JPH10169449A - 筒内噴射型内燃機関の制御装置 - Google Patents

筒内噴射型内燃機関の制御装置

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JPH10169449A JP8334155A JP33415596A JPH10169449A JP H10169449 A JPH10169449 A JP H10169449A JP 8334155 A JP8334155 A JP 8334155A JP 33415596 A JP33415596 A JP 33415596A JP H10169449 A JPH10169449 A JP H10169449A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒内噴射型内燃機関において運転状態に応じ
て吸気管長を変更し、燃焼の安定化を図ると共に燃費の
向上及び出力の向上を図るようにした筒内噴射型内燃機
関の制御装置を提供する。 【解決手段】 運転状態に応じて燃料噴射モードを少な
くとも圧縮行程噴射モードと、吸気行程噴射モードとを
選択する筒内噴射型内燃機関１であって、燃焼室５に空
気を導入すると共にその管長が変更可能な吸気管１８
と、燃料噴射モードに応じて吸気管１８の長さを変更す
る吸気管長制御手段７０とを備え、圧縮行程噴射モード
では、吸気行程噴射モードよりも吸気管長を短くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射型内燃機
関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの吸気管の形状は、燃焼室に吸
入される混合気量の分配等を決定するための要素の一つ
であり、エンジンの全運転領域（回転域）に亘り良好な
体吸気効率を得ると共に混合気を均等に分配することが
要求される。近年、吸気管に可変吸気機構を備え、エン
ジンの運転状態に応じて吸気管長を変化させることによ
り、最適な慣性過給効果を得ることにより吸気効率を向
上するようにしたものがある。この可変吸気機構には種
々のタイプがあり、例えば、吸気管の途中に可変吸気弁
（ＩＣＶ）を設け、低回転では、可変吸気弁を閉じて吸
気管の管長を長くする（低速型ポートにする）ことによ
り、中低速度域での出力を増大させ、高回転では、可変
吸気弁を開いて吸気管の管長を短くする（高速型ポート
にする）ことにより、高速度域での出力を増大させるよ
うにした有効管長切換式のタイプがある。
【０００３】ところで、火花点火式内燃機関において、
有害排出ガス成分の低減や燃費の向上等を図るため、従
来の吸気管噴射型内燃機関に代えて燃焼室に直接燃料を
噴射する筒内噴射型内燃機関が提案されている。この筒
内噴射型内燃機関では、例えば、燃料噴射弁からピスト
ン頂部に設けたキャビティ内に燃料を噴射することで、
点火時点において点火プラグの周囲に理論空燃比に近い
空燃比の混合気を層状に生成させている。これにより、
全体に希薄な空燃比でも着火が可能となり、ＣＯやＨＣ
の排出量が減少すると共に、アイドル運転時や低負荷走
行時の燃費を大幅に向上させることができる。そして、
このような筒内噴射型の内燃機関において、上述の可変
吸気機構を適用することで、更なる燃費の向上及び出力
の向上を図ることが可能であることが本発明者らの研究
により明らかになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】筒内噴射型内燃機関に
は、吸気ポートからシリンダ内に流入する吸入空気をタ
ンブル流とすることにより燃焼を安定させものがあり、
このようにタンブル流等のシリンダ内の旋回流により燃
焼を安定するものでは、タンブル流が弱いと燃焼安定性
が悪化する虞がある。筒内噴射型内燃機関の吸気行程噴
射モード（前期噴射モード）では、燃料噴射から点火ま
での期間が長いためシリンダ内には均一な混合気が形成
される。このためタンブル流は均一な混合を促進するう
えで必要とはなるが燃焼安定性への影響は小さい。ま
た、圧縮行程の噴射モードでは、燃料噴射から点火まで
の期間が短いため点火プラグ周辺のみに理論空燃比近傍
の混合気を集める必要があり、そのためには強力なタン
