JP2013096233A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポート噴射式内燃機関において、大量にＥＧＲを導入した場合でも酸素不足による不完全燃焼を防止して燃費効率を改善する。
【解決手段】吸気ポート内に燃料を噴射し、内部ＥＧＲ率を推定する手段を備えた内燃機関において、排気行程内の燃料噴射期間と吸気行程内の燃料噴射期間の比率を、前記内部ＥＧＲ率の推定手段によって推定した内部ＥＧＲ率の大きさによって変えるようにした。また、ＥＧＲ率の推定はバルブオーバーラップ期間の長短で行うことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、高ＥＧＲ率において燃焼効率を高めるためのポート噴射式内燃機関の燃料噴射装置に関する。

火花点火式内燃機関において燃費効率を向上するための有効な手段として排ガス再循環（ＥＧＲ）がある。ＥＧＲによって、低、中負荷運転領域でのポンピング損失の低下、比熱比の上昇による熱効率の向上、燃焼温度低下による熱損失の低減などの効果が得られる。一般にこれらはＥＧＲ量を増やすほど高い効果が得られるため、可変動弁制御などによって大量にＥＧＲを導入する技術が普及している。

ところでＥＧＲガスはＮ₂、ＣＯ₂が主成分であり、酸素は殆ど含まれていない。従って大量にＥＧＲを導入すると燃料分子周辺の酸素濃度が低くなり不完全燃焼を起こすおそれがある。不完全燃焼は、排ガス中の有害成分（ＣＯ、ＨＣ）の増加、燃費の悪化の原因となる。従って大量にＥＧＲを導入しても燃焼が良好に行われるようにする必要がある。このために、ＥＧＲガスと新気、燃料とを燃焼室内で層状化して燃料周りの酸素濃度が低下しないように混合気を形成する技術が例えば特開平６−２１３０８０号公報に記載されている。本技術では排気ポート及び吸気ポートを、燃焼室内に１方向のスワール流が形成されるように配置し、吸気弁と排気弁とは各々の可変タイミング機構によって操作されるように接続する。吸気行程において最初に排気弁を開いて燃焼室内に燃焼ガスを再吸入し、次に排気弁を閉じて吸気弁を開くことで燃焼室内に新気と空気を吸入する。これによって燃焼室の下側にＥＧＲガス、上側に新気と燃料が層状化されるものである。

特開平６−２１３０８０号公報

本発明の課題は、ＥＧＲガスを導入した場合であっても、不完全燃焼を抑制することである。

上記問題を解決するために本発明の内燃機関の燃料噴射装置では、吸気ポート内に燃料を噴射し、内部ＥＧＲ率を推定する手段を備えた内燃機関において、排気行程内の燃料噴射期間と吸気行程内の燃料噴射期間の比率を、前記内部ＥＧＲ率の推定手段によって推定した内部ＥＧＲ率の大きさによって変えるようにした。また、ＥＧＲ率の推定はバルブオーバーラップ期間の長短で行うことができる。

排気行程噴射では燃料の気化特性が優れる一方、吸気行程噴射では燃料と新気との混合性が良い。従って内部ＥＧＲ率の大きさによって排気行程と吸気行程の比率を変えることで、内部ＥＧＲ率の大小に関わらず、燃料の気化性と新気との混合性が良い混合気形成を行うことができる。これによって不完全燃焼を抑制し、幅広い内部ＥＧＲ率に対して燃費性能の向上とエミッション低下が実現できる。また、スワールを形成するためのデバイス等が不要でありコスト低減を図ることができる。

本発明の実施形態を示す内燃機関の構成を示す図。 可変動弁による吸排気弁の開閉弁タイミングの例を示したものであり、（１）はＯ／Ｌ無しの例、（２）（３）はプラスＯ／Ｌを設けた例、（４）（５）はマイナスＯ／Ｌを設けた例である。 本発明の実施形態における燃料噴射タイミングを示す図。 本発明の実施形態における内部ＥＧＲ率と吸気行程噴射比率εの関係の一例を示した図。 本発明の実施形態における噴射タイミングの決定フロー図。 排気行程噴射における機関内の燃焼ガス、新気、燃料の挙動を示した図であり、（１）は排気行程後期、（２）は吸気行程初期、（３）は吸気行程中期の燃焼ガス、新気、燃料の挙動を示した図。 吸気行程噴射における機関内の燃焼ガス、新気、燃料の挙動を示した図であり、（１）は排気行程後期、（２）は吸気行程初期、（３）は吸気行程中期の燃焼ガス、新気、燃料の挙動を示した図。 本発明の実施形態における内部ＥＧＲ率と吸気行程噴射比率εの関係の一例を示した図。 バルブオーバーラップ量と内部ＥＧＲ率との関係の一例を示した図。 本発明の実施形態におけるバルブオーバーラップ量と吸気行程噴射比率εの関係の一例を示した図。 点火進角量と内部ＥＧＲ率との関係の一例を示した図。 本発明の実施形態における点火進角量と吸気行程噴射比率εの関係の一例を示した図。

