、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂの開閉動作を可変させたり、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの燃料噴射動作を可変させたり、あるいは点火プラグ４４の点火動作を可変させたりしている。以下、エンジン１の運転制御について、具体的に説明する。

先ず、エンジン１の運転制御の説明に先立ち、ＥＣＵ２について説明する。ＥＣＵ２は、上記したように点火プラグ４４の点火動作を制御する点火制御部１００と、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの燃料噴射動作を制御する燃料噴射制御部１０１と、吸気弁駆動装置４０を制御する吸気弁駆動制御部１０２と、を有している。また、ＥＣＵ２には、エンジン１に吸入される吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０５が接続されると共に、図示しないスロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１０６が接続され、ＥＣＵ２には、スロットルバルブを制御するスロットル制御部１０３が設けられている。さらに、ＥＣＵ２には、エンジン回転数およびエンジントルクに基づいてエンジン１の運転を制御するための運転制御マップＭが記憶されている。

図４に示すように、運転制御マップＭは、その横軸がエンジン回転数、その縦軸がエンジントルクとなっており、低回転・低トルク領域から高回転・高トルク領域にかけて３つの運転領域が設定されている。３つの運転領域は、片弁停止運転領域Ｅ１（第１運転領域）と、パーシャルリフト運転領域Ｅ２（第３運転領域）と、フルリフト運転領域Ｅ３（第２運転領域）とである。

片弁停止運転領域Ｅ１は、低回転・低トルク領域から中回転・中トルク領域に亘って設定されており、他方の吸気弁３４ｂを介して吸入される吸入空気量で十分にエンジン１を運転可能な運転領域となっている。

フルリフト運転領域Ｅ３は、高回転・高トルク領域に設定されており、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂから吸入した吸入空気量でエンジン１を運転可能な領域である。つまり、フルリフト運転領域Ｅ３は、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂから空気を吸入することでエンジン１の運転が可能となる運転領域となっている。

パーシャルリフト運転領域Ｅ２は、片弁停止運転領域Ｅ１とフルリフト運転領域Ｅ３との間の領域に設定されており、他方の吸気弁３４ｂを介して吸入される吸入空気量と２つの吸気弁３４ａ，３４ｂを介して吸入される吸入空気量との間の吸入空気量でエンジン１を運転可能な運転領域となっている。

吸気弁駆動制御部１０２は、上記の運転制御マップＭに基づいて、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂの開閉動作、すなわち開閉時期やリフト量を吸気弁駆動装置４０を介して制御している。具体的に、吸気弁駆動制御部１０２は、図５の表に示すように、エンジン１が片弁停止運転領域Ｅ１内で駆動している場合、一方の吸気弁３４ａを閉塞位置に停止させる一方、他方の吸気弁３４ｂを開放位置と閉塞位置との間で全開閉動作させている。つまり、吸気弁駆動制御部１０２は、一方の吸気弁３４ａのリフト量をゼロとしている。また、吸気弁駆動制御部１０２は、エンジン１がパーシャルリフト運転領域Ｅ２内で駆動している場合、一方の吸気弁３４ａを閉塞位置と半開放位置との間で半開閉動作させると共に、他方の吸気弁３４ｂを全開閉動作させている。つまり、吸気弁駆動制御部１０２は、一方の吸気弁３４ａのリフト量をパーシャルリフト量（半分のリフト量）としている。さらに、吸気弁駆動制御部１０２は、エンジン１がフルリフト運転領域Ｅ３内で駆動している場合、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂを全開閉動作させている。つまり、吸気弁駆動制御部１０２は、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂのリフト量をフルリフト量としている。

