JP2015175249A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃焼室内における混合気の空燃比分布をより適切に制御し、点火プラグ近傍における燃焼によって発生するＮＯｘ量を低減することができる燃焼制御装置を提供する。
【解決手段】 第１吸気弁２１ａのリフト量ＬＦＴＩＶ１が第２吸気弁２１ｂのリフト量より小さくなるように作動させ、２つの吸気弁２１ａ，２１ｂを同時に開弁したときに、燃焼室１ａ内に混合気の斜めスワール流動を生成する。第１ポート燃料噴射弁６Ｐａによる第１燃料噴射を、第２ポート燃料噴射弁６Ｐｂによる第２燃料噴射より前に実行するとともに、第２燃料噴射における第２燃料噴射量を第１燃料噴射における第１燃料噴射量より増加させるように燃料噴射制御を行うことによって、斜めスワール流動の作用との相乗作用により、点火プラグ８近傍の領域における混合気の空燃比を相対的に大きくする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、特に燃焼室内に吸入された混合気の流動を生成することにより、燃焼室内における混合気を成層化して燃焼させる燃焼制御装置に関する。

希薄な（空燃比の大きい）混合気を火花点火する希薄混合気燃焼技術は例えば特許文献１に示されるように広く知られている。特許文献１には、点火プラグ近傍の空燃比が相対的に小さくなるようにした混合気、いわゆる成層混合気を形成することにより、燃焼室内全体の混合気の平均空燃比を高くしつつ安定的に燃焼させる技術が示されている。

特開２００２−２５６９２７号公報

しかしこの技術では、点火プラグ近傍における燃焼温度が比較的高くなることから、ＮＯｘ発生量が多いという課題がある。したがって、ＮＯｘ発生量をより低減する燃焼制御技術が求められている。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、燃焼室内における混合気の空燃比分布をより適切に制御し、点火プラグ近傍における燃焼によって発生するＮＯｘ量を低減することができる燃焼制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の燃焼室（１ａ）に設けられた２つの吸気口（２０ａ，２０ｂ）において前記燃焼室（１ａ）と連通する第１及び第２吸気ポート（２ａ，２ｂ）と、前記２つの吸気口を開閉する第１及び第２吸気弁（２１ａ，２１ｂ）と、該第１及び第２吸気弁を駆動する動弁機構（４）とを備える内燃機関の燃焼制御装置において、前記第１吸気ポート（２ａ）内に燃料を噴射する第１ポート燃料噴射弁（６Ｐａ）と、前記第２吸気ポート（２ｂ）内に燃料を噴射する第２ポート燃料噴射弁（６Ｐｂ）と、前記燃焼室内に設けられた点火プラグ（８）を有し、前記燃焼室内の混合気の火花点火を行う火花点火手段と、前記第１及び第２ポート燃料噴射弁（６Ｐａ，６Ｐｂ）の弁駆動制御を行う燃料噴射制御手段とを備え、前記動弁機構（４）は、前記第１吸気弁のリフト量（ＬＦＴＩＶ１）が前記第２吸気弁のリフト量（ＬＦＴＩＶ２）より小さくなるように構成されており、前記燃料噴射制御手段は、前記第１ポート燃料噴射弁による第１燃料噴射（ＦＩ１）を、前記第２ポート燃料噴射弁による第２燃料噴射（ＦＩ２）より前に実行するとともに、前記第２燃料噴射における第２燃料噴射量（ＱＦＩ２）を前記第１燃料噴射における第１燃料噴射量（ＱＦＩ１）より増加させるように前記弁駆動制御を行い、前記点火プラグ（８）近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることを特徴とする。

