JP2011157859A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関に関し、吸気弁の閉じ時期が異なる場合においても、エミッションの悪化を抑制することのできる内燃機関を提供することを目的とする。
【解決手段】気筒と第１吸気ポート１４とを開閉する第１吸気弁２４と、気筒と第２吸気ポート１６とを開閉する第２吸気弁２６と、第１吸気ポート１４に燃料を噴射する第１燃料噴射弁２０と、第２吸気ポート１６に燃料を噴射する第２燃料噴射弁２２とを備える。また、少なくとも第２吸気弁２６の閉じ時期を変更可能とする可変動弁機構３０を備える。更に、可変動弁機構３０により第２吸気弁２６の閉じ時期を、第１吸気弁２４よりも遅角させる場合に、第２燃料噴射弁２２により噴射される燃料噴射量を、第１燃料噴射弁２０により噴射される燃料噴射量よりも少なくする燃料噴射量制御手段５０を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、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弁を配置した内燃機関が知られている。また、特許文献２には、１つの気筒に２つ設けられた吸気弁の開閉動作をそれぞれ任意に制御可能とする可変動弁機構が開示されている。

特開２００９−２８７５３２号公報 特開２００３−１７２１７５号公報

ところで、２つの吸気ポートそれぞれに燃料噴射弁を配置した内燃機関（特許文献１）に、２つの吸気弁の開閉動作をそれぞれ任意に制御可能な可変動弁機構（特許文献２）が用いられ、２つの吸気弁の閉じ時期を異なるように制御する場合がある。

この場合、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。空燃比とＣＯ発生量との関係を表した図１０に示す通り、リッチ側においては、ＣＯ発生量が指数関数的に増加する傾向がある。そのため、リッチ側においてエミッションの悪化を抑制する必要性が高い。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸気弁の閉じ時期が異なる場合においても、エミッションの悪化を抑制することのできる内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
気筒に接続された第１吸気ポート及び第２吸気ポートと、
前記気筒と前記第１吸気ポートとを開閉する第１吸気弁と、
前記気筒と前記第２吸気ポートとを開閉する第２吸気弁と、
前記第１吸気ポートに燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
前記第２吸気ポートに燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、
少なくとも前記第２吸気弁の閉じ時期を変更可能とする可変動弁機構と、
前記可変動弁機構により前記第２吸気弁の閉じ時期を、前記第１吸気弁よりも遅角させる場合に、前記第２燃料噴射弁により噴射される燃料噴射量を、前記第１燃料噴射弁により噴射される燃料噴射量よりも少なくする燃料噴射量制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
気筒に接続された第１吸気ポート及び第２吸気ポートと、
前記気筒と前記第１吸気ポートとを開閉する第１吸気弁と、
前記気筒と前記第２吸気ポートとを開閉し、前記第１吸気弁よりも閉じ時期が遅く設定された第２吸気弁と、
前記第１吸気ポートに燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
前記第２吸気ポートに燃料を噴射し、１ストローク中の単位時間あたりの噴射量が前記第１燃料噴射弁よりも少なく設定された第２燃料噴射弁と、を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記第１燃料噴射弁に要求される燃料量を噴射するために要する噴射時間が、前記第２燃料噴射弁に要求される燃料量を噴射するために要する噴射時間よりも短い場合には、前記第１燃料噴射弁に要求される燃料量を複数回に吹き分けるマルチ噴射手段、を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、可変動弁機構により第２吸気弁の閉じ時期を、第１吸気弁よりも遅角させる場合に、第２燃料噴射弁により噴射される燃料噴射量を、第１燃料噴射弁により噴射される燃料噴射量よりも少なくすることができる。第２吸気弁の閉じ時期は第１吸気弁よりも遅いため、第２吸気ポートへのガス吹き戻り量は、第１吸気ポートに比して多くなる。本発明によれば、第２吸気ポートへの燃料噴射量を低減することで、吹き戻るガス中の燃料量を低減することができる。吹き戻るガス中の燃料量が低減されることで、次回の吸気行程において空燃比がリッチになることを抑制することができる。このため、本発明によれば、ＣＯ発生量を軽減することができ、エミッションの悪化を抑制することができる。