燃料噴射制御部１０１は、上記の運転制御マップＭに基づいて、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの燃料噴射動作、すなわち燃料噴射時期や燃料噴射量を制御している。具体的に、燃料噴射制御部１０１は、図５の表に示すように、エンジン１が片弁停止運転領域Ｅ１内で駆動している場合、閉塞位置に停止した一方の吸気弁３４ａ側の一方の燃料噴射弁４５ａからの燃料噴射を停止させ、全開閉動作を行う他方の吸気弁３４ｂ側の他方の燃料噴射弁４５ｂからの燃料噴射を全量分、実行する。このとき、燃料噴射制御部１０１は、他方の燃料噴射弁４５ｂからの燃料噴射を、他方の吸気弁３４ｂの開弁期間中に実行しており（吸気同期噴射）、具体的には、他方の燃料噴射弁４５ｂからの燃料噴射を、他方の吸気弁３４ｂの開弁直後に実行している。これにより、他方の燃料噴射弁４５ｂから噴射した燃料は、他方の吸気弁３４ｂの開弁直後に燃焼室１６内へ吸入される空気に乗って導入される。そして、燃焼室１６内へ導入された燃料は気化することで、燃焼室１６内に吸入された空気の温度を低下させ、これにより、混合気の充填効率を向上させることができる。

また、燃料噴射制御部１０１は、エンジン１がパーシャルリフト運転領域Ｅ２内で駆動している場合、半開閉動作を行う一方の吸気弁３４ａ側の一方の燃料噴射弁４５ａからの燃料噴射を停止させ、全開閉動作を行う他方の吸気弁３４ｂ側の他方の燃料噴射弁４５ｂからの燃料噴射を全量分、実行する。このとき、燃料噴射制御部１０１は、他方の燃料噴射弁４５ｂからの燃料噴射を、他方の吸気弁３４ｂの開弁期間中に実行する。

なお、高回転駆動しながらエンジン１の運転領域がパーシャルリフト運転領域Ｅ２からフルリフト運転領域Ｅ３へ移行する場合、エンジン１を駆動させるために必要な燃料噴射量が、他方の燃料噴射弁４５ｂから噴射可能な最大燃料噴射量を上回ってしまうため、燃料噴射制御部１０１は、一方の燃料噴射弁４５ａからの燃料噴射を再開させる。このとき、燃料噴射制御部１０１は、再開した一方の燃料噴射弁４５ａからの燃料噴射を、一方の吸気弁３４ａの閉弁期間中に実行する（吸気非同期噴射）。これにより、一方の燃料噴射弁４５ａから噴射した燃料は、一方の分岐吸気通路３０ｂ内において気化し、気化した燃料が一方の吸気弁３４ａの開弁時に燃焼室１６に流入することで、燃焼室１６内の混合気形成を均質とすることができる。なお、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂから燃料を噴射する場合、噴射する燃料噴射量の全量をそれぞれ半分ずつに減らして燃料を噴射する。

さらに、燃料噴射制御部１０１は、エンジン１がフルリフト運転領域Ｅ３内で駆動している場合、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂからの燃料噴射を実行する。このとき、燃料噴射制御部１０１は、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂからの燃料噴射を、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂの開弁期間中に実行する。なお、この場合も、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂから燃料を噴射するため、噴射する燃料噴射量の全量をそれぞれ半分ずつに減らして燃料を噴射する。

スロットル制御部１０３は、上記したようにスロットルバルブのスロットル開閉動作を制御することにより、燃焼室１６内に流入する吸入空気量の調整を行っている。例えば、エンジン１の運転領域がフルリフト運転領域Ｅ３から片弁停止運転領域Ｅ１へ移行する場合、すなわち全開閉動作を実行する吸気弁３４ａ，３４ｂが２つから１つになった場合、スロットル制御部１０３は、一方の吸気弁３４ａを閉塞位置において停止した分、スロットル開度を大きくする。具体的に、フルリフト運転領域Ｅ３から片弁停止運転領域Ｅ１へ移行すると、スロットル制御部１０３はスロットル開度を閉じ側とする。このため、吸気ポート３０内は負圧となり吸気抵抗が増加する。このとき、吸気弁駆動制御部１０２は、一方の吸気弁３４ａを停止させると共に他方の吸気弁３４ｂを全開閉動作させ、スロットル制御部１０３は、スロットル開度を大きくする。これにより、吸気ポート３０内の負圧は大気圧側に戻されることで吸気抵抗が減少し、ピストン１３の往復動作に加わる負荷を、すなわちポンピングロスを軽減させることができる。