この構成によれば、動弁機構は、第１吸気弁のリフト量が第２吸気弁のリフト量より小さくなるように構成されているので、２つの吸気弁を同時に開弁したときに、燃焼室内に、混合気の斜めスワール流動（円筒状の燃焼室の周方向のスワール流動と、上下方向のタンブル流動とが合成された流動）が生成される。また、第１ポート燃料噴射弁による第１燃料噴射を、第２ポート燃料噴射弁による第２燃料噴射より前に実行するとともに、第２燃料噴射における第２燃料噴射量を第１燃料噴射における第１燃料噴射量より増加させるように燃料噴射制御が行われる。この燃料噴射制御と、上記斜めスワール流動との相乗作用により、点火プラグ近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることができる。その結果、点火プラグによる火花点火直後の燃焼温度を従来より低下させて、ＮＯｘの発生量を低減することができる。また、燃焼室の周縁部の空燃比が相対的に小さくなるため、燃焼後半の燃焼タフネスと燃焼速度が高くなり、炭化水素（ＨＣ）成分の排出量も低減することができる。なお、以下の説明では、「点火プラグ近傍の混合気の空燃比が相対的に大きくなるように形成された混合気」を「逆成層混合気」という。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、前記第２燃料噴射（ＦＩ２）の開始時期（ＣＡＩＳ２）を前記第１燃料噴射（ＦＩ１）の開始時期（ＣＡＩＳ１）以後に設定し、前記第２燃料噴射（ＦＩ２）の終了時期（ＣＡＩＥ２）を前記第２吸気弁（２１ｂ）の閉弁時期（ＣＡＶＣ２）より前に設定することを特徴とする。

この構成によれば、第２燃料噴射の開始時期が第１燃料噴射の開始時期以後に設定され、第２燃料噴射の終了時期が第２吸気弁の閉弁時期より前に設定されるので、逆成層混合気を適切に形成することができる。

請求項３に記載の発明は、内燃機関（１）の燃焼室（１ａ）に設けられた吸気口（２０ａ）において前記燃焼室（１ａ）と連通する吸気ポート（２ａ）と、前記吸気口（２０ａ）を開閉する吸気弁（２１ａ）とを備える内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃焼室内に吸入された混合気の流動を生成する流動生成手段（２ａ，２ｂ，４，２１ａ，２１ｂ）と、前記燃焼室内に設けられた点火プラグ（８）を有し、前記燃焼室内の混合気の火花点火を行う火花点火手段と、前記吸気ポート（２ａ）内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁（６Ｐａ）と、前記燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁（６Ｄ）と、前記ポート燃料噴射弁（６Ｐａ）及び筒内燃料噴射弁（６Ｄ）の弁駆動制御を行う燃料噴射制御手段とを備え、前記燃料噴射制御手段は、前記ポート燃料噴射弁（６Ｐａ）による第１燃料噴射（ＦＩ１）を、前記筒内燃料噴射弁（６Ｄ）による第２燃料噴射（ＦＩ２）より前に実行し、前記点火プラグ（８）近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることを特徴とする。

この構成によれば、燃焼室内に吸入された混合気の流動が生成されるとともに、ポート燃料噴射弁によって吸気ポート内に燃料が噴射され、筒内燃料噴射弁によって燃焼室内に燃料が噴射される。ポート燃料噴射弁による第１燃料噴射を、筒内燃料噴射弁による第２燃料噴射より前に実行する燃料噴射制御が行われる。この燃料噴射制御と、生成される混合気流動との相乗作用により、点火プラグ近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることができる。その結果、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られる。

請求項４に記載の発明は、内燃機関（１）の燃焼室（１ａ）に設けられた吸気口（２０ａ，２０ｂ）において前記燃焼室（１ａ）と連通する吸気ポート（２ａ，２ｂ）と、前記吸気口（２０ａ，２０ｂ）を開閉する吸気弁（２１ａ，２１ｂ）とを備える内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃焼室内に吸入された混合気の流動を生成する流動生成手段（２ａ，２ｂ，４，２１ａ，２１ｂ）と、前記燃焼室内に設けられた点火プラグ（８）を有し、前記燃焼室内の混合気の火花点火を行う火花点火手段と、前記燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁（６Ｄ）と、前記筒内燃料噴射弁（６Ｄ）の弁駆動制御を行う燃料噴射制御手段とを備え、前記燃料噴射制御手段は、前記筒内燃料噴射弁によって第１燃料噴射（ＦＩ１）と、前記第１燃料噴射の後の第２燃料噴射（ＦＩ２）とを実行し、前記点火プラグ（８）近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることを特徴とする。

