JP2011052588A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒内における空燃比のばらつきを抑制しつつ、各気筒内の筒内温度を均一化することが可能な内燃機関の燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】所定の並び方向に配列された複数の気筒２を有し、各気筒２には、筒内燃焼温度が相対的に高温となるその並び方向の一方の領域に吸気を導入する第１の吸気ポート３と、筒内燃焼温度が相対的に低温となるその並び方向の他方の領域に吸気を導入する第２の吸気ポート４とがそれぞれ接続され、第１の吸気ポート３には第１の燃料噴射弁５が、第２の吸気ポート４には第２の燃料噴射弁６がそれぞれ設けられた内燃機関１に適用される燃焼制御装置であって、第１の燃料噴射弁５は第２の燃料噴射弁６よりも燃料噴射量が大きくなるように各燃料噴射弁５、６の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段と、第２の吸気ポート４は第１の吸気ポート３よりも導入される空気量を減少させる空気量低減手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射量を制御可能な燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃焼制御装置に関する。

直列４気筒毎に直噴型燃料噴射弁を１つずつ設け、その４気筒の中央に位置する２気筒内のそれぞれの燃料噴射弁は、４気筒の並び方向両側の気筒壁に等量の燃料を噴射する。また、４気筒の両端側に位置する２気筒内のそれぞれの燃料噴射弁は、４気筒の並び方向中央に近い気筒壁に、その気筒壁とは対向する側の気筒壁よりも多く燃料を噴射する。これにより、２つの気筒に挟まれた気筒壁を噴射燃料の気化熱によって効率的に冷却し、耐ノック性を向上させる内燃機関の燃焼制御装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特開平８−１７７４９７号公報 特開２００７−２９２０５８号公報 特開２００１−１５２８５０号公報 特開２００７−３２７３８６号公報 特開平１１−１８２３９９号公報

特許文献１の燃焼制御装置においては、燃料噴射方向によって燃料噴射量が異なるため、気筒内の気筒の並び方向中央側がリッチ、端側がリーンとなり、気筒内で空燃比のばらつきが生じるという問題がある。

そこで、本発明は、各気筒内における空燃比のばらつきを抑制しつつ、各気筒内の筒内温度を均一化することが可能な内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、所定の並び方向に配列された複数の気筒を有し、各気筒には、筒内燃焼温度が相対的に高温となる前記並び方向の一方の領域に吸気を導入する第１の吸気ポートと、筒内燃焼温度が相対的に低温となる前記並び方向の他方の領域に吸気を導入する第２の吸気ポートとがそれぞれ接続され、前記第１の吸気ポートには第１の燃料噴射弁が、前記第２の吸気ポートには第２の燃料噴射弁がそれぞれ設けられた内燃機関に適用される燃焼制御装置であって、前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射量が前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量よりも大きくなるように各燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段と、前記第２の吸気ポートから導入される空気量を前記第１の吸気ポートから導入される空気量よりも減少させる空気量低減手段と、を備えたものである（請求項１）。

本発明の燃焼制御装置においては、筒内燃焼温度が相対的に高温となる一方の領域への燃料噴射量を大きくすると、燃料の気化潜熱による冷却効果を大きくすることができる。これにより、各気筒内の筒内温度を均一化することができる。また、第２の燃料噴射弁から噴射される燃料に応じて、第２の吸気ポートから導入される空気量を減少させると、その吸気ポート内にて混合気を理論空燃比に近づけることができる。これにより、各気筒内における空燃比のばらつきを抑制することができる。

本発明の燃焼制御装置の一態様においては、前記空気量低減手段として、前記第２の吸気ポート内に、開度調整が可能なスワールコントロールバルブが設けられてもよい（請求項２）。この形態によれば、第２の燃料噴射弁から噴射される燃料に応じて、第２の吸気ポートから導入される空気量をスワールコントロールバルブの開度調整により減少させると、その吸気ポート内にて混合気を理論空燃比に近づけることができる。これにより、各気筒内における空燃比のばらつきを抑制することができる。また、気筒内にスワール流が発生する。これにより、気筒内の空燃比を均一化することができる。

本発明の燃焼制御装置の一態様においては、前記空気量低減手段として、排気通路から取り出されたＥＧＲガスを前記第２の吸気ポートに導入するＥＧＲ装置が設けられてもよい（請求項３）。この形態によれば、第２の燃料噴射弁から噴射される燃料に応じて、第２の吸気ポートから導入される空気量をＥＧＲガスの導入により減少させると、その吸気ポート内にて混合気を理論空燃比に近づけることができる。これにより、各気筒内における空燃比のばらつきを抑制することができる。

