JP2015178773A - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料が吸気口側から排気口側に吹き抜けるのを抑制し、燃料の気化を促進して、エンジンの燃焼効率を向上させる。【解決手段】本発明は、燃焼室２７の吸気口２８を開閉する吸気バルブ３３及び燃焼室２７の排気口３１を開閉する排気バルブ３５を備えたエンジン１４と、燃焼室２７の吸気口２８と連通する吸気通路８６に向かって燃料を噴射する燃料噴射装置８８と、を備えたエンジンの燃料噴射制御装置であって、エンジン１４は、所定のタイミングで吸気バルブ３３が開く第１の運転状態と、第１の運転状態よりも遅いタイミングで吸気バルブ３３が開く第２の運転状態と、を切り替え可能に設けられ、燃料噴射装置８８は、エンジン１４が第２の運転状態で運転している場合に、エンジン１４の排気行程で燃料を噴射する排気行程噴射を実行可能であることを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、自動二輪車等に設けられるエンジンの燃料噴射制御装置に関する。

従来、自動二輪車等のエンジンは、燃焼室の吸気口を開閉する吸気バルブと、燃焼室の排気口を開閉する排気バルブと、を備えている。また、吸気口を介して燃焼室に取り込まれる燃料は、吸気口と連通する吸気通路に向かって燃料噴射装置から噴射されるようになっている。

例えば、特許文献１には、吸気バルブ（特許文献１の「吸気弁１１」参照）のリフト量を変更可能な可変動弁機構と、吸気通路に燃料を噴射供給する燃料噴射装置（特許文献１の「燃料噴射弁５２」参照）と、を備えた可変動弁機構付き内燃機関が開示されている。この従来技術では、吸気バルブのリフト量が所定リフト量より大きい時に、吸気バルブが開く前に燃料噴射を終了させることで、燃料の気化を促進しようとしている。

特開２００３−２４７４４３号公報

上記の「吸気バルブのリフト量が所定リフト量より大きい時」とは、エンジンが高回転の時又はエンジンが低回転から高回転に向かう時と考えられるが、このような時にはエンジンの１サイクルの期間は非常に短い。そのため、上記のように吸気バルブが開く前に燃料噴射を終了させたとしても、燃料の気化を十分に促進することはできず、エンジンの燃焼効率を向上させることは困難である。

また、一般的なエンジンでは、吸気バルブが開いている期間と排気バルブが開いている期間のオーバーラップ時間が存在する。そのため、上記のように吸気バルブが開く前に燃料噴射を終了させたとしても、吸気バルブが開いた時（オーバーラップ時間になった時）に吸気口側から排気口側へと燃料が未燃のまま吹き抜けてしまい、燃費が低下する恐れがある。

そこで、本発明は上記の事情を考慮し、燃料が未燃のまま吹き抜けるのを抑制し、燃料の気化を促進して、エンジンの燃焼効率を向上させることを目的とする。

本発明は、燃焼室の吸気口を開閉する吸気バルブ及び前記燃焼室の排気口を開閉する排気バルブを備えたエンジンと、前記吸気口と連通する吸気通路に向かって燃料を噴射する燃料噴射装置と、を備えたエンジンの燃料噴射制御装置であって、前記エンジンは、所定のタイミングで前記吸気バルブが開く第１の運転状態と、前記第１の運転状態よりも遅いタイミングで前記吸気バルブが開く第２の運転状態と、を切り替え可能に設けられ、前記燃料噴射装置は、前記エンジンが前記第２の運転状態で運転している場合に、前記エンジンの排気行程で燃料を噴射する排気行程噴射を実行可能であることを特徴とする。

このように排気行程噴射を実行することで、燃料噴射のタイミングを大幅に進角させることが可能となり、燃料を気化させるための時間を十分に確保することができる。そのため、燃料の気化を促進することができ、エンジンの燃焼効率を向上させることが可能となる。

また、第２の運転状態では第１の運転状態よりも遅いタイミングで吸気バルブが開くため、吸気バルブが開いている期間と排気バルブが開いている期間のオーバーラップが第１の運転状態よりも短い。そのため、排気行程噴射を実行しても、吸気口側から排気口側に燃料が未燃のまま吹き抜けにくくなり、燃費の悪化を防止することが可能となる。

前記燃料噴射装置は、前記エンジンが前記第２の運転状態で運転している場合に、前記エンジンの吸気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射を前記排気行程噴射と併用しても良い。

このような構成を採用することで、排気行程噴射で噴射された燃料は吸気通路の熱によって気化させ、吸気行程噴射で噴射された燃料は吸気バルブが開いた際の高速流によって霧化させることができる。これに伴って、エンジンの燃焼効率を一層向上させることが可能となる。

前記第２の運転状態は、前記吸気バルブの開くタイミングが異なるように複数パターン設けられ、前記燃料噴射装置は、複数パターンの前記第２の運転状態のうちで前記吸気バルブの開くタイミングが遅い運転状態である程、早いタイミングで前記排気行程噴射を実行しても良い。

このような構成を採用することで、吸気バルブの開くタイミングに応じた適切なタイミングで排気行程噴射を実行することが可能となり、エンジンの燃焼効率を一層向上させることが可能となる。

前記燃料噴射装置は、前記エンジン内の冷却水の温度が所定値以上の時に、前記排気行程噴射を実行しても良い。

このような構成を採用することで、エンジンの冷機時に排気行程噴射が実行されることによって燃料の気化効率が低下したり燃焼室の温度が過度に低下したりするのを抑制することが可能となる。これに伴って、エンジンの燃焼効率の低下を防止することができる。