第２の発明によれば、第２吸気弁の閉じ時期が第１吸気弁よりも遅く設定される。また、第２燃料噴射弁により噴射される１ストローク中の単位時間あたりの噴射量が、第１燃料噴射弁よりも少なく設定される。一般に燃料噴射弁は最小燃料噴射時間τｍｉｎ以上で噴射しなければならないという制限がある。そのため、総燃料噴射量（第１及び第２燃料噴射弁に噴射させる燃料量の合計）が少ない低負荷領域においては、第２燃料噴射弁による噴射量を低減することができない場合が生じる。しかしながら、上述した本発明の構成によれば、１ストローク中の単位時間あたりの噴射量を少なく設定することで、最小燃料噴射時間τｍｉｎを守りつつ第２燃料噴射弁による噴射量を低減することができる。このため、本発明によれば、総燃料噴射量が少ない低負荷領域においても、吹き戻るガス中の燃料量を低減することができ、ＣＯの発生を低減し、エミッションの悪化を抑制することができる。

第３の発明によれば、第１燃料噴射弁に要求される燃料量を噴射するために要する噴射時間が、第２燃料噴射弁に要求される燃料量を噴射するために要する噴射時間よりも短い場合には、第１燃料噴射弁に要求される燃料量を複数回に吹き分けることができる。複数回に吹き分けることで、一回噴射の場合よりも、ポートウェット低減、ガスのミキシング促進、空気量の正確な計量の点で有利となる。

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１における第１の制御で用いられる「進角量‐噴射量マップ」を示す図である。 本発明の実施の形態１における第２の制御で用いられる「回転数‐噴射量マップ」を示す図である。 本発明の実施の形態１における第３の制御で用いられる「位相差量‐噴射量マップ」を示す図である。 本発明の実施の形態２において用いられる第１インジェクタ２０及び第２インジェクタ２２の設定について説明するための図である。 本発明の実施の形態３における制御の概要を説明するための図である。 本発明の実施の形態３における制御の概要を説明するための図である。 吸気行程における吸気バルブの閉じ時期と、吸気ポートへのガス吹き戻り量との関係を示す図である。 早閉じ側の第１吸気ポート１４と、遅閉じ側の第２吸気ポート１６とにおけるガス吹き戻り量の違いを示す概念図である。 空燃比とＣＯ発生量との関係を表した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
まず、図１〜図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両の動力源として用いられる内燃機関（以下、単に「エンジン」という。）１０を備えている。エンジン１０はガソリンエンジンであるものとする。

エンジン１０は、複数の気筒１２を有しており、図１には、そのうちの１つの気筒１２が模式的に示されている。気筒１２には、第１吸気ポート１４と第２吸気ポート１６とが接続されている。第１吸気ポート１４には、燃焼室１８に向けて燃料をポート噴射する第１インジェクタ２０が設けられている。同様に第２吸気ポート１６にも、燃焼室１８に向けて燃料をポート噴射する第２インジェクタ２２が設けられている。第１インジェクタ２０及び第２インジェクタ２２は、後述するＥＣＵ５０からの指令に従い駆動される電子制御式の燃料噴射弁である。

また、気筒１２には、第１吸気ポート１４と燃焼室１８との間を開閉する第１吸気バルブ２４と、第２吸気ポート１６と燃焼室１８との間を開閉する第２吸気バルブ２６とが設けられている。更に、気筒１２には、燃焼室１８内に供給されたガス（新気と燃料との混合気）に点火をする点火プラグ（図示省略）と、ピストン（図示省略）と、燃焼室１８と排気ポート（図示省略）との間を開閉する排気バルブ（図示省略）とが設けられている。

気筒１２のピストンの往復運動は、クランク機構を介して、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角を検出するためのクランク角センサが取り付けられている。クランク角センサの出力によれば、エンジン回転数を検出することもできる。

第１吸気ポート１４と第２吸気ポート１６の上流は、共通の吸気通路２８に接続されて合流している。吸気通路２８上流の入口付近には、吸入空気量を検出するエアフローメータ（図示省略）が配置されている。エアフローメータ下流の吸気通路２８には、スロットルバルブ（図示省略）が配置されている。スロットルバルブは、後述するＥＣＵ５０からの指令に従い、スロットルモータによって開閉駆動される電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブの近傍には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ（図示省略）が配置されている。

なお、上述した排気ポートには、排気通路（図示省略）が接続されている。排気通路には排気ガスを浄化するための触媒が設けられている。触媒としては、例えば、三元触媒、ＮＯｘ触媒等が用いられる。

また、本実施形態のシステムは、第１吸気バルブ２４及び第２吸気バルブ２６の近傍にその開弁特性を変更可能とする可変動弁機構３０を備えている。より具体的には、可変動弁機構３０は、位相可変機能として、油圧もしくはモータを用いて吸気カムの位相を変更することにより吸気バルブ２４、２６の開閉時期をそれぞれ変更できる機能や、電気的制御により吸気バルブ２４、２６の開閉時期をそれぞれ変更できる機能を具備する機構であるものとする。尚、可変動弁機構３０の構成自体は、本発明の本質的部分ではなく、また公知の内容であるため、その詳細な説明は省略することとする。

