JP6425121B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本開示は、１つの気筒に接続される２つの吸気ポートそれぞれに燃料噴射用インジェクタが設けられた内燃機関に関し、特に、それぞれの燃料噴射用インジェクタの燃料噴射タイミングの制御技術に関する。

１つの気筒に接続される２つの吸気ポートそれぞれに燃料噴射用インジェクタが設けられた内燃機関が知られており、また２つの吸気ポートそれぞれを開閉制御する２つ吸気弁の開閉動作を任意のタイミングで制御する可変動弁機構についても知られている。

この２つの吸気弁を異なるバルブタイミング開閉させた場合に、２つの吸気弁に対して燃料噴射タイミングを、同じにすると、筒内に混合気の濃淡が生じる場合や、燃料が液滴で筒内に入り、未燃によるＨＣ排出量やカーボンデポジット化に至る場合がる。

例えば、特許文献１には、吸気弁の閉じ時期が他方よりも遅く設定された遅閉じ側の吸気ポートは、他方の早閉じ側の吸気ポートに比して、ガス（新気と燃料との混合気）の吹き戻り量が多くなる。ガスの吹き戻り量が多くなれば、次回の吸気行程において、遅閉じ側の筒内の空燃比が、早閉じ側に比して部分的にリッチになりやすい。このため、リッチ側においてエミッションの悪化を抑制するため、遅閉じ側の吸気ポートへの燃料噴射量を他側より少なくすることが示されている。

特開２０１１−１５７８５９号公報

特許文献１は、前述のように、吸気弁の閉じ時期を異ならせた場合におけるエミッションの悪化抑制について技術である。このため、吸気弁の開弁時期を異ならせた場合におけるエミッションの悪化抑制の技術への適用までは開示されていない。

そこで、これら技術的課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態の目的は、１つの気筒に接続される２つの吸気弁の開時期を異ならせる場合において、２つの吸気ポートに対しての燃料噴射を制御して、燃料の混合および気化を促進し筒内に混合気の濃淡が生じることを抑制し、及び燃料が液滴で筒内に入り未燃によるＨＣの排出や、カーボンデポジット化を抑制することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る内燃機関は、気筒に接続された第１の吸気ポートと第２の吸気ポートと、前記第２の吸気ポートと前記気筒との開閉を制御する第２の吸気弁と、前記第１の吸気ポートと前記気筒との開閉を制御するとともに、前記第２の吸気弁よりも開弁時期が進角する第１の吸気弁と、前記第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、前記第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、前記第２の燃料噴射弁の噴射時期に対して進角して前記第１の燃料噴射弁による燃料噴射を行う燃料噴射制御手段と、を備えたことを特徴とする。

このような構成によると、燃料の混合と気化促進が図られる。

幾つかの実施形態では、前記気筒は吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程を循環させる内燃機関に配置され、前記燃料噴射手段は、前記第１の燃料噴射弁による排気行程噴射をすることを特徴とする。

このような構成によると、先に開く吸気弁側の吸気ポートに対して、吸気弁が開く吸気行程の直前の排気行程において第１の燃料噴射弁による排気行程噴射を行う。
この排気行程噴射によって、燃料がポート内の空気と予め混合した状態となり混合が促進される。さらに、吸気弁が開くと燃焼室内の燃焼ガスが吸気ポート内にバックフローとして流入するため、バックフローによって、排気行程噴射した燃料が吸気ポート、及び吸気管内で撹拌及び加熱等されて、燃料の混合と気化促進が図られる。
また、吸気弁が先に開く吸気ポートに対してのみ排気行程噴射を行うため、先に開く吸気ポートの方が後に開く吸気ポートより大きいバックフローの流れが生じるため、燃料の混合と気化促進を効率よく発生させることができるため排気行程噴射の燃料消費を低減できる。この結果、バックフローを利用して効果的に燃料と空気の混合促進が図れ、これにより未燃ＨＣ排出量及びカーボンデポジット等の不具合が解消される。

幾つかの実施形態では、前記燃料噴射制御手段は、前記排気行程噴射後の前記吸気行程で前記第１および第２の吸気弁開弁中に前記第１および第２の燃料噴射弁による燃料噴射を行うことを特徴とする。

このような構成によると、２つの吸気ポートの吸気弁が開弁中に、前記第１および第２の燃料噴射弁による燃料噴射を行うため、噴射燃料量を確保することができるとともに、両方の吸気ポート内で、燃料の混合と気化が促進される。

幾つかの実施形態では、前記内燃機関は前記第１の吸気弁を前記第２の吸気弁に対して進角させる第１の位相可変手段を備え、前記燃料噴射制御手段は、前記第１の位相可変手段によって２つの吸気弁の開弁時期に位相差が生じる場合には、先に開く側の燃料噴射弁に対して前記排気行程噴射を実行し、２つの吸気弁の開弁時期に位相差が生じない場合には両方の吸気弁に対してそれぞれ排気行程噴射を実行することを特徴とする。

