JP2004316541A

JP2004316541A - 筒内噴射式内燃機関

Info

Publication number: JP2004316541A
Application number: JP2003111353A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Minami; 昌宏南
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP4120452B2

Abstract

【課題】充填効率を悪化させることなく気筒内に噴射された燃料の気化・霧化の促進を図ることができる筒内噴射式内燃機関を提供する。
【解決手段】気筒４内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段９と、主に排気行程中に開き、気筒内から既燃焼ガスを排出させる排気弁１３と、排気弁１３を開閉させる排気弁駆動手段１５と、を備え、排気弁駆動手段１５が吸気行程中にも排気弁１３を開き、既燃焼ガスを気筒内に流入させる筒内噴射式内燃機関において、排気弁駆動手段１５は、吸気行程中であって燃料噴射手段９が燃料を噴射する期間に、排気弁１３を開くことを特徴とする。噴射後の飛行中の燃料に、再度流入する高温の既燃焼ガスが衝突するので、噴射された燃料の気化・霧化を促進することができるとともに、燃料がシリンダ壁等に衝突・付着することを防止することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気筒（シリンダ）内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関に関し、特に均質燃焼の際の混合気の均質度を高める技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関においては、筒内に直接燃料を噴射するため、吸気ポート内に燃料を噴射する場合と比較すると、燃料が気化・霧化する時間が短いので混合気の均質度が悪化するおそれがある。その場合は、燃焼状態が悪くなり、内燃機関の出力性能の低下、エミッション悪化、スモーク発生増等の不具合を生じさせてしまう。
【０００３】
また、燃料は、高圧で筒内に噴射されるため、特に冷間時等は、燃料が気化・霧化する前に、直接、シリンダの対抗壁面やピストンの頭頂面に燃料が衝突し付着するおそれがある（図５参照）。このような場合も、混合気の均質度が悪化し、出力性能の低下、エミッション悪化、スモーク発生増等の不具合を生じさせてしまう。
【０００４】
これに対して、吸気行程中に排気弁を開いて既燃焼ガスを気筒内に流入させ、気筒内温度を上げることで燃料の気化・霧化を促進させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０６−２８０５８１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１９９４４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、吸気行程の全行程あるいはほぼ全行程において排気弁を開いているため、気筒内に噴射された燃料が燃焼する前に排気ポートから流出して、充填効率が悪化するおそれがある。
【０００７】
また、本発明者等の研究によると、吸気行程中であっても、燃料を噴射する前や燃料を噴射した後に排気弁を開弁させても、燃料の気化・霧化の促進効果は少ないことが判明した。
【０００８】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、充填効率を悪化させることなく気筒内に噴射された燃料の気化・霧化の促進を図ることができる筒内噴射式内燃機関を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る筒内噴射式内燃機関にあっては、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、主に排気行程中に開き、前記気筒内から既燃焼ガスを排出させる排気弁と、当該排気弁を開閉させる排気弁駆動手段と、を備え、前記排気弁駆動手段が吸気行程中にも前記排気弁を開き、既燃焼ガスを気筒内に流入させる筒内噴射式内燃機関において、前記排気弁駆動手段は、吸気行程中であって前記燃料噴射手段が燃料を噴射する期間に、前記排気弁を開くことを特徴とする。