本実施形態のシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、上述のクランク角センサ、エアフローメータ、スロットル開度センサ等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、上述の第１インジェクタ２０、第２インジェクタ２２、可変動弁機構３０、点火プラグ、スロットルモータ等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させることにより、エンジン１０の運転状態を制御する。

ＥＣＵ５０は、可変動弁機構３０に指令し、第１吸気バルブ２４、第２吸気バルブ２６の閉じ時期をそれぞれ変更させて、第２吸気バルブ２６の下死点後の閉じ時期を、第１吸気バルブ２４の下死点後の閉じ時期よりも遅く設定することができる。即ち、吸気行程における吸気バルブの閉じ時期（ＩＶＣ：Intake Valve Closing timing）について、第１吸気バルブ２４を早閉じに、第２吸気バルブ２６を遅閉じに設定することができる。

以下の説明においては、早閉じされる第１吸気バルブ２４側に設けられた第１吸気ポート１４、第１インジェクタ２０等を、単に「早閉じ側」の第１吸気ポート１４等と表現する。また、遅閉じされる第２吸気バルブ２６側に設けられた第２吸気ポート１６、第２インジェクタ２２等を、単に「遅閉じ側」の第２吸気ポート１６等と表現する。

なお、ＥＣＵ５０には、目標空燃比の基準値として理論空燃比（ストイキ）が設定されているものとする。ＥＣＵ５０は、理論空燃比を満たすために１サイクル中に噴射すべき総燃料噴射量を算出する。総燃料噴射量は、第１インジェクタ２０及び第２インジェクタ２２に噴射させる燃料量の合計である。

［実施の形態１における特徴的制御］
上述した構成のシステムにおいて、第１吸気バルブ２４を早閉じさせ、第２吸気バルブ２６を遅閉じさせて位相差をつけた場合の、吸気ポートへのガス（新気と燃料との混合気）の吹き戻り量について図８〜図１０を用いて説明する。図８は、吸気行程における吸気バルブの閉じ時期と、吸気ポートへのガス吹き戻り量との関係を示す図である。図８に示す通り、吸気バルブの閉じ時期が下死点後（ＡＢＤＣ：After Bottom Dead Center）に大きく遅角されるほど、吸気ポートへのガス吹き戻り量は多くなる。

図９は、早閉じ側の第１吸気ポート１４と、遅閉じ側の第２吸気ポート１６とにおけるガス吹き戻り量の違いを示す概念図である。図９に示す通り、遅閉じ側の第２吸気ポート１６へのガス吹き戻り量は、早閉じ側の第１吸気ポート１４に比べて多くなる。ガス吹き戻り量が多いほど、次回の吸気行程における新気量が少なくなる。そのため、次回の吸気行程において、遅閉じ側の筒内は、早閉じ側の筒内に比して部分的に空燃比がリッチになりやすい。たとえ、気筒１２内の平均空燃比がストイキであっても、ガスの吹き戻り分を含めて、筒内でミキシングが必ずしも十分になされないため、遅閉じ側の筒内は、早閉じ側の筒内に比して部分的に空燃比がリッチになりやすい。

図１０は、空燃比とＣＯ発生量との関係を表した図である。図１０に示す通り、空燃比がリッチになるほど、ＣＯ発生量は指数関数的に増加する。そのため、リッチとなりやすい遅閉じ側の筒内において、ＣＯ発生量が増加し、エミッションの悪化が懸念される。

そこで、本実施形態のシステムでは、第１吸気バルブ２４及び第２吸気バルブ２６の閉じ時期に位相差を設けた場合において、第１インジェクタ２０と第２インジェクタ２２との燃料噴射比率を変更する制御を実施することとした。以下、燃料噴射比率を変更するために本実施形態のシステムが実施する第１〜第３の制御についてそれぞれ説明する。

（第１の制御）
まず、第１の制御について説明する。上述したシステム構成において、吸気ポートへのガス吹き戻り量は、ピストンの移動距離と相関があるため、吸気バルブの閉じ時期によって変化する。可変動弁機構３０により下死点後の最遅角位置（図８）に設定されたときに最も多くのガスが吹き戻り、最遅角位置から進角するほど吹き戻り量は小さくなる。また、第１吸気バルブ２４と第２吸気バルブ２６の閉じ時期が位相差を保ったまま共に進角される場合であっても、早閉じ側の第１吸気ポート１４と遅閉じ側の第２吸気ポート１６との吹き戻り量の差は小さくなる（図８）。第１の制御では、この点を鑑みた制御を実施することとした。