前記燃料噴射装置は、前記エンジン内の冷却水の温度が高い程、早いタイミングで前記排気行程噴射を実行しても良い。

このような構成を採用することで、エンジン内の冷却水の温度に応じた適切なタイミングで排気行程噴射を実行することが可能となり、エンジンの燃焼効率を一層向上させることが可能となる。

前記燃料噴射装置は、前記エンジン内の冷却水の温度が高い程、前記排気行程噴射の噴射量を増加させても良い。

このような構成を採用することで、エンジン内の冷却水の温度に応じた適切な噴射量で排気行程噴射を実行することが可能となり、エンジンの燃焼効率を一層向上させることが可能となる。

本発明によれば、燃料が未燃のまま吹き抜けるのを抑制し、燃料の気化を促進して、エンジンの燃焼効率を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る自動二輪車を示す右側面図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車のエンジンを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、吸気側動弁装置及びその周辺部を示す背面図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、吸気側動弁装置及びその周辺部を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、吸気カム及びその周辺部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、エンジン及びその周辺部を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、バルブリフト量とクランク角の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、（ａ）は、低リフト状態（暖機時）の燃料噴射タイミングを示す図であり、（ｂ）は、低リフト状態（冷機時）の燃料噴射タイミングを示す図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、（ａ）は、中リフト状態（暖機時）の燃料噴射タイミングを示す図であり、（ｂ）は、中リフト状態（冷機時）の燃料噴射タイミングを示す図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、（ａ）は、高リフト状態（暖機時）の燃料噴射タイミングを示す図であり、（ｂ）は、高リフト状態（冷機時）の燃料噴射タイミングを示す図である。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、（ａ）は、低リフト状態における噴射量の重み付けを示すグラフであり、（ｂ）は、中リフト状態における噴射量の重み付けを示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、冷却水の温度と排気行程噴射の進角量の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る自動二輪車において、燃料噴射制御を示すフローチャートである。

以下、図面に基づき、本発明の好適な実施形態について説明する。以下の実施形態では、本発明を自動二輪車１に適用した場合について説明する。以下、上下、左右、前後等の方向を示す語は、自動二輪車１の乗員から見た方向を基準として用いる。各図に適宜付される矢印Ｆｒ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒは、それぞれ自動二輪車１の前方、後方、左方、右方を示している。

まず、図１を用いて、自動二輪車１の概要について説明する。

自動二輪車１には、骨組を構成する車体フレーム２が設けられ、車体フレーム２の前方から下方にかけて設けられたカウリング３により、車両前部が覆われている。車体フレーム２は、例えばツインチューブ型であり、車体フレーム２の前部上端に配置されたヘッドパイプ４と、ヘッドパイプ４から後下方に向かって延びる左右一対のメインフレーム５と、メインフレーム５の後部から後上方に向かって延びる左右一対のシートレール６と、を主体として構成されている。

ヘッドパイプ４には、左右一対のフロントフォーク７が支持されている。フロントフォーク７の下端には前輪８が軸支され、フロントフォーク７の上端にはハンドルバー１０が固定され、ハンドルバー１０の左右両端部にはハンドルグリップ１１が設けられている。

左右一対のメインフレーム５の間には燃料タンク１２が設けられ、燃料タンク１２の後方には運転者シート１３が設けられている。燃料タンク１２の下方にはエンジン１４が搭載されている。左右一対のメインフレーム５の後下部にはピボット軸１５が架設され、ピボット軸１５にはスイングアーム１６の前端部が上下方向揺動可能に支持されている。スイングアーム１６の後端部には後輪１７が軸支されている。

次に、図２〜図５を用いて、エンジン１４について更に詳細に説明する。エンジン１４は、例えば、並列４気筒型エンジンである。

図２に示されるように、エンジン１４は、クランクケース２０と、クランクケース２０から上方に延びるシリンダー２１と、シリンダー２１から上方に延びるシリンダーヘッド２２と、シリンダーヘッド２２の上側を覆うヘッドカバー２３と、を備えている。なお、図２において、クランクケース２０及びシリンダー２１は、その概略のみが一点鎖線で表示されている。

クランクケース２０内には、クランク軸２４が軸支されている。クランク軸２４は、シリンダー２１内に往復動可能に収納されたピストン２５とコンロッド２６を介して接続されており、ピストン２５の往復動がコンロッド２６を介してクランク軸２４の回転に変換されるように構成されている。

シリンダー２１とシリンダーヘッド２２の間には、燃焼室２７が形成されている。燃焼室２７の後部には、吸気口２８が形成されている。吸気口２８は、シリンダーヘッド２２の後面に開口された吸気ポート３０と連通している。燃焼室２７の前部には、排気口３１が形成されている。排気口３１は、シリンダーヘッド２２の前面に開口された排気ポート３２と連通している。

シリンダーヘッド２２の後部には、吸気バルブ３３が気筒ごとに２個ずつ設けられている。吸気バルブ３３は、所定の軸方向（本実施形態では、上方に向かって後方に傾斜する方向）に延びている。吸気バルブ３３は、その軸方向に移動することで燃焼室２７の吸気口２８を開閉するように構成されている。吸気バルブ３３は、吸気側バルブスプリング３４によって燃焼室２７の吸気口２８を閉止する方向（本実施形態では上方）に付勢されている。

シリンダーヘッド２２の前部には、排気バルブ３５が気筒ごとに２個ずつ設けられている。排気バルブ３５は、所定の軸方向（本実施形態では、上方に向かって前方に傾斜する方向）に延びている。排気バルブ３５は、その軸方向に移動することで燃焼室２７の排気口３１を開閉するように構成されている。排気バルブ３５は、排気側バルブスプリング３６によって燃焼室２７の排気口３１を閉止する方向（本実施形態では上方）に付勢されている。