【００１０】
気筒内に直接燃料を噴射する内燃機関にあっては、吸気ポートに燃料を噴射する場合と比較すると、燃料を噴射してから着火するまでの期間が短いため、噴射された燃料が十分に気化・霧化しないおそれがある。かかる場合、燃料と空気との混合が良好に行われなくなり、空気に対して燃料が均一にならずに偏在し、混合気の燃焼が不安定になる。その結果、内燃機関の出力性能の低下、エミッション悪化、スモークの発生等を生じさせてしまう。
【００１１】
かかる現象は、冷間時等の気筒内の温度が低い場合に発生し易くなる。これは、気筒内の温度が低いと、噴射された燃料が気化・霧化し難いためである。さらに、噴射された燃料が、気筒の対抗壁面あるいはピストンの頭頂面に衝突し、それらの面に付着するため、燃料と空気との混合が良好に行われなくなるためである。また、内燃機関の出力軸の回転数が高いときにも、かかる現象は発生し易くなる。これは、出力軸の回転数が高いほど、燃料を噴射してから着火するまでの時間が短くなるので、噴射された燃料が気化・霧化し難くなるためである。
【００１２】
そこで、排気弁駆動手段が、主に排気行程中に開き、気筒内から既燃焼ガスを排出させる排気弁を、吸気行程中にも開弁させる。すると、吸気行程においては気筒内が負圧になることから、高温の既燃焼ガスが再度気筒内に流入する。その結果、気筒内の温度が上昇し、気筒内に噴射された燃料が気化・霧化し易くなる。
【００１３】
本発明に係る筒内噴射式内燃機関にあっては、排気弁駆動手段が、吸気行程中であって前記燃料噴射手段が燃料を噴射する期間に、前記排気弁を開くことを特徴とする。本発明によれば、燃料が噴射されている期間に、排気弁が開き高温の既燃焼ガスが流入してくると、気筒内が暖められるとともに、再度流入してくる高温の既燃焼ガスを、噴射後の飛行中の燃料と衝突させることができるので、燃料の気化・霧化を促進させることができる。
【００１４】
一方、吸気行程中であっても、燃料が噴射される前や噴射された後に、既燃焼ガスを流入させても、上述したような燃料と既燃焼ガスとの衝突は生じないことから、燃料の気化・霧化の促進効果が小さい。また、長い間排気弁を開くと、吸気行程中であっても、噴射された燃料が燃焼する前に気筒内から排気ポートへ排出されるおそれもある。そして、かかる場合は、充填効率が悪化してしまう。
【００１５】
そこで、本発明では、燃料噴射手段が燃料を噴射する期間に、排気弁を開くことで、充填効率を悪化させることなく、効果的に噴射された燃料の気化・霧化の促進を図るものとした。
【００１６】
また、前記燃料噴射手段から噴射された燃料と、前記排気弁駆動手段が吸気行程中に前記排気弁を開いたことにより気筒内に流入する既燃焼ガスとが略直角に衝突することが好適である。かかる場合は、噴射後の飛行中の燃料の気化・霧化を効果的に促進させることができるとともに、飛行中の燃料の流速を減少させることができ、気筒の対抗壁面やピストンの頭頂面に衝突・付着する燃料を低減させて混合気の均質度を向上させることができる。
【００１７】
前記排気弁駆動手段は、前記排気弁の開弁を、前記燃料噴射手段の噴射開始時期に開始させ噴射終了時期に終了させることが好適である。このようにすれば、噴射された燃料全てに高温の既燃焼ガスを衝突させることができるので、より確実に燃料の気化・霧化を促進することができる。
【００１８】
また、前記排気弁駆動手段は、前記排気弁の開量を調節することができ、気筒内の温度が低い場合ほど開量を多くすることが好適である。上述したように、気筒内の温度が低いほど、噴射された燃料が気化・霧化し難くなる。そこで、気筒内の温度に応じて、吸気行程中に開弁させる排気弁の開量を調節することが好ましく、気筒内の温度が低いほど開量を多くするようにする。
【００１９】