本発明の燃焼制御装置の一態様においては、前記燃料噴射制御手段は、前記第２の燃料噴射弁からの燃料噴射量に対する前記第１の燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合として定義される噴射量比を内燃機関の負荷の低下に伴って増加させてもよい（請求項４）。この形態によれば、内燃機関の負荷の低下に伴って、総燃料噴射量も小さくなる。このとき、その噴射量比を増加させれば、筒内燃焼温度が相対的に高温となる領域にて燃料の気化潜熱による冷却効果が小さくなるのを抑制できる。これにより、各気筒内の筒内温度を均一化することができる。

本発明の燃焼制御装置の一態様においては、前記一方の領域は、２つの気筒間に挟まれた気筒壁であって、かつ前記並び方向中央に近い気筒壁に接する側の領域であってもよい（請求項５）。この形態によれば、所定の並び方向中央に近い気筒壁の温度が相対的に高温になり易い。その気筒壁への燃料噴射量が大きくなるので、燃料の気化潜熱による冷却効果を大きくすることができる。これにより、各気筒壁の温度を均一化することができるので、各気筒内の筒内温度を均一化することができる。

この態様において、前記燃料噴射制御手段は、前記並び方向中央に最も近い気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量が最も大きく、かつ前記並び方向中央から離れるに従って、前記気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量が漸次減少するように燃料噴射量を制御してもよい（請求項６）。この態様によれば、所定の並び方向中央に近いほど気筒壁の温度が高温になり易い。気筒壁ごとに燃料噴射量を制御することにより、各気筒壁の温度を均一化することができるので、各気筒内の筒内温度を均一化することができる。

本発明の燃焼制御装置の一態様においては、前記燃料噴射制御手段は、内燃機関の運転状態が所定の禁止条件を満たす場合に、前記第１の燃料噴射弁と前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量の差別化を禁止してもよい（請求項７）。

この態様において、内燃機関が冷間始動状態のときに前記禁止条件が満たされてもよい（請求項８）。この態様によれば、冷間始動状態のとき、各気筒内の筒内温度は均一である。そのため、第１の燃料噴射弁と第２の燃料噴射弁の燃料噴射量の差別化を禁止し、各気筒内の筒内温度を均一に保つことができる。

この態様において、内燃機関がフューエルカットからの復帰状態にあるときに前記禁止条件が満たされてもよい（請求項９）。この態様によれば、フューエルカットからの復帰状態にあるとき、各気筒内の筒内温度は均一である。そのため、第１の燃料噴射弁と第２の燃料噴射弁の燃料噴射量の差別化を禁止し、各気筒内の筒内温度を均一に保つことができる。

この態様において、燃料噴射が所定期間に亘って実施されない燃料噴射弁が生じた場合に前記禁止条件が満たされてもよい（請求項１０）。

本発明の燃焼制御装置の一態様においては、前記燃料噴射制御手段は、内燃機関における冷却水の入口温度に対する出口温度の差が大きいほど前記並び方向中央に近い側の気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させてもよい（請求項１１）。この形態によれば、水温の差に応じて、所定の並び方向中央に近い側の気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を変更することができる。そのため、例えば、高負荷運転から低負荷運転に移行した場合でも、不均一のままの各気筒壁の温度を、均一化することができるので、各気筒内の筒内温度を均一化することができる。

本発明の燃焼制御装置の一態様においては、各気筒間の気筒壁の温度を検出する壁温検出手段をさらに具備し、前記燃料噴射制御手段は、前記壁温検出手段が検出する温度が高い気筒壁ほど当該気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させてもよい（請求項１２）。この形態によれば、直接、各気筒壁の温度を検出することができる。そのため、気筒壁の温度にばらつきが生じても、それに応じて的確に燃料を噴出することができるので、その燃料の気化潜熱の冷却効果により冷却される。これにより、確実に各気筒壁の温度を均一化することができるので、各気筒内の筒内温度を均一化することができる。

本発明の燃焼制御装置の一態様においては、気筒内におけるノッキングの発生を検知するノッキング検知手段をさらに具備し、前記燃料噴射制御手段は、前記ノッキング検知手段によりノッキングが検知された場合に、前記並び方向中央に近い側の気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させてもよい（請求項１３）。この形態によれば、ノッキングは、所定の並び方向中央に近い気筒壁の温度が相対的に高温になり易い場所に発生し易い。ノッキングの発生が検知された場合、所定の並び方向中央に近い側の気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させるので、燃料の気化潜熱による冷却効果も大きくすることができる。そのため、ノッキングの発生し易い場所を重点的に冷却することができる。これにより、各気筒壁の温度を均一化することができるので、各気筒内の筒内温度を均一化することができる。また、これにより、ノッキングの発生に素早く対応することができる。

この態様において、前記ノッキング検知手段によりノッキングが検知された場合に、前記燃料噴射制御手段による前記合計噴射量の相対的な増加と連係して点火時期を一時的に遅角させる点火時期制御手段をさらに備えてもよい（請求項１４）。