以下、図面に基づき本発明の燃料噴射弁の二つの実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施形態における内燃機関である。

内燃機関１００は、シリンダ１と、シリンダヘッド１８と、前記シリンダ１に挿入されたピストン２とを備え、前記シリンダ１内には燃焼室３が形成されている。燃焼室３には、シリンダヘッド１８に形成された吸気ポート４と排気ポート５とが開口しており、該開口部を開閉する吸気弁６と排気弁７とがシリンダヘッド１８に配置されている。吸気弁６の開弁タイミングは可変バルブタイミング機構（以下ＶＴＣ）１０により変更可能となっている。また排気弁７の開弁タイミングはＶＴＣ１１により変更可能となっている。

吸気ポート４には燃料噴射弁９が配置されている。燃料噴射弁９から噴射される噴霧燃料の噴射方向は吸気弁６の方向に指向されている。燃料噴射弁９から噴射される燃料噴霧は、液滴の粒径が充分に小さくなるように（例えばザウター平均粒径ＳＭＤが２０〜５０μｍ程度になるように）燃料噴射弁のノズル形状や燃料噴射圧力が定められている。燃焼室３の中心上部には、点火プラグ８が設けられている。吸気ポート４の上流部には燃焼室３内に流入する空気の量を調整するためのスロットル弁１２が設けられている。

機関制御ユニット（以下ＥＣＵ）１３はマイコン、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を主体に構成され、ＲＯＭ内に記憶された機関制御プログラムを実行する。そして点火プラグ８に点火時期指令１５を送ることで点火タイミングが決定される。ＶＴＣ１０に位相角指令１６を送ることで吸気弁６の開閉弁タイミングが決定される。ＶＴＣ１１に位相角指令１７を送ることで排気弁７の開閉弁タイミングが決定される。燃料噴射弁９に対して噴射時期指令１４を送ることで燃料噴射タイミング、噴射期間が決定される。１サイクル内において、少なくとも排気行程内で１回、吸気行程内で１回の噴射ができ、かつ、排気行程内と吸気行程内での噴射期間をそれぞれ独立に設定可能なように燃料噴射弁９及びＥＣＵ１３が構成されている。

次にエンジンが部分負荷で運転されている条件においてＶＴＣ１０、ＶＴＣ１１によって設定される吸気弁、排気弁のタイミングについて図２を用いて説明する。図２（１）は排気弁の閉弁タイミング（以下ＥＶＣ）と吸気弁の開弁タイミング（以下ＩＶＯ）を同じに設定したものであり、排気弁開弁期間と排気弁開弁期間の重なり、いわゆるバルブオーバーラップ（以下Ｏ／Ｌ）が無い設定の一例である。
図２（２）及び図２（３）は、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間が一部重なっている、いわゆるプラスＯ／Ｌを設けた設定の例である。（２）はＩＶＯを上死点（以下ＴＤＣ）より進角させることでプラスＯ／Ｌを設けた例、（３）はＩＶＯをＴＤＣよりも進角させるとともに、ＥＶＣをＴＤＣよりも遅角させることでプラスＯ／Ｌを設けた例である。また図示しないが、ＩＶＯをＯ／Ｌ無しの位置に固定してＥＣＶのみ遅角することでもプラスＯ／Ｌを設けることができる。

図２（４）及び図２（５）は排気弁の閉弁期間と吸気弁の閉弁期間が一部重なっている、いわゆるマイナスＯ／Ｌを設けた設定の例である。（４）はＥＶＣをＴＤＣより進角させることでマイナスＯ／Ｌを設けた例、（５）はＥＶＣをＴＤＣよりも進角させるとともに、ＩＶＯをＴＤＣよりも遅角させることでマイナスＯ／Ｌを設けた例である。また図示しないが、ＥＶＣをＯ／Ｌ無しの位置に固定してＩＶＯのみ遅角することでもマイナスＯ／Ｌを設けることができる。

