JP4415840B2

JP4415840B2 - 内燃機関

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Publication number: JP4415840B2
Application number: JP2004350454A
Authority: JP
Inventors: 啓野村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2024-12-02
Also published as: JP2006161580A

Description

本発明は、複数の気筒が左右のバンクに分けて配列されて各バンクの気筒が不等間隔で点火・爆発する不等間隔点火式のＶ型多気筒内燃機関に関するものである。

一般的なＶ型多気筒エンジンにおいて、シリンダブロックは上部に所定角度で傾斜した２つのバンクを有しており、各バンクに設けられた各シリンダにピストンが移動自在に嵌合し、各ピストンは下部に回転自在に支持されたクランクシャフトに連結されている。また、シリンダブロックの各バンクの上部にはシリンダヘッドが締結されることで各燃焼室が構成されており、各燃焼室には吸気ポート及び排気ポートが形成され、吸気弁及び排気弁により開閉可能となっている。そして、吸気管の下流部が２つに分岐して各バンクの吸気ポートに連結される一方、排気管の上流部が２つに分岐して各バンクの排気ポートに連結され、この排気管の下流部に触媒装置が装着されている。

例えば、Ｖ型８気筒エンジンにて、左バンクには第１気筒、第３気筒、第５気筒、第７気筒が設けられ、右バンクには第２気筒、第４気筒、第６気筒、第８気筒が設けられ、各バングに排気マニホールドを介して排気管が連結されている。そして、動弁系の動バランスを最適化するために各気筒の点火順序は、第１気筒、第８気筒、第７気筒、第３気筒、第６気筒、第５気筒、第４気筒、第２気筒となっている。また、Ｖ型８気筒エンジンでは、ピストンによるポンピングロスの低減や発生するＮＯｘの低減などの目的で、排気弁の閉止時期を遅角すると共に吸気弁の開弁時期を進角することで、排気弁の開放期間後期と吸気弁の開放期間前期とをオーバーラップさせるようにしている。

特開平３−０７０８１０号公報特表２００３−５１５０２５号公報

ところが、上述したＶ型８気筒エンジンにあっては、点火順序が気筒番号順でないため、左バンクでは第１気筒、第７気筒、第３気筒、第５気筒の順に不等間隔で点火され、右バンクでは第８気筒、第６気筒、第４気筒、第２気筒の順に点火されることとなり、各バンクにおける点火（爆発）間隔が不等となっている。そのため、左バンクでは、第１気筒のオーバーラップ期間と第７気筒の排気行程が重なると共に、第３気筒のオーバーラップ期間と第５気筒の排気行程が重なってしまう。また、右バンクでは、第２気筒のオーバーラップ期間と第８気筒の排気行程が重なると共に、第６気筒のオーバーラップ期間と第４気筒の排気行程が重なってしまう。

そして、一方の気筒のオーバーラップ期間と他方の気筒の排気行程が重なると、一方の気筒の吸気弁及び排気弁の開放状態で、他方の気筒の排気弁が開放することとなり、この他方の気筒の排気ポートから排出された排気ガスが排気マニホールドを通って一方の気筒に排気脈動として悪影響を与える。即ち、一方の気筒に他方の気筒の排気脈動が作用することで、この一方の気筒では、排気マニホールドから排気ポートを通ってシリンダ（燃焼室）内に戻る排気ガス循環量、つまり、内部ＥＧＲ量が増加してしまう。すると、各気筒間で内部ＥＧＲ量が相違することで吸入空気量も相違し、燃焼がばらついて不安定となり、出力トルクが変動してしまうと共に、オーバーラップによる燃費の改善や排気ガス性能の向上などの効果を得ることができない。