本発明の燃焼制御装置の一態様においては、各気筒の中心よりも前記一方の領域に偏った位置に点火プラグが配置されてもよい（請求項１５）。この形態によれば、筒内燃焼温度が相対的に高温となる領域から燃焼を開始することができる。そのため、筒内燃焼温度が相対的に低温となる領域をエンドガス領域とすることができる。これにより、ノッキングを抑制することができる。

以上説明したように、本発明の内燃機関の燃焼制御装置においては、筒内燃焼温度が相対的に高温となる一方の領域への燃料噴射量を大きくすると、燃料の気化潜熱による冷却効果を大きくすることができる。これにより、各気筒内の筒内温度を均一化することができる。また、第２の燃料噴射弁から噴射される燃料に応じて、第２の吸気ポートから導入される空気量を減少させると、その吸気ポート内にて混合気を理論空燃比に近づけることができる。これにより、各気筒内における空燃比のばらつきを抑制することができる。

本発明の一形態に係る燃焼制御装置が適用された内燃機関の概略を示す図。 冷却水通路と水温センサの位置を示す図。 ノックセンサの取り付け位置の一例を示す図。 各気筒壁に備えられた壁温センサを示す図。 第２の形態に係る燃焼制御装置が適用された内燃機関の概略を示す図。 図５の各気筒が燃焼中の様子を示す図。 冷間始動状態の各壁温の状況と燃料噴射制御手段のタイムチャート。 フューエルカット時の各壁温の状況と燃料噴射制御手段のタイムチャート。 各気筒内の天井面に２つの点火プラグを備えた一例及び各気筒が燃焼中の様子を示す図。

（第１の形態）
図１は、本発明の一形態に係る燃焼制御装置が適用された内燃機関の概略を示している。内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両の走行用動力源として搭載される４サイクルエンジンであり、４つの気筒２が設けられた内燃機関の本体１Ａを備えている。各気筒２には、４つの気筒２の並び方向一端側から他端側に向かって＃１〜＃４の気筒番号を付してこれらの気筒２を区別する。各気筒２には、筒内燃焼温度が相対的に高温となる４つの気筒２の並び方向の一方の領域に吸気を導入する第１の吸気ポート３と、筒内燃焼温度が相対的に低温となる４つの気筒２の並び方向の他方の領域に吸気を導入する第２の吸気ポート４とがそれぞれ接続されている。例えば、筒内燃焼温度が相対的に高温となる４つの気筒２の並び方向の一方の領域は、図１に示すように２つの気筒２間に挟まれた気筒壁２ａ、２ｂであって、かつ４つの気筒２の並び方向中央に近い気筒壁２ａ、２ｂに接する側の領域である。この場合、筒内燃焼温度が相対的に低温となる４つの気筒２の並び方向の他方の領域は、図１に示すように気筒壁２ａ〜２ｃであって、かつ第１の吸気ポート３とは反対に４つの気筒２の並び方向中央から遠い側の領域である。なお、各気筒２に接続される排気ポートは、本発明の要部ではないため、図示を省略した。

各第１の吸気ポート３（＃１〜＃４の気筒２に接続される順に、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）には、燃料を噴射する第１の燃料噴射弁５（吸気ポート３ａ〜３ｄに備えられる順に、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）が備えられている。

各第２の吸気ポート４（＃１〜＃４の気筒２に接続される順に、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）には、燃料を噴射する第２の燃料噴射弁６（吸気ポート４ａ〜４ｄに備えられる順に、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）が備えられている。また、各第２の吸気ポート４には、各第２の燃料噴射弁６から噴射される燃料噴射量に応じて、第２の吸気ポート４から導入される空気量を第１の吸気ポート３から導入される空気量よりも減少させる空気量低減手段としての開度調整可能なスワールコントロールバルブ（以下、ＳＣＶと称することがある。）１０（吸気ポート４ａ〜４ｄに備えられる順に、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）が備えられている。このＳＣＶ１０の開度の制御については後述する。

第１及び第２の燃料噴射弁５、６、並びにＳＣＶ１０の開度のそれぞれは、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０によって制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ及びそのマイクロプロセッサの動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を備えたコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられた各種のセンサからの出力信号に基づいてエンジン１の運転状態を制御する。ＥＣＵ２０には、エンジン１の吸入空気量に対応する信号を出力するエアフロメータ２１、エンジン１の冷却水の温度（水温）に対応する信号を出力する水温センサ２２、各気筒２間に挟まれた気筒壁２ａ、２ｂの温度（壁温）に対応する信号を出力する壁温センサ（壁温検出手段）２３、ノッキングの発生を検知するノックセンサ（ノッキング検知手段）２４等が接続されている。この他にもＥＣＵ２０には各種のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。ＥＣＵ２０は、エアフロメータ２１、水温センサ２２、壁温センサ２３及びノックセンサ２４等の各種のセンサから取得した数値により、エンジン１の運転状態を把握する。そして、ＥＣＵ２０は、その運転状態に応じて、各第１及び第２の燃料噴射弁５、６から噴射される総燃料噴射量を決定する。