このようにすれば、気筒内の温度が低いほど、気筒内に高温の既燃焼ガスが多目に流入するので、早期に気筒内の温度を高めることができるとともに、飛行中の燃料に多目の既燃焼ガスが衝突し、燃料の気化・霧化の促進、燃料の気筒の壁面等への衝突・付着の防止を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態に係る筒内噴射式火花点火内燃機関について説明する。
【００２２】
内燃機関１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とを備え、その内部にシリンダ（気筒）４を形成する。シリンダ４内には、ピストン５が往復動可能に収容されており、ピストン５の頭頂面５ａと、シリンダ４の内壁と、シリンダヘッド３とに囲まれた空間で燃焼室６を形成している。
【００２３】
また、シリンダヘッド３には点火プラグ７が設けられている。点火プラグ７は、イグナイタ８を介して適宜のタイミングで通電され、燃焼室６内に充填される燃料及び空気の混合気に点火する。また同じく、シリンダヘッド３には、燃焼室６内に直接その噴孔を臨ませた燃料噴射弁９が設けられている。燃料噴射弁９は、高圧ポンプ（図示省略）等によって加圧された加圧燃料を、燃焼室６内に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。
【００２４】
また、シリンダヘッド３には、燃焼室６に連通した吸気ポート１０と、同じく燃焼室６に連通した排気ポート１１とが形成され、さらに、吸気ポート１０と燃焼室６との境界を開放・閉塞する吸気弁１２や、排気ポート１１と燃焼室６との境界を開放・閉塞する排気弁１３が設けられている。
【００２５】
吸気弁１２は、軸部材１２ａの先端に弁体１２ｂを備えて構成され、吸気弁駆動機構１４によって開閉駆動される。この吸気弁駆動機構１４は、基本的には内燃機関の出力軸であるクランクシャフト（図示省略）の回転に同期して往復運動（開閉弁動作）を繰り返すものであるが、吸気弁１２の開閉タイミングや、弁リフト量（開弁量）を適宜変更することができる。
【００２６】
また、排気弁１３も、吸気弁１２と同様に、軸部材１３ａの先端に弁体１３ｂを備えて構成され、排気弁駆動機構１５によって開閉駆動される。排気弁駆動機構１５は、基本的にはクランクシャフトの回転に同期して往復運動（開閉弁動作）を繰り返すものであるが、排気弁１３の開閉タイミングや、弁リフト量（開弁量）も適宜変更することができる。
【００２７】
この吸気弁駆動機構１４及び排気弁駆動機構１５としては、様々な作動原理を利用した機構を採用し得る。例えば、クランクシャフトの回転に連動するカム機構であって、複数形状のカムを選択的に用いて吸気弁１２あるいは排気弁１３を駆動することのできる機構や、クランクシャフトの回転に連動するカムと、カムの動作を修正するメカニズムとを併せて活用し弁を駆動することのできる機構等を例示することができる。
【００２８】
また、吸気弁１２あるいは排気弁１３に対し、その往復動作の方向に沿って電磁力を付与することのできる機構を採用することもできる。このような機構を採用した場合、吸気弁１２あるいは排気弁１３の動作をクランクシャフトの回転に連動させる必要がなくなるため、その動作範囲や動作速度の制御ついて、自由度が高まる。
【００２９】
このような吸気弁駆動機構１４及び排気弁駆動機構１５の機能を活用することにより、後述する内燃機関１のＥＣＵ１６は、吸気弁１２及び排気弁１３の開閉タイミング及び弁リフト量（開弁量）を可変制御することができる。
【００３０】
前記内燃機関１においては、吸気行程で吸気弁１２が開弁することにより吸気ポート１０からシリンダ４内に空気が吸入される。その後、シリンダ４内に吸入された空気と燃料噴射弁９から噴射された燃料とからなる混合気の燃焼が行われると、そのときの燃焼エネルギによってピストン５が往復動する。そして、このピストン５の往復運動を、ピストン５に連結されたコンロッド（図示省略）が、内燃機関１の出力軸であるクランクシャフト（図示省略）の回転運動に変換する。一方、シリンダ４内に存在する燃焼後の混合気（既燃焼ガス）は、排気行程で排気弁１３が開弁することによりシリンダ４内から排気ポート１１へ排出される。
【００３１】