なお、不等間隔点火を行うエンジンにて、特定気筒における排気干渉による充填効率やノック特性のばらつきを抑制するものとして、例えば、上記特許文献１、２に記載された技術がある。ところが、特許文献１の内燃機関の排気装置は、点火順序で先行する気筒との点火間隔が小さい気筒の排気マニホールドの集合部をエゼクタ形状としたものであり、排気マニホールドの排気脈動による特定気筒における内部ＥＧＲ量の増加で発生する燃焼変動を抑制することはできない。また、特許文献２の多気筒型内燃機関は、オーバーラップ期間を減少することで排気衝撃を減少したものであり、排気脈動による特定気筒の内部ＥＧＲ量の増加を十分に抑制することはできず、且つ、オーバーラップによる燃費の改善や排気ガス性能の向上を図ることができない。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、各気筒における排気ガス再循環量を均一化することで気筒間の燃焼のばらつきを抑制した内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、複数の気筒が左右のバンクに分けて配列されて該各バンクの気筒が不等間隔で点火されると共に、各気筒における排気弁の開放期間と吸気弁の開放期間とがオーバーラップする期間を有する内燃機関において、前記各バンクにて、特定の気筒の排気行程に前記オーバーラップ期間が重なる第１の気筒の燃料噴射を前記吸気弁の開放期間における所定時期に実行する一方、特定の気筒の排気行程に前記オーバーラップ期間が重ならない第２の気筒の燃料噴射を前記排気弁の開放期間における所定時期に実行する燃料噴射制御手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関では、燃料を燃焼室に噴射する燃料噴射手段を設け、前記燃料噴射制御手段は、該燃料噴射手段により前記第１の気筒の燃料噴射を前記排気弁が閉止して前記吸気弁が開放しているときに実行する一方、前記第２の気筒の燃料噴射を前記排気弁及び前記吸気弁が開放しているときに実行することを特徴としている。

本発明の内燃機関では、燃料噴射量が予め設定された所定量以上であるとき、前記燃料噴射制御手段は、前記第２の気筒の燃料噴射を前記排気弁が開放しているときと、該排気弁が閉止した後に実行することを特徴としている。

本発明の内燃機関では、燃料を吸気系に噴射する燃料噴射手段を設け、前記燃料噴射制御手段は、該燃料噴射手段により前記第１の気筒の燃料噴射を前記吸気弁が開放しているときに実行する一方、前記第２の気筒の燃料噴射を前記排気弁が開放して前記吸気弁が閉止しているときに実行することを特徴としている。

本発明の内燃機関によれば、複数の気筒が左右のバンクに分けて配列され、各バンクの気筒が不等間隔で点火されると共に、各気筒における排気弁の開放期間と吸気弁の開放期間とがオーバーラップする期間を有する内燃機関にて、特定の気筒の排気行程にオーバーラップ期間が重なる第１の気筒の燃料噴射を吸気弁の開放期間における所定時期に実行する一方、特定の気筒の排気行程にオーバーラップ期間が重ならない第２の気筒の燃料噴射を排気弁の開放期間における所定時期に実行する燃料噴射制御手段を設けている。従って、第１の気筒では、排気脈動の影響を受けて内部排気ガス再循環量が増加する。一方、第２の気筒では、排気脈動の影響を受けないものの、燃料噴射制御手段により排気弁の開放期間における所定時期に燃料が噴射されることで、燃焼室内の排気ガスが燃料の気化潜熱により冷却されるため、第１の気筒と同様に、内部排気ガス再循環量が増加する。即ち、第１の気筒の内部排気ガス再循環量と、第２の気筒の内部排気ガス再循環量が同量となることから、各気筒における排気ガス再循環量が均一化され、気筒間の燃焼のばらつきを抑制することができる。

以下に、本発明にかかる内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関を表すＶ型８気筒エンジンの概略平面図、図２は、実施例１のＶ型８気筒エンジンの概略構成図、図３は、実施例１のＶ型８気筒エンジンにおける燃料噴射時期を表すタイムチャート、図４は、実施例１のＶ型８気筒エンジンにおける吸気弁及び排気弁の開放時期を表すタイムチャートである。

実施例１では、内燃機関としてＶ型８気筒エンジンを適用している。このＶ型８気筒エンジンにおいて、図１及び図２に示すように、シリンダブロック１１は上部に所定角度で傾斜した左右のバンク１２，１３を有しており、各バンク１２，１３にそれぞれ４つのシリンダボア１４，１５が形成され、各シリンダボア１４，１５にピストン１６，１７がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部に図示しないクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン１６，１７はコネクティングロッド１８，１９を介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。

一方、シリンダブロック１１の各バンク１２，１３の上部にはシリンダヘッド２０，２１が締結されており、シリンダブロック１１とピストン１６，１７とシリンダヘッド２０，２１により各燃焼室２２，２３が構成されている。そして、この燃焼室２２，２３の上部、つまり、シリンダヘッド２０，２１の下面に吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７が対向して形成され、この吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７に対して吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１の下端部が位置している。この吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１は、シリンダヘッド２０，２１に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド２０，２１には、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５が回転自在に支持されており、吸気カム３６，３７及び排気カム３８，３９が図示しないローラロッカアームを介して吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１の上端部に接触している。