図２は、第１の制御において用いられる「進角量‐噴射量マップ」を示す図である。図２の横軸は、第２吸気バルブ２６の閉じ時期を可変動弁機構３０により最遅角させた位置からの進角量を表している。縦軸は、早閉じ側の第１インジェクタ２０に対する遅閉じ側の第２インジェクタ２２の燃料噴射比率を表している。図２に示す通り、第２インジェクタ２２による噴射比率は、下死点後の最遅角位置で最も低く設定される。そして、最遅角位置からの進角量が大きくなるほど、第２インジェクタ２２による噴射比率は高く設定され、第１インジェクタ２０の噴射比率に近くなる。また、当該マップでは、最遅角位置に近いほど、進角量に対する噴射比率の変動幅が大きい傾向がある。

第１の制御では、可変動弁機構３０により、第１吸気バルブ２４を早閉じさせ、第２吸気バルブ２６を遅閉じさせるように制御する場合において、「進角量‐噴射量マップ」を用いて、遅閉じ側の第２吸気バルブ２６が下死点後の最遅角位置に近いほど、第２インジェクタ２２による噴射比率を低く設定し、遅閉じ側の第２吸気ポート１６に吹き戻るガス中の燃料量の低減を図ることとした。

次に、上述した第１の制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンについて説明する。まず、ＥＣＵ５０は、第１吸気バルブ２４を早閉じさせ第２吸気バルブ２６を遅閉じさせる運転状態にあるか否かを判定する。ＥＣＵ５０は、可変動弁機構３０への指令値等から吸気バルブ２４、２６の閉じ時期の位相差を算出し、位相差があれば条件成立と判定する。

条件成立と判定された場合には、ＥＣＵ５０は、１サイクルにおいて筒内に供給すべき総燃料噴射量を算出する。総燃料噴射量は、エアフローメータにより検出される吸入空気量、クランク角センサにより検出されるエンジン回転数、スロットル開度センサにより検出されるスロットルバルブの開度などを示す信号を用いて瞬時に計算される。

続いて、遅閉じ側の第２吸気バルブ２６の最遅角位置からの進角量が取得される。進角量は可変動弁機構３０への指令値等から算出することができる。

その後、第１インジェクタ２０と第２インジェクタ２２における噴射比率を決定する。具体的には、ＥＣＵ５０には、図２に示す「進角量‐噴射量マップ」が記憶されている。「進角量‐噴射量マップ」から、検出された第２吸気バルブ２６の進角量に応じた、第２インジェクタ２２の第１インジェクタ２０に対する噴射比率が取得される。

ＥＣＵ５０は、第１インジェクタ２０と第２インジェクタ２２により、算出された総燃料噴射量を、取得された噴射比率に従って吹き分けさせる。なお、本制御ルーチンは運転中繰り返し実行される。

以上説明したように、第１の制御ルーチンによれば、早閉じ側の第１吸気バルブ２４と、遅閉じ側の第２吸気バルブ２６との位相差を保ったまま、両吸気バルブの閉じ時期を変更する場合であっても、吸気ポート１４、１６への吹き戻し量の差が大きくなる遅角側ほど、第２インジェクタ２２の噴射比率を下げることができる。そのため、吹き戻されたガス中の燃料量を低減することができ、遅閉じ側の筒内におけるＣＯ発生を抑制でき、エミッションの悪化を抑制することができる。
また、第１の制御ルーチンによれば、吸気ポート１４、１６への吹き戻し量の差が小さくなる進角側ほど、第１インジェクタ２０と第２インジェクタ２２との噴射比率を近づけることができる。そのため、筒内における空燃比のばらつきを抑制し、エミッションの悪化を抑制することができる。

ところで、第１の制御においては、早閉じ側の第１吸気バルブ２４と遅閉じ側の第２吸気バルブ２６との閉じ時期についてその位相差を保ったまま変化させることとしているが、この位相差は必ずしも保たれる必要はない。例えば、第２吸気バルブの閉じ時期のみを変更することとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

（第２の制御）
続いて、本実施形態における第２の制御について説明する。上述したシステム構成において、吸気バルブの閉じ時期（位相）が同じであっても、エンジン回転数が高い場合よりもエンジン回転数が低い場合の方が、開弁されている時間が長いため、吸気ポートに吹き戻されるガス量は多くなる。第２の制御ではこの点を鑑みた制御を実施することとした。