以上述べたように構成された内燃機関１には、当該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１６が併設されている。このＥＣＵ１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路である。
【００３２】
ＥＣＵ１６には、内燃機関１に取り付けられた水温センサ１７やクランクポジションセンサ（図示省略）等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ１６に入力されるようになっている。
【００３３】
一方、ＥＣＵ１６には、燃料噴射弁９、吸気弁駆動機構１４、排気弁駆動機構１５等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１６が燃料噴射弁３、吸気弁駆動機構１４、排気弁駆動機構１５等を制御することが可能になっている。
【００３４】
例えば、ＥＣＵ１６は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ１６が入力した各種信号やＥＣＵ１６が演算して得られた各種制御値は、該ＥＣＵ１６のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００３５】
更に、ＥＣＵ１６は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って燃料噴射弁９を制御する。
【００３６】
具体的には、燃料噴射量制御処理が開始されると、まず内燃機関１の運転状態、ここでは内燃機関の回転数、アクセル（図示省略）開度等がＥＣＵ１６のＲＡＭ内に設けられた作業領域に読み込まれる。そして、マップに基づいて、内燃機関の回転数及びアクセル開度等から燃料噴射量が算出される。
【００３７】
そして、燃料噴射量及び燃料の圧力に基づいて燃料噴射弁９の開弁時間が決定される。その後、燃料噴射タイミングに該当する気筒に設けられた燃料噴射弁９が当該開弁時間だけ開弁するように制御され、算出された燃料噴射量に相当する燃料が該当するシリンダ内に噴射される。
【００３８】
また、ＥＣＵ１６は、機関回転数や負荷等により変化する内燃機関の運転状態に応じて、燃焼室６内での混合気の燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換える。成層燃焼の実行中には、主に圧縮行程での燃料噴射により点火プラグ７周りに可燃混合気が存在するようにされ、その状態での点火プラグ７による点火で混合気の燃焼が行われる。また、均質燃焼の実行中には、吸気行程での燃料噴射により空気に対し燃料が均等に混合された均質混合気を形成し、その状態での点火プラグ７による点火で均質混合気の燃焼が行われる。
【００３９】
ところで、均質燃焼でのアイドル運転状態など、吸気行程での燃料噴射が行われ、かつ、燃料噴射量及び吸入空気量が共に少なくなり、シリンダ４内でのガスの流動（気流）も弱くなるという運転状態では、シリンダ４内に噴射された燃料が気化・霧化し難いため燃料と空気との混合が良好に行われなくなる。その結果、燃焼室６内にて燃料が均一にならずに偏在し、混合気の燃焼が不安定になり失火やトルク変動が生じ、内燃機関１の回転変動が大きくなるおそれがある。
【００４０】
また、均質燃焼での高負荷運転状態等、内燃機関１の回転数が高い場合は、燃料が噴射されてから点火されるまでの時間が短いため、噴射された燃料が十分に気化・霧化されずに燃料と空気との混合が良好に行われないまま、点火されるおそれがある。その結果、燃焼が悪くなり、出力性能の低下、エミッション悪化、スモークの発生等を生じさせてしまう。
【００４１】
上述したことは、冷間時等のシリンダ４内の温度が低い場合に発生し易くなる。これは、シリンダ４内の温度が低いと、噴射された燃料が気化・霧化し難いためである。さらに、冷間時においては、噴射された燃料が、シリンダ４の対抗壁面あるいはピストンの頭頂面５ａに衝突し、その面に付着するため（図５参照）、燃料と空気との混合が良好に行われなくなるためである。
【００４２】