シリンダーヘッド２２の上部には、カムハウジング３７が設けられ、カムハウジング３７の後上方には、ボールスクリューハウジング３８が設けられている。

シリンダーヘッド２２の後上部には、吸気バルブ３３の上方に吸気側動弁装置４４が設けられている。図３、図４に示されるように、吸気側動弁装置４４は、シリンダーヘッド２２の右後隅に設けられる駆動モーター４５（駆動源）と、駆動モーター４５の左方に設けられるボールスクリュー４６と、ボールスクリュー４６に支持されるスライドナット４７と、スライドナット４７に固定されるナットフォーク４８と、ボールスクリュー４６の前方に配置されるカムフォークシャフト５０と、カムフォークシャフト５０に固定されるカムフォーク５１と、カムフォークシャフト５０の下方に配置されるカムシャフト５２と、カムシャフト５２に支持される吸気カム５３と、シリンダーヘッド２２の左後隅に設けられるカム位置センサー５４と、を備えている。

駆動モーター４５には、左方に向かって突出する出力軸５５が設けられている。出力軸５５の外周には出力ギヤ５６が設けられており、駆動モーター４５の駆動に伴って出力軸５５と出力ギヤ５６が一体に回転するように構成されている。

ボールスクリュー４６は、左右方向に延びている。ボールスクリュー４６の右端部には接続ギヤ５７が設けられている。接続ギヤ５７は、駆動モーター４５の出力ギヤ５６と噛合している。これにより、駆動モーター４５の駆動に伴ってボールスクリュー４６が回転するようになっている。ボールスクリュー４６は、ボールスクリューハウジング３８（図２等参照）に収容されている。

図３、図４に示されるように、スライドナット４７は、ボールスクリュー４６の外周に噛合している。スライドナット４７は、回転が規制された状態で設けられており、ボールスクリュー４６の回転に伴って左右方向に移動するように構成されている。

ナットフォーク４８は、フォーク本体６０と、フォーク本体６０から前方に向かって張り出すベースプレート６１と、を備えている。フォーク本体６０は、スライドナット４７の外周面に固定されている。これにより、スライドナット４７が左右方向に移動すると、ナットフォーク４８がスライドナット４７と一体的に左右方向に移動するようになっている。ベースプレート６１は、平板状を成しており、左右方向に延びている。

カムフォークシャフト５０は、左右方向に延びている。カムフォークシャフト５０は、カムハウジング３７に設けられた複数個（本実施形態では５個）の軸受部６４によって左右方向に移動可能に支持されている。

カムフォーク５１は、カムフォークシャフト５０の外周に固定されており、カムフォークシャフト５０と一体的に左右方向に移動するようになっている。カムフォーク５１は、左右方向に間隔をおいて４個設けられている。４個のカムフォーク５１のうちの左右方向中央の２個は、ナットフォーク４８のベースプレート６１の左右両端部に固定されている。これにより、ナットフォーク４８が左右方向に移動すると、カムフォークシャフト５０及びカムフォーク５１がナットフォーク４８と一体的に左右方向に移動するようになっている。

カムシャフト５２は、左右方向に延びている。カムシャフト５２の右端部には、カムスプロケット６５が設けられている。カムスプロケット６５は、クランク軸２４（図３、図４では図示せず）とカムチェーン（図示せず）を介して接続されている。

吸気カム５３は、カムシャフト５２に周設されており、左右方向に延びる回転軸Ｙを中心にカムシャフト５２と一体的に回転するように設けられている。つまり、本実施形態では、左右方向が吸気カム５３の回転軸方向である。吸気カム５３は、カムシャフト５２に対して左右方向に移動可能に設けられている。吸気カム５３は、左右方向に間隔をおいて４個設けられている。

図５に示されるように、吸気カム５３の右端部は、ベアリング６６を介してカムフォーク５１に取り付けられている。これにより、吸気カム５３がカムフォーク５１と一体的に左右方向に移動可能となっている。

吸気カム５３は、所謂「３次元カム」であり、左右方向（回転軸方向）にカムプロフィールが変化している。吸気カム５３には、外径側に向かって隆起するカムロブ６７が設けられている。カムロブ６７の右端部（左右方向一端部）には低カム部６８が設けられ、カムロブ６７の左右方向中央部には中カム部６９が設けられ、カムロブ６７の左端部（左右方向他端部）には、高カム部７０が設けられている。低カム部６８、中カム部６９及び高カム部７０は、左右方向に対して平行に設けられている。カム部６８〜７０のカムプロフィールは、低カム部６８、中カム部６９、高カム部７０の順に大きくなっている。

吸気カム５３のカムロブ６７には、低カム部６８と中カム部６９の間に第１移行部７１が設けられ、中カム部６９と高カム部７０の間に第２移行部７２が設けられている。第１移行部７１及び第２移行部７２は、右方から左方に向かって徐々に拡径しており、左右方向に対して傾斜している。

以上のように、本実施形態の吸気カム５３は、左右方向（回転軸方向）の一端部から他端部まで連続的にカムプロフィールが変化する無段階式３次元カムでは無く、カムプロフィールが変化しない部分（低カム部６８、中カム部６９、高カム部７０）の間にカムプロフィールが変化する部分（第１移行部７１、第２移行部７２）が配置される３段階式３次元カム（多段階式３次元カム）である。