このような構成によると、内燃機関の運転状態に応じて前記第１の吸気弁を前記第２の吸気弁に対して進角させる（第２の吸気弁を第１の吸気弁に対して遅らせる）第１の位相可変手段（スプリット可変機構）を備えるため、２つの吸気弁の開弁時期の位相差を制御することができる。
このため、２つの吸気弁の開弁時期の位相差が制御されるため、位相差がなく同一の場合と位相差が生じる場合との制御が可能である。
位相差が生じる場合には、先に開く側の燃料噴射弁に対して制御し、位相差が生じずに同一位相の場合には、両方の燃料噴射弁に対してそれぞれ排気行程噴射を実行する。これによってバックフローが活用されて、燃料の混合及び気化を促進できる。

幾つかの実施形態では、前記内燃機関は前記第１の吸気弁の開閉を制御する第１のカムと、前記第２の吸気弁の開閉を制御する第２のカムと、を備え、前記第１の位相可変手段は前記第１のカムに対する第２のカムの位相を可変させることを特徴とする。

このような構成によると、前記第１のカムに対する前記第２のカムの位相を可変させることによって、第１の吸気弁を第２の吸気弁に対して進角させる第１の位相可変手段を、簡単に構成することができる。

幾つかの実施形態では、前記内燃機関は、前記内燃機関のクランク軸の回転に対する前記第１の吸気弁および第２の吸気弁の位相を可変させる第２の位相可変手段を備え、前記第１または第２の吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ期間が所定期間以上の際は、前記所定期間の経過後に吸気行程噴射を行うことを特徴とする。

このような構成によると、吸気行程で噴射する吸気行程噴射の噴射開始タイミングを、吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ期間が所定期間以上の場合には、その期間を経過後に噴射開始することで、筒内掃気作用で吸気行程噴射の燃料が排気系へ排出されてしまうことを確実に防止して燃費悪化を防止することができる。

幾つかの実施形態では、前記燃料噴射制御手段は、運転状態が低回転であって高負荷時には、前記排気行程噴射を行わないことを特徴とする。

このような構成によると、内燃機関の運転状態が低回転であって高負荷領域の場合には、筒内の排気ガスは、排気慣性によって筒内掃気作用（スカベンジング作用）が生じる傾向が大きいため、この運転領域では、排気行程噴射を事前に吸気ポート内に噴射しても、前述したバックフローが生じ難く、バックフローによる燃料混合及び気化促進作用が得られ難いので、排気行程噴射を行わないようにしている。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、１つの気筒に接続される２つの吸気弁の開時期を異ならせる場合において、２つの吸気ポートに対しての燃料噴射を制御して、燃料の混合および気化を促進し筒内に混合気の濃淡が生じることや、燃料が液滴で筒内に入り、未燃によるＨＣ排出量やカーボンデポジット化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の全体構成を示す概略図である。 吸気ポート及び燃料噴射弁周囲の拡大説明図である。 燃料噴射弁、吸気弁、排気弁、排気ポート、吸気ポートの配置を示す平面説明図である。 可変動弁機構の説明図である。 可変動弁機構の一部詳細断面説明図である。 ＥＣＵの構成ブロック図である。 第１実施形態の燃料噴射制御の制御フローチャートである。 図７のフローチャートに対応する吸気弁及び排気弁の開閉バルブタイミング、及び燃料噴射状態の説明図である。 第２実施形態の燃料噴射制御の制御フローチャートである。 図９のフローチャートに対応する吸気弁及び排気弁の開閉バルブタイミング、及び燃料噴射状態の説明図である。 第３実施形態の燃料噴射制御の制御フローチャートである。 図１１のフローチャートに対応する吸気弁及び排気弁の開閉バルブタイミング、及び燃料噴射状態の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の全体構成を示す概略図である。同図に示すように、内燃機関（エンジン）１のシリンダヘッド３には気筒毎に点火プラグ５が取り付けられ、また、シリンダヘッド３には気筒毎に２つの吸気ポート７ａ、７ｂが燃焼室（気筒）９に接続して形成され、それぞれの吸気ポート７ａ、７ｂには吸気マニホールド１１の吸気通路１３が接続され、また各吸気ポート７ａ、７ｂの燃焼室９側には、２つの吸気弁１５ａ、１５ｂが気筒毎に設けられている。

吸気弁１５ａ、１５ｂは、エンジン回転に応じて回転する吸気カムシャフト１７のカム２０、２２に倣って開閉作動され、各吸気ポート７ａ、７ｂと燃焼室９との連通及び遮断を行なうようになっている。
各吸気ポート７ａ、７ｂが形成されたシリンダヘッド３には、それぞれの吸気ポートに対応して電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ、ＩＮＪ）１９ａ、１９ｂが取り付けられ、燃料タンク２１から燃料パイプ２３を介して、さらに高圧燃料噴射ポンプ２５を介して燃料噴射弁１９ａ、１９ｂに燃料が供給されるようになっている（図２参照）。