次に、第１の燃料噴射弁の燃料噴射量が第２の燃料噴射弁の燃料噴射量よりも大きくなるように各燃料噴射弁の燃料噴射量を決定する。そして、各第１及び各第２の燃料噴射弁５、６から、それぞれ個別に燃料が噴射されるように、ＥＣＵ２０により制御する。このため、筒内燃焼温度が相対的に高温となる一方の領域への燃料噴射量を大きくすることができ、燃料の気化潜熱による冷却効果を大きくすることができる。これにより、各気筒２内の筒内温度を均一化することができる。また、筒内温度を均一化するにより、ノッキングの発生を抑制することができる。このように、ＥＣＵ２０は本発明の燃料噴射制御手段として機能する。

また、第１の燃料噴射弁５の燃料噴射量が第２の燃料噴射弁６の燃料噴射量よりも大きくなるように各燃料噴射弁５、６の燃料噴射量を決定する方法として、例えば、後述する第１〜第３の燃料噴射制御手段がある。順次説明する。

第１の燃料噴射制御手段として、第２の燃料噴射弁６からの燃料噴射量に対する第１の燃料噴射弁５からの燃料噴射量の割合として定義される噴射量比を内燃機関１の負荷の低下に伴って増加させるように各燃料噴射弁５、６の燃料噴射量を決定する。内燃機関１の負荷の低下に伴って、総燃料噴射量も小さくなる。

この形態によれば、その噴射量比を増加させれば、筒内燃焼温度が相対的に高温となる領域にて燃料の気化潜熱による冷却効果が小さくなるのを抑制できる。これにより、各気筒２内の筒内温度を均一化することができる。このように、ＥＣＵ２０は本発明の第１の燃料噴射制御手段として機能する。

次に、第２の燃料噴射制御手段として、前述した一方及び他方の領域が気筒壁２ａ〜２ｃであるとき、図１に示すように、４つの気筒２の並び方向中央に最も近い気筒壁２ａを挟んで配置された２つの燃料噴射弁５ｂ、５ｃの合計噴射量が最も大きく、かつ４つの気筒２の並び方向中央から離れるに従って、気筒壁２ｂを挟んで配置された２つの燃料噴射弁（５ａ及び６ｂ、５ｄ及び６ｃ）の合計噴射量が漸次減少するように各燃料噴射弁５、６の燃料噴射量を決定する。４つの気筒２の並び方向中央に近いほど各壁温が高温になり易いので、上記のように燃料噴射量を決定する。

この形態によれば、第１及び第２の燃料噴射弁５、６の燃料噴射量を決定することにより、温度が最も高温となる気筒壁２ａでは燃料の気化潜熱による冷却効果を大きくすることができる。これにより、各壁温を均一化することができるので、筒内温度をも均一化することができる。また、筒内温度の均一化により、燃料速度を各気筒２で同等に揃えることができるので、気筒２間燃焼変動を抑制することができる。このように、ＥＣＵ２０は本発明の第２の燃料噴射制御手段として機能する。

また、第２の燃料噴射制御手段では、所定の条件に応じて、４つの気筒２の並び方向中央に近い側の気筒壁２ａ、２ｂを挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させることができる。所定の条件とは、水温の差、ノッキングの発生である。順次説明する。

まず、水温の差の場合を説明する。図２は、冷却水通路と水温センサの位置を示している。図２に示すように、内燃機関の本体１Ａには、冷却水通路３０が備えられている。この冷却水通路の入口３１に入口水温センサ２２ａを備え、この出口３２に出口水温センサ２２ｂを備える。この２つの水温センサ２２ａ、２２ｂは、それぞれの検出した水温をＥＣＵ２０に出力する。水温の差とは、出口水温センサ２２ｂによって検出された出口温度と、入口水温センサ２２ａによって検出された入口温度との差である。つまり、冷却水の入口温度に対する出口温度の差が大きいほど４つの気筒２の並び方向中央に近い側の気筒壁２ａ、２ｂを挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させることができる。

例えば、水温の差が大きいときの合計噴射量は、第１の燃料噴射弁５ｂ、５ｃの合計噴射量が１．６となる。第１の燃料噴射弁５ａ及び第２の燃料噴射弁６ｂと、第１の燃料噴射弁５ｄ及び第２の燃料噴射弁６ｃとの合計噴射量が、いずれも１．２となる。また、第２の燃料噴射弁６ａ、６ｄとの燃料噴射量が、いずれも０．０となる。