この構成によれば、燃焼室内に吸入された混合気の流動が生成されるとともに、筒内燃料噴射弁によって燃焼室内に燃料が噴射される。筒内燃料噴射弁によって第１燃料噴射と、第１燃料噴射の後の第２燃料噴射とを実行する燃料噴射制御が行われる。この燃料噴射制御と、生成される混合気流動との相乗作用により、点火プラグ近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることができる。その結果、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記火花点火手段は、前記点火プラグ（８）に放電を発生させるための複数の点火コイル対（７１，７２）を備え、前記点火プラグにおける放電の開始時期（ＣＡＩＧ）及び継続時間（ＴＳＰＫ）を変更可能に構成されており、前記点火プラグ近傍の混合気の空燃比が相対的に小さくなるように形成される成層希薄混合気に点火する場合の放電開始時期より進角側に前記放電開始時期（ＣＡＩＧ）を設定することを特徴とする。

この構成によれば、点火プラグにおける放電の開始時期及び継続時間を変更可能であり、点火プラグ近傍の混合気の空燃比が相対的に小さくなるように形成される成層希薄混合気に点火する場合の放電開始時期より進角側に放電開始時期を設定することにより、放電継続時間を長く設定することを可能とし、点火プラグ近傍の希薄混合気を確実に着火させることができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である（第１の実施形態）。 燃料噴射弁（６Ｐａ，６Ｐｂ）の配置及び燃焼室（１ａ）に吸入された混合気の流動を説明するための図である（第１の実施形態）。 燃料噴射弁（６Ｐａ，６Ｐｂ）の配置を説明するための図である。 １つの気筒に対応する点火回路ユニット（７）の構成を示す回路図である。 燃料噴射弁（６Ｐａ，６Ｐｂ）によって噴射される燃料の噴射状態を説明するための図である。 吸気弁（２１ａ，２１ｂ）、及びポート燃料噴射弁（６Ｐａ，６Ｐｂ）の作動を説明するためのタイムチャートである。 圧縮行程時点における燃焼室１ａ内の混合気の空燃比分布を説明するため図である。 本発明の第２の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 燃料噴射弁（６Ｐａ，６Ｄ）の配置及び燃焼室（１ａ）に吸入された混合気の流動を説明するための図である（第２の実施形態）。 吸気弁（２１ａ，２１ｂ）、ポート燃料噴射弁（６Ｐａ）、及び筒内燃料噴射弁（６Ｄ）の作動を説明するためのタイムチャートである（第２の実施形態）。 燃料噴射弁（６Ｄ）の配置及び燃焼室（１ａ）に吸入された混合気の流動を説明するための図である（第３の実施形態）。 吸気弁（２１ａ，２１ｂ）及び筒内燃料噴射弁（６Ｄ）の作動を説明するためのタイムチャートである（第３の実施形態）。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の構成を示す図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気通路２は、スロットル弁３を備え、スロットル弁３の下流側で第１及び第２吸気ポート２ａ，２ｂに分岐してエンジン１の各気筒に接続されている。第１及び第２吸気ポート２ａ，２ｂは、図２及び図３に示すように、燃焼室１ａに設けられた吸気口２０ａ，２０ｂにおいて燃焼室１ａと連通する。

第１及び第２吸気ポート２ａ，２ｂには、それぞれ第１及び第２ポート燃料噴射弁６Ｐａ，６Ｐｂが設けられており、その作動は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５により制御される。

吸気口２０ａには第１吸気弁２１ａが設けられ、吸気口２０ｂには第２吸気弁２１ｂが設けられている。第１及び第２吸気弁２１ａ，２１ｂは、動弁機構４により駆動され、動弁機構４は、第１吸気弁２１ａのリフト量ＬＦＴＩＶ１が第２吸気弁２１ｂのリフト量ＬＦＴＩＶ２より小さくなるように構成されている。図２は、吸気弁２１ａ，２１ｂのフルリフト状態が示されており、このように２つの吸気弁のリフト量を異ならせることによって、図２に矢印付き曲線Ｌ１で示すような混合気の斜めスワール流動を燃焼室１ａ内に生成することができる。斜めスワール流動は、円筒状の燃焼室１ａの周方向のスワール流動と、上下方向のタンブル流動とが合成された流動である。

エンジン１の各気筒には点火プラグ８が装着されており、点火プラグ８は点火回路ユニット７を介してＥＣＵ５に接続されている。ＥＣＵ５は、後述するように点火プラグ８における放電開始時期ＣＡＩＧ及び放電継続時間ＴＳＰＫの制御を行う。