また、シリンダヘッド３には気筒毎に２つの排気ポート２７ａ、２７ｂが燃焼室９に接続して形成され、各排気ポート２７ａ、２７ｂの燃焼室９側には２つの排気弁２９ａ、２９ｂが気筒毎にそれぞれ設けられている。排気弁２９ａ、２９ｂは、エンジン回転に応じて回転する排気カムシャフト３１のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート２７ａ、２７ｂと燃焼室９との連通及び遮断を行うようになっている。
そして、各排気ポート２７ａ、２７ｂには排気マニホールド３３の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート２７ａ、２７ｂには、排気マニホールド３３の排気管３５が連通している。

これら吸気弁１５、排気弁２９、吸気ポート７、排気ポート２７、燃料噴射弁１９の配置関係を図２の平面図に示す。
この図２に示すように、２つの吸気ポートは第１の吸気ポート７ａと第２の吸気ポート７ｂからなり、２つの排気ポートは第１の排気ポート２７ａと第２の排気ポート２７ｂからなり、それぞれの吸気ポート７ａ、７ｂには、第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂが設けられ、それぞれの排気ポート２７ａ、２７ｂには、第１の排気弁２９ａと第２の排気弁２９ｂが設けられ、２つの燃料噴射弁は、第１の燃料噴射弁１９ａと第２の燃料噴射弁１９ｂからなっている。
そして、第１の燃料噴射弁１９ａは、第１の吸気ポート７ａ内に燃料を噴射するように取り付けられ、第２の燃料噴射弁１９ｂは、第２の吸気ポート７ｂ内に燃料を噴射するように取り付けられている。

図３に示すように、燃料噴射弁１９からの噴射燃料は、吸気弁１５が開いているときに吸気流に乗って吸気ポート７の弁座３７と吸気弁１５の傘部３９の間を通過して燃焼室９内に燃料が向かうように流れる。
この場合、弁軸を挟んで図中上側に燃料を偏在させることにより、燃料噴射の誘起する流動によって燃焼室９内でのタンブル流Ｔを強化することができる。また、弁軸を挟んで左右方向のいずれかに燃料を偏在させることにより、燃焼室９内でのスワール流を強化することができる。

燃料噴射弁１９の上流側における吸気マニホールド１１には吸気管４１が接続され、吸気管４１には電磁式のスロットルバルブ４３が取り付けられ、アクセルペダル（不図示）の踏み込み量がアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）４５で検出され、アクセルポジションセンサ４５の検出情報に基づいてスロットルバルブ４３が動作されるようになっている。また、吸気マニホールド１１とスロットルバルブ４３との間の吸気管４１には、サージタンク４７が設けられている。

排気マニホールド３３の他端には排気管３５が接続され、排気管３５には、排気浄化触媒（例えば、三元触媒）４９が介装され、排気浄化触媒４９により排ガスが浄化される。
また、エンジン１には、吸気弁１５及び排気弁２９のリフト量及びリフト時期（バルブ動作状態）を任意に変更する可変動弁機構５１が設けられ、可変動弁機構５１によりカムの位相が変更される等して、各吸気弁１５ａ、１５ｂ及び各排気弁２９ａ、２９ｂの動作状態が任意に設定される。

さらに、この可変動弁機構５１は、吸気弁側可変動弁機構５３と排気弁側可変動弁機構５５を有し、吸気弁側可変動弁機構５３には、第１の吸気弁１５ａの開閉時期と第２の吸気弁１５ｂの開閉時期との差を可変させる第１の位相可変手段（スプリット可変機構）５３ａと、第１の吸気弁１５ａ及び第２の吸気弁１５ｂ全体の開閉時期を可変させる第２の位相可変手段５３ｂとを備えている。

ここで、第１の位相可変手段（スプリット可変機構）５３ａと、第２の位相可変手段５３ｂについて、図４、５を参照して説明する。
図５に示すように、吸気カムシャフト１７は、中空のアウタカムシャフト１７ａとアウタカムシャフト１７ａに挿入されたインナカムシャフト１７ｂとを備えた２重構造となっている。アウタカムシャフト１７ａ及びインナカムシャフト１７ｂは、若干の隙間を有しつつ同心上に配置され、エンジン１のシリンダヘッド３に形成された複数のカムホルダ１８に回動可能に支持されている。

アウタカムシャフト１７ａには、第１の吸気弁１５ａを開閉する第１の吸気カム（第１のカム）２０が固定されている。また、アウタカムシャフト１７ａには回動可能に第２の吸気弁１５ｂを開閉する第２の吸気カム２２（第２のカム）が支持されている。
第２の吸気カム２２は、アウタカムシャフト１７ａが挿入される略円筒状の支持部２２ａと、支持部２２ａの外周から突出した第２の吸気弁１５ｂを駆動するカム山部２２ｂとから構成されている。

第２の吸気カム２２とインナカムシャフト１７ｂとは固定ピン２４により固定されている。固定ピン２４は、第２の吸気カム２２の支持部２２ａ、アウタカムシャフト１７ａ及びインナカムシャフト１７ｂを貫通しており、アウタカムシャフト１７ａには固定ピン２４が通過する長孔２６が周方向に延びて形成され、インナカムシャフト１７ｂに設けられた孔には略隙間なく挿入されるとともに、両端部がかしめられて支持部２２ａに固定されている。
よって、第１の吸気カム２０はアウタカムシャフト１７ａの回転により駆動し、第２の吸気カム２２はインナカムシャフト１７ｂの回転により第１の吸気カム２０に対して位相可変する構成となっている。