図３は、第２の制御において用いられる「回転数‐噴射量マップ」を示す図である。図３の横軸は、エンジン１０のエンジン回転数を表している。縦軸は、早閉じ側の第１インジェクタ２０に対する遅閉じ側の第２インジェクタ２２の燃料噴射比率を表している。図３に示す通り、エンジン回転数が低いほど、第２インジェクタ２２による噴射比率は低く設定される。一方、エンジン回転数が高いほど、第２インジェクタ２２による噴射比率は高く設定され、第１インジェクタ２０の噴射比率に近くなる。また、当該マップでは、低回転であるほど、エンジン回転数に対する噴射比率の変動幅が大きい傾向がある。

第２の制御では、可変動弁機構３０により、第１吸気バルブ２４を早閉じさせ、第２吸気バルブ２６を遅閉じさせるように制御する場合において、「回転数‐噴射量マップ」を用いて、エンジン回転数が低いほど、第２インジェクタ２２による噴射比率を低く設定し、遅閉じ側の第２吸気ポート１６に吹き戻されるガス中の燃料量の低減を図ることとした。

次に、上述した第２の制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンについて説明する。まず、ＥＣＵ５０は、第１吸気バルブ２４を早閉じさせ第２吸気バルブ２６を遅閉じさせる運転状態にあるか否かを判定する。ＥＣＵ５０は、可変動弁機構３０への指令値等から吸気バルブ２４、２６の閉じ時期の位相差を算出し、位相差があれば条件成立と判定する。

条件成立と判定された場合には、ＥＣＵ５０は、１サイクルにおいて筒内に供給すべき総燃料噴射量を算出する。続いて、現在のエンジン回転数が検出される。エンジン回転数はクランク角センサにより検出される。

その後、第１インジェクタ２０と第２インジェクタ２２における噴射比率を決定する。具体的には、ＥＣＵ５０には、図３に示す「回転数‐噴射量マップ」が記憶されている。「回転数‐噴射量マップ」から、検出されたエンジン回転数に応じた、第２インジェクタ２２の第１インジェクタ２０に対する噴射比率が取得される。

ＥＣＵ５０は、第１インジェクタ２０と第２インジェクタ２２により、算出された総燃料噴射量を、取得された噴射比率に従って吹き分けさせる。なお、本制御ルーチンは運転中繰り返し実行される。

以上説明したように、第２の制御ルーチンによれば、エンジン回転数が低く、ガス吹き戻し量が多くなる状況下において、第２インジェクタ２２による噴射比率を下げることができる。そのため、吹き戻されたガス中の燃料量を低減することができ、遅閉じ側の筒内におけるＣＯ発生を抑制でき、エミッションの悪化を抑制することができる。
また、第２の制御ルーチンによれば、エンジン回転数が高く、ガスの吹き戻し量が少なくなる状況下において、第１インジェクタ２０と第２インジェクタ２２との噴射比率を近づけることができる。そのため、筒内における空燃比のばらつきを抑制し、エミッションの悪化を抑制することができる。

（第３の制御）
最後に、本実施形態における第３の制御について説明する。上述したシステム構成において、第１吸気バルブ２４と第２吸気バルブ２６との位相差が大きくなれば、早閉じ側の第１吸気ポート１４と遅閉じ側の第２吸気ポート１６とで吹き戻り量の差が大きくなる（図８）。即ち、早閉じの第１吸気ポート１４に比して遅閉じ側の第２吸気ポート１６へのガス吹き戻し量が増大する。第３の制御ではこの点を鑑みた制御を実施することとした。

図４は、第３の制御において用いられる「位相差量‐噴射量マップ」を示す図である。図４の横軸は、早閉じ側の第１吸気バルブ２４と遅閉じ側の第２吸気バルブ２６との位相差量を表している。縦軸は、早閉じ側の第１インジェクタ２０に対する遅閉じ側の第２インジェクタ２２の燃料噴射比率を表している。図４に示す通り、位相差量が大きくなるほど、第２インジェクタ２２による噴射比率は小さく設定される。一方、位相差量が小さくなるほど、第２インジェクタ２２による噴射比率は高く設定され、第１インジェクタ２０の噴射比率に近くなる。また、当該マップでは、位相差量が小さいほど、位相差量に対する噴射比率の変動幅が大きい傾向がある。