このようにプラスＯ／Ｌを設けることによって、プラスＯ／Ｌ期間内に排気ポート内の燃焼ガスが燃焼室を経由して吸気ポート内に吹き返される。これは、部分負荷時には吸気ポート内の圧力がスロットル弁での絞りによって大気圧になるのに対して、排気ポート内の圧力は概ね大気圧であり吸気ポート内の圧力より高くなるためである。吹き返した燃焼ガスは吸気行程において燃焼室内に再吸入されＥＧＲガスとして燃焼室内に充填される。

またマイナスＯ／Ｌを設けることによって燃焼ガスの一部が排気されることなく燃焼室内に取り残され、ＩＶＯ直後に吸気ポート内に吹き返される。吹き返した燃焼ガスは吸気行程において燃焼室内に再吸入されＥＧＲガスとして燃焼室内に充填される。

どれだけのＥＧＲガスが燃焼室内に充填されているかは、式１で定義される内部ＥＧＲ率で表わされる。

ＥＣＵ１１によって吸気ＶＴＣ１０、排気ＶＴＣ１１に対して位相角指令１６、及び１７を送り、吸気弁６、排気弁７の開弁期間をプラスＯ／ＬまたはマイナスＯ／Ｌになるように設定することで内部ＥＧＲ率をＯ／Ｌが無い場合に比べて増加することができる。またプラスＯ／Ｌ量、またはマイナスＯ／Ｌ量を多くするほど内部ＥＧＲ率が増える。即ちプラスＯ／Ｌが大きくなると排気ポートからの燃焼ガスの吹き返し期間が長くなるため、吹き返しガス量が増え、内部ＥＧＲ率が高くなる。またマイナスＯ／Ｌが大きくなると、排気することなく燃焼室内に閉じ込められる燃焼ガス量が増えるため、内部ＥＧＲ率が高くなる。従ってＥＣＵ１１から吸気ＶＴＣ１０、排気ＶＴＣ１１への位相角指令値を変えることで内部ＥＧＲ率を調整することができる。

次に本発明における燃料噴射の制御方法について図３から図５を用いて説明する。図３は本発明の実施例において、機関が部分負荷時の燃料の噴射タイミングの一例を示した図である。本例においては燃料は排気行程内と吸気行程内に分割して噴射される。ここで排気行程での燃料噴射期間をｔｅ、吸気行程での燃料噴射期間をｔｉとして、吸気行程の噴射比率εを式２で定義する。

図４は内部ＥＧＲ率に対する吸気行程の噴射比率εの変化を示す。本発明においては内部ＥＧＲ率によって吸気行程の噴射比率εを変化させ、内部ＥＧＲ率が高い場合のεを内部ＥＧＲ率の低い場合のεよりも高く設定する。即ち、内部ＥＧＲ率が高くなるにつれて吸気行程の噴射期間ｔｉを長くして吸気行程の噴射量を増やすと共に、排気行程の噴射期間ｔｅを短くして排気行程の噴射量を減らすようにＥＣＵから燃料噴射弁へ噴射時期指令を送る。

図５に本実施例におけるＥＣＵ１６内での噴射時期決定手順を示す。まず処理（５１）において要求噴射期間ｔｄを求める。これはスロットル開度や機関回転数等により要求燃料噴射量が推定され、更に要求噴射量から必要な噴射期間ｔｄが求められる。引き続いて処理（５２）において、Ｏ／Ｌ量などから現在の内部ＥＧＲ率が推定される。次に処理（５３）によって内部ＥＧＲ率に応じた吸気行程噴射率εが求められる。これは例えば図４に示すような内部ＥＧＲ率とεの関係がテーブル等でＥＣＵのＲＯＭ内に予め書き込まれており、このテーブルを参照することで求められる。次に処理（５４）によって吸気行程噴射期間ｔｉがｔｉ＝ｔｄ×εにより求められる。排気行程の噴射期間ｔｅは処理（５５）によってｔｅ＝ｔｄ−ｔｉにより求められる。処理（５６）によって燃料噴射弁に噴射時期指令値が送られ、排気行程でｔｅ、吸気行程でｔｉの期間で燃料噴射が行われる。