従って、エンジンに同期して吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５が回転すると、吸気カム３６，３７及び排気カム３８，３９がローラロッカアームを作動させ、吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート２４，２５及び排気ポート２６，２７を開閉し、吸気ポート２４，２５と燃焼室２２，２３、燃焼室２２，２３と排気ポート２６，２７とをそれぞれ連通することができる。

また、このエンジンの動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１を最適な開閉タイミングに制御する吸気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）４０，４１と排気可変動弁機構４２，４３により構成されている。この吸気可変動弁機構４０，４１及び排気可変動弁機構４２，４３は、例えば、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５の軸端部にＶＶＴコントローラが設けられて構成され、油圧ポンプ（または電動モータ）によりカムスプロケットに対する各カムシャフト３２，３３，３４，３５の位相を変更することで、吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、各可変動弁機構４０，４１，４２，４３は、吸気弁２８，２９及び排気弁３０，３１の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト３２，３３及び排気カムシャフト３４，３５には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ４４，４５，４６，４７が設けられている。

各シリンダヘッド２０，２１の吸気ポート２４，２５には吸気マニホールド４８，４９を介してサージタンク５０が連結され、このサージタンク５０には吸気管５１が連結されており、この吸気管５１の空気取入口にはエアクリーナ５２が取付けられている。また、吸気管５１には、エアクリーナ５２の下流側に位置してスロットル弁を有する電子スロットル装置５３が設けられている。一方、排気ポート２６，２７には、排気マニホールド５４，５５及び触媒装置５６，５７を介して連結管５８が連結され、この連結管５８には排気管５９が連結され、この排気管５９には触媒装置６０が装着されている。

また、各シリンダヘッド２０，２１には、各燃焼室２２，２３に直接燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）６１，６２が装着されており、各インジェクタ６１，６２にはデリバリパイプ６３，６４が連結され、この各デリバリパイプ６３，６４には高圧燃料ポンプ６５から所定圧の燃料を供給可能となっている。また、シリンダヘッド２０，２１には、燃焼室２２，２３の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ６６，６７が装着されている。

ところで、車両には、燃料噴射制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）６８が搭載されており、このＥＣＵ６８は、インジェクタ６１，６２の燃料噴射タイミングや点火プラグ６６，６７の点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。即ち、吸気管５１の上流側にはエアフローセンサ６９及び吸気温センサ７０が装着され、計測した吸入空気量及び吸気温度をＥＣＵ６８に出力している。また、電子スロットル装置５３にはスロットルポジションセンサ７１が設けられ、アクセルペダルにはアクセルポジションセンサ７２が設けられており、現在のスロットル開度及びアクセル開度をＥＣＵ６８に出力している。更に、クランクシャフトにはクランク角センサ７３が設けられ、検出したクランク角度をＥＣＵ６８に出力し、ＥＣＵ６８はクランク角度に基づいてエンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック１１には水温センサ７４が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ６８に出力している。

また、ＥＣＵ６８は、エンジン運転状態に基づいて吸気可変動弁機構４０，４１及び排気可変動弁機構４２，４３を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁３０，３１の開放時期と吸気弁２８，２９の開放時期のオーバーラップとをなくすことで、排気ガスが吸気ポート２４，２５または燃焼室２２，２３に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２８，２９の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート２４，２５に吹き返す量を少なくして体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２８，２９の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとして体積効率を向上させる。

ところで、本実施例のＶ型８気筒エンジンにおいて、図１に示すように、左バンク１２には第１気筒＃１、第３気筒＃３、第５気筒＃５、第７気筒＃７が直列に設けられ、右バンク１３には第２気筒＃２、第４気筒＃４、第６気筒＃６、第８気筒＃８が直列に設けられ、各バング１２，１３に排気マニホールド５４，５５を介して連結管５８及び排気管５９が連結されている。そして、動弁系の動バランスを最適化するために、各気筒の点火順序は、第１気筒＃１、第８気筒＃８、第７気筒＃７、第３気筒＃３、第６気筒＃６、第５気筒＃５、第４気筒＃４、第２気筒＃２となっている。

