JP6015565B2

JP6015565B2 - 内燃機関

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Publication number: JP6015565B2
Application number: JP2013120114A
Authority: JP
Inventors: 星　幸一; 幸一星
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Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2016-10-26
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Description

本発明は内燃機関に関する。

内燃機関では吸気弁および排気弁間でマイナスオーバラップを形成することがある。特許文献１では排気弁の早閉じ制御を行う内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置は排気弁の早閉じ制御によりマイナスオーバラップを形成している。特許文献１ではこのほか排気弁の早閉じ制御を吸気非同期噴射と組み合わせて行うことが開示されている。特許文献２から７では、複数の吸気弁や複数の排気弁のうち一部の弁の作動を休止する技術が開示されている。

特開２００８−２９１６８６号公報特開２００４−２６３６５９号公報特開２０１２−１６７５９３号公報特開２００３−２９３８０２号公報特開２００５−２４８７６６号公報特開２００２−３３２９０２号公報特開２００１−１２２６１号公報

内燃機関ではマイナスオーバラップを形成することで、筒内に残留するガスの再圧縮を図ることができる。この場合、吸気弁開弁時に筒内から吸気通路へ高温高圧のガスの吹き返しを発生させることができる。結果、吹き返したガスによって吸気通路に噴射する燃料の微粒化を図ることができる。

ところが、燃料の微粒化の度合いはガスの吹き返し態様によって変化する。具体的には例えばガスの吹き返しが強い場合ほど燃料は微粒化され易くなる。このため、ガスの吹き返しによって吸気通路に噴射する燃料の微粒化を図ることには、かかる点においてさらに改善の余地がある。

本発明は上記課題に鑑み、ガスの吹き返しによって吸気通路に噴射する燃料の微粒化を好適に図ることが可能な内燃機関を提供することを目的とする。

本発明は燃焼室に連通する複数の吸気通路のうち少なくともいずれかに燃料を噴射する噴射部と、前記燃焼室に隣接するピストンと、前記複数の吸気通路を個別に開閉する複数の吸気弁と、前記燃焼室に対して配置された排気弁と、前記複数の吸気弁および前記排気弁のバルブ特性のうち少なくとも前記排気弁の閉弁時期を変更する動弁装置と、前記複数の吸気弁のうち一部の吸気弁の作動を閉弁状態で休止させる吸気弁休止装置とを備え、前記噴射部が前記複数の吸気通路のうち少なくとも前記一部の吸気弁が開閉する吸気通路以外の吸気通路に燃料を噴射し、機関温度が所定値よりも低い場合に、前記動弁装置が前記排気弁を前記ピストンの排気上死点よりも進角側で閉弁し、前記吸気弁休止装置が前記一部の吸気弁の作動を閉弁状態で休止させ、前記動弁装置と前記吸気弁休止装置とが、前記複数の吸気弁のうち前記一部の吸気弁以外の吸気弁と前記排気弁との間でマイナスオーバラップを形成する内燃機関である。

本発明は前記排気弁を複数備えるとともに、前記複数の排気弁のうち一部の排気弁の作動を閉弁状態で休止させる排気弁休止装置をさらに備え、前記機関温度が前記所定値よりも低く、且つ前記燃焼室から排出される排気を浄化する触媒の床温が所定値よりも低い場合に、さらに前記排気弁休止装置が前記一部の排気弁の作動を閉弁状態で休止させ、前記排気弁休止装置が前記動弁装置および前記吸気弁休止装置とともに、前記複数の吸気弁のうち前記一部の吸気弁以外の吸気弁と、前記複数の排気弁のうち前記一部の排気弁以外の排気弁との間でマイナスオーバラップを形成する構成とすることができる。

本発明によれば、ガスの吹き返しによって吸気通路に噴射する燃料の微粒化を好適に図ることができる。

内燃機関の概略構成図である。吸排気ポートを示す図である。内燃機関の排気系を示す図である。マイナスオーバラップの説明図である。ＥＣＵの制御動作の一例を示すフローチャートである。未燃燃料の改質についての第１の説明図である。未燃燃料の改質についての第２の説明図である。