ＥＣＵ５には、エンジン１の吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ１１、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ１２、スロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ１３、吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ１４、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ１５、及び図示しない他のセンサが接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１６が接続されており、クランク軸の回転角度に応じたパルス信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１６は、クランク角度位置を示す複数のパルス信号を出力するものであり、このパルス信号は、燃料噴射時期、点火時期（点火プラグ８の放電開始時期）等の各種タイミング制御、及びエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。

排気通路９には排気浄化用の三元触媒１０が設けられている。三元触媒１０の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、比例型酸素濃度センサ１７（以下「ＬＡＦセンサ１７」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１７は排気中の酸素濃度（空燃比ＡＦ）にほぼ比例した検出信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。

ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、ポート燃料噴射弁６Ｐａ，６Ｐｂ、点火回路ユニット７などに駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ポート燃料噴射弁６Ｐａ，６Ｐｂによる燃料噴射量の合計は、吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて算出される基本燃料量を、ＬＡＦセンサ１７により検出される空燃比ＡＦに応じた空燃比補正係数ＫＡＦによって補正することによって制御される。空燃比補正係数ＫＡＦは、検出される空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＣＭＤと一致するように算出される。

図４は、１つの気筒に対応する点火回路ユニット７の構成を示す回路図であり、点火回路ユニット７は、一次コイル７１ａ及び二次コイル７１ｂからなる第１コイル対７１と、一次コイル７２ａ及び二次コイル７２ｂからなる第２コイル対７２と、バッテリ３０の出力電圧ＶＢＡＴを昇圧して昇圧電圧ＶＵＰを出力する昇圧回路７３と、一次コイル７１ａ，７２ａの通電制御を行うトランジスタＱ１，Ｑ２と、二次コイル７１ｂ，７２ｂと点火プラグ８との間に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とを備えている。

トランジスタＱ１，Ｑ２のベースはＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５によってオンオフ制御（一次コイルの通電制御）が行われる。２つの一次コイルの通電期間の一部を重複させてつつ交互に通電を行うことによって、点火プラグ８における放電の継続時間（放電継続時間）ＴＳＰＫをエンジン１の運転状態に応じて変更することができる。また一次コイルの最初の通電終了時期が放電開始時期ＣＡＩＧに相当し、放電開始時期ＣＡＩＧもエンジン１の運転状態に応じて変更可能である。

ポート燃料噴射弁６Ｐａ，６Ｐｂは、燃料を微粒化して噴射可能なもの（微粒化タイプの燃料噴射弁）であり、ＳＭＤ（Sauter Mean Diameter：ザウター平均直径）が３５μｍ程度（燃圧３５０ｋＰａで噴射し、噴射口からの５０ｍｍ下におけるＳＭＤ）の特性を有する。図５（ａ）は、微粒化タイプの燃料噴射弁による燃料の噴射状態（噴射された燃料の拡散状態）を模式的に示し、図５（ｂ）は比較のために示す通常の燃料噴射弁による燃料の噴射状態を示す。通常の燃料噴射弁では、円錐状に分布する燃料の周辺部の燃料濃度が高くなるのに対し、燃料噴射弁６では微粒化した燃料の到達距離が短くなり、かつ拡散領域内における濃度分布の均質度が高く（濃度差が少なく）なる。

図６は、第１及び第２吸気弁２１ａ，２１ｂ、並びに第１及び第２ポート燃料噴射弁６Ｐａ，６Ｐｂの開弁期間を説明するためのタイムチャート（横軸はクランク角度ＣＲＡ）であり、図６（ｃ）及び（ｄ）は、第１及び第２ポート燃料噴射弁６Ｐａ，６Ｐｂの開弁制御信号ＳＣＦＩ１，ＳＣＦＩ２を示す。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態では、第１吸気弁２１ａのリフト量ＬＦＴＩＶ１は、第２吸気弁２１ｂのリフト量ＬＦＴＩＶ２より小さくなる（例えば１／２以下となる）ように動弁機構４が構成されている。また、第１吸気弁２１ａの開弁開始時期は、第２吸気弁２１ｂの開弁開始時期と同一でもよいが、より遅角側となるように設定することが望ましい。