ここで、図６および図７を参照して、運転制御マップＭに基づいて制御されるエンジン１の一連の燃焼動作について説明する。図６は、エンジンのスロットル全開時において、低・中回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートであり、その横軸が時間（Ｔｉｍｅ）となっており、その縦軸がアクセル開度、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂのリフト量、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂからの吸入空気量、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの燃料噴射量、および点火プラグ４４の点火時期となっている。

先ず、開度が小さい所定のアクセル開度Ａ１から、開度が大きい所定のアクセル開度Ｂ１となるように、アクセル操作を行った場合、エンジン１の運転領域は、片弁停止運転領域Ｅ１からパーシャルリフト運転領域Ｅ２を経てフルリフト運転領域Ｅ３まで移行する。つまり、アクセル開度Ａ１での運転時におけるエンジン１の運転領域は、片弁停止運転領域Ｅ１となる。また、アクセル開度Ａ１からアクセル開度Ｂ１への移行時におけるエンジン１の運転領域は、パーシャルリフト運転領域Ｅ２となる。そして、アクセル開度Ｂ１での運転時におけるエンジン１の運転領域は、フルリフト運転領域Ｅ３となる。

このときの２つの吸気弁３４ａ，３４ｂの開閉動作について説明する。片弁停止運転領域Ｅ１において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その一方が閉塞位置において停止すると共にその他方が全開閉動作するため、一方の吸気弁３４ａのリフト量はゼロとなり、他方の吸気弁３４ｂのリフト量はフルリフト量となる。また、パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その一方が半開閉動作すると共にその他方が全開閉動作するため、一方の吸気弁３４ａのリフト量はフルリフト量の半分、すなわちパーシャルリフト量となり、他方の吸気弁３４ｂのリフト量はフルリフト量となる。そして、フルリフト運転領域Ｅ３において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂはその両方が全開閉動作するため、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂのリフト量はフルリフト量となる。

また、このときの２つの吸気弁３４ａ，３４ｂからの吸入空気量について説明する。片弁停止運転領域Ｅ１において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その他方の吸気弁３４ｂのみが全開閉動作するため、燃焼室１６内に吸入される吸入空気量は、所定の吸入空気量となっている。パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その一方が半開閉動作すると共にその他方が全開閉動作するため、燃焼室１６に吸入される吸入空気量は、一方の吸気弁３４ａを半開閉動作させた分、増加する。なお、一方の吸気弁３４ａを半開閉動作させた直後から、わずかに遅れて吸入空気量が増加するのは、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０５が各吸気弁３４ａ，３４ｂから離れて設置されていることによる検出遅れによるものである。そして、フルリフト運転領域Ｅ３において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その両方が全開閉動作するため、燃焼室１６内に吸入される吸入空気量は、一方の吸気弁３４ａを半開閉動作から全開閉動作に移行した分、増加する。

さらに、このときの２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂからの燃料噴射量について説明する。片弁停止運転領域Ｅ１において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂは、その他方のみから燃料噴射が実行されるため、燃焼室１６内に導入される燃料噴射量は、吸入空気量に応じた所定の燃料噴射量となっている。また、パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂは、その他方のみから燃料噴射が実行される。このとき、燃焼室１６内に吸入される吸入空気量は片弁停止運転領域Ｅ１における吸入空気量に比して増加するため、他方の燃料噴射弁４５ｂから噴射する燃料噴射量も増加する。そして、フルリフト運転領域Ｅ３において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂは、その両方から燃料噴射が実行される。このとき、燃焼室１６内に吸入される吸入空気量はパーシャルリフト運転領域Ｅ２における吸入空気量に比して増加するため、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂから噴射する燃料噴射量も増加する。この場合、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂから燃料を噴射するため、噴射する燃料噴射量をそれぞれ半分ずつに減らすことができる。

最後に、この場合における点火プラグ４４の点火時期について説明する。片弁停止運転領域Ｅ１において、点火プラグ４４は、所定のクランク角度を点火時期として放電する。また、パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、点火プラグ４４は、一方の吸気弁３４ａの半開閉動作の直後において、点火時期を大きく遅角させ、この後、遅角した点火時期を徐々に進角させてゆく。そして、フルリフト運転領域Ｅ３において、点火プラグ４４は、一方の吸気弁３４ａの全開閉動作の直後において、点火時期を大きく遅角させ、この後、遅角した点火時期を徐々に進角させた後、再び点火時期を徐々に遅角させる。これにより、吸入空気量および燃料噴射量の増加時において、点火時期を大きく遅角させることで、エンジントルクの急激な増加によるトルク段差を抑制することができ、トルク段差によるドライバビリティの悪化を抑制することができる。