そのため、このＶ型８気筒エンジンでは、点火順序が気筒番号順でないため、左バンクでは第１気筒＃１−（180°CA）−第７気筒＃７−（90°CA）−第３気筒−（180°CA）−第５気筒＃５−（270°CA）−第１気筒＃１の順に不等間隔で点火され、また、右バンクでは第８気筒＃８−（270°CA）−第６気筒＃６−（180°CA）−第４気筒＃４−（90°CA）−第２気筒＃２−（180°CA）−第８気筒＃８の順に点火されることとなり、各バンクにおける点火（爆発）間隔が不等間隔となっている。そのため、左バンク１２では、特定の気筒のオーバーラップ期間と他の気筒の排気行程が重なってしまい、排気行程にある気筒から排出された排気ガスが排気マニホールドを通ってオーバーラップ期間にある気筒に排気脈動として作用し、この気筒の内部ＥＧＲ量だけが増加してしまう。

即ち、図４に示すように、左バンク１２では、第１気筒＃１にて、クランク角度360°CAの近傍で吸気可変動弁機構４０により吸気弁２８による吸気タイミングが進角されると共に、排気可変動弁機構４２により排気弁３０による排気タイミングが遅角されることで、ここにオーバーラップ期間ＯＬが設けられる。一方、第７気筒＃７にて、クランク角度360°CAの近傍で排気弁３０が開き始めることで排気行程が開始される。そのため、このクランク角度360°CAの近傍で、第１気筒＃１のオーバーラップ期間と第７気筒＃７の排気行程初期が重なってしまう。

すると、第１気筒＃１の吸気弁２８及び排気弁３０の開放状態で、第７気筒＃７の排気弁３０が開放することとなり、第７気筒＃７の排気ポート２６から排出された排気ガスが排気マニホールド５４を通って第１気筒＃１に排気脈動として作用する。即ち、第７気筒＃７から第１気筒＃１に排気脈動が作用すると、この第１気筒＃１では、この排気脈動により排気マニホールド５４から排気ポート２６を通って燃焼室２２内に戻る内部ＥＧＲ量が増加し、吸気ポート２４から吸入される空気量が減少してしまう。

この現象は、第１気筒＃１に限らず、第５気筒＃５の排気行程にオーバーラップ期間ＯＬが重なる第３気筒＃３、また、右バンク１３にて、第８気筒＃８の排気行程にオーバーラップ期間ＯＬが重なる第２気筒＃２、第４気筒＃４の排気行程にオーバーラップ期間ＯＬが重なる第６気筒＃６で発生するものである。そして、第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６で内部ＥＧＲ量が増加すると、この現象が発生しない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８の内部ＥＧＲ量及び空気量と相違することとなり、燃焼がばらついて不安定となり、出力トルクが変動してしまう。

そこで、実施例１では、図３に示すように、各バンク１２，１３にて、特定の気筒としての第７気筒＃７、第８気筒＃８、第５気筒＃５、第４気筒＃４の排気行程に、オーバーラップ期間が重なる第１の気筒としての第１気筒＃１、第３気筒＃３、第２気筒＃２、第６気筒＃６の燃料噴射を吸気弁２８，２９の開放時期に実行する一方、オーバーラップ期間が重ならない第２の気筒としての第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８の燃料噴射を排気弁３０，３１の開放時期に実行（燃料噴射制御手段）するようにしている。

具体的に説明すると、ＥＣＵ６８は、エンジン運転状態に基づいて吸気可変動弁機構４０，４１及び排気可変動弁機構４２，４３を制御することで、排気弁３０，３１の開放時期の後期と吸気弁２８，２９の開放時期の前期を重ねるオーバーラップ期間を設定している。そして、排気脈動の影響を受ける第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６では、吸気弁２８，２９が開放して排気弁３０，３１が閉止した後、つまり、吸気弁２８，２９のみが開放した状態で所定期間にわたって燃料を噴射する。一方、排気脈動の影響を受けない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８では、排気弁３０，３１が開放して吸気弁２８，２９も開放したオーバーラップ期間になったときから所定期間にわたって燃料を噴射、つまり、吸気ＴＤＣの近傍で燃料を噴射する。なお、排気弁３０，３１の閉止動作に拘らず所定期間だけ燃料を噴射する。この場合、第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６と、内部ＥＧＲ量と、排気脈動の影響を受けない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８とで、それぞれ異なる燃料噴射マップを用いて燃料噴射を実行すると良い。