第３の制御では、可変動弁機構３０により、第１吸気バルブ２４を早閉じさせ、第２吸気バルブ２６を遅閉じさせるようにそれぞれ制御する場合において、「位相差量‐噴射量マップ」を用いて、第１吸気バルブ２４及び第２吸気バルブ２６の閉じ時期の位相差量が大きくなるほど、第２インジェクタ２２による噴射比率を低く設定し、遅閉じ側の第２吸気ポート１６に吹き戻されるガス中の燃料量の低減を図ることとした。

次に、上述した第３の制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンについて説明する。まず、ＥＣＵ５０は、第１吸気バルブ２４を早閉じさせ第２吸気バルブ２６を遅閉じさせる運転状態にあるか否かを判定する。ＥＣＵ５０は、可変動弁機構３０への指令値等から吸気バルブ２４、２６の閉じ時期の位相差を算出し、位相差があれば条件成立と判定する。

条件成立と判定された場合には、ＥＣＵ５０は、１サイクルにおいて筒内に供給すべき総燃料噴射量を算出する。続いて、第１吸気バルブ２４と第２吸気バルブ２６の閉じ時期の位相差量が算出される。位相差量は、可変動弁機構３０への指令値等から算出することができる。

その後、第１インジェクタ２０と第２インジェクタ２２における噴射比率を決定する。具体的には、ＥＣＵ５０には、図４に示す「位相差量‐噴射量マップ」が記憶されている。「位相差量‐噴射量マップ」から、算出された位相差量に応じた、第２インジェクタ２２の第１インジェクタ２０に対する噴射比率が取得される。

ＥＣＵ５０は、第１インジェクタ２０と第２インジェクタ２２により、算出された総燃料噴射量を、取得された噴射比率に従って吹き分けさせる。なお、本制御ルーチンは運転中繰り返し実行される。

以上説明したように、第３の制御ルーチンによれば、位相差量が大きく、早閉じ側の第１吸気ポート１４に比して遅閉じ側の第２吸気ポート１６へのガス吹き戻し量が増大する状況下において、第２インジェクタ２２による噴射比率を下げることができる。そのため、吹き戻されたガス中の燃料量を低減することができ、遅閉じ側の筒内におけるＣＯ発生を抑制でき、エミッションの悪化を抑制することができる。
また、第３の制御ルーチンによれば、位相差量が小さく、ガス吹き戻し量の差が小さくなる状況下において、第１インジェクタ２０と第２インジェクタ２２との噴射比率を近づけることができる。そのため、筒内における空燃比のばらつきを抑制し、エミッションの悪化を抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、第１〜第３の制御を個別に実行することとしているが、これらの制御の実行方法はこれに限定されるものではない。例えば、第１〜第３の制御の一部又は全部を組み合わせて実行することとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

尚、上述した実施の形態１においては、第１吸気ポート１４が前記第１の発明における「第１吸気ポート」に、第２吸気ポート１６が前記第１の発明における「第２吸気ポート」に、第１吸気バルブ２４が前記第１の発明における「第１吸気弁」に、第２吸気バルブ２６が前記第１の発明における「第２吸気弁」に、第１インジェクタ２０が前記第１の発明における「第１燃料噴射弁」に、第２インジェクタ２２が前記第１の発明における「第２燃料噴射弁」に、可変動弁機構３０が前記第１の発明における「可変動弁機構」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上述した第１の制御ルーチン、第２の制御ルーチン、第３の制御ルーチンの少なくとも１つを実行することにより前記第１の発明における「燃料噴射量制御」が実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図５を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、後述する第１インジェクタ２０、第２インジェクタ２２に関する設定が異なる点を除き、図１に示す構成と同様である。そのため、図１に示す構成と同一の構成については、その説明を省略または簡略する。

［実施の形態２における特徴的構成］
可変動弁機構３０により、第１吸気バルブ２４を早閉じさせ、第２吸気バルブ２６を遅閉じさせるように制御する場合において、上述した実施の形態１では、早閉じ側の第１インジェクタ２０に対する遅閉じ側の第２インジェクタ２２の燃料噴射比率を低く設定することにより、遅閉じ側の第２吸気ポート１６に吹き戻されるガス中の燃料量を低減することとした。

ところで、運転状態が低負荷領域にある場合には、１サイクル中に要求される総燃料噴射量は少なくなる。総燃料噴射量は、第１インジェクタ２０及び第２インジェクタ２２に噴射させる燃料量の合計である。低負荷領域において総燃料噴射量が少なくなれば、上述した実施の形態１の各種制御により、第２インジェクタ２２が噴射すべき燃料量は微量となる。