次に、図７は、エンジンのスロットル全開時において、高回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートであり、その横軸が時間（Ｔｉｍｅ）となっており、その縦軸がアクセル開度、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂのリフト量、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂからの吸入空気量、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの燃料噴射量、および点火プラグ４４の点火時期となっている。なお、図６に示すタイムチャートと異なる部分のみ説明する。

エンジン１の高回転運転時にスロットルを全開とすると、上記したように多量の燃料噴射量が必要となる。この場合、要求燃料噴射量が、他方の燃料噴射弁４５ｂから噴射可能な最大燃料噴射量を上回るため、パーシャルリフト運転領域Ｅ２内であっても、一方の燃料噴射弁４５ａから燃料を噴射する必要がある。つまり、パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂは、その両方から燃料噴射が実行される。このとき、上記したように、全開閉動作する他方の吸気弁３４ｂ側に配設された他方の燃料噴射弁４５ｂは、他方の吸気弁３４ｂの開弁期間中に燃料噴射が実行される。一方、半開閉動作する一方の吸気弁３４ａ側に配設された一方の燃料噴射弁４５ａは、一方の吸気弁３４ａの閉弁期間中に実行される。なお、図７に示すように、パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂから燃料を噴射するため、噴射する燃料噴射量をそれぞれ半分ずつに減らすことができる。

以上の構成によれば、一方の燃料噴射弁４５ａからの燃料噴射を行わず、全開閉動作する他方の吸気弁３４ｂの開弁期間中に、他方の燃料噴射弁４５ｂから燃料噴射を行うことで、燃料の気化潜熱により吸入される空気の温度を下げることができ、混合気の体積効率を向上させることができる。これにより、一方の吸気弁３４ａが閉塞位置において停止状態であっても、他方の吸気弁３４ｂから良好に混合気を充填させることができるため、混合気の燃焼により得られるエンジントルクを向上させることができる。また、噴射した燃料が吸入される空気の気流に乗って燃焼室１６に導入されるため、分岐吸気通路３０ｂ周りへの燃料の付着を抑制することができる。これにより、噴射した略全ての燃料を燃焼室１６内に導入することができるため、燃費向上を図ることができる。

また、片弁停止運転領域Ｅ１において、一方の吸気弁３４ａを閉塞位置または閉塞位置近傍に停止させると共に、一方の吸気弁３４ａ側に配設された一方の燃料噴射弁４５ａからの燃料噴射を停止させることで、一方の吸気弁３４ａ周りに燃料が溜まることを防止することができる。このため、一方の吸気弁３４ａの開弁時において、溜まった燃料が燃焼室１６内に流入することによる、つまり燃料の過剰供給によるトルク段差の発生を防止することができる。

さらに、半開閉動作する一方の吸気弁３４ａの開弁期間中に燃料噴射を実行すると、一方の吸気弁３４ａに対し多量の燃料が付着する。このため、一方の吸気弁３４ａが半開閉動作を行うパーシャルリフト運転領域Ｅ２において、一方の吸気弁３４ａ側の一方の燃料噴射弁４５ａからの燃料噴射を停止することで、一方の吸気弁３４ａに燃料が付着することを防止することができる。

また、一方の吸気弁３４ａが半開閉動作を行うパーシャルリフト運転領域Ｅ２において、一方の吸気弁３４ａ側の一方の燃料噴射弁４５ａから燃料を噴射する場合、一方の燃料噴射弁４５ａは一方の吸気弁３４ａの閉弁時において燃料を噴射する。これにより、噴射された燃料は一方の吸気弁３４ａ側の分岐吸気通路３０ｂ内において気化し、気化した燃料は一方の吸気弁３４ａの開弁時に燃焼室１６内に導入されることで、燃焼室１６内に形成される混合気を均質状態とすることができる。