第１吸気弁２１ａの開弁期間において第１ポート燃料噴射弁６Ｐａを開弁することにより、第１燃料噴射ＦＩ１が実行され（図６（ｃ））、第２吸気弁２１ｂの開弁期間において第２ポート燃料噴射弁６Ｐｂを開弁することにより第２燃料噴射ＦＩ２が実行される（図６（ｄ））。第２燃料噴射ＦＩ２における燃料噴射量ＱＦＩ２が第１燃料噴射ＱＦＩ１より大きくなるように制御され、第２ポート燃料噴射弁６Ｐｂの第２開弁時間ＴＰＩ２は、第１ポート燃料噴射弁６Ｐａの第１開弁時間ＴＰＩ１より長く設定される。また、第２燃料噴射ＦＩ２の開始時期ＣＡＩＳ２は、第１燃料噴射ＦＩ１の開始時期ＣＡＩＳ１以後となるように設定され、かつ第２燃料噴射ＦＩ１の終了時期ＣＡＩＥ２は、第２吸気弁２１ｂの閉弁時期ＣＡＶＣ２より前となるように設定される。好ましくは、第１燃料噴射ＦＩ１を第１吸気弁２１ａの開弁期間の前半において実行し、第２燃料噴射ＦＩ１を第２吸気弁２１ｂの開弁期間の後半において実行する。
なお、第１燃料噴射ＦＩ１の実行時期は、図６（ｃ）に示す時期より進角させて、第１吸気弁２１ａの閉弁期間中に設定するようにしてもよい。

第１燃料噴射量ＱＦＩ１と第２燃料噴射量ＱＦＩ２の合計の燃料噴射量（ＱＦＩ１＋ＱＦＩ２）が目標空燃比ＡＦＣＭＤに対応する燃料噴射量となるように、第１及び第２開弁時間（燃料噴射時間）ＴＰＩ１，ＴＰＩ２が設定される。

図７は、圧縮行程時点における燃焼室１ａ内の混合気の空燃比分布を説明するため図であり、図６に示すような吸気弁及び燃料噴射弁の作動制御と、上述した斜めスワール流動との相乗作用によって、破線のハッチングを付して示す点火プラグ８近傍の領域ＲＬでは、空燃比を相対的に大きくなるとともに、混合気の周縁部の領域ＲＲでは空燃比を相対的に小さくなる逆成層混合気を形成することができる。その結果、点火プラグ８による火花点火直後の燃焼温度を従来より低下させて、ＮＯｘの発生量を低減することができる。また、燃焼室１ａ内の混合気の周縁部の空燃比が相対的に小さくなるため、燃焼後半の燃焼タフネスと燃焼速度が高くなり、炭化水素（ＨＣ）成分の排出量も低減することができる。

本実施形態では、暖機完了後の目標空燃比ＡＦＣＭＤは、例えば「２４」から「３５」程度の範囲（以下「超希薄空燃比範囲」という）に設定される。空燃比「２４」は、エンジン１からのＮＯｘ排出量が許容上限値（例えば１２０ｐｐｍ）以下となるように設定される。空燃比「３５」は、必要なエンジン出力を得るための限界値として設定される空燃比である。なお、目標空燃比ＡＦＣＭＤは、燃焼室１ａ内の平均的な空燃比に相当し、逆成層混合気では点火プラグ８近傍における空燃比は目標空燃比ＡＦＣＭＤより大きくなり、燃焼室１ａの周縁部における空燃比は目標空燃比ＡＦＣＭＤより小さくなる。

点火プラグ８における放電開始時期ＣＡＩＧは、超希薄空燃比範囲における目標空燃比ＡＦＣＭＤに対応して、上死点前５０度から１５度の範囲に設定され、放電継続時間ＴＳＰＫは逆成層希薄混合気を確実に着火させるべく、１．８〜３ｍｓｅｃに設定される。このように放電継続時間ＴＳＰＫを設定したときの放電エネルギが１５０〜６００ｍＪとなるように昇圧電圧ＶＵＰが設定されている。従来の火花点火による希薄混合気燃焼は、点火プラグ近傍の空燃比が相対的に小さくなるように燃焼室内の流動を生成することによって実現される成層混合気燃焼であるのに対し、本実施形態の逆成層希薄混合気燃焼は、放電継続時間ＴＳＰＫを比較的長く設定し、その放電継続時間ＴＳＰＫを確保できるように放電開始時期ＣＡＩＧは、成層混合気燃焼の点火時期（例えば８．０度）より進角側に設定されている。