また、例えば、水温の差が小さいときの合計燃料噴射量は、第１の燃料噴射弁５ｂ、５ｃの合計噴射量が１．２となる。第１の燃料噴射弁５ａ及び第２の燃料噴射弁６ｂと、第１の燃料噴射弁５ｄ及び第２の燃料噴射弁６ｃとの合計噴射量が、いずれも１．０となる。また、第２の燃料噴射弁６ａ、６ｄとの燃料噴射量が、いずれも０．４となる。

この態様によれば、水温の差に応じて、所定の並び方向中央に近い側の気筒壁２ａ、２ｂを挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を変更することができる。そのため、例えば、運転状態が、高負荷から低負荷に変化したときに、不均一のままの各気筒壁２ａ〜２ｃの温度を、均一化することができるので、各気筒２内の筒内温度を均一化することができる。

次に、ノッキングの発生の場合を説明する。図３は、ノックセンサの取り付け位置の一例を示している。

図３に示すように、例えば、気筒壁２ａの近傍にノッキングの発生を検知するノックセンサ２４を備えている。なお、ノックセンサ２４は、各気筒壁２ｂ、２ｃの近傍に１つずつ備えてもよい。ノッキングは、４つの気筒２の並び方向中央に近い気筒壁２ａ、２ｂの温度が相対的に高温になり易い場所に発生し易い。ノックセンサ２４が、ノッキングの発生を検知すると、この結果をＥＣＵ２０に出力する。この出力により、４つの気筒２の並び方向中央に近い側の気筒壁２ａ、２ｂを挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させることができる。また、ＥＣＵ２０により、その合計噴射量の相対的な増加と連係して点火時期を一時的に遅角させてもよい（点火時期制御手段）。遅角させた場合には、その合計噴射量の相対的な増加の後に、再び、ＥＣＵ２０により、点火時期を進角させる。

この態様によれば、ノッキングの発生が検知された場合でも、４つの気筒２の並び方向中央に近い側の気筒壁２ａ、２ｂを挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させることができるので、燃料の気化潜熱による冷却効果も大きくすることができる。そのため、ノッキングの発生し易い場所を重点的に冷却することができる。これにより、各壁温を均一化することができ、各気筒内の筒内温度を均一化することができるので、ノッキングの発生に素早く対応することができる。

続いて、第３の燃料噴射制御手段として、前述した一方及び他方の領域が気筒壁２ａ〜２ｃであるとき、図４は、各気筒壁２ａ、２ｂに備えられた壁温センサを示している。図４に示すように、各気筒壁２ａ、２ｂには、それぞれ第１〜第３の壁温センサ２３ａ〜２３ｃが備えられている。なお、壁温センサ２３は、気筒壁２ｃごとに備えてもよい。第１〜第３の壁温センサ２３ａ〜２３ｃは、それらの壁温をＥＣＵ２０に出力する。この出力により、第１〜第３の壁温センサ２３ａ〜２３ｃが検出する温度が高い気筒壁２ａ、２ｂほど当該気筒壁２ａ、２ｂを挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させるように各燃料噴射弁５、６の燃料噴射量を決定する。

例えば、第２の壁温センサ２３ｂ、第３の壁温センサ２３ｃ、第１の壁温センサ２３ａの順で壁温が高いときは、第１の燃料噴射弁５ｂ、５ｃの合計燃料噴射量、第１の燃料噴射弁５ｄ及び第２の燃料噴射弁６ｃの合計噴射量、第１の燃料噴射弁５ａ及び第２の燃料噴射弁６ｂの合計噴射量の順で、２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させる。

この形態によれば、直接、各壁温を検出することができる。そのため、気筒壁２ａ、２ｂの温度にばらつきが生じても、それに応じて的確に燃料を噴出することができるので、その燃料の気化潜熱の冷却効果により冷却される。これにより、確実に各気筒壁２ａ、２ｂの温度を均一化することができるので、各気筒２内の筒内温度を均一化することができる。このように、ＥＣＵ２０は本発明の第３の燃料噴射制御手段として機能する。

次に、ＳＣＶ１０の開度について説明する。上記の燃料噴射制御手段により第２の吸気ポート４に噴射された燃料に応じて、ＥＣＵ２０により各ＳＣＶ１０の開度を決定し、アクチュエータ４０によって回転駆動される。その決定した開度に応じて、各ＳＣＶ１０ａ〜１０ｄが所定の位置に閉じるように、アクチュエータ４０により制御される。例えば、第２の燃料噴射弁６の燃料噴射量が少ないほど、ＳＣＶ１０を閉じるように制御される。これにより、第２の吸気ポート４から導入される空気量を第１の吸気ポート３から導入される空気量よりも減少させることができる。