ブル流が必要となる。即ち、筒内噴射型内燃機関では、
層状燃焼させている圧縮行程噴射モードにおいて比較的
強力なタンブル流が要求される。
【０００５】一方、上述した有効管長切換式の可変吸気
機構は、吸気管の形状がエンジンルームのレイアウトや
ボンネットフードと干渉しないように設ける必要がある
ためその吸気管長が長くなると曲げられてその形状が複
雑となり、これに伴い吸気管長が長くなると断面形状が
複雑な変化をする。このような複雑な変化は、タンブル
流の形成を阻害する可能性があるが、可変吸気弁を開い
て吸気管が短い状態の場合には、その断面積の変化が少
なく、従って、タンブル流の形成を阻害しない。しかし
ながら、可変吸気弁を閉じて吸気管が長くなると、その
断面積の変化や複雑な曲がりによりタンブル流の形成が
阻害される。
【０００６】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、筒内噴射型内燃機関において運転状態に応じて吸気
管長を変更し、燃焼の安定化を図ると共に燃費の向上及
び出力の向上を図るようにした筒内噴射型内燃機関の制
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】上記目的を達成するため
に本発明によれば、請求項１では、内燃機関の運転状態
に応じて、燃料噴射モードを少なくとも圧縮行程で燃料
噴射を行う圧縮行程噴射モードと、吸気行程で燃料噴射
を行う吸気行程噴射モードとを選択する筒内噴射型内燃
機関であって、前記内燃機関の燃焼室に空気を導入する
と共にその管長が変更可能な吸気管と、前記燃料噴射モ
ードに応じて前記吸気管の長さを変更する吸気管長制御
手段とを備え、前記圧縮行程噴射モードでは、前記吸気
管長制御手段により吸気管長を前記吸気行程噴射モード
における吸気管長よりも短くすることを特徴としてい
る。
【０００８】従って、圧縮行程噴射モードでは吸気行程
噴射モードよりも吸気管長を短くすることとなり、吸気
管の複雑な曲がり等による断面積の変化が少なくなり、
タンブル流の形成が阻害されない。この結果、層状燃焼
が良好となる。請求項２では、前記筒内噴射型内燃機関
は、運転状態を検出する運転状態検出手段を更に備え、
前記吸気行程噴射モードでは前記吸気管長制御手段によ
り、吸気管長を前記運転状態検出手段の検出結果に応じ
て変更可能とすることを特徴としている。
【０００９】従って、機関の運転状態に応じて吸気行程
噴射モードにおいて吸気管長を最適な長さに変更するこ
とで、慣性過給効果が得られ吸気効率が向上する。請求
項３では、前記圧縮行程噴射モードでは吸気管長の変更
量が前記吸気行程噴射モードでの吸気管長の変更量より
も小さく設定されることを特徴としている。
【００１０】従って、圧縮行程噴射モードにおける吸気
管長の変更量を吸気行程噴射モードにおける吸気管長の
変更量よりも小さくすることで、吸気管内の空気の流れ
を阻害されることが少なくなり、タンブル流の発生が良
好となる。また、吸気行程噴射モードでは、吸気管長が
圧縮行程噴射モードのときよりも大きく変化するため運
転状態に応じて吸入効率が向上する。この結果、運転状
態全域において良好な層状燃焼を維持しつつ、吸気効率
の向上が図られることとなる。
【００１１】請求項４では、前記筒内噴射型内燃機関
は、機関負荷と相関関係にある負荷相関値を検出する負
荷相関値検出手段を更に備えると共に、前記吸気行程噴
射モードは、理論空燃比よりも濃化側の空燃比で運転さ
れるエンリッチモードと、理論空燃比近傍で運転される
理論空燃比モードを少なくとも有し、前記エンリッチモ
ード又は前記理論空燃比モード選択時では、機関回転速
度が所定回転速度以下且つ負荷相関値が所定値以上のと
きでは、前記吸気管長制御手段によって吸気管長を圧縮
行程噴射モードにおける吸気管長よりも長く設定するこ
とを特徴としている。
【００１２】従って、エンリッチモード又は理論空燃比
モードが選択され、機関の回転速度が所定回転速度以下
で、且つ負荷相関値が所定値以上のときは、中低速域に
おいて出力が特に必要となるモードであり、吸気管長を
長くすることで、タンブル流は弱くなるが慣性過給効果
により吸気効率が向上して出力が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の態様を実施例