また、図４に示すように、吸気カムシャフト１７には、第１の位相可変手段５３ａ及び第２の位相可変手段５３ｂが設けられている。第１の位相可変手段５３ａ及び第２の位相可変手段５３ｂは、例えば公知のベーン式油圧アクチュエータが用いられている。ベーン式油圧アクチュエータは、円筒状のハウジング８０内にベーンロータ８１が回動可能に設けられて構成されており、ハウジング８０内への作動油の供給に応じて、ハウジング８０に対するベーンロータ８１の回転角度を可変させる機能を有する。

第２の位相可変手段５３ｂは吸気カムシャフト１７の前端部に設けられている。詳しくは、第２の位相可変手段５３ｂのハウジングにカムスプロケット８２が固定されているとともに、第２の位相可変手段５３ｂのベーンロータにアウタカムシャフト１７ａが固定されている。
また、第１の位相可変手段５３ａは、吸気カムシャフト１７の後端部に設けられている。詳しくは、第１の位相可変手段５３ａのハウジング８０とアウタカムシャフト１７ａが固定されているとともに、第１の位相可変手段５３ａのベーンロータ８１にはインナカムシャフト１７ｂが固定されている。

従って、第２の位相可変手段５３ｂは、カムスプロケット８２に対するアウタカムシャフト１７ａの回転角を可変させる機能を有する一方、第１の位相可変手段５３ａは、アウタカムシャフト１７ａに対するインナカムシャフト１７ｂの回転角を可変させる機能を有する。即ち、第２の位相可変手段５３ｂは、排気弁の開閉時期に対して第１の吸気弁１５ａ及び第２の吸気弁１５ｂ全体の開閉時期を可変させる機能を有するとともに、第１の位相可変手段５３ａは、第１の吸気弁１５ａの開閉時期と第２の吸気弁１５ｂの開閉時期との差を可変させるスプリット可変機能を構成する。

なお、図５に示すように、第１の位相可変手段５３ａの進角油室８４へは、ＯＣＶ（油圧コントロールバルブ）８６から進角油路８８を介して作動油が供給され、第１の位相可変手段５３ａの遅角油室９０へは、ＯＣＶ８６から遅角油路９２を介して作動油が供給されて、第１の位相可変手段５３ａの作動制御が行われるようになっている。

また、図１に示すように、エンジン１には、クランク角を検出するクランク角センサ５７、エンジン回転センサ５９が設けられている。
ＥＣＵ（制御装置）６１は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置、タイマカウンタ等を備えている。このＥＣＵ６１により、エンジン１の総合的な制御が行われる。
このＥＣＵ６１の入力側には、上述したクランク角センサ５７、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）４５、エンジン回転センサ５９等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。

ＥＣＵ６１では、図６のように各種センサ類からの検出情報に基づき点火プラグ５によって適正なタイミングで火花点火を実施する点火制御手段６３と、第１の燃料噴射弁１９ａ及び第２の燃料噴射弁１９ｂを作動させて、燃料を第１の吸気ポート７ａ及び第２の吸気ポート７ｂ内へ噴射する制御を行う燃料噴射制御手段６５と、可変動弁機構５１の作動を制御する可変動弁制御手段６７とを備えている。

また、燃料噴射制御手段６５には、吸気行程中に第１の燃料噴射弁１９ａ、または第２の燃料噴射弁１９ｂから燃料を噴射させる吸気行程噴射部６９と、排気行程中にこれら燃料噴射弁１９ａ、１９ｂから燃料を噴射させる排気行程噴射部７１とが備えられている。
吸気行程噴射部６９及び排気行程噴射部７１からそれぞれの燃料噴射弁１９ａ、１９ｂに駆動指令が送られ、所定の行程時期に所定量の燃料が噴射される。

吸気行程噴射部６９及び排気行程噴射部７１には、燃料噴射制御手段６５で設定された吸気行程噴射と排気行程噴射の噴射量割合の情報が送られ、その割合の情報に応じて吸気行程噴射部６９及び排気行程噴射部７１からそれぞれの燃料噴射弁１９ａ、１９ｂに駆動指令が送られる。

また、可変動弁制御手段６７には、吸気弁側可変動弁機構５３を制御して第１の吸気弁１５ａ及び第２の吸気弁１５ｂのリフト量及びリフト時期（バルブ動作状態）を任意に変更する吸気弁可変制御部７３と、排気弁側可変動弁機構５５を制御して第１の排気弁２９ａ及び第２の排気弁２９ｂのリフト量及びリフト時期（バルブ動作状態）を任意に変更する排気弁可変制御部７５と、を備えている。

