JP6425121B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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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