図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は内燃機関５０の概略構成図である。図２は吸排気ポート５２ａ、５２ｂを示す図である。図３は内燃機関５０の排気系２０を示す図である。内燃機関５０はシリンダブロック５１とシリンダヘッド５２とピストン５３と吸気弁５４と排気弁５５と燃料噴射弁５６、５７と動弁装置６０と休止装置６５、６６とＥＣＵ７０とを備えている。シリンダブロック５１にはシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。ピストン５３は燃焼室Ｅに隣接している。燃焼室Ｅはシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２およびピストン５３に囲まれた空間である。

シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。シリンダヘッド５２には、燃焼室Ｅに吸気を導く吸気ポート５２ａと、燃焼室Ｅからガスを排気する排気ポート５２ｂとが形成されている。吸気ポート５２ａと排気ポート５２ｂとは具体的にはともに複数（ここでは２つ）設けられている。複数の吸気ポート５２ａは燃焼室Ｅに連通する複数の吸気通路Ｉｎを、複数の排気ポート５２ｂは燃焼室Ｅに連通する複数の排気通路Ｅｘをそれぞれ形成している。吸気弁５４と排気弁５５とは燃焼室Ｅに対して設けられている。内燃機関５０は具体的には吸気弁５４と排気弁５５とをともに複数（ここでは２つ）備えている。複数の吸気弁５４は複数の吸気通路Ｉｎを個別に開閉し、複数の排気弁５５は複数の排気通路Ｅｘを個別に開閉する。

内燃機関５０は複数の吸気ポート５２ａとして具体的には吸気ポート５２ａＡ、５２ａＢを備えている。吸気ポート５２ａＡは第１の吸気ポートであり、吸気通路Ｉｎ１を形成する。吸気ポート５２ａＢは第２の吸気ポートであり、吸気通路Ｉｎ２を形成する。したがって、内燃機関５０は複数の吸気通路Ｉｎとして具体的には第１の吸気通路である吸気通路Ｉｎ１と、第２の吸気通路である吸気通路Ｉｎ２とを有している。複数の吸気通路Ｉｎは例えば吸気ポート５２ａが燃焼室Ｅに途中で複数に分岐して連通するサイアミーズポートである場合に、吸気ポート５２ａのうち複数の分岐部が形成する吸気通路それぞれであってもよい。

内燃機関５０は複数の排気ポート５２ｂとして具体的には排気ポート５２ｂＡ、５２ｂＢを備えている。排気ポート５２ｂＡは第１の排気ポートであり、排気通路Ｅｘ１を形成する。排気ポート５２ｂＢは第２の排気ポートであり、排気通路Ｅｘ２を形成する。したがって、内燃機関５０は複数の排気通路Ｅｘとして具体的には第１の排気通路である排気通路Ｅｘ１と、第２の排気通路である排気通路Ｅｘ２とを有している。

内燃機関５０は複数の吸気弁５４として具体的には吸気弁５４Ａ、５４Ｂを備えている。また、複数の排気弁５５として排気弁５５Ａ、５５Ｂを備えている。吸気弁５４Ａは第１の吸気弁であり、吸気通路Ｉｎ１を開閉する。吸気弁５４Ｂは第２の吸気弁であり、吸気通路Ｉｎ２を開閉する。排気弁５５Ａは第１の排気弁であり、排気通路Ｅｘ１を開閉する。排気弁５５Ｂは第２の排気弁であり、排気通路Ｅｘ２を開閉する。