さらにエンジン１の幾何学的圧縮比（ピストンが下死点に位置するときの燃焼室容積と、上死点に位置するときの燃焼室容積との比）は、最低実効圧縮比が９．０程度となるように、通常の火花点火エンジンの幾何学的圧縮比より若干大きく設定されている。

放電継続時間ＴＳＰＫを比較的長く設定するとともに、燃焼室内に混合気流動を生成することによって、強力な初期火炎核を形成し、その火炎核を成長させることによって、圧縮上死点における未燃混合気の温度を１０００度Ｋ以上の温度まで高めて、燃焼層流速度を支配する素反応を、過酸化水素が分解してＯＨラジカルを生成する反応に変化させ、圧縮上死点後において燃焼を確実に完結させることが可能となる。

以上のように本実施形態によれば、動弁機構４は、第１吸気弁２１ａのリフト量ＬＦＴＩＶ１が第２吸気弁２１ｂのリフト量より小さくなるように構成されているので、２つの吸気弁２１ａ，２１ｂを同時に開弁したときに、燃焼室１ａ内に、混合気の斜めスワール流動が生成される。また、第１ポート燃料噴射弁６Ｐａによる第１燃料噴射ＦＩ１を、第２ポート燃料噴射弁６Ｐｂによる第２燃料噴射ＦＩ２より前に実行するとともに、第２燃料噴射ＦＩ２における第２燃料噴射量ＱＦＩ２を第１燃料噴射ＦＩ１における第１燃料噴射量ＱＦＩ１より増加させるように燃料噴射制御が行われる。この燃料噴射制御と、斜めスワール流動との相乗作用により、点火プラグ８近傍の領域ＲＬにおける混合気の空燃比を相対的に大きくすることができる。その結果、点火プラグ８による火花点火直後の燃焼温度を従来より低下させて、ＮＯｘの発生量を低減することができる。また、燃焼室１ａの周縁部領域ＲＲの空燃比が相対的に小さくなるため、燃焼後半の燃焼タフネスと燃焼速度が高くなり、炭化水素（ＨＣ）成分の排出量も低減することができる。

また、第２燃料噴射ＦＩ２の開始時期ＣＡＩＳ２が第１燃料噴射ＦＩ１の開始時期ＣＡＩＳ１以後に設定され、第２燃料噴射ＦＩ２の終了時期ＣＡＩＥ２が第２吸気弁２１ｂの閉弁時期ＣＡＶＣ２より前に設定されるので、逆成層混合気を適切に形成することができる。

また、点火プラグ８における放電の開始時期ＣＡＩＧ及び継続時間ＴＳＰＫを変更可能であり、点火プラグ８近傍の混合気の空燃比が相対的に小さくなるように形成される成層希薄混合気に点火する場合の放電開始時期より進角側に放電開始時期ＣＡＩＧを設定することにより、放電継続時間ＴＳＰＫを長く設定することを可能とし、点火プラグ８近傍の希薄混合気を確実に着火させることができる。
本実施形態では、点火プラグ８、点火回路ユニット７、及びＥＣＵ５が火花点火手段を構成し、ＥＣＵ５が燃料噴射制御手段を構成する。

［第２の実施形態］
本実施形態は、図８及び図９に示すように、第１の実施形態における第２ポート燃料噴射弁６Ｐｂを削除し、燃焼室１ａ内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁６Ｄを設けたものである。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。

筒内燃料噴射弁６Ｄは、ＥＣＵ５に接続されており、その作動はＥＣＵ５によって制御される。筒内燃料噴射弁６Ｄとしては、ポート燃料噴射弁６Ｐａ，６Ｐｂと同様に燃料を微粒化して噴射可能なものが使用される。筒内燃料噴射弁６Ｄは、高圧燃料ポンプ（図示せず）による加圧された燃料が供給される。