以上によれば、第２の吸気ポート４から導入される空気量をスワールコントロールバルブの開度調整により減少させることができる。このとき、その吸気ポート４内にて混合気を理論空燃比に近づけることができる。これにより、各気筒２内における空燃比のばらつきを抑制することができる。また、ＳＣＶ１０により気筒２内にスワール流が発生する。これにより、第１及び第２の吸気ポート３、４から導入される混合気を、気筒２内の空燃比を均一化することができる。さらに、スワール流により、気筒２内の気流を強化することができるので、燃焼効率も改善される。これにより、気筒２内におけるノッキングを抑制することができる。

（第２の形態）
次に、図５を参照して本発明の第２の形態に係る燃焼制御装置を説明する。図５は第２の形態に係る燃焼制御装置が適用された内燃機関の概略を示している。第１の形態と共通する構成については図５に同一の参照符号を付して説明を省略する。

図５に示すように各第２の吸気ポート４には、各第２の燃料噴射弁６の燃料噴射量に応じて、第２の吸気ポート４の空気量を低減する空気量低減手段としてのＥＧＲ装置５０を備えている。

ＥＧＲ装置５０は、不図示の排気通路からＥＧＲガスを第２吸気ポート４に導入するＥＧＲ通路５１と、各第２の吸気ポート４にＥＧＲガスを供給するＥＧＲ供給通路５２（吸気ポート４ａ〜４ｄに備えられる順に、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ）と、各ＥＧＲ供給通路５２を開閉可能なＥＧＲ弁５３（吸気ポート４ａ〜４ｄに備えられる順に、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ）とを備えている。

ＥＧＲ弁５３の開閉は、ＥＣＵ２０によって制御される。上記の燃料噴射制御手段により第２の吸気ポート４に噴射された燃料に応じて、ＥＣＵ２０により各ＥＧＲ弁５３の開く時間を決定し、各ＥＧＲ弁５３がＥＣＵ２０により開閉制御される。その決定した開く時間に応じて、各ＥＧＲ弁５３ａ〜５３ｄが開くように、ＥＣＵ２０により制御される。例えば、第２の燃料噴射弁６の燃料噴射量が少ないほど、ＥＧＲ弁３２が開く時間を長くするように制御される。これにより、大量のＥＧＲガスＧを供給し、第２の吸気ポート４から導入される空気量を第１の吸気ポート３から導入される空気量よりも減少させることができる。なお、ＥＧＲ弁５３は、開度調整可能なものでもよい。

以上によれば、第２の吸気ポート４から導入される空気量をＥＧＲガスＧの供給により減少させることができる。このとき、その吸気ポート４内にて混合気を理論空燃比に近づけることができる。これにより、各気筒２内における空燃比のばらつきを抑制することができる。

また、図５に示すように、気筒２内において成層ＥＧＲ領域Ａ１が発生する。この領域Ａ１は、ＥＧＲガスＧによる混合気の希釈により燃焼速度が低下する。そのため、図６に示すように、４つの気筒２の並び方向中央に近い気筒壁２ａ、２ｂに接する側から燃焼（燃焼部６０）が始まり、火炎伝播の際にその領域Ａ１は未燃焼ガス領域としてのエンドガス領域Ａ２となる。この領域Ａ２は、筒内燃焼温度が相対的に低温となる４つの気筒２の並び方向中央から遠い側の領域（前述した他方の領域）に位置することになるので、エンドガスでのノッキングの発生を抑制することができる。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。上記の燃料噴射制御手段は、内燃機関１の運転状態が所定の禁止条件を満たす場合に、第１及び第２の燃料噴射弁５、６の燃料噴射量の差別化を禁止してもよい。

例えば、図７は、冷間始動状態の各壁温の状況と燃料噴射制御手段のタイムチャートを示している。内燃機関１が、内燃機関１の温度が外気温と同じかそれ以下の状態にある場合に内燃機関１を始動する冷間始動状態のときに、その禁止条件が満たされてもよい。図７の所定の時間経過後には、その禁止条件を解除する。この所定の時間とは、図７に示すように、各壁温がほぼ均一のときをいう。なお、冷間始動状態のときに、上記の燃料噴射制御手段を実施すると、燃料の気化潜熱による冷却効果によって、かえって冷却されすぎ、各壁温をほぼ均一に保つことができなくなる。この態様によれば、冷間始動状態のとき、各壁温はほぼ均一である。そのため、第１及び第２の燃料噴射弁５、６の燃料噴射量の差別化を禁止することにより、各気筒内の筒内温度を均一に保つことができる。また、所定の時間経過後は、上記の燃料噴射制御手段を実施し、各壁温をほぼ均一に保つことができる。そのため、各気筒２における燃焼変動及びノッキングを抑制することができる。