従って、第１気筒＃１、第３気筒＃３、第２気筒＃２、第６気筒＃６では、オーバーラップ期間に第７気筒＃７、第５気筒＃５、第８気筒＃８、第４気筒＃４の排気脈動の影響を受けて内部ＥＧＲ量が所定量増加するが、吸気弁２８，２９のみが開放しているときに燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内の吸入される空気が燃料の気化潜熱により冷却されて体積が収縮し、多くの空気が燃焼室２２，２３内に導入される。一方、第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８では、オーバーラップ期間に他の気筒の排気脈動の影響を受けないが、吸気ＴＤＣの近傍で燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内の内部ＥＧＲが燃料の気化潜熱により冷却されて体積が収縮する。そのため、排気弁３０，３１の開放時に、排気ポート２６，２７から燃焼室２２，２３に引き込まれる排気ガス（内部ＥＧＲ）量が増加する。その結果、排気脈動の影響を受ける第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６の内部ＥＧＲ量と、排気脈動の影響を受けない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８の内部ＥＧＲ量とがほぼ同量となり、各バンク１２，１３の各気筒における内部ＥＧＲ量がほぼ均一状態となる。

このように実施例１の内燃機関にあっては、Ｖ型８気筒エンジンにて、特定の気筒の排気行程にオーバーラップ期間が重なる第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６では、排気弁３０，３１が閉止して吸気弁２８，２９のみが開放した状態で所定期間にわたって燃料を噴射する一方、排気行程にオーバーラップ期間が重ならない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８では、排気弁３０，３１及び吸気弁２８，２９が開放した吸気ＴＤＣ近傍で所定期間にわたって燃料を噴射するようにしている。

従って、排気行程にオーバーラップ期間が重なる気筒＃１，＃２，＃３，＃６では、この期間に排気脈動の影響を受けて内部ＥＧＲ量が所定量増加するが、吸気弁２８，２９のみが開放した状態で燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内で空気が燃料の気化潜熱により冷却されて体積が収縮し、多くの空気が燃焼室２２，２３内に導入される一方、排気行程にオーバーラップ期間が重ならない気筒＃４，＃５，＃７，＃８では、この期間に排気脈動の影響を受けないが、吸気ＴＤＣの近傍で燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内の内部ＥＧＲが燃料の気化潜熱により冷却されて体積が収縮し、排気ポート２６，２７から燃焼室２２，２３に引き込まれる排気ガス量が増加する。そのため、各気筒＃１，＃２，＃３，＃６にて排気脈動により増加される内部ＥＧＲ量と、各気筒＃４，＃５，＃７，＃８にて排気脈動の影響を受けないが燃料冷却により増加される内部ＥＧＲ量とがほぼ同量となり、全てのバンク１２，１３の各気筒＃１〜＃８における内部ＥＧＲ量がほぼ均一状態となる。その結果、気筒間の燃焼のばらつきを抑制することができると共に、出力トルクの変動を抑制することができ、また、オーバーラップによる燃費の改善や排気ガス性能の向上を適正に図ることができる。

図５は、本発明の実施例２に係る内燃機関を表すＶ型８気筒エンジンにおける燃料噴射時期を表すタイムチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２のＶ型８気筒エンジンの構成は、前述した実施例１とほぼ同様であるため、図１及び図２を用いて説明する。この実施例２のＶ型８気筒エンジンにおいて、図１及び図２、図５に示すように、各バンク１２，１３にて、特定の気筒の排気行程にオーバーラップ期間が重なる第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６の燃料噴射を吸気弁２８，２９の開放時期に実行する一方、オーバーラップ期間が重ならない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８の燃料噴射を排気弁３０，３１の開放時期と吸気弁２８，２９の開放時期に分割して実行（燃料噴射制御手段）するようにしている。

即ち、前述した実施例１では、排気脈動が作用する気筒＃１，＃２，＃３，＃６では、排気脈動が作用しない気筒＃４，＃５，＃７，＃８にて、排気弁３０，３１及び吸気弁２８，２９が開放した吸気ＴＤＣ近傍で所定期間にわたって燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内の内部ＥＧＲを燃料の気化潜熱により冷却して体積を減少し、排気弁３０，３１により開放されている排気ポート２６，２７から燃焼室２２，２３に引き込まれる排気ガス量、つまり、内部ＥＧＲ量を増加させるようにしている。ところが、エンジンの高回転高負荷領域では、一度に噴射する燃料量が多く、つまり、燃料噴射期間が長くなり、排気弁３０，３１により排気ポート２６，２７が閉止された後も燃料噴射が継続されることとなる。すると、後半の燃料噴射は、吸気ポート２４，２５から吸入される空気を冷却することとなり、ＥＧＲ量を十分に増加させることができない。