図１０は、第１及び第２吸気弁２１ａ，２１ｂ、ポート燃料噴射弁６Ｐａ、及び筒内燃料噴射弁６Ｄの開弁期間を説明するためのタイムチャートであり、本実施形態では、ポート燃料噴射弁６Ｐａによって第１燃料噴射ＦＩ１を実行し、筒内燃料噴射弁６Ｄによって第２燃料噴射ＦＩ２を実行する。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、図６（ａ）〜図６（ｃ）と同一であり、図１０（ｄ）は筒内燃料噴射弁６Ｄによる第２燃料噴射ＦＩ２の開弁期間ＴＤＩ２を示す。図１０（ｃ）及び（ｄ）に示すように、本実施形態では、筒内燃料噴射弁６Ｄをポート燃料噴射弁６Ｐａの後に開弁作動させて第２燃料噴射ＦＩ２を実行する。ポート燃料噴射弁６Ｐａによる第１燃料噴射ＦＩ１の実行時期は、第１吸気弁２１ａの開弁期間内に設定することが必要であるが、筒内燃料噴射弁６Ｄによる第２燃料噴射ＦＩ２の実行時期は、図示した時期に限るものではなく、逆成層混合気を形成可能であれば、図示以外の設定としてもよい。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、燃焼室１ａ内に吸入された混合気の斜めスワール流動が生成されるとともに、ポート燃料噴射弁６Ｐａによって吸気ポート２ａ内に燃料が噴射され、筒内燃料噴射弁６Ｄによって燃焼室１ａ内に燃料が噴射される。ポート燃料噴射弁６Ｐａによる第１燃料噴射ＦＩ１を、筒内燃料噴射弁６Ｄによる第２燃料噴射ＦＩ２より前に実行する燃料噴射制御が行われる。この燃料噴射制御と、生成される混合気流動との相乗作用により、点火プラグ８近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることができる。その結果、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態では、第１及び第２吸気ポート２ａ，２ｂ，第１及び第２吸気弁２１ａ，２１ｂ，及び動弁機構４によって流動生成手段が構成される。

［第３の実施形態］
本実施形態は、図１１に示すように、第２の実施形態におけるポート燃料噴射弁６Ｐａを削除し、燃焼室１ａ内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射弁６Ｄのみを使用するようにしたものである。以下に説明する点以外は第２の実施形態と同一である。

図１２は、第１及び第２吸気弁２１ａ，２１ｂ、及び筒内燃料噴射弁６Ｄの開弁期間を説明するためのタイムチャートであり、図１２（ａ）及び（ｂ）は、図６（ａ）及び（ｂ）と同一である。図１２（ｃ）は開弁制御信号ＳＣＤＦＩを示し、本実施形態では筒内燃料噴射弁６Ｄによって第１及び第２燃料噴射ＦＩ１，ＦＩ２を実行する。図１２（ｃ）では、第１燃料噴射ＦＩ１の開弁時間ＴＤＩ１と、第２燃料噴射ＦＩ２の開弁時間ＴＤＩ２とが示されているが、第１及び第２燃料噴射ＦＩ１，ＦＩ２の実行時期及び開弁時間（燃料噴射量）は、図１２（ｃ）に示すものに限るものではなく、逆成層混合気を形成可能であれば、図示以外の設定としてもよい。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、燃焼室１ａ内に吸入された混合気の斜めスワール流動が生成されるとともに、筒内燃料噴射弁６Ｄによって燃焼室１ａ内に燃料が噴射される。筒内燃料噴射弁６Ｄによって第１燃料噴射ＦＩ１と、第１燃料噴射ＦＩ１の後の第２燃料噴射ＦＩ２とを実行する燃料噴射制御が行われる。この燃料噴射制御と、生成される混合気流動との相乗作用により、点火プラグ８近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることができる。その結果、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、吸気通路２を２つの吸気ポート２ａ，２ｂに分岐させ、吸気口２０ａを開閉する第１吸気弁２１ａのリフト量ＬＦＴＩＶ１を、吸気口２０ｂを開閉する第２吸気弁２１ｂのリフト量ＬＦＴＩＶ２より小さくすることによって、斜めスワール流動を生成するようにしたが、例えば特許４９６４３３４号公報に示されるようなスワール流動生成機構を用いること、あるいは同公報に示されるようなスワール流動生成機構及びタンブル流動生成機構を用いることによって、斜めスワール流動を生成するようにしてもよい。