その他、図８は、フューエルカット時の各壁温の状況と燃料噴射制御手段のタイムチャートを示している。内燃機関１がフューエルカットからの復帰状態にあるときにその禁止条件が満たされてもよい。図８の所定の時間経過後には、その禁止条件を解除する。その所定の時間経過後には、上記の燃料噴射制御手段を実施するようにＥＣＵ２０により制御されてもよい。この所定の時間とは、図８に示すように、各壁温がほぼ均一のときをいう。図８に示すように、フューエルカット前の燃焼時は、上記の燃料噴射制御手段を実施するようにＥＣＵ２０により制御される。なお、ューエルカットからの復帰状態にあるときに、上記の燃料噴射制御手段を実施すると、燃料の気化潜熱による冷却効果によって、かえって冷却されすぎ、各壁温をほぼ均一に保つことができなくなる。この態様によれば、フューエルカットからの復帰状態にあるとき、各壁温はほぼ均一である。そのため、第１及び第２の燃料噴射弁５、６の燃料噴射量の差別化を禁止することにより、各気筒２内の筒内温度を均一に保つことができる。また、所定の時間経過後は、上記の燃料噴射制御手段を実施し、各壁温をほぼ均一に保つことができる。そのため、各気筒２における燃焼変動及びノッキングを抑制することができる。

その他、燃料噴射が所定期間に亘って実施されない燃料噴射弁５、６が生じた場合にその禁止条件が満たされてもよい。例えば、所定期間に亘って第２の燃料噴射弁６から燃料が噴射されないときは、その燃料噴射弁６から強制的に燃料を噴射するように、ＥＣＵ２０により制御される。このときの燃料噴射量は、第１の燃料噴射弁５よりも小さくなるように、ＥＣＵ２０により制御される。この態様によれば、所定期間に亘って燃料の噴射が行われない第１又は第２の燃料噴射弁５、６から、強制的に燃料を噴射させることにより、当該第１又は当該第２の燃料噴射弁５、６の燃料が噴射される先端に付着したデポジット堆積を洗い流すことができる。これにより、デポジット堆積を抑制することができる。

図９は、各気筒内の天井面に２つの点火プラグを備えた一例及び各気筒が燃焼中の様子を示している。図９に示すように、各気筒の中心よりも、２つの気筒２間に挟まれた気筒壁２ａ、２ｂであって、かつ４つの気筒２の並び方向中央に近い気筒壁２ａ、２ｂに接する側の領域（筒内燃焼温度が相対的に高温となる前記並び方向の一方の領域）に偏った位置に点火プラグ７０が配置されていてもよい。また、４つの各気筒２の天井面の中央部には中央部点火プラグ７１を備えている。点火プラグ７０を先に点火させ、後から中央部点火プラグ７１を点火させる。この形態によれば、筒内燃焼温度が相対的に高温となる領域から燃焼を開始することができる。そのため、筒内燃焼温度が相対的に低温となる領域をエンドガス領域Ａ３とすることができる。これにより、各気筒２の筒内燃焼温度が相対的に高温となる領域をエンドガス領域Ａ３とすることを回避することができ、エンドガスによるノッキングを抑制することができる。

本発明は、４サイクルエンジンに限らず、その他の多気筒エンジンにも採用することができる。

１ 内燃機関
１Ａ 内燃機関の本体
２ 気筒
２ａ ＃２の気筒と＃３の気筒の間の気筒壁
２ｂ ＃１の気筒と＃３の気筒の間の気筒壁、＃３の気筒と＃４の気筒の間の気筒壁
２ｃ ＃１の一端側の気筒壁、＃４の他端側の気筒壁
３ 第１の吸気ポート
３ａ ＃１の気筒に接続される吸気ポート
３ｂ ＃２の気筒に接続される吸気ポート
３ｃ ＃３の気筒に接続される吸気ポート
３ｄ ＃４の気筒に接続される吸気ポート
４ 第２の吸気ポート
４ａ ＃１の気筒に接続される吸気ポート
４ｂ ＃２の気筒に接続される吸気ポート
４ｃ ＃３の気筒に接続される吸気ポート
４ｄ ＃４の気筒に接続される吸気ポート
５ 第１の燃料噴射弁
５ａ 吸気ポート３ａに備えられる第１の燃料噴射弁
５ｂ 吸気ポート３ｂに備えられる第１の燃料噴射弁
５ｃ 吸気ポート３ｃに備えられる第１の燃料噴射弁
５ｄ 吸気ポート３ｄに備えられる第１の燃料噴射弁
６ 第２の燃料噴射弁
６ａ 吸気ポート４ａに備えられる第２の燃料噴射弁
６ｂ 吸気ポート４ｂに備えられる第２の燃料噴射弁
６ｃ 吸気ポート４ｃに備えられる第２の燃料噴射弁
６ｄ 吸気ポート４ｄに備えられる第２の燃料噴射弁
１０ ＳＣＶ（空気量低減手段）
１０ａ 吸気ポート４ａに備えられるＳＣＶ
１０ｂ 吸気ポート４ｂに備えられるＳＣＶ
１０ｃ 吸気ポート４ｃに備えられるＳＣＶ
１０ｄ 吸気ポート４ｄに備えられるＳＣＶ
２０ エンジンコントロールバルブ（ＥＣＵ、燃料噴射制御手段、第１〜第３の燃料噴射制御手段、点火時期制御手段、）
４０ アクチュエータ
５０ ＥＧＲ装置（空気量低減手段）
５１ ＥＧＲ通路
５２ ＥＧＲ供給通路
５２ａ 吸気ポート４ａに備えられるＥＧＲ供給通路
５２ｂ 吸気ポート４ｂに備えられるＥＧＲ供給通路
５２ｃ 吸気ポート４ｃに備えられるＥＧＲ供給通路
５２ｄ 吸気ポート４ｄに備えられるＥＧＲ供給通路
５３ ＥＧＲ弁
５３ａ 吸気ポート４ａに備えられるＥＧＲ弁
５３ｂ 吸気ポート４ｂに備えられるＥＧＲ弁
５３ｃ 吸気ポート４ｃに備えられるＥＧＲ弁
５３ｄ 吸気ポート４ｄに備えられるＥＧＲ弁
６０ 燃焼部
Ａ１ 成層ＥＧＲ領域
Ａ２ エンドガス領域