次に本実施例の作用、効果について説明する。

図６は排気行程内に燃料を噴射した場合の燃焼ガス、燃料、新気の挙動を模式的に示した図であり、図６（１）は排気行程後期、図６（２）は吸気行程初期、図６（３）は吸気行程中期をそれぞれ示している。また図６はプラスＯ／Ｌの条件を想定しており、ＩＶＯが排気ＴＤＣより前、ＥＶＣが排気ＴＤＣとしている。これによってＯ／Ｌが無い場合に比べＥＧＲ率が高い条件を想定している。

燃料は燃料噴射弁９から吸気ポート４内に噴射終了時期が例えば排気ＴＤＣ前７０°ＣＡとなるように排気行程内で噴射されている。噴射直後では吸気ポート内にはガス流動は殆ど生成されていないため、噴霧は自身の貫徹力によって排気行程後期（排気ＴＤＣ近傍）において吸気弁の近傍に到達する。排気ＴＤＣ近傍において、吸気弁６が排気ＴＤＣ前に開いていることで燃焼室３内の燃焼ガスが吸気ポート４に吹き返す。吸気ポート内に吹き返した燃焼ガスと燃料噴霧が吸気ポート内で衝突する。燃焼ガスは高温であるため燃料噴霧は速やかに気化して吸気ポート内で気化燃料と燃焼ガスの混合が促進される（図６（１））。

吸気行程の初期においては、ピストンが下がることで吸気ポート内の燃焼ガスと燃料の混合気が燃焼室内へ吸入される（図６（２））。

引き続いて吸気行程の中期では吸気ポートの上流側にあった新気が燃焼室内に吸入される（図６（３））。

このように排気行程噴射では、最初に燃焼ガスと燃料の混合気が吸入された後に、新気が吸入されるため、燃料と燃焼ガスの混合時間に比べて、燃料と新気の混合時間は短くなる。即ち、燃料はＥＧＲガスとは良好に混合するが、酸素との混合は抑制される。ＥＧＲガスはＮ₂、ＣＯ₂が主成分であるため、ＥＧＲガスと混合した燃料の周りの酸素濃度は低下する。このため内部ＥＧＲ率が高い場合に排気行程噴射を行うと、燃料の周りに充分な酸素が行き渡らず、酸素不足によって不完全燃焼が起こりやすい混合気形成となる。一方で排気行程噴射は噴射から点火までの期間を長く取ることができるため燃料の気化が促進できるメリットがある。

図７は吸気行程内に燃料を噴射した場合の燃焼ガス、燃料、新気の挙動を模式的に示した図であり、図７（１）は排気行程後期、図７（２）は吸気行程初期、図７（３）は吸気行程中期をそれぞれ示している。また図７はプラスＯ／Ｌの条件を想定しており、ＩＶＯが排気ＴＤＣより前、ＥＶＣが排気ＴＤＣとしている。これによってＯ／Ｌが無い場合に比べＥＧＲ率が高い条件を想定している。

排気行程の後期（ＴＤＣ近傍）においては、吸気弁６が排気ＴＤＣ前に開いていることで燃焼室３内の燃焼ガスが吸気ポート４に吹き返す（図７（１））。

吸気行程の初期においては、ピストンが下がることで吸気ポート内の燃焼ガスが燃焼室内へ吸入される（図７（２））。

引き続いて燃料が燃料噴射弁９から吸気ポート４内に吸気行程内で噴射される。ここで噴射終了時期は例えば排気ＴＤＣ後９０°ＣＡである。噴射された燃料は吸気ポート内で新気と混合し、新気と燃料の混合気が燃焼室内に吸入される（図７（３））。

このように吸気行程噴射では、最初に燃焼ガスが吸入された後に、新気と燃料の混合気が吸入されるため、燃料と燃焼ガスの混合時間に比べて、燃料と新気の混合時間は長くなる。即ち、燃料は新気とは良好に混合するが、ＥＧＲガスとの混合は抑制される。このため吸気行程噴射を行うと内部ＥＧＲ率が高い場合にも燃料の周りに充分な酸素が行き渡り、酸素不足による不完全燃焼が起こりにくい混合気形成となる。一方で吸気行程噴射は噴射から点火までの期間が排気行程噴射に比べて短くなるため燃料の気化が不足しやすくなるデメリットがある。特に内部ＥＧＲ率が低い場合には、吸気行程から圧縮行程の燃焼室内の温度が内部ＥＧＲ率が高い場合に比べて低くなることから、燃料の気化不足が起こりやすくなる。燃料の気化不足は、エミッションの悪化や燃費悪化の原因となる。