により説明する。図１は、本発明を適用した筒内噴射型
内燃機関（以下単に「エンジン」という）の概略構成図
である。エンジン１は、ガソリンエンジンであって、シ
リンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ３と共に電
磁式の燃料噴射弁４も取り付けられており、これにより
燃焼室５内に燃料が直接噴射されるようになっている。
また、シリンダ６に上下摺動自在に保持されたピストン
７の頂面には、圧縮行程後期に燃料噴射弁４からの燃料
噴霧が到達する位置に、半球状の窪みであるキャビティ
８が形成されている。また、このエンジン１の圧縮比
は、吸気管噴射型のものに比べ高く（本実施例では、１
２程度）設定されている。動弁機構としてはＤＯＨＣ４
弁式が採用されており、シリンダヘッド２の上部には、
吸排気弁９、１０を各々駆動する吸気側カムシャフト１
１、排気側カムシャフト１２が設けられている。
【００１４】シリンダヘッド２には、両カムシャフト１
１、１２との間を通り抜けるようにして略直立方向に吸
気ポート１３が形成されており、この吸気ポート１３を
通過した吸気流は燃焼室５内でタンブル流を発生可能と
されている。一方、排気ポート１４は、通常のエンジン
と同様に略水平方向に形成され、大径のＥＧＲポート１
５が分岐している。エンジン１には、冷却水温ＴW を検
出する水温センサ１６、各気筒の所定のクランク位置で
クランク角信号ＳＧＴを出力するクランク角センサ１７
であり、このクランク角センサはクランク角信号ＳＧＴ
に基づきエンジン回転速度Ｎｅを検出可能としている。
更に、点火プラグ３に高電圧を出力する点火コイル１９
等が設けられている。また、クランクシャフトの半分の
回転数で回転するカムシャフトには、気筒判別信号ＳＧ
Ｃを出力する気筒判別センサ（図示せず）が設けられ、
クランク角信号ＳＧＴがどの気筒のものか判別可能とさ
れている。
【００１５】吸気ポート１３には可変吸気管１８を有す
る吸気マニホールド２１を介してスロットルボディ２
３、吸気量補正手段として機能するステッパモータ式の
＃１ＡＢＶ弁（第１エアバイパスバルブ）２４、エアフ
ローセンサ３２及びエアクリーナ２２を具えた吸気管２
５が接続されている。更に、吸気管２５には、スロット
ルボディ２３を迂回して吸気マニホールド２１に吸気を
導入する大径のエアバイパスパイプ２６が併設されてお
り、その管路にはリニアソレノイド式で大型の＃２ＡＢ
Ｖ弁（第２エアバイパスバルブ）２７が設けられてい
る。エアバイパスパイプ２６は、吸気管２５に準ずる流
路面積を有しており、＃２ＡＢＶ弁２７の全開時にはエ
ンジン１の低中速域で要求される量の吸気が可能となっ
ている。一方、＃１ＡＢＶ弁２４は、＃２ＡＢＶ弁２７
より小さい流路面積を有しており、少量の吸気量を調整
する場合には＃１ＡＢＶ弁２４を使用する。
【００１６】スロットルボディ２３には、流路を開閉す
るバタフライ式のスロットル弁２８と共に、スロットル
弁２８の開度θthを検出するスロットルポジションセン
サ２９と、スロットル弁２８の全閉状態を検出してエン
ジンのアイドリング状態を検出するアイドルスイッチ３
０とが備えられている。また、エアクリーナ２２の内部
には吸気密度を求めるための大気圧センサ、吸気温セン
サ（共に図示せず）が配設されており、大気圧、吸気温
度に対応する信号を出力する。更に、吸気管２５の入口
近傍には、吸入空気量Ｑａを検出するエアフローセンサ
３２が配設されており、一吸気行程当たりの体積空気流
量に比例した渦発生信号を出力する。尚、エアフローセ
ンサに代えて吸気通路内の吸気圧を測定するブースト圧
センサを設けても良い。
【００１７】可変吸気管１８を図２に基づき詳細に説明
すると有効管長切換式の可変吸気装置あって、管路１８
ａと、この管路１８ａに接続される管路１８ｂ、１８ｃ
と、管長を切り換える可変吸気弁（ＩＣＶ）１８ｄとに
より構成されている。この可変吸気管１８の管路１８ａ
は管長が長く設定されており、エンジンルーム内に収納
するために複雑な形状に曲げられ、その断面積の変化も
大きい。特にいわゆる直立ポート式のＶ型エンジンで
は、エンジン上部とボンネットフードとのスペースの関
係上両バンク間に可変吸気管を設けることとなるが、そ