Claims (15)

1. 所定の並び方向に配列された複数の気筒を有し、各気筒には、筒内燃焼温度が相対的に高温となる前記並び方向の一方の領域に吸気を導入する第１の吸気ポートと、筒内燃焼温度が相対的に低温となる前記並び方向の他方の領域に吸気を導入する第２の吸気ポートとがそれぞれ接続され、前記第１の吸気ポートには第１の燃料噴射弁が、前記第２の吸気ポートには第２の燃料噴射弁がそれぞれ設けられた内燃機関に適用される燃焼制御装置であって、
   前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射量が前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量よりも大きくなるように各燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段と、
   前記第２の吸気ポートから導入される空気量を前記第１の吸気ポートから導入される空気量よりも減少させる空気量低減手段と、
   を備えた内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記空気量低減手段として、前記第２の吸気ポート内に、開度調整が可能なスワールコントロールバルブが設けられている請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 前記空気量低減手段として、排気通路から取り出されたＥＧＲガスを前記第２の吸気ポートに導入するＥＧＲ装置が設けられている請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
4. 前記燃料噴射制御手段は、前記第２の燃料噴射弁からの燃料噴射量に対する前記第１の燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合として定義される噴射量比を内燃機関の負荷の低下に伴って増加させる請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
5. 前記一方の領域は、２つの気筒間に挟まれた気筒壁であって、かつ前記並び方向中央に近い気筒壁に接する側の領域である請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
6. 前記燃料噴射制御手段は、前記並び方向中央に最も近い気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量が最も大きく、かつ前記並び方向中央から離れるに従って、前記気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量が漸次減少するように燃料噴射量を制御する請求項５に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
7. 前記燃料噴射制御手段は、内燃機関の運転状態が所定の禁止条件を満たす場合に、前記第１の燃料噴射弁と前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量の差別化を禁止する請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
8. 内燃機関が冷間始動状態のときに前記禁止条件が満たされる請求項７に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
9. 内燃機関がフューエルカットからの復帰状態にあるときに前記禁止条件が満たされる請求項７に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
10. 燃料噴射が所定期間に亘って実施されない燃料噴射弁が生じた場合に前記禁止条件が満たされる請求項７に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
11. 前記燃料噴射制御手段は、内燃機関における冷却水の入口温度に対する出口温度の差が大きいほど前記並び方向中央に近い側の気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させる請求項６に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
    
12. 各気筒間の気筒壁の温度を検出する壁温検出手段をさらに具備し、
    前記燃料噴射制御手段は、前記壁温検出手段が検出する温度が高い気筒壁ほど当該気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させる請求項５に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
13. 気筒内におけるノッキングの発生を検知するノッキング検知手段をさらに具備し、
    前記燃料噴射制御手段は、前記ノッキング検知手段によりノッキングが検知された場合に、前記並び方向中央に近い側の気筒壁を挟んで配置された２つの燃料噴射弁の合計噴射量を相対的に増加させる請求項６に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
14. 前記ノッキング検知手段によりノッキングが検知された場合に、前記燃料噴射制御手段による前記合計噴射量の相対的な増加と連係して点火時期を一時的に遅角させる点火時期制御手段をさらに備えた請求項１３に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
15. 各気筒の中心よりも前記一方の領域に偏った位置に点火プラグが配置されている請求項１〜１４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。

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