複数の吸気ポート５２ａと複数の排気ポート５２ｂとは、吸気ポート５２ａＡと排気ポート５２ｂＢとが吸排気方向に沿って対向するように設けられている。このため、吸気弁５４Ａは吸排気方向に沿って排気弁５５Ｂと、排気弁５５Ａは吸排気方向に沿って吸気弁５４Ｂとそれぞれ対向するように設けられている。吸気弁５４Ａは複数の吸気弁５４のうち一部の吸気弁に相当し、排気弁５５Ａは複数の排気弁５５のうち一部の排気弁に相当する。吸気弁５４Ａ、５４Ｂの配置や排気弁５５Ａ、５５Ｂの配置は逆であってもよい。

燃料噴射弁５６、５７は複数の噴射部であり、シリンダヘッド５２に設けられている。燃料噴射弁５６、５７は複数の吸気通路Ｉｎに燃料を個別に噴射する。具体的には第１の噴射部である燃料噴射弁５６は吸気通路Ｉｎ１に燃料を噴射し、第２の噴射部である燃料噴射弁５７は吸気通路Ｉｎ２に燃料を噴射する。燃料噴射弁５７は複数の吸気通路Ｉｎのうち少なくともいずれか（ここでは吸気通路Ｉｎ２）に燃料を噴射する噴射部であって、複数の吸気通路Ｉｎのうち少なくとも吸気弁５４Ａが開閉する吸気通路Ｉｎ１以外の吸気通路（すなわち、吸気通路Ｉｎ２）に燃料を噴射する噴射部に相当する。

内燃機関５０は燃料噴射弁５７を含む複数の噴射部である燃料噴射弁５６、５７を備え、燃料噴射弁５６、５７のうち一部の噴射部である燃料噴射弁５７が、複数の吸気通路Ｉｎのうち少なくとも吸気弁５４Ａが開閉する吸気通路Ｉｎ１以外の吸気通路である吸気通路Ｉｎ２に燃料を噴射する構成となっている。

シリンダヘッド５２には動弁装置６０が設けられている。動弁装置６０は複数の吸気弁５４のバルブ特性を可変にする吸気側可変動弁機構６１と、排気弁５５（ここでは複数の排気弁５５）のバルブ特性を可変にする排気側可変動弁機構６２とを備えている。バルブ特性は開弁時期、閉弁時期、リフト量またはこれらの組み合わせ（例えば開閉時期や、閉弁時期およびリフト量や、開弁時期、閉弁時期およびリフト量など）である。

吸気側可変動弁機構６１は具体的には複数の吸気弁５４の開閉時期を変更する吸気側バルブタイミング可変機構となっている。排気側可変動弁機構６２は排気弁５５（ここでは複数の排気弁５５）の開閉時期を変更する排気側バルブタイミング可変機構となっている。可変動弁機構６１、６２それぞれは具体的には油圧駆動式となっており、油圧の伝達を制御するオイルコントロール部を有して構成されている。

動弁装置６０は排気側可変動弁機構６２を備えることで、複数の吸気弁５４および排気弁５５（ここでは複数の排気弁５５）のバルブ特性のうち少なくとも排気弁５５の閉弁時期を変更する動弁装置になっている。かかる動弁装置は可変動弁機構６１、６２のうち少なくとも排気側可変動弁機構６２を備える構成とすることができる。かかる動弁装置は必ずしも上記に限られず、排気弁５５の閉弁時期を変更可能なその他の動弁装置であってもよい。

休止装置６５は吸気弁休止装置であり、複数の吸気弁５４に対して設けられている。休止装置６６は排気弁休止装置であり、複数の排気弁５５に対して設けられている。休止装置６５は複数の吸気弁５４のうち吸気弁５４Ａの作動を閉弁状態で休止させる。休止装置６６は複数の排気弁５５のうち排気弁５５Ａの作動を閉弁状態で休止させる。休止装置６５、６６には具体的には例えば前述した特許文献３が開示する内燃機関の可変動弁装置を適用できる。