さらに、吸気弁可変制御部７３には、第１の位相可変手段（スプリット可変機構）５３ａを制御して第１の吸気弁１５ａの開閉時期と第２の吸気弁１５ｂの開閉時期との差を可変制御する第１の位相可変制御部（スプリット制御部）７７と、第２の位相可変手段５３ｂを制御して第１の吸気弁１５ａ及び第２の吸気弁１５ｂ全体の開閉時期を可変制御する第２の位相可変制御部７８とを備えている。

また、可変動弁制御手段６７には、第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂのうちどちらが先に開弁するかの情報（位相ずれが固定の場合）が入力されている。また、第１の位相可変制御部７７には、スプリット制御中に、両吸気弁１５ａ、１５ｂのうちどちらの吸気弁の開弁時期が先か、または同一位相にあるかの判定を行う吸気弁開弁時期判定部７９を備えている。

以上の構成を備えたＥＣＵ６１における第１の燃料噴射弁１９ａ及び第２の燃料噴射弁１９ｂの燃料噴射制御について次に説明する。
（第１実施形態）
図７、図８を参照して燃料噴射制御の第１実施形態について説明する。この第１実施形態は、ＥＣＵ６１の可変動弁制御手段６７によって可変動弁機構５１の制御は行われず、第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂとは所定の位相差をもって固定された状態に設定されている。すなわち、可変動弁機構５１は作動されず、または可変動弁機構５１を備えずに、予め第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂとの開弁時期に所定の位相差を持たせた設定となっている場合である。

図７のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１で先に開く吸気弁は第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂのどちらかを判定する。すなわち、先に開く吸気弁が第１の吸気弁１５ａか否をあらかじめ設定された情報を基に判定する。

判定結果がＹｅｓ、すなわち、第１の吸気弁１５ａが先の場合を例に説明する。このＹｅｓの場合には、ステップＳ２で第１の吸気弁１５ａに対して排気行程噴射を実行する。すなわち、吸気行程の直前の排気行程において第１の吸気ポート７ａに第１の燃料噴射弁１９ａから燃料を噴射する。その後、ステップＳ３で、該第１の吸気ポート７ａへ吸気行程における吸気行程噴射を実行する。

一方、ステップＳ１の判定結果がＮｏの場合、すなわち、後から開弁される第２の吸気弁１５ｂに対しては、ステップＳ４で、第２の吸気ポート７ｂに対して第２の燃料噴射弁１９ｂから吸気行程噴射を実行する。

図８は、図７のフローチャートに対応する吸気弁１５ａ、１５ｂ及び燃料噴射弁１９ａ、１９ｂの開閉バルブタイミング（リフト状態）及び燃料噴射状態を示している。第１の吸気弁１５ａが先に開弁する場合を示し、第１の燃料噴射弁１９ａが、排気行程噴射（図８のＡ１で示す部分）されて、その後に吸気行程での吸気行程噴射（図８のＡ２で示す部分）が行われる。第２の燃料噴射弁１９ｂに対しては、排気行程噴射は行われず、吸気行程の吸気噴射タイミングに基づいて、噴射行程噴射（図８のＢ２で示す部分）が実行されることを示している。

このように、先に開く第１の吸気弁１５ａ側の第１の吸気ポート７ａに対してのみ、吸気弁が開く吸気行程の直前の排気行程において排気行程噴射を行う。
そして、その後それぞれの第１の吸気弁１５ａ及び第２の吸気弁１５ｂの吸気行程で吸気行程噴射を行わせるようにしたため、第１の吸気弁１５ａが開く吸気行程前の排気行程で予め第１の吸気ポート７ａ内に排気行程噴射がなされるので、この排気行程噴射によって、燃料が第１の吸気ポート７ａ内の空気と予め混合し、さらに、第１の吸気弁１５ａが第２の吸気弁１５ｂより先に開くため、開いた時には、燃焼室９内の燃焼ガスが第１の吸気ポート７ａ内にバックフローとして流入し、第１の吸気ポート７ａ、及び吸気通路１３内で、燃料の混合と気化が促進される。
すなわち、先に開く吸気ポート側だけを対象にして排気行程噴射を行うことで、バックフローを有効に利用することができ、燃料の混合と気化が促進される。

また、先に開く第１の吸気ポート７ａに対してのみ排気行程噴射を行うため、先に開く第１の吸気ポート７ａの方が後に開く第２の吸気ポート７ｂより大きいバックフローの流れが生じるため、燃料の混合と気化促進を効率よく発生させることができる。このため排気行程噴射の燃料消費を低減できる。

また、吸気行程で、それぞれの吸気弁の開弁期間中に吸気行程噴射がされる。この吸気行程噴射の燃料は、吸気流に乗せて燃焼室９内に流入し、燃焼室内で混合と気化が促進される。また、それぞれの吸気弁の開弁時期をずらすことで、燃焼室９内でスワール流が生じ、混合や気化がさらに進む。
この結果、燃料と空気の混合促進によって、未燃ＨＣ排出量及びカーボンデポジット等の不具合が解消される。さらにスワール流による筒内流動強化で燃焼期間の短縮化が可能となり、燃費向上が期待できる。