以上で説明したように、排気行程噴射と吸気行程噴射にはそれぞれメリット、デメリットがある。即ち排気行程噴射は、内部ＥＧＲ率が高い場合には燃料とＥＧＲガスの混合が促進されて不完全燃焼が起こりやすい半面、内部ＥＧＲ率が低く、燃焼室内の温度が低くなる場合でも燃料が気化しやすい。また吸気行程噴射では内部ＥＧＲ率が低い場合には燃焼室内温度の低下によって燃料の気化不足が起こりやすい半面、内部ＥＧＲ率が高い場合には燃料と新気との混合を促進して、不完全燃焼を起こしにくい。従って、内部ＥＧＲ率に応じて排気行程噴射と吸気行程噴射の比率を適正にすることで燃料の気化がしやすく、かつＥＧＲガスによる不完全燃焼が起こり難い混合気を形成できる。具体的には、内部ＥＧＲ率が低い場合には排気行程噴射の割合を増やすことで燃料の気化性を向上させ、ＥＧＲ率が高い場合には吸気行程噴射の比率を増やすことで、ＥＧＲガスによる不完全燃焼が起こり難くすれば良い。これによって内部ＥＧＲ率の大きさに関わらず、常に燃焼に最適な混合気が形成されることになり、機関の燃費効率の向上やエミッションの低下などの効果が得られる。

内部ＥＧＲ率に対する吸気行程噴射比率εの変化方法は図４に示した例に限定したものではなく、種々の方法が考えられる。図８は内部ＥＧＲ率に対する吸気行程噴射比率εの変化方法の別のこと例を示している。図８（１）は内部ＥＧＲ率が、予め定めたＥＧＲｃより小さい場合はεをゼロにして排気行程噴射のみを行い、内部ＥＧＲ率がＥＧＲｃ以上の場合にはεを１として吸気行程噴射のみを行う例である。本方式では図４に示した方式に比べ、噴射の制御プログラムが簡便となりプログラムのメモリサイズが小さくなる利点がある。また本方式では噴射を排気行程と吸気行程に分割する必要が無いため、燃料噴射弁の最小流量（ダイナミックレンジ）や開弁・閉弁動作速度の要求が緩やかになり、燃料噴射弁のコストが低減できる利点もある。

図８（１）の方式では内部ＥＧＲ率がＥＧＲｃ付近で微小に変動すると排気行程噴射と吸気行程噴射が短い周期で切り替わり、機関の運転性が悪化するおそれがある。そこで図８（２）に示すように内部ＥＧＲ率が増加するときに排気行程噴射から吸気行程噴射に切り替える内部ＥＧＲ率であるＥＧＲｃｕを、内部ＥＧＲ率が減少するときに吸気行程噴射から排気行程噴射に切り替える内部ＥＧＲ率であるＥＧＲｃｄよりも大きくし、ヒステリシスな特性を持たせることで機関の運転性悪化を防止できる。

図８（３）は吸気行程の噴射比率εを内部ＥＧＲ率に対して３段階に切り替えるようにしたものである。図８（３）の方式では、内部ＥＧＲ率が予め定めたＥＧＲｃ１よりも小さい場合はε＝０として排気行程でのみ噴射を行い、内部ＥＧＲ率がＥＧＲｃ１以上であり、かつＥＧＲｃ２より小さい場合には０＜ε＜１として排気行程噴射と吸気行程噴射を行う。更に内部ＥＧＲ率がＥＧＲｃ２以上の場合にはε＝１として、吸気行程噴射のみを行う。本方式では図４に示した方式に比べ、噴射の制御プログラムが簡便となりプログラムのメモリサイズが小さくなる利点がある。更に内部ＥＧＲ率が中程度（ＥＧＲｃ１＜内部ＥＧＲ率＜ＥＧＲｃ２）では、排気行程と吸気行程の双方で噴射することで、排気行程噴射における良好な燃料気化の特長と、吸気行程噴射における良好な燃料・空気の混合の特長を利用して混合気を形成できる。このため図８（１）、（２）に比べより燃費効率の向上やエミッションの低減を図ることができる。なお図８（３）の方式においても図８（２）の方式と同様にヒステリシスな特性とすることで機関の運転性悪化を防止できる。また図８（３）は吸気行程の噴射比率εを内部ＥＧＲ率に対して３段階に切り替えるようにしたものであるが、３段階に限定したものではなく、より多段階に切り替えてもよい。切り替え段数が増えるほど、排気行程と吸気行程に分割して噴射する場合に、排気行程または吸気行程での噴射期間が短くなる。即ち切り替え段数が増えるほど、燃料噴射弁に対する最小噴射量（ダイナミックレンジ）の要求がより厳しくなり、コストが上昇する。一方、切り替え段数を増やすほど内部ＥＧＲ率に対してよりきめの細かい噴射制御が可能となり、良好な混合気形成が行われる。この結果切り替え段数を増やすほど燃費効率向上、エミッション低減の効果は大きくなる。従ってコストと燃費、エミッションへの効果を勘案して適正な切り替え段数が選択される。