の場合、様々なエンジン部品との干渉を避けるためによ
り一層吸気管１８ｂの断面積変化が大きくなる可能性が
ある。尚、管路１８ｃは、比較的曲がりが少ない。
【００１８】管路１８ａは、上流端がスロットルバルブ
に接続され、下流端に管路１８ｂ、１８ｃの各上流端が
接続されている。管路１８ｂの下流端は、管路１８ｃの
上流端に接続されており、管路１８ｃの下流端は、エン
ジン１の吸気ポート１３に接続される。可変吸気弁１８
ｄは、管路１８ｃの上流端に設けられており、管路１８
ｂ又は１８ｃの何れか一方を管路１８ａに接続する。ま
た、管路１８ａ、１８ｂ、及び１８ｃの接続部はサージ
タンクとして機能する。可変吸気弁１８ｄは、図示のよ
うに閉弁されているときには管路１８ｂが管路１８ａと
管路１８ｃとの間に接続されて管長が長くなり、点線で
示すように開弁されたときには管路１８ａと管路１８ｃ
とが直接接続されて管路長が短くなると共に、管路の曲
がりが少なくなり、その断面積の変化も少なくなる。供
給される空気は、可変吸気弁１８ｄが閉弁されていると
きには実線の矢印で示すように管路１８ａ、１８ｂ、１
８ｃの経路で流れ、このときには吸気管１８内の空気の
流れが悪くなりタンブル流が弱くなる。可変吸気弁１８
ｄが開弁されているときには点線の矢印で示すように管
路１８ａ、１８ｃの経路で流れ、このときは吸気管１８
内の空気の流れがスムーズとなりタンブル流が強くな
る。
【００１９】可変吸気管１８の可変吸気弁１８ｄは、例
えば、ソレノイド３３により開・閉制御され、当該ソレ
ノイド３３は、後述する電子制御装置（ＥＣＵ７０）に
よりエンジン１の運転状態に応じてオン・オフ制御され
る。即ち、可変吸気管１８は、エンジン１の運転状態に
応じてその管長が変更される。排気ポート１４には、Ｏ
2 センサ４０が取付けられた排気マニホールド４１を介
して、三元触媒４２や図示しないマフラー等を具えた排
気管４３が接続している。また、上述のＥＧＲポート１
５は、大径のＥＧＲパイプ４４を介して、スロットル弁
２８の下流、且つ吸気マニホールド２１の上流に接続さ
れており、その管路にはステッパモータ式のＥＧＲ弁４
５が設けられている。
【００２０】燃料タンク５０の燃料は、電動式の低圧燃
料ポンプ５１により吸い上げられ低圧フィードパイプ５
２を介してエンジン１側に送給される。低圧フィードパ
イプ５２内の燃圧は、リターンパイプ５３の管路に介装
された第１燃圧レギュレータ５４により比較的低圧に調
圧される。エンジン１側に送給された燃料は、シリンダ
ヘッド２に取り付けられた高圧燃料ポンプ５５により高
圧フィードパイプ５６とデリバリパイプ５７とを介して
各燃料噴射弁４に送給される。高圧燃料ポンプ５５は、
排気側又は吸気側カムシャフト１２、１１により駆動さ
れ、エンジン１のアイドル運転時にも５ＭＰａ〜７ＭＰ
ａ以上の吐出圧を発生する。デリバリパイプ５７内の燃
圧は、リターンパイプ５８の管路に介装された第２燃圧
レギュレータ５９により比較的高圧に調圧される。燃圧
切換弁６０は、第２燃圧レギュレータ５９に取り付けら
れており、オン状態で燃料をリリーフしてデリバリパイ
プ５７内の燃圧を低燃圧に低下させることが可能であ
る。リターンパイプ６１は、高圧燃料ポンプ５５の潤滑
や冷却等を行った一部の燃料を燃料タンク５０に還流さ
せる。
【００２１】車室内には、入出力装置、制御プログラム
や制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、
タイマカウンタ等を具えたＥＣＵ（電子制御ユニット）
７０が設置されており、このＥＣＵ７０によってエンジ
ン１の総合的な制御が行なわれる。ＥＣＵ７０の入力側
には、上述した各種センサ類をはじめ作動時にエンジン
１の負荷となるエアコン装置、パワーステアリング装
置、自動変速装置等の作動状況を検出するスイッチ類
（何れも図示せず）が接続され、各検出信号をＥＣＵ７
０に供給している。尚、ＥＣＵ７０には、上述した各種
のセンサ類やスイッチ類の他に、図示しない多数のスイ
ッチやセンサ類が入力側に接続されており、出力側にも
各種警告灯や機器類等が接続されている。
【００２２】ＥＣＵ７０は、上述した各種センサ類及び
スイッチ類からの検出信号に基づき、燃料噴射モードを
始めとして燃料噴射量、燃料噴射終了時期、点火時期、
ＥＧＲガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁４、点火コ
イル１９、ＥＧＲ弁４５等を駆動制御する。次に、前記
エンジン１の制御を簡単に説明する。
【００２３】運転者がイグニッションキースイッチをオ
ン操作すると、ＥＣＵ７０は、低圧燃料ポンプ５１と燃
圧切換弁６０をオンにして燃料噴射弁４に低燃圧の燃料
を供給する。これは、エンジン１のクランキング時には
高圧燃料ポンプ５５が不完全にしか作動しないためであ
る。次に、運転者がイグニッションキースイッチをスタ
ート操作すると、エンジン１が図示しないスタータによ
ってクランキングされ、同時にＥＣＵ７０による燃料噴
射制御が開始される。このとき、ＥＣＵ７０は、吸気行
程噴射モード（前期噴射モード）を選択するとともに比
較的リッチな空燃比となるように燃料を増量して噴射す
る。これは、冷機時には燃料の気化率が低いことに基づ
いている。即ち、燃料を増量することで燃焼に寄与する
燃料を十分に確保するのである。また、ＥＣＵ７０は、
このような始動時には＃２ＡＢＶ弁２７を閉鎖するた
め、燃焼室５への吸気はスロットル弁２８の隙間や＃１
ＡＢＶ弁２４を介して供給される。
【００２４】始動が完了してエンジン１がアイドル運転
を開始すると、高圧燃料ポンプ５５が定格の吐出作動を
始める。これを受けてＥＣＵ７０は燃圧切換弁６０をオ
フにして燃料噴射弁４に高圧の燃料を供給する。そし
て、冷却水温ＴW が所定値に上昇するまでＥＣＵ７０
は、始動時と同様に吸気行程噴射モードを選択して燃料
を噴射してリッチな空燃比を確保すると共に、＃２ＡＢ
Ｖ弁２７も継続して閉鎖する。ちなみにエアコン等の補
機類の負荷の増減に応じたアイドル回転数の制御は、従
来の吸気管噴射型エンジンと同様に＃１ＡＢＶ弁２４に
よって行われる。更に、所定サイクルが経過してＯ2 セ
ンサ４０が活性化されると、ＥＣＵ７０はＯ 2 センサ４
０の出力電圧に応じて空燃比フィードバック制御を開始
し、有害排出ガス成分を三元触媒４２により浄化させ
る。このように、冷機時においては、吸気管噴射型エン
ジンと略同様の燃料噴射制御が行われるが、吸気管１３
の壁面への燃料滴の付着などがないため、制御の応答性
や精度は向上する。
【００２５】エンジン１の暖機が終了すると、ＥＣＵ７
０は吸入空気量Ｑａ又はスロットル開度θth等から得た
目標平均有効圧（目標負荷）Ｐe とエンジン回転数（回
転速度）Ｎe とに基づき、燃料噴射制御マップから現在
の燃料噴射制御領域を検索し、燃料噴射モード及び燃料
噴射量と燃料の噴射時期とを決定して燃料噴射弁４を駆
動する他、＃１、＃２ＡＢＶ弁２４、２７やＥＧＲ弁４
５の開弁制御等も行う。ちなみにアイドル運転時等の低
負荷・低回転運転時には図３のマップに示されるように
圧縮行程噴射リーン域（後期噴射リーン域）となるた
め、ＥＣＵ７０は、圧縮行程噴射モード（後期噴射モー
ド）を選択すると共に＃２ＡＢＶ弁２７及びＥＧＲ弁４
５を運転状態に応じて開弁し、リーンな空燃比（例えば
３０から４０程度）となるように燃料を噴射する。
【００２６】この時点では、吸気ポート１３から流入し
た吸気流がタンブル流を形成し、その燃料噴霧がピスト
ン７のキャビティ８内に保存される。その結果、点火時
点において点火プラグ３の周囲には理論空燃比近傍の混
合気が層状に形成されることになり、全体としてリーン
な空燃比でも着火が可能となる。これによりＣＯやＨＣ
の排出が極少量に抑えられると共に、ポンピングロスの
低減も相俟って燃費が大幅に向上する。補機負荷等の増
減に応じたアイドル回転数の制御は、燃料噴射量を増減
させることにより行うため、従来のように吸気を制御す
るものに比べ制御応答性も非常に高くなる。また、ＥＣ
Ｕ７０は、この制御領域ではＥＧＲバルブ４５を開放
し、燃焼室５内に大量（例えば３０％以上）のＥＧＲガ
スを導入することにより、ＮＯxも大幅に低減させる。
【００２７】また、定速走行時等の中負荷域は、その負
荷状態やエンジン回転速度Ｎe に応じて、図３中の吸気
行程噴射リーン域（前期噴射リーン域）、或いは理論空
燃比フィードバック域（ストイキオフィードバック域）
あるいはオープンループ域（エンリッチモード）となる
ため、ＥＣＵ７０は、吸気行程噴射モードを選択すると