そこで本実施の形態では、吸気行程で燃料噴射されるような均質燃焼が行われる燃焼形態のとき、燃料噴射弁９からの燃料噴射時期に合わせて排気弁１３を開弁し、排気ポート１１から高温の既燃焼ガスを流入させるようにする。具体的には、例えば、以下に説明するように実行される。
【００４３】
図２は、クランクシャフト角度に対する弁のリフト量の変化を示した図であり、主に排気行程と吸気行程中の弁のリフト量を示している。本図に示すように、吸気弁１９は主に吸気行程において開くように（リフトするように）駆動制御される（曲線Ｎ１）。一方、排気弁１３は主に排気行程において開くように（リフトするように）駆動制御される（曲線Ｅ１）。
【００４４】
さらに、本実施の形態に係る排気弁１３は、吸気行程中に燃料噴射される均質燃焼領域である場合、吸気行程においても開くように（リフトするように）駆動制御される（曲線Ｅ２）。つまり、内燃機関１の吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程の４行程からなる１周期中に、主に排気行程に１回開弁し、その後閉じた後に再度吸気行程中にも開くように制御される。
【００４５】
そして、その吸気行程中に行われる開弁の開始時期は、燃料噴射弁９による燃料噴射の開始時期と同じであり、また、その開弁の終了時期は、燃料噴射弁９による燃料噴射の終了時期と同じである。すなわち、燃料噴射弁９による燃料噴射期間に、排気弁１３は開くように駆動制御される。
【００４６】
具体的には、図２に示すように、排気弁１３は、排気行程が開始する下死点（ＢＤＣ）のやや手前から１回目の開弁を開始し、既燃焼ガスをシリンダ内から排出させた後、排気行程終了の上死点をやや過ぎたときに１回目の開弁を終了する。
【００４７】
その後、吸気行程中の燃料噴射弁９による燃料噴射期間に、２回目の開弁を行うように駆動制御される。すると、ピストン５が下降するのに伴いシリンダ４内が負圧になり、上述のように排気行程中に排出された既燃焼ガスが再度シリンダ内に流入する（図１中→印）。その結果、シリンダ４内が暖められるとともに、図１に示すように、再度流入してくる高温の既燃焼ガスが、噴射された後の飛行中の燃料と衝突するので、燃料の気化・霧化が促進される。
【００４８】
また、図１に示すように、燃料の噴射角度と既燃焼ガスの流入角度とが略直行するような位置関係にある場合は、噴射された燃料の流速が、排気ポートから流入してくる既燃焼ガスにより減速させられるので、シリンダ壁面やピストン頭頂面に衝突・付着し難くなる。また、もし燃料がシリンダ壁面やピストン頭頂面に付着したとしても、排気ポートから流入する高温の既燃焼ガス流によりその蒸発が促進される。
【００４９】
その結果、燃料と空気が良く混合し、燃焼が良好に行われるので、回転変動を安定させ、内燃機関１の出力の性能低下、エミッション悪化、スモークの発生等を抑制することができる。
【００５０】
また、吸気弁１２の開いている期間の全てにおいて排気弁１３を開くのではなく、吸気行程中の燃料噴射弁９による燃料噴射期間と同じ期間だけ排気弁１３を開弁させ、噴射される燃料を気化・霧化するのに必要最小限の既燃焼ガスを導入させるので、充填効率が悪化するのを抑制することができる。
【００５１】
なお、上述したように、シリンダ４内に噴射される燃料量に応じて燃料噴射期間は変動するが、吸気行程中の燃料噴射期間に合わせて開弁させられる排気弁１３の開弁期間も、同様に燃料噴射期間の変動に応じて変動するものである。
【００５２】
ところで、上述したように、シリンダ４内の温度が低い程、噴射された燃料が気化・霧化し難くなる。そこで、シリンダ４内の温度に応じて、吸気行程中の燃料噴射期間に合わせて開弁させる排気弁１３の開量を変更することが好ましい。つまり、シリンダ４内の温度が低い程、排気弁１３の開量を多くし、シリンダ４内に高温の既燃焼ガスを多目に流入させて、早期にシリンダ４内の温度を高めるとともに、飛行中の燃料に多目の既燃焼ガスを衝突させて、燃料の気化・霧化の促進、燃料のシリンダ壁面等への衝突・付着の防止を図るようにすることが好ましい。
【００５３】