（第２実施形態）
次に、図９、図１０を参照して燃料噴射制御の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、ＥＣＵ６１の可変動弁制御手段６７によって可変動弁機構５１を制御するものであるが、第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂとの間の位相差は固定された状態である。すなわち、可変動弁機構５１は作動されるが、第２の位相可変制御部７８を作動して第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂとは、所定の位相差を有した状態で、第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂの全体の開閉時期を可変させる場合である。図１０に示すように、全体として位相可変幅Ｓ１（排気弁の場合）、Ｓ２（吸気弁の場合）可変させる場合である。次の第３実施形態で説明する第１の位相可変手段（スプリット可変機構）５３ａを作動させる場合とは相違する。

図９において、まず、ステップＳ１１で、エンジン回転数が所定値未満か否かを判定する。この所定値は、エンジン運転状態の低回転領域を判定するため閾値である。Ｙｅｓの場合には、ステップＳ１２で、クランク角センサ５７、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）４５、エンジン回転センサ５９、図示しない吸気流量を計測するエアフローメータ等の各種センサ類から信号を基に、エンジン平均有効圧力、エンジン負荷、又は充填効率を算出し、それらが所定値を超えるか否かを判定する。すなわち、ステップＳ１２で高負荷状態にあるか否かを判定する。

ステップＳ１２でＹｅｓの場合には、ステップＳ１３で、吸気弁１５と排気弁２９とのバルブオーバラップ期間を算出するとともに、該算出値が所定期間値Ｖｓより大きいか否かを判定する。
バルブオーバラップの算出は、第１の吸気弁１５ａ及び第２の吸気弁１５ｂと、第１の排気弁２９ａ及び第２の排気弁２９ｂのうち最もオーバラップ量が大きくなる期間として算出する。このバルブオーバラップの算出は、可変動弁制御手段６７で算出されるようになっている。

ステップＳ１３でＹｅｓの場合には、ステップＳ１４に進み、第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂのどちらが先に開くかを判定する。
第１の吸気弁１５ａが先に開弁すると判定した場合には、ステップＳ１５に進み、ステップＳ１５では、クランク角センサ５７からの信号を基に実際のバルブオーバラップ期間が、前記所定期間値Ｖｓを経過したか否かを判定する。経過していればステップＳ１６に進んで第１の吸気弁１５ａに対して吸気行程噴射を実行する。
第２の吸気弁１５ｂに対しては、ステップＳ１７に進み、吸気行程において吸気行程噴射を実行する。

以上説明したステップＳ１１、Ｓ１２によって、低回転で高負荷の運転状態を判定し、この運転状態のときには、燃焼室９内の燃焼ガスは、排気慣性作用によって筒内掃気（スカベンジング）される傾向が大きいため、この運転領域では、事前に排気行程噴射を吸気ポート内に噴射しても、吸気弁が開弁した際に筒内掃気作用が大きいため前述したバックフローが生じ難く、バックフローによる燃料の混合及び気化促進作用が得られ難い。このため、排気行程噴射を行わないようにしている。
特に、バルブオーバラップ量が所定値より大きくなる場合には、排気通路側への燃料及び混合気の吹き抜け作用が長期間生じるため、筒内掃気の作用と相俟って、先に開弁する吸気弁側への排気行程噴射を停止している。

また、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３のそれぞれでＮｏの判定の場合には、ステップＳ１８に進んで、第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂのどちらが先に開くかを判定する。
第１の吸気弁１５ａが先に開弁すると判定した場合には、ステップＳ１９で排気行程噴射を実施し、その後吸気行程での吸気行程噴射を実行する、また、第２の吸気弁１５ｂに対しては、ステップＳ２１で、吸気行程での吸気行程噴射を実行する。

図１０は、図９のフローチャートに対応する吸気弁１５ａ、１５ｂ及び燃料噴射弁１９ａ、１９ｂの開閉バルブタイミング（リフト状態）及び燃料噴射状態を示している。
吸気弁１５及び排気弁２９の開閉バルブタイミング及び燃料噴射状態を示している。
図１０で、通常運転する場合は、図９のフローチャートのステップＳ１８〜Ｓ２１の部分に相当する。すなわち、先に開く第１の吸気ポート７ａ側だけを対象にして排気行程噴射を行うことで、バックフローを有効に利用することができ、燃料の混合と気化が促進される。

図１０で、筒内掃気（スカベンジング）を利用する時は、低回転且つ高負荷状態のときの運転であり、図９のフローチャートのステップＳ１１〜Ｓ１７の部分に相当する。すなわち、先に開弁する第１の吸気弁１５ａでは、排気行程噴射は実行せず、さらに、バルブオーバラップ期間が、所定期間値Ｖｓより大きい場合には、その期間が経過するまで、吸気行程噴射も行わないようにしている。
これによって、第１の吸気ポート７ａへの第１の燃料噴射弁１９ａから噴射された燃料、及び第２の吸気ポート７ｂへの第２の燃料噴射弁１９ｂから噴射された燃料が無駄に排気通路側に排出されることを防止できる。その結果、燃料消費を低減できる。