さらに、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂが全開閉動作するフルリフト運転領域Ｅ３から、一方の吸気弁３４ａが閉塞位置に停止すると共に他方の吸気弁３４ｂが全開閉動作する片弁停止運転領域Ｅ１へ移行する場合、スロットルバルブのスロットル開度を大きくすることができる。これにより、吸気ポート３０内の圧力を上昇させることができるため、吸気抵抗が減少し、ピストン１３の往復動作に加わる負荷を、すなわちポンピングロスを軽減させることができる。

また、本実施例において、吸気弁駆動装置４０は片弁停止機構により構成されていたが、これに限らず、変形例として、吸気弁駆動装置４０は可変動弁機構により構成してもよい。つまり、可変動弁機構は、少なくとも一方の吸気弁３４ａを所望のリフト量で開閉動作可能となっている。この構成によれば、図８および図９に示すように、一方の吸気弁３４ａのリフト量をゼロからフルリフト量まで連続的に可変させることができる。

ここで、図８および図９を参照して、吸気弁駆動装置４０を可変動弁機構により構成した変形例において、運転制御マップＭに基づいて制御されるエンジン１の燃焼動作について説明する。図８は、エンジンのスロットル全開時において、低・中回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートであり、その横軸が時間（Ｔｉｍｅ）となっており、その縦軸がアクセル開度、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂのリフト量、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂからの吸入空気量、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの燃料噴射量、および点火プラグ４４の点火時期となっている。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。

先ず、開度が小さい所定のアクセル開度Ａ１から、開度が大きい所定のアクセル開度Ｂ１となるように、アクセル操作を行った場合、エンジン１の運転領域は、片弁停止運転領域Ｅ１からパーシャルリフト運転領域Ｅ２を経てフルリフト運転領域Ｅ３まで移行する。つまり、アクセル開度Ａ１でエンジン１を運転した場合におけるエンジン１の運転領域は、片弁停止運転領域Ｅ１となる。また、アクセル開度Ａ１からアクセル開度Ｂ１への移行した場合におけるエンジン１の運転領域は、パーシャルリフト運転領域Ｅ２となる。そして、アクセル開度Ｂ１でエンジン１を運転した場合におけるエンジン１の運転領域は、フルリフト運転領域Ｅ３となる。

このときの２つの吸気弁３４ａ，３４ｂの開閉動作について説明する。片弁停止運転領域Ｅ１において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その一方が閉塞位置において停止すると共にその他方が全開閉動作するため、一方の吸気弁３４ａのリフト量はゼロとなり、他方の吸気弁３４ｂのリフト量はフルリフト量となる。また、パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その一方が連続的にリフト量をゼロからフルリフト量まで増加させながら開閉動作すると共にその他方が全開閉動作する。そして、フルリフト運転領域Ｅ３において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その両方が全開閉動作するため、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂのリフト量はフルリフト量となる。

また、このときの２つの吸気弁３４ａ，３４ｂからの吸入空気量について説明する。片弁停止運転領域Ｅ１において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その他方の吸気弁３４ｂのみが全開閉動作するため、燃焼室１６内に吸入される吸入空気量は、所定の吸入空気量となっている。パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その一方のリフト量が連続的に増加すると共にその他方が全開閉動作するため、燃焼室１６に吸入される吸入空気量は、一方の吸気弁３４ａのリフト量が増加した分、増加する。つまり、吸入空気量も連続的に増加する。そして、フルリフト運転領域Ｅ３において、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂは、その両方が全開閉動作するため、燃焼室１６内に吸入される吸入空気量は、一方の吸気弁３４ａが全開閉動作する分、増加する。

さらに、このときの２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂからの燃料噴射量について説明する。片弁停止運転領域Ｅ１において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂは、その他方のみから燃料噴射が実行されるため、燃焼室１６内に導入される燃料噴射量は、吸入空気量に応じた所定の燃料噴射量となっている。また、パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂは、その他方のみから燃料噴射が実行される。このとき、燃焼室１６内に吸入される吸入空気量は片弁停止運転領域Ｅ１における吸入空気量から連続的に増加するため、他方の燃料噴射弁４５ｂから噴射する燃料噴射量も連続的に増加する。そして、フルリフト運転領域Ｅ３において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂは、その両方から燃料噴射が実行される。このとき、燃焼室１６内に吸入される吸入空気量はパーシャルリフト運転領域Ｅ２において連続的に増加してきた最大の吸入空気量となる。この場合、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂから燃料を噴射するため、噴射する燃料噴射量をそれぞれ半分ずつに減らすことができる。