排気系２０は内燃機関５０に接続されている。排気系２０は排気管２１と触媒２２とを備えている。排気管２１は排気通路を形成している。当該排気通路は複数の排気通路Ｅｘを介して燃焼室Ｅに連通している。触媒２２は排気管２１に介在するようにして設けられている。触媒２２は燃焼室Ｅから排出される排気を浄化する。

ＥＣＵ７０は電子制御装置であり、ＥＣＵ７０には燃料噴射弁５６、５７や動弁装置６０（具体的には可変動弁機構６１、６２が有する各オイルコントロール部）や休止装置６５、６６が制御対象として電気的に接続されている。また、機関運転状態を検出するための第１のセンサ群３０や、動弁装置６０の状態を検出するための第２のセンサ群４０がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。

第１のセンサ群３０は例えばクランク角度を検出するためのクランク角センサや、内燃機関５０の吸入空気量を計測するエアフロメータや、内燃機関５０に対する加速要求を行うアクセル開度センサや、アイドル運転時を検知するアイドルＳＷや、内燃機関５０の冷却水温ｅｔｈｗを検知する水温センサや、イグニッションＳＷや、触媒２２の上流側で排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するＡ／Ｆセンサや、触媒２２の下流側で排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するＯ_２センサを含む。第２のセンサ群４０は例えば可変動弁機構６１、６２に伝達される油圧を検出する油圧センサや、吸排気弁５４、５５の開弁時期や閉弁時期を検出するためのセンサを含む。

ＥＣＵ７０ではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、例えば以下に示す第１から第３の制御部や噴射制御部や空燃比制御部が実現される。なお、これらの構成は例えば複数の電子制御装置において実現されてもよい。

第１の制御部は動弁装置６０を制御する。第１の制御部は例えば排気弁５５（ここでは複数の排気弁５５）をピストン５３の排気上死点よりも進角側で閉弁するように動弁装置６０を制御する。第１の制御部によって上述のように制御される動弁装置６０は、具体的には機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に上述のように機能する。機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合は機関冷間始動時のアイドル運転時を含む。このように動弁装置６０を機能させるには、例えば機関停止時に予め動弁装置６０を上述のように制御することができる。動弁装置６０は第１の制御部をさらに含む構成として把握されてもよい。

第２の制御部は休止装置６５を制御する。第２の制御部は機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に吸気弁５４Ａの作動を閉弁状態で休止させるように休止装置６５を制御する。したがって、休止装置６５は機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に吸気弁５４Ａの作動を閉弁状態で休止させる。休止装置６５は第２の制御部をさらに含む構成として把握されてもよい。

機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に、排気弁５５をピストン５３の排気上死点よりも進角側で閉弁する動弁装置６０と、吸気弁５４Ａの作動を閉弁状態で休止させる休止装置６５とは、機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に、複数の吸気弁５４のうち吸気弁５４Ａ以外の吸気弁（すなわち、吸気弁５４Ｂ）と排気弁５５と間でマイナスオーバラップを形成する。

図４はマイナスオーバラップの説明図である。図４に示すように、マイナスオーバラップは排気弁５５の閉弁時期から吸気弁５４の開弁時期までの間に形成される吸気弁５４および排気弁５５間の閉弁期間のオーバラップである。動弁装置６０は機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に、さらに吸気弁５４の開弁時期をピストン５３の排気上死点よりも進角側に設定することができる。

第３の制御部は機関温度Ｔ１が所定値αよりも低く、且つ触媒２２の床温Ｔ２が所定値β（例えば活性温度）よりも低い場合に、排気弁５５Ａの作動を閉弁状態で休止させるように休止装置６６を制御する。したがって、休止装置６６はかかる場合に排気弁５５Ａの作動を閉弁状態で休止させる。休止装置６６はさらに第３の制御部を含む構成として把握されてもよい。