共に、所定の空燃比となるように燃料を噴射する。即
ち、吸気行程噴射リーン域では、比較的リーンな空燃比
（例えば２０〜２３程度）となるように＃１、＃２ＡＢ
Ｖ弁２４、２７の開弁量と燃料噴射量とを制御し、ＥＧ
Ｒバルブ４５を閉鎖する。また、理論空燃比フィードバ
ック域では、＃２ＡＢＶ弁２７とＥＧＲ弁４５とを開閉
制御すると共に、Ｏ2 センサ４０の出力電圧に応じて空
燃比が理論空燃比近傍になるように空燃比フィードバッ
ク制御を行う。
【００２８】この場合、吸気ポート１３から流入した吸
気流がタンブル流を形成するためタンブル流による乱れ
の効果により、リーンな空燃比でも着火が可能となる。
また、理論空燃比フィードバック域では、比較的高い圧
縮比により大きな出力が得られると共に、有害排出ガス
成分が三元触媒４２により浄化すると共に、ＥＧＲバル
ブ４５を制御し、燃焼室５内に適量のＥＧＲガスを導入
することにより、ＮＯxの発生を低減させる。
【００２９】急加速時や高速走行時等の高負荷域は、図
３中のオープンループ域（エンリッチモード）となるた
め、ＥＣＵ７０は、吸気行程噴射モードを選択すると共
に＃２ＡＢＶ弁２７を閉鎖し、吸入空気量Ｑａ又はスロ
ットル開度θthやエンジン回転速度Ｎe 等に応じて、比
較的リッチな空燃比（理論空燃比よりも濃化側の空燃
比）となるように燃料を噴射する。
【００３０】尚、中高速走行中の惰行運転時は燃料カッ
ト域となるためＥＣＵ７０は、燃料噴射を停止する。こ
れにより、燃費が向上すると同時に有害排出ガス成分の
排出量も低減される。この燃料カットは、エンジン回転
速度Ｎe が復帰回転速度より低下した場合や、運転者が
アクセルペダルを踏み込んだ場合には即座に中止され
る。
【００３１】次に、可変吸気管１８の管長制御について
図２に基づき説明する。図２に示す可変吸気管１８は、
可変吸気弁１８ｄが閉じると長くなって低速型のポート
となり、開くと短くなって高速型のポートとなる。可変
吸気管１８は、長くなると断面積変化の影響によりタン
ブル流が弱くなる傾向にあり、短くなると断面積変化の
影響が小さくなりタンブル流が強くなる。
【００３２】前述したように筒内噴射型内燃機関では、
タンブル流を利用して燃焼を安定させるような効果を得
ており、タンブル流は可変吸気管１８の長さによって変
化する。そこで、エンジン１の運転状態に応じて可変吸
気弁１８ｄを開閉制御することにより各モードに適した
タンブル流を得るのである。可変吸気弁１８ｄは、ＥＣ
Ｕ７０により、エンジン回転数Ｎeと負荷Ｐbとによって
のみ開閉制御しても良く、また、燃料噴射モードとリン
クさせて開閉制御するようにすれば運転モード切換マッ
プを使用することができコンピュータ容量を低下させる
ことができる。また上記を併用しても良い。
【００３３】ところで、圧縮行程モードでは、圧縮後期
に燃料を噴射し、点火プラグ近傍に比較的濃い混合気を
安定して形成するために強いタンブル流が必要である。
従って、圧縮行程噴射モードでは、可変吸気弁１８ｄを
開いて可変吸気管１８の管長を短くする。これによりタ
ンブルの形成が阻害されず燃焼が安定するため排ガスが
低減（ＴＨＣ）し燃費が向上する。エンジン１が吸気行
程噴射リーンモードの運転状態にあるときには、可変吸
気弁１８ｄを開いてタンブル流を増やす。これにより燃
焼室内の燃料の急速燃焼を可能とすることで、均一な希
薄混合気の燃焼が安定する。また、エンジン１が吸気行
程噴射ストイキオモードの運転状態にあるときには、可
変吸気弁１８ｄを開く。これにより、燃焼速度が向上し
て抗ノック性が向上し、点火時期を進角することが可能
となる。そして、点火時期を進角させることで、燃費の
向上が図られる。
【００３４】エンジン１が低速時の吸気行程噴射エンリ
ッチのオープンループ（Ｏ／Ｌ）モード即ち、低速高負
荷運転領域にあるときには、可変吸気弁１８ｄを閉じて
吸気管１８の管長を長くする。吸気管１８が長くなる
と、慣性過給効果により吸気効率の向上によるトルクが
増大する。また、エンジン１が高速時の吸気行程噴射エ
ンリッチのオープンループ（Ｏ／Ｌ）モードの運転状態
にあるときには、可変吸気弁１８ｄを開くことで吸気効
率の向上が図られ、トルクが増大する。
【００３５】即ち、図３に斜線で示す領域Ａのように、
低速時の吸気行程噴射エンリッチ（Ｏ／Ｌ）モード（低