そこで、実施例２では、ＥＣＵ６８は、排気脈動の影響を受ける第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６では、吸気弁２８，２９が開放して排気弁３０，３１が閉止した後、つまり、吸気弁２８，２９のみが開放した状態で所定期間にわたって燃料を噴射する。一方、排気脈動の影響を受けない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８では、排気弁３０，３１及び吸気弁２８，２９が開放したオーバーラップ期間と同期間（吸気ＴＤＣの近傍）にわたって１回目の燃料噴射を実行する。そして、排気弁３０，３１が閉止して吸気弁２８，２９も閉止した後に所定期間にわたって２回目の燃料噴射を実行する。

従って、第１気筒＃１、第３気筒＃３、第２気筒＃２、第６気筒＃６では、オーバーラップ期間に第７気筒＃７、第５気筒＃５、第８気筒＃８、第４気筒＃４の排気脈動の影響を受けて内部ＥＧＲ量が所定量増加するが、吸気弁２８，２９のみが開放しているときに燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内の吸入される空気が燃料の気化潜熱により冷却されて体積が収縮し、多くの空気が燃焼室２２，２３内に導入される。一方、第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８では、オーバーラップ期間に他の気筒の排気脈動の影響を受けないが、このオーバーラップ期間と吸気弁２８，２９及び吸気弁２８，２９閉止した期間にそれぞれ燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内の内部ＥＧＲが燃料の気化潜熱により冷却されて体積が収縮するため、排気弁３０，３１の開放時に、排気ポート２６，２７から燃焼室２２，２３に引き込まれる排気ガス（内部ＥＧＲ）量が増加する。このとき、吸気弁２８，２９のみが開放している期間には燃料を噴射しないため、噴射燃料により吸気ポート２４，２５からの吸入空気を冷却することはなく、内部ＥＧＲが確実に冷却されてＥＧＲガス量が増加される。

その結果、排気脈動の影響を受ける第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６の内部ＥＧＲ量と、排気脈動の影響を受けない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８の内部ＥＧＲ量とがほぼ同量となり、各バンク１２，１３の各気筒における内部ＥＧＲ量がほぼ均一状態となる。

このように実施例２の内燃機関にあっては、Ｖ型８気筒エンジンにて、特定の気筒の排気行程にオーバーラップ期間が重なる第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６では、排気弁３０，３１が閉止して吸気弁２８，２９のみが開放した状態で所定期間にわたって燃料を噴射する一方、排気行程にオーバーラップ期間が重ならない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８では、排気弁３０，３１及び吸気弁２８，２９が開放したオーバーラップ期間に１回目の燃料噴射を実行すると共に、排気弁３０，３１及び吸気弁２８，２９が閉止した後に２回目の燃料噴射を実行するようにしている。

従って、排気行程にオーバーラップ期間が重なる気筒＃１，＃２，＃３，＃６では、排気脈動の影響を受けて内部ＥＧＲ量が所定量増加するが、吸気弁２８，２９のみが開放した状態で燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内で空気が燃料の気化潜熱により冷却されて体積が収縮し、多くの空気が燃焼室２２，２３内に導入される一方、排気行程にオーバーラップ期間が重ならない気筒＃４，＃５，＃７，＃８では、排気脈動の影響を受けないが、オーバーラップ期間及び排気弁３０，３１及び吸気弁２８，２９が閉止した後に燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内の内部ＥＧＲが燃料の気化潜熱により冷却されて体積が収縮し、排気ポート２６，２７から燃焼室２２，２３に引き込まれる排気ガス量が増加する。この場合、エンジンが高回転高負荷領域にあって燃料噴射間が長くなっても、吸気弁２８，２９のみが開放している期間に燃料を噴射しないため、噴射燃料の気化潜熱による冷却作用が吸入空気に対して適用されることはなく、この噴射燃料の気化潜熱により内部ＥＧＲが確実に冷却されてＥＧＲガス量を増加できる。