吸気カム５３の下方には、タペット７３が設けられている。タペット７３は、タペットガイド７４に支持されている。タペット７３は、左右方向に延びるタペットアーム７５と、タペットアーム７５の左右方向中央部に回転可能に支持されるタペットローラー７６と、を備えている。タペットアーム７５の左右両端部は、吸気バルブ３３の上端部の上方に位置している。タペットアーム７５の左右両端部と吸気バルブ３３の上端部の間には、シム５８が介装されている。タペットローラー７６は、吸気カム５３に当接している。

カム位置センサー５４（図３、図４参照）は、ロータリーエンコーダー等によって構成されている。カム位置センサー５４は、吸気カム５３の左右方向（回転軸方向）の位置を検出するように構成されている。なお、カム位置センサー５４は、吸気カム５３の左右方向の位置を直接検出しても良いし、吸気カム５３と一体的に左右方向に移動する部材（例えば、スライドナット４７、ナットフォーク４８、カムフォークシャフト５０又はカムフォーク５１）の位置を検出することで、吸気カム５３の左右方向の位置を間接的に検出しても良い。

図２に示されるように、シリンダーヘッド２２の前上部には、排気バルブ３５の上方に排気側動弁装置７７が設けられている。排気側動弁装置７７は、排気カムシャフト７８と一体に回転する排気カム７９を備えている。排気カム７９は、３次元カムによって構成される吸気カム５３とは異なり、平板状のカムによって構成されている。排気側動弁装置７７の詳細については、説明を省略する。

次に、上記したエンジン１４及びその周辺部について、図６を用いて更に説明する。図６では、エンジン１４は、その要部のみが模式的に表示されている。

シリンダー２１には、ウォータージャケット８１が内設されている。ウォータージャケット８１内には、エンジン１４を冷却するための冷却水が収容されている。以下、「冷却水」と記載する場合には、ウォータージャケット８１内に収容された冷却水のことを指すものとする。冷却水は、例えば、ウォーターポンプ（図示せず）によってウォータージャケット８１内を循環するようになっている。シリンダー２１には、冷却水の温度を検出する水温センサー８２が設けられている。

シリンダーヘッド２２には、燃焼室２７の吸気口２８と吸気ポート３０の間に下流側通路８３が形成されている。吸気ポート３０には吸気管８４が接続されており、吸気管８４の内部には上流側通路８５が形成されている。上流側通路８５は、下流側通路８３と共に吸気通路８６を構成している。

吸気管８４の下流端部には、燃料噴射装置８８が取り付けられている。燃料噴射装置８８は、吸気ポート３０に臨んでおり、吸気通路８６の下流側通路８３に向かって燃料を噴射するように構成されている。吸気管８４には、燃料噴射装置８８よりも上流側の部分にエアクリーナー（図示せず）が接続されており、エアクリーナーから導入された空気と燃料噴射装置８８から噴射された燃料が混合された後、吸気口２８を介して燃焼室２７に導入されるように構成されている。

シリンダーヘッド２２には、燃焼室２７の排気口３１と排気ポート３２の間に第１通路９１が形成されている。排気ポート３２には排気管９２が接続されており、排気管９２の内部には第２通路９３が形成されている。第２通路９３は、第１通路９１と共に排気通路９４を構成しており、燃焼室２７からの排気が排気通路９４を介して排出されるようになっている。

シリンダーヘッド２２には、燃焼室２７の上端中央付近に点火プラグ９５が設けられている。点火プラグ９５は、イグニッションコイル９６に接続されており、イグニッションコイル９６が発生させた高電圧を用いて点火プラグ９５が燃焼室２７内の混合気に点火するようになっている。

エンジン１４は、制御部９７によって制御されている。制御部９７は、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）等によって構成されている。制御部９７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read-Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部と、を備えており、記憶部に記憶されたプログラムに従って各種処理を実行する機能を有している。

制御部９７は、シリンダー２１に設けられた水温センサー８２に接続されている。制御部９７は、燃料噴射装置８８に接続されている。制御部９７は、イグニッションコイル９６に接続されている。

制御部９７は、吸気側動弁装置４４に設けられた駆動モーター４５と接続されており、制御部９７からの信号に基づいて駆動モーター４５が駆動するようになっている。制御部９７は、吸気側動弁装置４４に設けられたカム位置センサー５４に接続されている。

制御部９７は、アクセルグリップ９８に接続されており、アクセルグリップ９８の操作量が制御部９７に出力されるようになっている。制御部９７は、エンジン１４の回転数を検出する回転数センサー９９と接続されている。制御部９７は、クランク角を検出するクランク角センサー１００と接続されている。

上記のように構成された自動二輪車１の走行時には、エンジン１４のクランク軸２４が回転する。このようにクランク軸２４が回転すると、この回転がカムチェーン（図示せず）を介してカムシャフト５２に伝達され、カムシャフト５２が回転する。このようにカムシャフト５２が回転すると、回転軸Ｙを中心に吸気カム５３が回転し、吸気カム５３に設けられたカム部６８〜７０のいずれかがタペット７３のタペットローラー７６を下方に押圧する。これに伴って、タペット７３のタペットアーム７５がシム５８を介して吸気バルブ３３を下方に押圧し、吸気バルブ３３が燃焼室２７の吸気口２８を開放する。以上のようにして、吸気カム５３のカム部６８〜７０のいずれかが吸気バルブ３３を作動させる。