速高負荷領域）の運転状態においてのみ可変吸気弁１８
ｄを閉じて可変吸気管１８の管長を長くし、低速型のポ
ートとし、吸気効率を向上させて低速トルクを増大させ
る。図４は、本発明に適用する可変吸気管の他の実施例
を示す断面図である。図５は、図４の矢線Ｖ−Ｖに沿う
断面図である。図４及び図５において、可変吸気管８０
は、吸気管長を連続的に可変可能とされ、吸気分岐管８
１と、この吸気分岐管８１内に回動可能に収納された可
動管８２とにより構成されている。吸気分岐管８１は、
可変吸気管の外殻を形成するものであり、上流部８１ａ
から略半円形状をなして下流部８１ｂに至り、中央に軸
方向に大径の孔８３が設けられ、下流部８１ｂにはエン
ジン１の気筒数に応じた（例えば４つ）ポート８１ｃが
並設されている。
【００３６】可動管８２は、円筒状をなし、吸気分岐管
８１の孔８３内に気密に且つ回転可能に収納され、中央
にサージタンクとして機能する通路８５が形成され、吸
気分岐管８１の各ポート８１ｃに摺動可能に嵌合される
ポート８２ａが形成されている。各ポート８２ａは、１
巻の渦巻き状をなしており、通路８５と通路８４とを気
密に連通している。
【００３７】可動管８２は一端に配設されたギア８６、
８７、８８を介して例えばステッパモータ式の駆動用モ
ータ９０により回動可能とされており、モータ９０はＥ
ＣＵ７０によりエンジン１の運転状態に応じて制御され
る。可動管８２は、モータ９０の回転に応じて図５の反
時計方向又は時計方向に回動される。そして、吸気管８
０は、通路（サージタンク）８５の上流側がスロットル
バルブの下流に接続され、各ポート８１ｃがエンジン１
の各吸気ポート等の下流側部材に接続される。
【００３８】可変吸気管８０は、可動管８２が反時計方
向に回動して、ポート８２ａが実線で示すように吸気分
岐管８１の通路８４の終端位置にあるときには最長とな
り、吸入された空気は、通路（サージタンク）８５から
各ポート８１ｃに実線の矢印のように流れる。可動管８
２が時計方向に回動してポート８２ａが２点鎖線で示す
通路８４の始端位置にあるときには最短となり、吸入さ
れた空気は、通路８５から各ポート８１ｃに２点鎖線の
矢印のように流れる。そして、吸気管長は、可動管８２
の回動位置に応じて連続的に変化する。
【００３９】このような可変吸気管においても、吸気が
上流部８１ａと接する距離が短ければ円弧状に形成され
ることによって生じるタンブル流の悪化を低減すること
ができるため、強いタンブル流が要求される運転モード
では通路８４を短くすることが好ましい。但し、通路８
４は本実施例では変曲点が存在しないように形成されて
いるため、通路８４が長くなればタンブル流は通路８４
の長さとほぼ比例して弱くなる。つまり強いタンブル流
が要求される前述の圧縮行程噴射モードであっても、燃
焼を悪化させないための最低限度のタンブル流まで通路
８４を長くすることが可能となり、燃焼安定性を悪化す
ることなく慣性過給効果による体積効率を向上すること
が可能となり、空気量の増加に伴い熱効率が向上し、さ
らに排気ガス温度低下により熱損失が低減し、その結果
トルクを向上することが可能となる。また、前述の吸気
行程噴射リーンモードではタンブル流に対する要求が圧
縮行程噴射モードよりも小さいため、圧縮行程噴射モー
ド時よりも通路８４の長さの変化を大きくすることが可
能であり、燃焼安定性を悪化することなく慣性過給効果
による体積効率を向上することが可能となり、空気量の
増加に伴い熱効率が向上し、さらに排気ガス温度低下に
より熱損失が低減し、その結果トルクを向上することが
可能となる。さらに、前述の理論空燃比モードではタン
ブル流に対する要求が吸気行程噴射リーンモードよりも
小さいため、吸気行程噴射リーンモード時よりも通路８
４の長さの変化を大きくすることが可能であり、運転状
態に応じた最適な通路８４の長さを選択することによ
り、理論空燃比モード全域、特に全負荷時等においてト
ルクを増大することができる。またさらに、前述のエン
リッチモードではタンブル流に対する要求が理論空燃比
モードよりも小さいため、理論空燃比モード時よりも通
路８４の長さの変化を大きくすることが可能であり、エ
ンリッチモード全域、特に全負荷時などにおいてトルク