具体的に、シリンダ４内の温度が低い場合に駆動制御される排気弁１３のリフト量を示したのが、図２に破線で示した曲線Ｅ３であり、燃料噴射期間が同一である場合は、開弁開始時期及び開弁終了時期は変更せずに燃料噴射時期に合わせるようにし、単に各クランク角度に対するリフト量を変更するようにする。
【００５４】
なお、排気弁１３の開量とは、図２の曲線Ｅ２あるいはＥ３と弁リフト量が零である横軸とで囲まれた面積のことである。つまり、開弁期間が同一である場合は、排気弁のリフト量が高いほど開量が多くなる。ただし、吸気行程での燃料噴射期間は変動するので、ＥＣＵ１６は、開量を定めたら、逐一、燃料噴射期間つまり開弁期間を基に排気弁のリフト量を決定することとなる。
【００５５】
また、シリンダ内温度と吸気行程中に開弁させる排気弁１３の開量との関係を示したのが図３である。本図に示すように、シリンダ内温度が高くなるにつれ排気弁１３の開量を少なくし、ある所定温度Ｔｆ以上となったら開弁させないようにする。
【００５６】
所定温度Ｔｆは、シリンダ内の温度が高く、噴射された燃料が気化・霧化し易く、燃料と空気が良く混合し、燃焼が良好に行われ、出力性能の低下、エミッション悪化、スモークの発生等を発生させることを防止できる温度の最低値であり、例えば９０℃である。なお、当該所定温度Ｔｆは、内燃機関毎に予め定められる値である。
【００５７】
次に、内燃機関の吸気行程中に燃料が噴射される際に開弁される排気弁１３の開量を設定するための制御ルーチンについて、図４のフローチャート図に沿って説明する。
【００５８】
この制御ルーチンは、予めＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ１６が実行するルーチンである。
【００５９】
本ルーチンでは、ＥＣＵ１６は、先ずステップ１００において、均質燃焼領域か否かを判別する。そして、均質燃焼領域であると判別された場合は、ステップ１０１に進む。一方、均質燃焼領域でないと判別された場合は、ステップ１０４へ進む。
【００６０】
ステップ１０１においては、ＥＣＵ１６は、シリンダ内温度が上述した所定温度Ｔｆより低いか否かを判別する。シリンダ内温度を認識するには、シリンダ内に温度センサを設けて直接検出しても良いし、水温センサ１７の検出値に基づいてシリンダ内温度を推定しても良い。
【００６１】
ステップ１０１において、シリンダ内温度が所定温度Ｔｆより低いと判別した場合は、ステップ１０２へ進み、シリンダ内温度がＴｆ以上であると判別した場合は、ステップ１０４へ進む。
【００６２】
ステップ１０２においては、排気弁１３の開量を決定する。これは、予め、図３のようなシリンダ内温度と排気弁１３開量との相関関係を示すマップをＲＯＭに記憶しておき、該マップにステップ１０１にて認識したシリンダ内温度を代入して決定するものである。
【００６３】
その後、ステップ１０３へ進み、ステップ１０２において決定した開量を吸気行程中の排気弁１３の開量として設定し、本ルーチンを終了する。
【００６４】
一方、ステップ１０４へは、ステップ１００で均質燃焼領域ではないと判別された場合、つまり成層燃焼領域であると判別された場合、あるいはステップ１０１でシリンダ内温度がＴｆ以上であると判別された場合に進むが、かかる場合は、吸気行程での開弁量を零と設定して本ルーチンの実行を終了する。
【００６５】
このようにして、定期的に吸気行程中の排気弁１３の開量が設定されると、均質燃焼領域である場合は、主に排気行程中の開弁とは別に、気筒毎の燃料噴射弁９の燃料噴射期間に合わせて、設定された開量だけ開弁するように、ＥＣＵ１６が、排気弁駆動機構１５を制御し、排気弁１３を駆動させる。又は、成層燃焼領域である場合は、吸気行程中には排気弁１３が開弁しないように零に設定されているので、ＥＣＵ１６が、排気弁駆動機構１５を制御し、４行程の１周期中に主に排気行程中の１回だけ開弁するように排気弁１３を駆動させる。
【００６６】