また、上記のように構成された自動二輪車１の走行時には、エンジン１４の回転数又はアクセルグリップ９８の操作量に応じて制御部９７が駆動モーター４５を駆動させる。このように駆動モーター４５が駆動すると、ボールスクリュー４６が回転し、ボールスクリュー４６の外周に噛合するスライドナット４７が左右方向に移動する。このようにスライドナット４７が左右方向に移動すると、ナットフォーク４８、カムフォークシャフト５０、カムフォーク５１及び吸気カム５３が左右方向に移動する。以上のようにして、駆動モーター４５が吸気カム５３を左右方向に移動させる。これに伴って、吸気カム５３のうちで吸気バルブ３３を作動させる領域が、低カム部６８、中カム部６９、高カム部７０の間で切り替わる。具体的には、エンジン１４の回転数又はアクセルグリップ９８の操作量が上昇するのに伴って、吸気カム５３のうちで吸気バルブ３３を作動させる領域が低カム部６８、中カム部６９、高カム部７０の順に切り替わる。これにより、エンジン１４の燃費の向上と出力の向上が図られる。

以下、低カム部６８が吸気バルブ３３を作動させている時のエンジン１４の運転状態を、低リフト状態と称する。また、中カム部６９が吸気バルブ３３を作動させている時のエンジン１４の運転状態を、中リフト状態と称する。更に、高カム部７０が吸気バルブ３３を作動させている時のエンジン１４の運転状態を、高リフト状態と称する。エンジン１４は、低リフト状態、中リフト状態、高リフト状態の間で運転状態を切り替え可能に設けられている。

図７に示されるように、低リフト状態では、バルブリフト量が所定の値であり、中リフト状態では、低リフト状態よりもバルブリフト量が多く、高リフト状態では、中リフト状態よりもバルブリフト量が更に多い。つまり、バルブリフト量は、低リフト状態、中リフト状態、高リフト状態の順に多くなる。

また、高リフト状態では所定のタイミングで吸気バルブ３３が開き、中リフト状態では高リフト状態よりも遅いタイミングで吸気バルブ３３が開き、低リフト状態では中リフト状態よりも更に遅いタイミングで吸気バルブ３３が開く。以上のように、吸気バルブ３３が開くタイミングは、高リフト状態、中リフト状態、低リフト状態の順に遅くなっている。これに伴って、吸気バルブ３３が開いている期間と排気バルブ３５が開いている期間のオーバーラップ時間（吸気バルブ３３と排気バルブ３５の両方が開いている時間）は、高リフト状態、中リフト状態、低リフト状態の順に短くなっている。高リフト状態は吸気バルブ３３の開くタイミングが最も早い運転状態であり、低リフト状態は吸気バルブ３３の開くタイミングが最も遅い運転状態である。

本実施形態では、高リフト状態がエンジン１４の第１の運転状態（所定のタイミングで吸気バルブ３３が開く運転状態）であり、中リフト状態及び低リフト状態がエンジン１４の第２の運転状態（第１の運転状態よりも遅いタイミングで吸気バルブ３３が開く運転状態）である。本実施形態ではこのように、吸気バルブ３３の開くタイミングが異なるように、中リフト状態と低リフト状態という２パターンの第２の運転状態が設けられている。

また、吸気バルブ３３の閉じるタイミングは、低リフト状態、中リフト状態、高リフト状態の順に遅くなる。つまり、低リフト状態は吸気バルブ３３の閉じるタイミングが最も早い運転状態であり、高リフト状態は吸気バルブ３３の閉じるタイミングが最も遅い運転状態である。

以上のように本実施形態では、バルブリフト特性（バルブリフト量及びバルブリフトタイミング）が異なるカム部６８〜７０によって吸気バルブ３３を作動させている。つまり、本実施形態の吸気側動弁装置４４は、所謂「可変動弁装置」である。なお、排気バルブ３５を作動させる排気カム７９については、バルブリフト特性（バルブリフト量及びバルブリフトタイミング）は一定である。

次に、主に図７〜図１０を用いて、エンジン１４の運転状態ごとの燃料噴射タイミングの具体例について説明する。図８〜図１０の矢印Ｉは、燃料噴射タイミングを示している。以下、「暖機時」とは冷却水の温度が所定値Ｘ以上の時を示し、「冷機時」とは冷却水の温度が所定値Ｘ未満の時を示す。また、エンジン１４の吸気行程における燃料噴射を「吸気行程噴射」と称し、エンジン１４の排気行程における燃料噴射を「排気行程噴射」と称し、吸気行程噴射を排気行程噴射と併用することを「分割噴射」と称する。

まず、エンジン１４が低リフト状態で運転している場合について説明する。

図７に示されるように、エンジン１４が低リフト状態で運転している場合には、最も遅いタイミングで吸気バルブ３３が開くため、吸気バルブ３３が開いている期間と排気バルブ３５が開いている期間のオーバーラップ時間が最も短い。そして、そのオーバーラップ時間の間は、吸気バルブ３３または排気バルブ３５のどちらか一方がランプ部（バルブの開動作の開始または終了のカムプロフィール）に相当する低開度状態（ほとんど閉まっている状態）となっている。そのため、排気行程噴射を実行しても、吸気口２８側から排気口３１側に燃料が未燃のまま吹き抜ける可能性は最も低く、燃費の悪化が最も起こり難い。

そこで、図８（ａ）に示されるように、暖機時には、排気行程噴射を１回実行して、吸気ポート３０周辺の熱によって燃料を気化させる。上記の排気行程噴射の時期としては、膨張下死点付近（クランク角が１８０度の付近）が好ましい。これは、膨張下死点付近では、混合気への点火後に燃焼が広がって十分に燃焼圧がピストン２５に伝わると共に、吸気ポート３０周辺が最も高温になるからである。また、暖機時には、ランプ部が終了して急激に吸気バルブ３３が開き始める付近（クランク角が−３３０度の付近）で吸気行程噴射を１回実行して、吸気バルブ３３が開いた際の高速流によって燃料を霧化させる。以上のように、暖機時には、排気行程噴射１回、吸気行程噴射１回の分割噴射を実行する。