最後に、この場合における点火プラグ４４の点火時期について説明する。片弁停止運転領域Ｅ１において、点火プラグ４４は、所定のクランク角度を点火時期として放電する。また、パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、点火プラグ４４は、点火時期を徐々に進角させてゆく。そして、フルリフト運転領域Ｅ３において、点火プラグ４４は、点火時期を徐々に遅角させる。つまり、吸入空気量および燃料噴射量が徐々に増加するため、点火時期を大きく遅角する必要がない。

次に、図９は、エンジンのスロットル全開時において、高回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートであり、その横軸が時間（Ｔｉｍｅ）となっており、その縦軸がアクセル開度、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂのリフト量、２つの吸気弁３４ａ，３４ｂからの吸入空気量、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂの燃料噴射量、および点火プラグ４４の点火時期となっている。なお、図８に示すタイムチャートと異なる部分のみ説明する。

エンジン１の高回転運転時にスロットルを全開とすると、上記したように多量の燃料噴射量が必要となる。この場合、要求燃料噴射量が、他方の燃料噴射弁４５ｂから噴射可能な最大燃料噴射量を上回るため、パーシャルリフト運転領域Ｅ２内であっても、一方の燃料噴射弁４５ａから燃料を噴射する必要がある。つまり、パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂは、その両方から燃料噴射が実行される。このとき、上記したように、全開閉動作する他方の吸気弁３４ｂ側に配設された他方の燃料噴射弁４５ｂは、他方の吸気弁３４ｂの開弁期間中に燃料噴射が実行される。一方、リフト量が連続的に増加する一方の吸気弁３４ａ側に配設された一方の燃料噴射弁４５ａは、一方の吸気弁３４ａの閉弁期間中に実行される。なお、パーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂから燃料噴射が実行される場合、図９に示すように、各燃料噴射弁４５ａ，４５ｂからの燃料噴射量は半分となる。

以上の構成においても、一方の燃料噴射弁４５ａからの燃料噴射を行わず、全開閉動作する他方の吸気弁３４ｂの開弁期間中に、他方の燃料噴射弁４５ｂから燃料噴射を行うことで、燃料の気化潜熱により吸入される空気の温度を下げることができ、混合気の充填効率を向上させることができる。これにより、一方の吸気弁３４ａが閉塞位置において停止状態であっても、他方の吸気弁３４ｂから良好に混合気を充填させることができるため、混合気の燃焼により得られるエンジントルクを向上させることができる。

なお、図７および図９に示す、エンジン１の高回転運転時におけるパーシャルリフト運転領域Ｅ２において、２つの燃料噴射弁４５ａ，４５ｂから噴射される燃料噴射量を半分ずつとなるようにしたが、半開閉動作を行う一方の吸気弁３４ａ側に設けられた一方の燃料噴射弁４５ａからの燃料噴射量を、全開閉動作を行う他方の吸気弁３４ｂ側に設けられた他方の燃料噴射弁４５ｂからの燃料噴射量に比して少量となる燃料噴射量にしてもよい。