機関温度Ｔ１が所定値αよりも低く、且つ床温Ｔ２が所定値βよりも低い場合に、排気弁５５Ａの作動を閉弁状態で休止させる休止装置６６は動弁装置６０および休止装置６５とともに、複数の吸気弁５４のうち吸気弁５４Ａ以外の吸気弁（すなわち、吸気弁５４Ｂ）と、複数の排気弁５５のうち排気弁５５Ａ以外の排気弁（すなわち、排気弁５５Ｂ）と間でマイナスオーバラップを形成する。

第２の制御部はさらに機関温度Ｔ１が所定値αよりも高い場合（ここでは所定値α以上の場合）、機関運転状態がアイドル運転時でない場合、或いはマイナスオーバラップの解除条件が成立した場合に、吸気弁５４Ａの作動休止を解除するように休止装置６５を制御する。第３の制御部はさらに床温Ｔ２が所定値βよりも高い場合（ここでは所定値β以上の場合）、機関運転状態がアイドル運転時でない場合、或いはマイナスオーバラップの解除条件が成立した場合に、排気弁５５Ａの作動休止を解除するように休止装置６６を制御する。マイナスオーバラップを解除する理由は次の通りである。

すなわち、ここで機関冷間始動時にはマイナスオーバラップを形成することで、ガスの吹き返しによる燃料の微粒化を図ることが、排気エミッションを改善するにあたって有効となる。ところが、マイナスオーバラップを形成することで筒内に残留するガスは燃焼を緩慢にする作用も有している。このため、マイナスオーバラップの継続は排気温の低下を招く分、触媒２２の暖機を遅らせることにも繋がる。

したがって、高い排気エミッションの改善効果を得るには、内燃機関５０が始動してから所定時間経過後にマイナスオーバラップを解除することが有効となる。このため、例えば機関冷間始動後、所定時間が経過したことをマイナスオーバラップの解除条件とすることができる。マイナスオーバラップの解除条件が成立した場合、第１の制御部は排気弁５５の閉弁時期を遅角させるように動弁装置６０を制御することで、マイナスオーバラップを解除することができる。

噴射制御部は燃料噴射弁５６、５７の燃料噴射制御を行う。噴射制御部は機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に燃料噴射を休止するように燃料噴射弁５６を制御するとともに、吸気非同期噴射を行うように燃料噴射弁５７を制御する。したがって、機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に燃料噴射弁５６は燃料噴射を休止し、燃料噴射弁５７は吸気非同期噴射を行う。吸気非同期噴射は複数の吸気弁５４が開弁するまでの間に行われる燃料噴射であり、排気行程で行うことができる。

噴射制御部はさらに機関温度Ｔ１が所定値αよりも高い場合、機関運転状態がアイドル運転時でない場合、或いはマイナスオーバラップの解除条件が成立した場合には、燃料噴射の休止を解除するように燃料噴射弁５６を制御するとともに、吸気非同期噴射を解除するように燃料噴射弁５７を制御する。噴射部は噴射制御部をさらに含む構成として把握されてもよい。

空燃比制御部は休止装置６５が吸気弁５４Ａの作動を閉弁状態で休止させ、燃料噴射弁５６が燃料噴射を休止するとともに、燃料噴射弁５７が吸気非同期噴射を行う場合に、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチ化制御を行う。かかる空燃比制御部は機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合にリッチ化制御を行う。

リッチ化制御は例えば排気空燃比が理論空燃比になるように予め設定されたアイドル運転時の燃料噴射弁５７の燃料噴射量を所定量増量することで行うことができる。リッチ化制御で排気空燃比は理論空燃比よりも若干リッチになるように制御される。空燃比制御部は機関温度Ｔ１が所定値αよりも高い場合、機関運転状態がアイドル運転時でない場合、或いはマイナスオーバラップの解除条件が成立した場合には、リッチ化制御を解除する。