（第３実施形態）
次に、図１１、図１２を参照して燃料噴射制御の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、ＥＣＵ６１の可変動弁制御手段６７によって可変動弁機構５１を制御するとともに、第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂとの間の相対的な位相差を調整する第１の位相可変制御部７７を作動させてスプリット可変制御をさせる場合である。

図１１において、まず、ステップＳ１１で、スプリットありか否かを判定する。このスプリットとは、前述のように第１の位相可変制御部７７によって、第１の吸気弁１５ａの開閉時期と第２の吸気弁１５ｂの開閉時期との位相差を可変させるものであり、このスプリット可変機構５３ａが作動されているかを判定する。
スプリットありの場合には、Ｙｅｓとなって、ステップＳ３２で、先に開く吸気弁が第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂのどちらか判定する。この判定は、スプリット制御部７７の吸気弁開弁時期判定部７９によって判定される。

ステップＳ３２での判定結果がＹｅｓ、すなわち、第１の吸気弁１５ａが先の場合を例に説明してあり、Ｙｅｓの場合には、ステップＳ３３で先の第１の吸気弁１５ａに対して排気行程噴射を実行する。すなわち、吸気行程の直前の排気行程において第１の吸気ポート７ａに燃料を噴射する。その後、ステップＳ３４で、該第１の吸気ポート７ａに対して吸気行程における吸気行程噴射を実行する。

一方、ステップＳ３２の判定結果がＮｏの場合、すなわち、後から開弁される第２の吸気弁１５ｂに対しては、ステップＳ３５で、第２の吸気ポート７ｂへ吸気行程噴射を実行する。

また、ステップＳ３１でスプリットなしの場合には、ステップＳ３６に進む。このスプリットなしの場合は、第１の吸気弁１５ａの開閉時期と第２の吸気弁１５ｂの開閉時期との位相差がない場合であり、この場合には、第１の吸気弁１５ａの開閉時期と第２の吸気弁１５ｂの開閉時期は同位相であり、それぞれの吸気弁に対してステップＳ３６で排気行程噴射（図１２のＡ１、Ｂ１で示す部分）、及びステップＳ３７で吸気行程噴射（図１２のＡ２、Ｂ２で示す部分）が実行される。

図１２は、図１１のフローチャートに対応する吸気弁１５ａ、１５ｂ及び燃料噴射弁１９ａ、１９ｂの開閉バルブタイミング（リフト状態）及び燃料噴射状態を示している。
図１２で、通常運転（スプリットなし）の場合は、図１１のフローチャートのステップＳ３６〜Ｓ３７の部分に相当する。すなわち、第１の吸気ポート７ａと第２の吸気ポート７ｂの両方を対象にして排気行程噴射を行うことで、バックフローを有効に利用することができ、燃料の混合と気化がより促進される。また、両方の燃料噴射弁共に、排気行程噴射及び吸気行程噴射を実行するため、トータルの噴射燃料量を増大することができ出力増大時の必要燃料量の確保が容易化する。

また、図１２で、位相ずれがある場合（スプリット有の場合）は、図１１のフローチャートのステップＳ３２〜Ｓ３５の部分に相当する。すなわち、先に開弁する第１の吸気弁１５ａでは、排気行程噴射とその後の吸気行程噴射を行い、後に開弁する第２の吸気弁１５ｂに対しては、吸気行程噴射を行う。

第３実施形態の場合には、ＥＣＵ６１の可変動弁制御手段６７によって可変動弁機構５１を制御するとともに、第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂとの間の位相差を調整できる第１の位相可変手段５３ａを作動させる場合には、２つの第１の吸気弁１５ａと第２の吸気弁１５ｂの開弁時期の位相差が制御されるため、２つの吸気弁の開弁時期の位相差が制御中において、同一になる場合と異なる場合とが生じる。
異なる場合には、先に開く側の燃料噴射弁に対して、同一の場合には、両方の燃料噴射弁に対して、排気行程噴射を行う。これによって、吸気２弁において第１の位相可変手段（スプリット可変機構）５３ａの作動中であっても、排気行程噴射によるバックフローの利用によって、燃料と空気の混合促進によって、未燃ＨＣ排出量及びカーボンデポジット等の不具合を抑制できる。
なお、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせてもよい。

本発明によれば、１つの気筒に接続される２つの吸気弁の開時期を異ならせる場合において、２つの吸気ポートに対しての燃料噴射を制御して、先に開弁される側の吸気ポートへ排気行程噴射を行うことで、筒内に混合気の濃淡が生じることを抑制し、及び燃料が液滴で筒内に入り未燃によるＨＣの排出や、カーボンデポジット化を抑制できるので、吸気２弁の内燃機関ヘの適用に有効である。