図４、図８（１）〜（３）で示した方法では、内部ＥＧＲ率が最小の場合にはε＝０として排気行程噴射のみの噴射を行い、また内部ＥＧＲ率が最大の場合はε＝１として吸気行程噴射のみの噴射を行っているが、本発明はこれに限定したものではない。図８（４）に示すように内部ＥＧＲ率が最大において０＜ε＜１として排気行程と噴射行程の双方で噴射するようにしてもよい。また図８（５）に示すように内部ＥＧＲ率が最小において０＜ε＜１として排気行程と噴射行程の双方で噴射するようにしてもよい。更に図８（６）に示すように内部ＥＧＲ率が最小、最大の双方において０＜ε＜１として排気行程と噴射行程の双方で噴射するようにしてもよい。燃料の気化のし易さや燃焼ガス、新気との混合のし易さは、燃料噴射弁の特性や吸気ポートの形状、機関の運転条件（負荷や回転数）等によって種々に変わるため、内部ＥＧＲ率が最小、または最大における最適な吸気行程噴射比率εは機関の種類や運転条件に合わせて決定すれば良い。

以上の実施例では内部ＥＧＲ量に対して吸気行程の噴射比率εを決定したが、内部ＥＧＲ量はＯ／Ｌ量と相関があるため、Ｏ／Ｌ量に対して吸気行程の噴射比率εを決定してもよい。図９はＯ／Ｌ量に対する内部ＥＧＲ率の変化を示した一例である。図９で示されるように、機関が一定負荷、一定回転数の条件下では、マイナスＯ／Ｌ、プラスＯ／Ｌ共にＯ／Ｌの絶対量が増えるに従い内部ＥＧＲ率は上昇する。プラスＯ／Ｌが大きくなると排気ポートからの燃焼ガスの吹き返し期間が長くなるため、吹き返しガス量が増え、内部ＥＧＲ率が高くなる。マイナスＯ／Ｌが大きくなると、排気することなく燃焼室内に閉じ込められる燃焼ガス量が増えるため、内部ＥＧＲ率が高くなる。

Ｏ／Ｌ量と内部ＥＧＲ率との間には図９に示すような相関関係があることから、図１０（１）に示すように、吸気行程の噴射比率εをＯ／Ｌ量の絶対値｜Ｏ／Ｌ｜によって決定してもよい。図１０（１）の例では、｜Ｏ／Ｌ｜＜ＯＬｃ１の場合は吸気行程噴射比率ε＝０として排気行程でのみ噴射を行う。ＯＬｃ１≦｜Ｏ／Ｌ｜＜ＯＬｃ２のときは０＜ε＜１として排気行程と吸気行程の双方で噴射を行う。そして｜Ｏ／Ｌ｜≧Ｌｃ２のときはε＝１として吸気行程でのみ噴射を行う。

また一般的には、マイナスＯ／ＬとプラスＯ／Ｌでは同一のＯ／Ｌ量であっても図９に示すように内部ＥＧＲ率は異なる。これはマイナスＯ／Ｌではポートに吹き返すガスは燃焼室からのみ供給されるのに対して、プラスＯ／Ｌでは、ポートに吹き返すガスは排気ポートから燃焼室内を経由して供給されるためである。即ち、経路の違いによって燃焼ガスの吸気ポートへの吹き返しのし易さが異なり、マイナスＯ／ＬとプラスＯ／Ｌでは同一のＯ／Ｌ量であっても内部ＥＧＲ率が異なる結果となる。従って図１０（２）に示すようにマイナスＯ／Ｌの場合とプラスＯ／Ｌの場合で吸気行程噴射比率εを変えることで、Ｏ／Ｌ量と実際の内部ＥＧＲ率との相関が高くなり、Ｏ／Ｌ量に対してより最適な吸気行程噴射比率εを決めることができる。