次にＥＣＵ７０の制御動作の一例を図５に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ７０は内燃機関５０が始動したか否かを判定する（ステップＳ１）。内燃機関５０が始動したか否かは例えばイグニッションＳＷの出力に基づき判定できる。否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は機関運転状態がアイドル運転時であるか否かを判定する（ステップＳ２）。機関運転状態がアイドル運転時であるか否かは例えばアイドルＳＷの出力に基づき判定できる。肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は排気弁５５が早閉じであるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３では具体的にはマイナスオーバラップが形成されるか否かが判定される。ステップＳ３ではマイナスオーバラップの解除条件が成立した場合に、否定判定されるようになっている。

ステップＳ３で肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は床温Ｔ２を推定する（ステップＳ４）。床温Ｔ２は例えば機関始動時からの吸入空気量の積算値に基づき推定できる。吸入空気量の積算値は例えばエアフロメータの出力に基づき算出できる。続いてＥＣＵ７０は機関温度Ｔ１が所定値αよりも低いか否かを判定する（ステップＳ５）。機関温度Ｔ１が所定値αよりも低いか否かは、例えば冷却水温ｅｔｈｗが所定値よりも低いか否かで判定できる。機関温度Ｔ１が所定値αよりも低いか否かは、例えば床温Ｔ２が所定値βよりも高い所定値である所定値β´よりも低いか否かで判定されてもよい。

ステップＳ５で肯定判定であれば、ＥＣＵ７０はリッチ化制御を行う（ステップＳ６）。また、床温Ｔ２が所定値βよりも低いか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７で肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は吸気弁５４Ａの作動を閉弁状態で休止するとともに（ステップＳ１１）、排気弁５５Ａの作動を閉弁状態で休止する（ステップＳ１２）。また、燃料噴射を休止するように燃料噴射弁５６を制御するとともに（ステップＳ２１）、吸気非同期噴射を行うように燃料噴射弁５７を制御する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の後には本フローチャートを一旦終了する。

ステップＳ７で否定判定であれば、ＥＣＵ７０は吸気弁５４Ａの作動を閉弁状態で休止するとともに（ステップＳ１３）、排気弁５５Ａの作動休止を解除する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の後にはステップＳ２１に進む。

ステップＳ２、Ｓ３またはＳ５の否定判定に続いて、ＥＣＵ７０はリッチ化制御を解除する（ステップＳ３１）。また、吸気弁５４Ａの作動休止を解除するとともに（ステップＳ３２）、排気弁５５Ａの作動休止を解除する（ステップＳ３３）。さらに、燃料噴射の休止を解除するように燃料噴射弁５６を制御するとともに（ステップＳ３４）、吸気非同期噴射を解除するように燃料噴射弁５７を制御する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５の後には本フローチャートを終了する。

次に内燃機関５０の主な作用効果について説明する。内燃機関５０では機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に、動弁装置６０が排気弁５５をピストン５３の排気上死点よりも進角側で閉弁するとともに、休止装置６５が吸気弁５４Ａの作動を閉弁状態で休止させ、動弁装置６０と休止装置６５とが吸気弁５４Ｂおよび排気弁５５間でマイナスオーバラップを形成する。

このため、内燃機関５０はマイナスオーバラップ形成後に複数の吸気弁５４のうち吸気弁５４Ｂを開弁することで、燃焼室Ｅに連通する複数の吸気通路Ｉｎの総断面積を小さくすることができる。結果、流速を高めたガスの吹き返しによって燃料噴射弁５７が吸気通路Ｉｎ２に噴射する燃料の微粒化を好適に図ることができる。内燃機関５０は燃料の微粒化を図ることで、具体的には燃費の低減や排気エミッションの改善を図ることができる。

内燃機関５０は吹き返した高温、高圧のガスを吸気行程で筒内に吸入することで、燃料の微粒化とも相俟って筒内における付着燃料の減少および気化燃料の増加を図ることもできる。そして、燃焼に寄与する気化燃料の増加を図ることで、混合気の均質性を高めることもできる。このため、内燃機関５０は混合気の均質性を高めることで、筒内残留ガスの増加に対する燃焼の耐性を高めることもできる。