以上のように、本発明は、ポート噴射式の内燃機関において有用であり、特に、ツインインジェクタ式の内燃機関に適している。

本実施例に係るポート噴射式のエンジンの構成を表した模式的断面図である。 本実施例に係るポート噴射式のエンジンの燃焼室周りを表した部分断面図である。 燃焼室の上方から見た吸気側連通口および排気側連通口の上面図である。 運転制御マップを模式的に表した説明図である。 各運転領域における吸気弁のリフト量と燃料噴射弁からの燃料噴射量との関係を説明する図である。 本実施例に係るエンジンのスロットル全開時において、低・中回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートである。 本実施例に係るエンジンのスロットル全開時において、高回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートである。 変形例に係るエンジンのスロットル全開時において、低・中回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートである。 変形例に係るエンジンのスロットル全開時において、高回転で駆動するエンジンの燃焼動作を表したタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ ＥＣＵ
１０ クランクケース
１１ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
１３ ピストン
１４ クランクシャフト
１５ コンロッド
１６ 燃焼室
２０ クランク角センサ
２４ シリンダボア
２５ ピストンキャビティ
３０ 吸気ポート
３０ａ 集合吸気通路
３０ｂ 分岐吸気通路
３１ 排気ポート
３１ａ 集合排気通路
３１ｂ 分岐排気通路
３２ 吸気側連通口
３３ 排気側連通口
３４ａ，３４ｂ 吸気弁
３５ａ，３５ｂ 排気弁
４０ 吸気弁駆動装置
４１ 排気弁駆動装置
４４ 点火プラグ
４５ａ，４５ｂ 燃料噴射弁
１００ 点火制御部
１０１ 燃料噴射制御部
１０２ 吸気弁駆動制御部
１０３ スロットル制御部
１０５ エアフローセンサ
１０６ スロットル開度センサ
Ｍ 運転制御マップ
Ｅ１ 片弁停止運転領域
Ｅ２ パーシャルリフト運転領域
Ｅ３ フルリフト運転領域

Claims (4)

1. 燃焼室と、
   前記燃焼室に連通する２つの吸気通路と、
   前記各吸気通路を開閉自在な２つの吸気弁と、
   前記各吸気通路に向かって燃料を噴射可能な２つの燃料噴射弁と、
   前記各吸気弁を開放位置と閉塞位置との間で全開閉動作させると共に、少なくとも前記一方の吸気弁を前記閉塞位置に停止可能な吸気弁駆動手段と、
   前記吸気弁駆動手段を制御可能な吸気弁駆動制御手段と、
   前記各燃料噴射弁による燃料噴射動作を制御可能な燃料噴射制御手段と、を備え、
   前記吸気弁駆動手段は、少なくとも前記一方の吸気弁を半開放位置と前記閉塞位置との間で半開閉動作可能な構成となっており、
   前記吸気弁駆動制御手段は、内燃機関の運転領域に基づいて前記吸気弁駆動手段を制御しており、前記運転領域が、前記他方の吸気弁から吸入した空気量で内燃機関を駆動可能な第１運転領域であるとき、前記一方の吸気弁を前記閉塞位置に停止させる一方、前記他方の吸気弁を全開閉動作させ、
   前記燃料噴射制御手段は、前記一方の吸気弁側における前記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止すると共に、前記他方の吸気弁側における前記他方の燃料噴射弁からの燃料噴射を、前記他方の吸気弁の開弁期間中に実行し、
   前記吸気弁駆動制御手段は、前記運転領域が、前記第１運転領域に比して高負荷領域であると共に前記２つの吸気弁から吸入した空気量で内燃機関を駆動可能な第２運転領域であるとき、前記２つの吸気弁を全開閉動作させ、
   前記燃料噴射制御手段は、前記２つの燃料噴射弁からの燃料噴射を実行し、
   前記吸気弁駆動制御手段は、前記運転領域が前記第１運転領域と前記第２運転領域との間の第３運転領域となるとき、前記一方の吸気弁を半開閉動作させると共に、前記他方の吸気弁を全開閉動作させることを特徴とする内燃機関。
2. 前記第３運転領域において、前記燃料噴射制御手段が前記２つの燃料噴射弁から燃料噴射を実行するとき、前記燃料噴射制御手段は、半開閉動作する前記一方の吸気弁側における前記一方の燃料噴射弁からの燃料噴射を、前記一方の吸気弁の閉弁期間中に実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 半開閉動作する前記一方の吸気弁側における前記一方の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量は、全開閉動作する前記他方の吸気弁側における前記他方の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量に比して少量となっていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整可能なスロットルバルブと、
   前記スロットルバルブのスロットル開度を制御可能なスロットル制御手段と、をさらに備え、
   前記スロットル制御手段は、前記２つの吸気弁が開閉動作を実行する前記第３運転領域から、前記一方の吸気弁が前記閉塞位置に停止すると共に前記他方の吸気弁が全開閉動作する前記第１運転領域へ移行するとき、スロットル開度を大きくすることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関。

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