を向上することが出来る。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１では、圧縮行程噴射モードにおいて、吸気管長を
吸気行程噴射モードにおける吸気管長よりも短くするこ
とで、燃焼室内に良好な層状吸気を維持することが出来
る。請求項２では、吸気行程噴射モードにおいて、吸気
管長を運転状態に応じて変更可能とすることで、吸気効
率を向上することが出来る。
【００４１】請求項３では、圧縮行程噴射モードにおい
て、吸気管長の変更量を吸気行程噴射モードの吸気管長
の変更量よりも小さく設定することで、燃焼室内に良好
な層状吸気を維持しながら吸気効率を向上することが出
来る。請求項４では、エンリッチモード又は理論空燃比
モードの選択時には、機関回転速度が所定回転速度以
下、且つ負荷相関値が所定値以上のときに吸気管長を長
く設定することで、出力が特に必要となるモードにおい
て吸気効率を向上でき、出力を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒内噴射型内燃機関の制御装置の
概略構成図である。
【図２】図１の筒内噴射型内燃機関の可変吸気管の一例
を示す断面図である。
【図３】図１の筒内噴射型内燃機関の燃料噴射制御マッ
プである。
【図４】可変吸気管の他の例を示す断面図である。
【図５】図４の可変吸気管の矢線Ｖ−Ｖに沿う断面図で
ある。
【符号の説明】
１ エンジン ３ 点火プラグ ４ 燃料噴射弁 ５ 燃焼室 ６ シリンダ ７ ピストン １８ 可変吸気管 １８ｄ 可変吸気弁 ７０ ＥＣＵ ８０ 可変吸気管 ８１ 吸気分岐管 ８２ 可動管 ９０ モータ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射
    モードを少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う圧縮行程
    噴射モードと、吸気行程で燃料噴射を行う吸気行程噴射
    モードとを選択する筒内噴射型内燃機関であって、 前記内燃機関の燃焼室に空気を導入すると共にその管長
    が変更可能な吸気管と、 前記燃料噴射モードに応じて前記吸気管の長さを変更す
    る吸気管長制御手段とを備え、 前記圧縮行程噴射モードでは、前記吸気管長制御手段に
    より吸気管長を前記吸気行程噴射モードにおける吸気管
    長よりも短くすることを特徴とする筒内噴射型内燃機関
    の制御装置。
  2. 【請求項２】 前記筒内噴射型内燃機関は、運転状態を
    検出する運転状態検出手段を更に備え、前記吸気行程噴
    射モードでは前記吸気管長制御手段により、吸気管長を
    前記運転状態検出手段の検出結果に応じて変更可能とす
    ることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型内燃機関
    の制御装置。
  3. 【請求項３】 前記圧縮行程噴射モードでは吸気管長の
    変更量が前記吸気行程噴射モードでの吸気管長の変更量
    よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１又は
    ２記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置。
  4. 【請求項４】 前記筒内噴射型内燃機関は、機関負荷と
    相関関係にある負荷相関値を検出する負荷相関値検出手
    段を更に備えると共に、前記吸気行程噴射モードは、理
    論空燃比よりも濃化側の空燃比で運転されるエンリッチ
    モードと、理論空燃比近傍で運転される理論空燃比モー
    ドを少なくとも有し、前記エンリッチモード又は前記理
    論空燃比モード選択時では、機関回転速度が所定回転速
    度以下且つ負荷相関値が所定値以上のときでは、前記吸
    気管長制御手段によって吸気管長を圧縮行程噴射モード
    における吸気管長よりも長く設定することを特徴とする
    請求項１乃至３記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置。
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