一方で、冷機時には、吸気ポート３０周辺の温度が上昇していないため、排気行程噴射を行っても燃料の気化効率が悪く、却って燃焼効率の低下を招く恐れがある。そのため、図８（ｂ）に示されるように、排気行程噴射を実行せず、急激に吸気バルブ３３が開き始める付近（クランク角が−３３０度の付近）で吸気行程噴射を１回実行する。以上のように、冷機時には分割噴射を実行しない。なお、エンジン１４が低リフト状態で運転している時には、吸気バルブ３３が開いている期間と排気バルブ３５が開いている期間のオーバーラップ時間が極めて短いことを考慮し、排気バルブ３５が閉じるタイミングではなく吸気バルブ３３が開くタイミングで吸気行程噴射を実行する。

次に、エンジン１４が中リフト状態で運転している場合について説明する。

図７に示されるように、エンジン１４が中リフト状態で運転している場合には、高リフト状態よりも遅いタイミングで吸気バルブ３３が開くため、吸気バルブ３３が開いている期間と排気バルブ３５が開いている期間のオーバーラップ時間が比較的短い。そのため、排気行程噴射を実行しても、吸気口２８側から排気口３１側に燃料が未燃のまま吹き抜ける可能性は比較的低く、燃費の悪化が比較的起こり難い。

そこで、図９（ａ）に示されるように、暖機時には、急激な吸気バルブ３３の開き動作に先行するランプ部による開動作をしている間（クランク角が３３０度の付近）で排気行程噴射を１回実行して、吸気ポート３０周辺の熱によって燃料を気化させる。また、暖機時には、急激に吸気バルブ３３が開き始める付近（クランク角が−３５０度の付近）で吸気行程噴射を１回実行して、吸気バルブ３３が開いた際の高速流によって燃料を霧化させる。以上のように、暖機時には、排気行程噴射１回、吸気行程噴射１回の分割噴射を実行する。

一方で、冷機時には、吸気ポート３０周辺の温度が上昇していないため、排気行程噴射を行っても燃料の気化効率が悪く、却って燃焼効率の低下を招く恐れがある。そのため、図９（ｂ）に示されるように、排気行程噴射を実行せず、排気バルブ３５がランプ部に相当する低開度状態となる付近（クランク角が−３４０度の付近）で吸気行程噴射を１回実行する。以上のように、冷機時には分割噴射を実行しない。

次に、エンジン１４が高リフト状態で運転している場合について説明する。

図７に示されるように、エンジン１４が高リフト状態で運転している場合には、最も早いタイミングで吸気バルブ３３が開くため、吸気バルブ３３が開いている期間と排気バルブ３５が開いている期間のオーバーラップ時間が最も長い。そのため、排気行程噴射を実行すると、吸気口２８側から排気口３１側に燃料が未燃のまま吹き抜ける可能性が最も高く、燃費の悪化が最も起こりやすい。

そこで、図１０（ａ）に示されるように、暖機時であっても排気行程噴射を実行せず、排気バルブ３５がランプ部に相当する低開度状態となる付近（クランク角が−３４０度の付近）で吸気行程噴射を１回実行する。また、図１０（ｂ）に示されるように、冷機時についても排気行程噴射を実行せず、排気バルブ３５がランプ部に相当する低開度状態となる付近（クランク角が−３４０度の付近）で吸気行程噴射を１回実行する。つまり、暖機時と冷機時のどちらについても分割噴射を実行しない。

次に、図１１（ａ）、図１１（ｂ）を用いて、分割噴射を行う場合の噴射量の重み付け（吸気行程噴射と排気行程噴射の噴射量割合）について説明する。

本実施形態では、冷却水の温度によって噴射量の重み付けを無段階的に変化させている。具体的には、冷却水の温度が高い程、総噴射量に対する排気行程噴射の噴射量割合を高くし、総噴射量に対する吸気行程噴射の噴射量割合を低くしている。これに伴って、冷却水の温度が高い程、排気行程噴射の噴射量が増加し、吸気行程噴射の噴射量が減少している。

また、低リフト状態（図１１（ａ））と中リフト状態（図１１（ｂ））を比較すると、低リフト状態の方が中リフト状態よりも排気行程噴射の噴射量割合が高くなっている。これは、中リフト状態では低リフト状態と比較して吸気バルブ３３が開いている期間と排気バルブ３５が開いている期間のオーバーラップ時間が長く、吸気口２８側から排気口３１側に燃料が未燃のまま吹き抜ける可能性が高いことを考慮したものである。

次に、図１２を用いて、冷却水の温度と排気行程噴射の進角量の関係を説明する。

本実施形態では、冷却水の温度によって排気行程噴射の進角量を無段階的に変化させている。具体的には、冷却水の温度が高い程、基準角度（例えば、ＴＤＣ（排気上死点））に対して、−３０度から排気行程噴射の進角量が大きくなっている。換言すると、冷却水の温度が高い程、早いタイミングで排気行程噴射を実行している。

また、低リフト状態と中リフト状態を比較すると、低リフト状態の方が中リフト状態よりも排気行程噴射の進角量が大きくなっている。換言すると、低リフト状態の方が中リフト状態よりも早いタイミングで排気行程噴射を実行している。これは、中リフト状態では低リフト状態と比較して吸気バルブ３３が開いている期間と排気バルブ３５が開いている期間のオーバーラップ時間が長く、吸気口２８側から排気口３１側に燃料が未燃のまま吹き抜ける可能性が高いことを考慮したものである。