なお、Ｏ／Ｌ量に対する吸気行程噴射比率εの変え方は図１０に限定されるものではなく、図４、図８（１）〜（６）に示した方式における内部ＥＧＲ率をＯ／Ｌ量に置き換えた種々の方式が考えられる。

また内部ＥＧＲ量は点火進角量と相関があるため、内部ＥＧＲ率やＯ／Ｌ量の代わりに点火進角量に対して吸気行程の噴射比率εを決定してもよい。

図１１に最良燃費点（ＭＢＴ）における点火進角量と内部ＥＧＲ率の関係の例を示す。内部ＥＧＲ率が増えると燃焼速度が低下するため、一定負荷、一定回転数の下ではＭＢＴでの点火進角量は大きくなる。

内部ＥＧＲ量と点火進角量に良好な相関があるため、図１２に示すように吸気行程噴射比率εを点火進角量（ＡＤＶ）によって決めてもよい。図１２の例では、ＡＤＶ＜ＡＤＶｃ１の場合は吸気行程噴射比率ε＝０として排気行程でのみ噴射を行う。ＡＤＶｃ１≦ＡＤＶ＜ＡＤＶｃ２のときは０＜ε＜１として排気行程と吸気行程の双方で噴射を行う。そしてＡＤＶ≧ＡＤＶｃ２のときはε＝１として吸気行程でのみ噴射を行う。

なお、Ｏ／Ｌ量に対する吸気行程噴射比率εの変え方は図１２に限定されるものではなく、図４、図８（１）〜（６）に示した方式における内部ＥＧＲ率を点火進角量に置き換えた種々の方式が考えられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。

以上の説明から理解できるように、本発明によれば内部ＥＧＲ率が高い条件下でも燃料と空気とを充分に混合することができるため、酸素不足による不完全燃料を防止することができる。また内部ＥＧＲ率が少ない条件においても良好な燃料の気化性能を得ることができる。これによって幅広い内部ＥＧＲ率に亘って、機関の燃費効率の向上とエミッション低下を図ることができる。また、本発明では燃焼室内にスワール等を生成するためのデバイスの付加が必要無く、燃料の噴射タイミングを変更するだけで実現できるためコストを低く抑えることができる。

１ シリンダ
２ ピストン
３ 燃焼室
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
６ 吸気弁
７ 排気弁
８ 点火プラグ
９ 燃料噴射弁
１０ 吸気ＶＴＣ
１１ 排気ＶＴＣ
１２ スロットル弁
１３ 機関制御ユニット
１４ 噴射時期指令
１５ 点火時期指令
１６ 吸気ＶＴＣ位相角指令
１７ 排気ＶＴＣ位相角指令
１８ シリンダヘッド
１９ スロットル弁開度指令
１００ 内燃機関

Claims (4)

1. 吸気ポート内に燃料を噴射する内燃機関において、排気行程内の燃料噴射期間をｔ１、吸気行程内の燃料噴射期間をｔ２、吸気行程の噴射比率をε＝ｔ２／（ｔ１＋ｔ２）としたときに、同一回転数の機関運転条件においてバルブオーバーラップ期間が長い場合のεをバルブオーバーラップ期間が短い場合のεより大きくすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 吸気ポート内に燃料を噴射する内燃機関において、同一回転数の機関運転条件においてバルブオーバーラップ期間が所定より短い場合には排気行程内で燃料を噴射し、バルブオーバーラップ期間が所定より長い場合には吸気行程内で燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
3. バルブオーバーラップ期間に対する吸気行程の燃料噴射比率εの関係が、プラスオーバーラップ期間の場合とマイナスオーバーラップ期間の場合で異なることを特徴とした請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
4. 吸気ポート内に燃料を噴射する内燃機関において、排気行程内の燃料噴射期間をｔ１、吸気行程内の燃料噴射期間をｔ２、吸気行程の噴射比率をε＝ｔ２／（ｔ１＋ｔ２）としたときに、同一回転数の機関運転条件において点火時期が早い場合のεを点火時期が遅い場合のεより大きくすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。