しかしながら、燃料噴射制御においては最小燃料噴射時間τｍｉｎの制限を受け、最小燃料噴射時間τｍｉｎ以下では正確な燃料量を噴射することができない。そのため、総燃料噴射量が小さい低負荷領域では、第２インジェクタ２２は、噴射すべき微量の燃料量を噴射できず、遅閉じ側の燃料噴射量を低減できない場合が生じる。本実施形態のシステムでは、この点を鑑みて第１インジェクタ２０、第２インジェクタ２２の設定をすることとした。

図５は、本発明の実施の形態２において用いられる第１インジェクタ２０及び第２インジェクタ２２の設定について説明するための図である。図５の縦軸は、１ストローク中の単位時間当たりの燃料噴射量Ｑｄｏｔ値（mm³/stroke・ms）を表している。また、Ｑｄｏｔ値は、あるインジェクタに１サイクル中に噴射させる燃料量ｑを噴射時間τで割った値である。

図５に示すように、遅閉じ側の第２インジェクタ２２（実線６０）のＱｄｏｔ値は、早閉じ側の第１インジェクタ２０（実線６２）のＱｄｏｔ値よりも小さく設定されている。また、低負荷領域において、総燃料噴射量をインジェクタ２０、２２で吹き分ける場合に要求されうるそれぞれの最小燃料噴射量を、最小燃料噴射時間τｍｉｎで割った値が、Ｑｄｏｔ値として設定されている。なお、インジェクタ２０、２２のＱｄｏｔ値を同じに設定する場合よりも、遅閉じ側の第２インジェクタ２２のＱｄｏｔ値が小さく設定される一方、早閉じ側の第１インジェクタ２０のＱｄｏｔ値は、総燃料噴射量を満たすために、大きく設定されている。

以上説明したように、図５に示す構成によれば、実施の形態１で述べたように、可変動弁機構３０により、第１吸気バルブ２４を早閉じさせ第２吸気バルブ２６を遅閉じさせるように制御し、早閉じ側の第１インジェクタ２０に対する遅閉じ側の第２インジェクタ２２の燃料噴射比率を低く設定する場合において、低負荷領域で運転する場合であっても、最小燃料噴射時間τｍｉｎの制限を受けることなく、各インジェクタ２０、２２に要求されうる最小燃料噴射量を噴射することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、低負荷領域においても、好適にエミッションの悪化を抑制することができる。

尚、上述した実施の形態２においては、第１吸気ポート１４が前記第２の発明における「第１吸気ポート」に、第２吸気ポート１６が前記第２の発明における「第２吸気ポート」に、第１吸気バルブ２４が前記第２の発明における「第１吸気弁」に、第２吸気バルブ２６が前記第２の発明における「第２吸気弁」に、第１インジェクタ２０が前記第２の発明における「第１燃料噴射弁」に、第２インジェクタ２２が前記第２の発明における「第２燃料噴射弁」に、可変動弁機構３０が前記第２の発明における「可変動弁機構」に、それぞれ相当している。

実施の形態３．
［実施の形態３のシステム構成］
次に、図６〜図７を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する制御ルーチンを実施させることで実現することができる。

可変動弁機構３０により、第１吸気バルブ２４を早閉じさせ、第２吸気バルブ２６を遅閉じさせるように制御する場合において、上述した実施の形態１では、可変動弁機構３０による進角量が大きい場合、エンジン回転数が高い場合、位相差量が小さい場合には、早閉じ側と遅閉じ側のインジェクタの燃料噴射比率を同等に設定することにより、筒内における空燃比のばらつきを抑制することとした。

また、上述した実施の形態２では、早閉じ側の第１インジェクタ２０よりも遅閉じ側の第２インジェクタ２２のＱｄｏｔ値を小さく設定することで、低負荷領域において要求される最小燃料噴射量を満たす燃料噴射を実現することとした。

ところで、上述した通り、可変動弁機構３０による進角量が大きい場合、エンジン回転数が高い場合、位相差量が小さい場合には、早閉じ側と遅閉じ側のインジェクタの燃料噴射比率が同等に設定されるため、各インジェクタ２０、２２に要求される燃料噴射量も同等となる。しかしながら、遅閉じ側と早閉じ側とでＱｄｏｔ値が異なって設定されているため、遅閉じ側の噴射時間が長く、早閉じ側の噴射時間は短いといった噴射時間の差異が生じる。本実施形態のシステムでは、この点を鑑みて早閉じ側の第１インジェクタ２０による燃料噴射を制御することとした。