次に、図１３を用いて、燃料噴射制御について説明する。

まず、制御部９７は、カム位置センサー５４からの信号に基づいて現在のエンジン１４の運転状態が低リフト状態、中リフト状態、高リフト状態のどれであるかを確認する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１の確認の結果、エンジン１４の運転状態が高リフト状態（第１の運転状態）である場合には、排気行程噴射は実行されず、吸気行程噴射のみが実行される。そこで、制御部９７は、回転数センサー９９が検出するエンジン１４の回転数及び水温センサー８２が検出する冷却水の温度に基づいて、燃料噴射装置８８の総噴射量を算出する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部９７は、その内部に記憶されたマップとエンジン１４の回転数及び冷却水の温度を照合し、燃料噴射装置８８の総噴射量を算出する。

次に、制御部９７は、クランク角センサー１００によって検出されるクランク角に基づいて、吸気行程噴射の噴射タイミングを算出する（ステップＳ１０３）。詳細には、制御部９７は、クランク角速度を求め、クランク角速度に対応した吸気行程噴射の噴射タイミングを算出する。

一方で、ステップＳ１０１の確認の結果、エンジン１４の運転状態が低リフト状態又は中リフト状態（第２の運転状態）である場合には、制御部９７は、回転数センサー９９が検出するエンジン１４の回転数及び水温センサー８２が検出する冷却水の温度に基づいて、燃料噴射装置８８の総噴射量を算出する（ステップＳ１０４）。

次に、制御部９７は、水温センサー８２が検出する冷却水の温度が所定値Ｘ以上であるか（エンジン１４が暖機状態であるか）を確認する（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０５がＹｅｓの時（冷却水の温度が所定値Ｘ以上である時）には、排気行程噴射及び吸気行程噴射を含む分割噴射が実行される。そこで、制御部９７は、水温センサー８２が検出する冷却水の温度に基づいて噴射量の重み付け（吸気行程噴射と排気行程噴射の噴射量割合）を決定する（ステップＳ１０６）。

次に、制御部９７は、クランク角センサー１００によって検出されるクランク角に基づいて、吸気行程噴射の噴射タイミングを算出する（ステップＳ１０７）。詳細には、制御部９７は、クランク角速度を求め、クランク角速度に対応した吸気行程噴射の噴射タイミングを算出する。

次に、制御部９７は、水温センサー８２が検出する冷却水の温度に基づいて、排気行程噴射の進角量を算出する（ステップＳ１０８）。

一方で、ステップＳ１０５がＮｏの時（冷却水の温度が所定値Ｘ未満である時）には、排気行程噴射は実行されず、吸気行程噴射のみが実行される。そこで、制御部９７は、クランク角センサー１００によって検出されるクランク角に基づいて、吸気行程噴射の噴射タイミングを算出する（ステップＳ１０９）。

本実施形態では以上のように、エンジン１４が低リフト状態又は中リフト状態（第２の運転状態）で運転している場合に、燃料噴射装置８８が排気行程噴射を実行可能である。このように排気行程噴射を実行することで、燃料噴射のタイミングを大幅に進角させることが可能となり、燃料を気化させるための時間を十分に確保することができる。そのため、吸気ポート３０周辺の熱によって燃料の気化を促進することができ、エンジン１４の燃焼効率を向上させることが可能となる。

また、低リフト状態又は中リフト状態（第２の運転状態）では高リフト状態（第１の運転状態）よりも遅いタイミングで吸気バルブ３３が開くため、吸気バルブ３３が開いている期間と排気バルブ３５が開いている期間のオーバーラップ時間が高リフト状態よりも短い。そのため、排気行程噴射を実行しても、吸気口２８側から排気口３１側に燃料が未燃のまま吹き抜けにくくなり、燃費の悪化を防止することが可能となる。

また、燃料噴射装置８８は、エンジン１４が低リフト状態又は中リフト状態（第２の運転状態）で運転している場合に、吸気行程噴射を排気行程噴射と併用する分割噴射を実行している。このような構成を採用することで、排気行程噴射で噴射された燃料は吸気ポート３０周辺の熱によって気化させ、吸気行程噴射で噴射された燃料は吸気バルブ３３が開いた際の高速流によって霧化させることができる。これに伴って、エンジン１４の燃焼効率を一層向上させることが可能となる。また、排気行程噴射の噴射量が多すぎて吸気バルブ３３周辺が過冷却となったり燃料の気化が阻害されたりするのを防止することができる。

また、エンジン１４の第２の運転状態である低リフト状態と中リフト状態を比較すると、低リフト状態の方が中リフト状態よりも早いタイミングで燃料噴射装置８８が排気行程噴射を実行している。つまり、エンジン１４の第２の運転状態のうちで吸気バルブ３３の開くタイミングが遅い運転状態である程、早いタイミングで燃料噴射装置８８が排気行程噴射を実行している。このような構成を採用することで、吸気バルブ３３の開くタイミングに応じた適切なタイミングで排気行程噴射を実行することが可能となり、エンジン１４の燃焼効率を一層向上させることが可能となる。

また、燃料噴射装置８８は、冷却水の温度が所定値Ｘ以上の時（エンジン１４の暖機時）に、排気行程噴射を実行している。このような構成を採用することで、エンジン１４の冷機時に排気行程噴射が実行されることによって燃料の気化効率が低下したり燃焼室２７の温度が過度に低下したりするのを抑制することが可能となる。これに伴って、エンジン１４の燃焼効率の低下を防止することができる。

また、燃料噴射装置８８は、冷却水の温度が高い程、早いタイミングで排気行程噴射を実行している。このような構成を採用することで、冷却水の温度に応じた適切なタイミングで排気行程噴射を実行することが可能となり、エンジン１４の燃焼効率を一層向上させることが可能となる。