以上、本実施の形態においては、均質燃焼及び成層燃焼の両方の燃焼形態で運転される内燃機関に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、吸気行程中に燃料噴射される均質燃焼のみにおいて運転される内燃機関に適用しても良い。かかる場合の制御ルーチンとしては、図４のフローチャート中のステップ１００を省略して用いるものであり、具体的には、スタートした後すぐにステップ１０１へ進み、シリンダ内温度がＴｆより低いか否かを判別する。その後の処理は上述したのと同じであるのでその説明は省略する。
【００６７】
また、本実施の形態においては、火花点火内燃機関に適用した場合について説明したが、本発明は、圧縮着火内燃機関に適用することもできる。一般的に、圧縮着火内燃機関においては、圧縮行程中に燃料が噴射されるが、ビゴム噴射等の副噴射が実施される内燃機関については、吸気行程中に燃料が噴射されることもある。かかる場合に、本発明を適用すると、上述したのと同様に、シリンダ内に噴射された燃料の気化・霧化が促進され、燃焼を安定させることができ、上述したのと同様な効果を得ることができる。
【００６８】
また、本発明は、１気筒あたりの排気弁の数に関わらず適用することができるが、１気筒に複数本の排気弁を有する内燃機関においては、吸気行程中に燃料噴射される期間に開弁させる排気弁の本数は、少なくとも１本あればよく、内燃機関毎に任意に設定できる。また、その内燃機関の運転状態に応じて、適宜その本数を変更させても良い。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る筒内噴射式内燃機関によれば、吸気行程において燃料が噴射される期間に排気弁を開くので、必要最小限の開弁量とすることができ、充填効率を悪化させることなく気筒内に噴射された燃料の気化・霧化の促進を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る筒内噴射式火花点火内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】クランク角度に対する吸気弁及び排気弁のリフト量の推移を表した図である。
【図３】シリンダ内温度と吸気行程中に燃料が噴射される期間に開弁される排気弁の開量との関係を示す図である。
【図４】吸気行程中に燃料が噴射される期間に開弁される排気弁の開量を設定するために実行される制御ルーチンのフローチャート図である。
【図５】従来の技術に係る内燃機関の概略図である。
【符号の説明】
１内燃機関
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
４シリンダ
５ピストン
６燃焼室
７点火プラグ
８イグナイタ
９燃料噴射弁
１０吸気ポート
１１排気ポート
１２吸気弁
１３排気弁
１４吸気弁駆動機構
１５排気弁駆動機構
１６ＥＣＵ
１７水温センサ

Claims

気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、
主に排気行程中に開き、前記気筒内から既燃焼ガスを排出させる排気弁と、
当該排気弁を開閉させる排気弁駆動手段と、
を備え、
前記排気弁駆動手段が吸気行程中にも前記排気弁を開き、既燃焼ガスを気筒内に流入させる筒内噴射式内燃機関において、
前記排気弁駆動手段は、吸気行程中であって前記燃料噴射手段が燃料を噴射する期間に、前記排気弁を開くことを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
前記排気弁駆動手段は、前記排気弁の開弁を、前記燃料噴射手段の噴射開始時期に開始させ噴射終了時期に終了させることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
前記排気弁駆動手段は、前記排気弁の開量を調節することができ、気筒内の温度が低い場合ほど前記排気弁の開量を多くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関。
前記燃料噴射手段から噴射された燃料と、前記排気弁駆動手段が吸気行程中に前記排気弁を開いたことにより気筒内に流入する既燃焼ガスとが略直角に衝突することを特徴とする請求項１、２又は３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。