１ エンジン（内燃機関）
３ シリンダヘッド
５ 点火プラグ
７ 吸気ポート
７ａ 第１の吸気ポート
７ｂ 第２の吸気ポート
９ 燃焼室（気筒）
１５ 吸気弁
１５ａ 第１の吸気弁
１５ｂ 第２の吸気弁
１８ カムホルダ
１９ 燃料噴射弁
１９ａ 第１の燃料噴射弁
１９ｂ 第２の燃料噴射弁
２０ 第１の吸気カム（第１のカム）
２２ 第２の吸気カム（第２のカム）
２７ 排気ポート
２７ａ 第１の排気ポート
２７ｂ 第２の排気ポート
２９ 排気弁
２９ａ 第１の排気弁
２９ｂ 第２の排気弁
５１ 可変動弁機構
５３ 吸気弁側可変動弁機構
５３ａ 第１の位相可変手段（スプリット可変機構）
５３ｂ 第２の位相可変手段
５５ 排気弁側可変動弁機構
５７ クランク角センサ
５９ エンジン回転センサ
４５ アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）
４９ 排気浄化触媒
６１ ＥＣＵ（制御装置）
６３ 点火制御手段
６５ 燃料噴射制御手段
６７ 可変動弁制御手段
６９ 吸気行程噴射部
７１ 排気行程噴射部
７３ 吸気弁可変制御部
７５ 排気弁可変制御部
７７ 第１の位相可変制御部（スプリット制御部）
７８ 第２の位相可変制御部
７９ 吸気弁開弁時期判定部
８０ ハウジング
８１ ベーンロータ
８２ カムスプロケット

Claims (7)

1. 気筒に接続された第１の吸気ポートと第２の吸気ポートと、
   前記第２の吸気ポートと前記気筒との開閉を制御する第２の吸気弁と、
   前記第１の吸気ポートと前記気筒との開閉を制御するとともに、前記第２の吸気弁よりも開弁時期が進角する第１の吸気弁と、
   前記第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、
   前記第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、
   前記第２の燃料噴射弁の噴射時期に対して進角して前記第１の燃料噴射弁による燃料噴射を行う燃料噴射制御手段と、を備え、
   前記気筒は吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程を循環させる内燃機関に配置され、前記燃料噴射制御手段は、前記第１の燃料噴射弁による排気行程噴射を行い、前記排気行程噴射の後の前記吸気行程で前記第１および第２の吸気弁の開弁中に前記第１および第２の燃料噴射弁による燃料噴射を行うことを特徴とする内燃機関。
2. 前記内燃機関は前記第１の吸気弁を前記第２の吸気弁に対して進角させる第１の位相可変手段を備え、前記燃料噴射制御手段は、前記第１の位相可変手段によって２つの吸気弁の開弁時期に位相差が生じる場合には、先に開く側の燃料噴射弁に対して前記排気行程噴射を実行し、２つの吸気弁の開弁時期に位相差が生じない場合には両方の吸気弁に対してそれぞれ排気行程噴射を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. 前記内燃機関は前記第１の吸気弁の開閉を制御する第１のカムと、
   前記第２の吸気弁の開閉を制御する第２のカムと、を備え、
   前記第１の位相可変手段は前記第１のカムに対する第２のカムの位相を可変させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記内燃機関は、前記内燃機関のクランク軸の回転に対する前記第１の吸気弁および第２の吸気弁の位相を可変させる第２の位相可変手段を備え、
   前記第１または第２の吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ期間が所定期間以上の際は、前記所定期間の経過後に吸気行程噴射を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記燃料噴射制御手段は、運転状態が低回転であって高負荷時には、前記排気行程噴射を行わないことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
6. 気筒に接続された第１の吸気ポートと第２の吸気ポートと、
   前記第２の吸気ポートと前記気筒との開閉を制御する第２の吸気弁と、
   前記第１の吸気ポートと前記気筒との開閉を制御するとともに、前記第２の吸気弁よりも開弁時期が進角する第１の吸気弁と、
   前記第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、
   前記第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、
   前記第２の燃料噴射弁の噴射時期に対して進角して前記第１の燃料噴射弁による燃料噴射を行う燃料噴射制御手段と、を備え、
   さらに、クランク軸の回転に対する前記第１の吸気弁および第２の吸気弁の位相を可変させる第２の位相可変手段を備え、
   前記第１または第２の吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップ期間が所定期間以上の際は、前記所定期間の経過後に吸気行程噴射を行うことを特徴とする内燃機関。
7. 気筒に接続された第１の吸気ポートと第２の吸気ポートと、
   前記第２の吸気ポートと前記気筒との開閉を制御する第２の吸気弁と、
   前記第１の吸気ポートと前記気筒との開閉を制御するとともに、前記第２の吸気弁よりも開弁時期が進角する第１の吸気弁と、
   前記第１の吸気ポートに燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、
   前記第２の吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、
   前記第２の燃料噴射弁の噴射時期に対して進角して前記第１の燃料噴射弁による燃料噴射を行う燃料噴射制御手段と、を備え、
   前記気筒は吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程を循環させる内燃機関に配置され、前記燃料噴射制御手段は、前記第１の燃料噴射弁による排気行程噴射を行い、前記排気行程噴射を運転状態が低回転であって高負荷時の場合以外において行うことを特徴とする内燃機関。

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