［実施の形態３における特徴的制御］
図６及び図７は、本発明の実施の形態３における制御の概要について説明するための図である。早閉じ側の第１インジェクタ２０と遅閉じ側の第２インジェクタ２２とに要求される燃料噴射量が近い場合には、Ｑｄｏｔ値が大きく設定されている早閉じ側の噴射時間が、遅閉じ側に比して短くなる。そのため、本実施形態の制御では、図６に示すように、遅閉じ側の噴射時間を超えない範囲で早閉じ側の燃料噴射を複数回に吹き分けることとする。早閉じ側の第１インジェクタ２０による１回あたりの燃料噴射量を少なくし、複数回に吹き分けることで、第１インジェクタ２０に要求される１サイクル毎の燃料噴射量を満たすことができる（図７）。

次に、上述した実施の形態３の制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンについて説明する。この制御ルーチンは、上述の実施の形態１における第１〜第３の制御ルーチンにおいて、各種マップから第２インジェクタ２２の第１インジェクタ２０に対する噴射比率を取得するまでの処理は同様である。

本ルーチンでは、噴射比率を取得後、ＥＣＵ５０は、総燃料噴射量と噴射比率とから、第１インジェクタ２０に要求する燃料噴射量を実現するための燃料噴射時間τ１と、第２インジェクタ２２に要求する燃料噴射量を実現するための燃料噴射時間τ２とをそれぞれ算出する。

第１インジェクタ２０の燃料噴射時間τ１が、第２インジェクタ２２の燃料噴射時間τ２よりも短い場合には、ＥＣＵ５０は、第１インジェクタ２０に要求された燃料噴射量を複数回に分けて噴射させるマルチ噴射を実施させる。ここで、第１インジェクタ２０によるマルチ噴射が終了までに要する時間が、噴射時間τ２を超えないように１回当たりの噴射量や噴射回数が設定される。なお、燃料噴射時間τ１がτ２よりも長い場合には、マルチ噴射を実施させない。

以上説明したように、本実施形態の制御ルーチンによれば、第２インジェクタ２２による噴射が終わるまでの範囲で、Ｑｄｏｔ値の大きい早閉じ側の第１インジェクタ２０にマルチ噴射を実施させることができる。マルチ噴射することにより、一回噴射の場合よりも、ポートウェット低減、ガスのミキシング促進、空気量の正確な計量の点で有利となる。このため、本実施形態の制御によれば、実施の形態１の制御における、可変動弁機構３０による進角量が大きい場合、エンジン回転数が高い場合、位相差量が小さい場合など、早閉じ側と遅閉じ側のインジェクタの燃料噴射量が同等となる状況であっても、好適なエミッションを維持することができる。

尚、上述した実施の形態３においては、上述した制御ルーチンの処理を実行することにより前記第３の発明における「マルチ噴射手段」が実現されている。

１０ エンジン
１２ 気筒
１４、１６ 第１吸気ポート、第２吸気ポート
１８ 燃焼室
２０、２２ 第１インジェクタ、第２インジェクタ
２４、２６ 第１吸気バルブ、第２吸気バルブ
２８ 吸気通路
３０ 可変動弁機構
５０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）

Claims (3)

1. 気筒に接続された第１吸気ポート及び第２吸気ポートと、
   前記気筒と前記第１吸気ポートとを開閉する第１吸気弁と、
   前記気筒と前記第２吸気ポートとを開閉する第２吸気弁と、
   前記第１吸気ポートに燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
   前記第２吸気ポートに燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、
   少なくとも前記第２吸気弁の閉じ時期を変更可能とする可変動弁機構と、
   前記可変動弁機構により前記第２吸気弁の閉じ時期を、前記第１吸気弁よりも遅角させる場合に、前記第２燃料噴射弁により噴射される燃料噴射量を、前記第１燃料噴射弁により噴射される燃料噴射量よりも少なくする燃料噴射量制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 気筒に接続された第１吸気ポート及び第２吸気ポートと、
   前記気筒と前記第１吸気ポートとを開閉する第１吸気弁と、
   前記気筒と前記第２吸気ポートとを開閉し、前記第１吸気弁よりも閉じ時期が遅く設定された第２吸気弁と、
   前記第１吸気ポートに燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
   前記第２吸気ポートに燃料を噴射し、１ストローク中の単位時間あたりの噴射量が前記第１燃料噴射弁よりも少なく設定された第２燃料噴射弁と、
   を備えることを特徴とする内燃機関。
3. 前記第１燃料噴射弁に要求される燃料量を噴射するために要する噴射時間が、前記第２燃料噴射弁に要求される燃料量を噴射するために要する噴射時間よりも短い場合には、前記第１燃料噴射弁に要求される燃料量を複数回に吹き分けるマルチ噴射手段、
   を更に備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関。

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