そのため、各気筒＃１，＃２，＃３，＃６にて排気脈動により増加される内部ＥＧＲ量と、各気筒＃４，＃５，＃７，＃８にて排気脈動の影響を受けないが燃料冷却により増加される内部ＥＧＲ量とがほぼ同量となり、全てのバンク１２，１３の各気筒＃１〜＃８における内部ＥＧＲ量がほぼ均一状態となる。その結果、気筒間の燃焼のばらつきを抑制することができると共に、出力トルクの変動を抑制することができ、また、オーバーラップによる燃費の改善や排気ガス性能の向上を適正に図ることができる。

図６は、本発明の実施例３に係る内燃機関を表すＶ型８気筒エンジンにおける燃料噴射時期を表すタイムチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３のＶ型８気筒エンジンの基本的な構成は、燃料噴射手段としてシリンダヘッドに装着されたインジェクタが吸気ポートに噴射するポート噴射式内燃機関であるが、その他の構成は前述した実施例１とほぼ同様であるため、図１及び図２を用いて説明する。この実施例３のＶ型８気筒エンジンにおいて、図１及び図２、図６に示すように、各バンク１２，１３にて、特定の気筒の排気行程にオーバーラップ期間が重なる第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６の燃料噴射を吸気弁２８，２９の開放時期に実行する一方、オーバーラップ期間が重ならない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８の燃料噴射を吸気弁２８，２９が開放する前（排気弁３０，３１の開放時期）に実行（燃料噴射制御手段）するようにしている。

具体的に説明すると、ＥＣＵ６８は、排気脈動の影響を受ける第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６では、排気弁３０，３１及び吸気弁２８，２９が開放したオーバーラップ期間から所定期間（吸気ＴＤＣの近傍）にわたって吸気ポート２４，２５に燃料を噴射する。一方、排気脈動の影響を受けない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８では、吸気弁２８，２９が開放する前に所定期間にわたって燃料噴射を実行する。

従って、第１気筒＃１、第３気筒＃３、第２気筒＃２、第６気筒＃６では、オーバーラップ期間に第７気筒＃７、第５気筒＃５、第８気筒＃８、第４気筒＃４の排気脈動の影響を受けて内部ＥＧＲ量が所定量増加するが、このオーバーラップ期間から所定期間にわたって吸気ポート２４，２５に燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内の吸入される空気が燃料の気化潜熱により冷却されて体積が収縮し、多くの空気が燃焼室２２，２３内に導入される。一方、第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８では、オーバーラップ期間に他の気筒の排気脈動の影響を受けないが、吸気弁２８，２９が開放する前に所定期間にわたって吸気ポート２４，２５に燃料を噴射することで、燃料の気化がこの吸気ポート２４，２５で行われることとなり、燃焼室２２，２３内で燃料の気化潜熱により空気が冷却されることはなく、吸入空気が増加しない。その結果、排気脈動の影響を受ける第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６の内部ＥＧＲ量と、排気脈動の影響を受けない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８の内部ＥＧＲ量とがほぼ同量となり、各バンク１２，１３の各気筒における内部ＥＧＲ量がほぼ均一状態となる。

このように実施例３の内燃機関にあっては、Ｖ型８気筒エンジンにて、特定の気筒の排気行程にオーバーラップ期間が重なる第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第６気筒＃６では、排気弁３０，３１及び吸気弁２８，２９が開放したオーバーラップ期間から所定期間にわたって吸気ポート２４，２５に燃料を噴射する一方、排気行程にオーバーラップ期間が重ならない第４気筒＃４、第５気筒＃５、第７気筒＃７、第８気筒＃８では、吸気弁２８，２９が開放する前に所定期間にわたって燃料噴射を実行するようにしている。