また、燃料噴射装置８８は、冷却水の温度が高い程、排気行程噴射の噴射量を増加させている。このような構成を採用することで、冷却水の温度に応じた適切な噴射量で排気行程噴射を実行することが可能となり、エンジン１４の燃焼効率を一層向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、分割噴射を行う場合に、エンジン１４の回転数及び冷却水の温度に基づいて算出された燃料噴射装置８８の総噴射量を、エンジン１４の運転状態（低リフト状態又は中リフト状態）や冷却水の温度に基づいて排気行程噴射と吸気行程噴射に振り分けている。このような構成を採用することで、燃料噴射装置８８の総噴射量が多くなり過ぎるのを抑制し、燃料を節約することができる。

本実施形態では、３段階式３次元カムによって吸気カム５３を構成する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、２段階式又は４段階式以上の多段階式３次元カムによって吸気カム５３を構成しても良い。また、更に他の異なる実施形態では、左右方向（回転軸方向）の一端部から他端部まで連続的にカムプロフィールが変化する無段階式３次元カムによって吸気カム５３を構成しても良い。

本実施形態では、吸気カム５３のみを３次元カムによって構成する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、吸気カム５３と排気カム７９の両方を３次元カムによって構成しても良い。

本実施形態では、３次元カムによって吸気バルブ３３の開くタイミングを変化させる場合について説明したが、他の異なる実施形態では、油圧式のアクチュエーター等によって吸気バルブ３３の開くタイミングを変化させる所謂「可変バルブタイミング機構」を用いても良い。

本実施形態では、エンジン１４が低リフト状態又は中リフト状態で運転している時に排気行程噴射を実行する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、エンジン１４が低リフト状態で運転している時にのみ排気行程噴射を実行しても良い。

本実施形態では、エンジン１４の運転状態（低リフト状態、中リフト状態、高リフト状態）に関わらず、吸気バルブ３３が開いている期間と排気バルブ３５が開いている期間のオーバーラップ時間が存在する場合について説明した。一方で、他の異なる実施形態では、吸気バルブ３３が開くタイミングを遅らせたり、排気バルブ３５が閉じるタイミングを早くしたり、吸気バルブ３３や排気バルブ３５のリフト量を少なくしたりすることで、吸気バルブ３３が開いている期間と排気バルブ３５が開いている期間のオーバーラップ時間が０となるエンジン１４の運転状態を設けても良い。この場合には、燃料が吸気口２８側から排気口３１側に吹き抜けるのを確実に抑制しつつ、排気行程噴射の噴射時期を大幅に進角させることができる。そのため、吸気ポート３０周辺の熱によって燃料を気化させる時間を更に長く確保することができる。

本実施形態では、吸気通路８６の下流側通路８３（吸気通路８６のうちでシリンダーヘッド２２の内部に形成される部分）に燃料噴射装置８８から燃料を噴射する場合について説明した。一方で、他の異なる実施形態では、吸気通路８６の上流側通路８５（吸気通路８６のうちで吸気管８４の内部に形成される部分）に燃料噴射装置８８から燃料を噴射しても良い。即ち、シリンダー２１の内部に直接燃料を噴射する所謂「筒内噴射」でなければ、吸気通路８６内のどこに燃料を噴射しても構わない。

本実施形態では、並列４気筒型エンジンに本発明の構成を適用したが、他の異なる実施形態では、単気筒型エンジンやＶ型エンジン等の並列４気筒型エンジン以外のエンジンに本発明の構成を適用することも可能である。

本実施形態では、本発明の構成を自動二輪車１のエンジン１４に適用したが、他の異なる実施形態では、自動車その他の車両のエンジン等に本発明の構成を適用することも可能である。

１４ エンジン
２７ 燃焼室
２８ 吸気口
３１ 排気口
３３ 吸気バルブ
３５ 排気バルブ
８６ 吸気通路
８８ 燃料噴射装置

Claims (6)

1. 燃焼室の吸気口を開閉する吸気バルブ及び前記燃焼室の排気口を開閉する排気バルブを備えたエンジンと、前記吸気口と連通する吸気通路に向かって燃料を噴射する燃料噴射装置と、を備えたエンジンの燃料噴射制御装置であって、
   前記エンジンは、
   所定のタイミングで前記吸気バルブが開く第１の運転状態と、
   前記第１の運転状態よりも遅いタイミングで前記吸気バルブが開く第２の運転状態と、を切り替え可能に設けられ、
   前記燃料噴射装置は、前記エンジンが前記第２の運転状態で運転している場合に、前記エンジンの排気行程で燃料を噴射する排気行程噴射を実行可能であることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料噴射装置は、前記エンジンが前記第２の運転状態で運転している場合に、前記エンジンの吸気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射を前記排気行程噴射と併用することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
3. 前記第２の運転状態は、前記吸気バルブの開くタイミングが異なるように複数パターン設けられ、
   前記燃料噴射装置は、複数パターンの前記第２の運転状態のうちで前記吸気バルブの開くタイミングが遅い運転状態である程、早いタイミングで前記排気行程噴射を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
4. 前記燃料噴射装置は、前記エンジン内の冷却水の温度が所定値以上の時に、前記排気行程噴射を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
5. 前記燃料噴射装置は、前記エンジン内の冷却水の温度が高い程、早いタイミングで前記排気行程噴射を実行することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
6. 前記燃料噴射装置は、前記エンジン内の冷却水の温度が高い程、前記排気行程噴射の噴射量を増加させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。

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