また上述した実施形態では、点火回路ユニット７のコイル対は、１つの点火プラグに対応して２個設けるようにしたが、３個以上設けるようにしてもよい。
また上述した実施形態では４気筒エンジンの例を示したが、本発明は気筒数に関わらず適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの燃焼制御装置にも適用が可能である。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
２ａ，２ｂ 吸気ポート（流動生成手段）
４ 動弁機構（流動生成手段）
５ 電子制御ユニット（火花点火手段、燃料噴射制御手段）
６Ｐａ，６Ｐｂ ポート燃料噴射弁
６Ｄ 筒内燃料噴射弁
７ 点火回路ユニット（火花点火手段）
８ 点火プラグ（火花点火手段）
２０ａ，２０ｂ 吸気口
２１ａ，２１ｂ 吸気弁（流動生成手段）
ＬＦＴＩＶ１，ＬＦＴＩＶ２ 吸気弁リフト量
ＱＦＩ１ 第１燃料噴射量
ＱＦＩ２ 第２燃料噴射量
ＣＡＩＧ 放電開始時期
ＴＳＰＫ 放電継続時間

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室に設けられた２つの吸気口において前記燃焼室と連通する第１及び第２吸気ポートと、前記２つの吸気口を開閉する第１及び第２吸気弁と、該第１及び第２吸気弁を駆動する動弁機構とを備える内燃機関の燃焼制御装置において、
   前記第１吸気ポート内に燃料を噴射する第１ポート燃料噴射弁と、
   前記第２吸気ポート内に燃料を噴射する第２ポート燃料噴射弁と、
   前記燃焼室内に設けられた点火プラグを有し、前記燃焼室内の混合気の火花点火を行う火花点火手段と、
   前記第１及び第２ポート燃料噴射弁の弁駆動制御を行う燃料噴射制御手段とを備え、
   前記動弁機構は、前記第１吸気弁のリフト量が前記第２吸気弁のリフト量より小さくなるように構成されており、
   前記燃料噴射制御手段は、前記第１ポート燃料噴射弁による第１燃料噴射を、前記第２ポート燃料噴射弁による第２燃料噴射より前に実行するとともに、前記第２燃料噴射における第２燃料噴射量を前記第１燃料噴射における第１燃料噴射量より増加させるように前記弁駆動制御を行い、前記点火プラグ近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記燃料噴射制御手段は、前記第２燃料噴射の開始時期を前記第１燃料噴射の開始時期以後に設定し、前記第２燃料噴射の終了時期を前記第２吸気弁の閉弁時期より前に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 内燃機関の燃焼室に設けられた吸気口において前記燃焼室と連通する吸気ポートと、前記吸気口を開閉する吸気弁とを備える内燃機関の燃焼制御装置において、
   前記燃焼室内に吸入された混合気の流動を生成する流動生成手段と、
   前記燃焼室内に設けられた点火プラグを有し、前記燃焼室内の混合気の火花点火を行う火花点火手段と、
   前記吸気ポート内に燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、
   前記燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、
   前記ポート燃料噴射弁及び筒内燃料噴射弁の弁駆動制御を行う燃料噴射制御手段とを備え、
   前記燃料噴射制御手段は、前記ポート燃料噴射弁による第１燃料噴射を、前記筒内燃料噴射弁による第２燃料噴射より前に実行し、前記点火プラグ近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
4. 内燃機関の燃焼室に設けられた吸気口において前記燃焼室と連通する吸気ポートと、前記吸気口を開閉する吸気弁とを備える内燃機関の燃焼制御装置において、
   前記燃焼室内に吸入された混合気の流動を生成する流動生成手段と、
   前記燃焼室内に設けられた点火プラグを有し、前記燃焼室内の混合気の火花点火を行う火花点火手段と、
   前記燃焼室内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、
   前記筒内燃料噴射弁の弁駆動制御を行う燃料噴射制御手段とを備え、
   前記燃料噴射制御手段は、前記筒内燃料噴射弁によって第１燃料噴射と、前記第１燃料噴射の後の第２燃料噴射とを実行し、前記点火プラグ近傍の混合気の空燃比を相対的に大きくすることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
5. 前記火花点火手段は、前記点火プラグに放電を発生させるための複数の点火コイル対を備え、前記点火プラグにおける放電の開始時期及び継続時間を変更可能に構成されており、前記点火プラグ近傍の混合気の空燃比が相対的に小さくなるように形成される成層希薄混合気に点火する場合の放電開始時期より進角側に前記放電開始時期を設定することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。

Images