従って、排気行程にオーバーラップ期間が重なる気筒＃１，＃２，＃３，＃６では、排気脈動の影響を受けて内部ＥＧＲ量が所定量増加するが、このオーバーラップ期間から所定期間にわたって吸気ポート２４，２５に燃料を噴射することで、燃焼室２２，２３内の吸入される空気が燃料の気化潜熱により冷却されて体積が収縮し、多くの空気が燃焼室２２，２３内に導入される一方、排気行程にオーバーラップ期間が重ならない気筒＃４，＃５，＃７，＃８では、排気脈動の影響を受けないが、吸気弁２８，２９が開放する前に所定期間にわたって吸気ポート２４，２５に燃料を噴射することで、燃料の気化潜熱により空気が冷却されることはなく、吸入空気が増加しない。そのため、各気筒＃１，＃２，＃３，＃６にて排気脈動により増加される内部ＥＧＲ量と、各気筒＃４，＃５，＃７，＃８にて排気脈動の影響を受けないが燃料冷却により増加される内部ＥＧＲ量とがほぼ同量となり、全てのバンク１２，１３の各気筒＃１〜＃８における内部ＥＧＲ量がほぼ均一状態となる。その結果、気筒間の燃焼のばらつきを抑制することができると共に、出力トルクの変動を抑制することができ、また、オーバーラップによる燃費の改善や排気ガス性能の向上を適正に図ることができる。

なお、上述した各実施例では、各気筒の点火順序を、第１気筒＃１、第８気筒＃８、第７気筒＃７、第３気筒＃３、第６気筒＃６、第５気筒＃５、第４気筒＃４、第２気筒＃２としたが、この順序に限るものではなく、各バンク１２，１３の気筒がそれぞれ不等間隔で点火・爆発するようになっていればよいものである。また、上述の各実施例では、本発明の機関をＶ型８気筒エンジンとして説明したが、気筒数はこれに限るものではない。

以上のように、本発明にかかる内燃機関は、排気脈動が作用する気筒の燃料噴射時期と、排気脈動が作用しない気筒の燃料噴射時期を異ならせることで、全ての気筒で排気ガス再循環量をほぼ均一にするものであり、不等間隔点火・爆発式の内燃機関に有用である。

本発明の実施例１に係る内燃機関を表すＶ型８気筒エンジンの概略平面図である。実施例１のＶ型８気筒エンジンの概略構成図である。実施例１のＶ型８気筒エンジンにおける燃料噴射時期を表すタイムチャートである。実施例１のＶ型８気筒エンジンにおける吸気弁及び排気弁の開放時期を表すタイムチャートである。本発明の実施例２に係る内燃機関を表すＶ型８気筒エンジンにおける燃料噴射時期を表すタイムチャートである。本発明の実施例３に係る内燃機関を表すＶ型８気筒エンジンにおける燃料噴射時期を表すタイムチャートである。

符号の説明

１２，１３バンク
２２，２３燃焼室
２４，２５吸気ポート
２６，２７排気ポート
２８，２９吸気弁
３０，３１排気弁
３６，３７吸気カム
３８，３９排気カム
４０，４１吸気可変動弁機構
４２，４３排気可変動弁機構
５４，５５排気マニホールド
６１，６２インジェクタ（燃料噴射手段）
６６，６７点火プラグ
６８電子制御ユニット、ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）
＃１，＃２，＃３，＃６気筒（第１の気筒）
＃４，＃５，＃７，＃８気筒（第２の気筒）

Claims

複数の気筒が左右のバンクに分けて配列されて該各バンクの気筒が不等間隔で点火されると共に、各気筒における排気弁の開放期間と吸気弁の開放期間とがオーバーラップする期間を有する内燃機関において、前記各バンクにて、特定の気筒の排気行程に前記オーバーラップ期間が重なる第１の気筒の燃料噴射を前記吸気弁の開放期間における所定時期に実行する一方、特定の気筒の排気行程に前記オーバーラップ期間が重ならない第２の気筒の燃料噴射を前記排気弁の開放期間における所定時期に実行する燃料噴射制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、燃料を燃焼室に噴射する燃料噴射手段を設け、前記燃料噴射制御手段は、該燃料噴射手段により前記第１の気筒の燃料噴射を前記排気弁が閉止して前記吸気弁が開放しているときに実行する一方、前記第２の気筒の燃料噴射を前記排気弁及び前記吸気弁が開放しているときに実行することを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、燃料噴射量が予め設定された所定量以上であるとき、前記燃料噴射制御手段は、前記第２の気筒の燃料噴射を前記排気弁が開放しているときと、該排気弁が閉止した後に実行することを特徴とする内燃機関。
請求項１に記載の内燃機関において、燃料を吸気系に噴射する燃料噴射手段を設け、前記燃料噴射制御手段は、該燃料噴射手段により前記第１の気筒の燃料噴射を前記吸気弁が開放しているときに実行する一方、前記第２の気筒の燃料噴射を前記排気弁が開放して前記吸気弁が閉止しているときに実行することを特徴とする内燃機関。