内燃機関５０は具体的には休止装置６６をさらに備え、機関温度Ｔ１が所定値αよりも低く、且つ床温Ｔ２が所定値βよりも低い場合に、さらに休止装置６６が排気弁５５Ａの作動を閉弁状態で休止させ、休止装置６６が動弁装置６０および休止装置６５とともに、吸気弁５４Ｂと排気弁５５Ｂとの間でマイナスオーバラップを形成する構成となっている。

かかる構成の内燃機関５０は、排気弁５５Ａを閉弁状態で休止させることで筒内からのガスの掃気効率を低下させることができる。このため、かかる構成の内燃機関５０は、マイナスオーバラップ形成時に筒内に残留するガスの量を増加させることができる。結果、ガスの吹き返し流速をさらに高めることで、燃料の微粒化をより好適に図ることができる。かかる構成の内燃機関５０は筒内残留ガスの量を増加させることで、さらに次に説明するように排気エミッションを改善することもできる。

図６は筒内ガスが含む未燃燃料の改質についての第１の説明図である。図７は筒内ガスが含む未燃燃料の改質についての第２の説明図である。図６では排気上死点において筒内ガス中に占めるパラフィン系ＨＣ成分およびオレフィン系ＨＣ成分の割合を示す。図７ではアロマ系ＨＣ成分に占めるアルキルベンゼン系ＨＣ成分の割合を示す。図７ではアロマ系ＨＣ成分を含む筒内ガスが圧縮上死点における筒内ガスである場合と、排気上死点における筒内ガスである場合を示す。図６、図７に示すケース１はマイナスオーバラップを形成する場合であり、ケース２はマイナスオーバラップを形成しない場合を示す。

図６に示すように、ケース１の場合はケース２の場合よりも触媒２２における反応性が低いパラフィン系ＨＣ成分の割合が減少するとともに、触媒２２における反応性が高いオレフィン系ＨＣ成分の割合が増加することがわかる。図７に示すように、ケース１の場合はケース２の場合よりも、触媒２２における反応性が高いアルキルベンゼン系ＨＣ成分の割合が増加することがわかる。また、かかる傾向は筒内ガスが新気、燃料および残留ガスを含む圧縮上死点の場合と、筒内ガスが残留ガスを含む排気上死点の場合とで同じであることがわかる。

かかる未燃燃料の改質は具体的には、マイナスオーバラップを形成することで高温のまま筒内に閉じ込めた未燃燃料が蒸し焼き状態となることで行われる。このため、内燃機関５０は筒内残留ガスの量を増加させることで、さらに触媒反応性に優れるＨＣ成分への未燃燃料の改質促進による排気エミッションの改善を図ることもできる。内燃機関５０は筒内残量ガスの量を増加させることで、排気に含まれるＮＯｘを低減することもできる。

内燃機関５０は具体的には、燃料噴射弁５７を含む複数の噴射部である燃料噴射弁５６、５７を備え、燃料噴射弁５６、５７のうち一部の噴射部である燃料噴射弁５７が、複数の吸気通路Ｉｎのうち少なくとも吸気弁５４Ａが開閉する吸気通路Ｉｎ１以外の吸気通路である吸気通路Ｉｎ２に燃料を噴射する構成となっている。すなわち、内燃機関５０は具体的には例えばかかる構成である場合に燃料の微粒化を図ることができる。

内燃機関５０は具体的には、機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に、さらに燃料噴射弁５６、５７のうち燃料噴射弁５７以外の噴射部である燃料噴射弁５６が燃料噴射を休止し、燃料噴射弁５７が吸気非同期噴射を行う構成となっている。かかる構成の内燃機関５０は、燃料噴射弁５６から不要な燃料が噴射されることを防止しつつ、燃料噴射弁５７から吸気非同期噴射で噴射される燃料の微粒化を図ることができる。この場合、内燃機関５０は具体的には吸気非同期噴射で噴射され、吸気弁５４Ｂの傘裏に滞留する燃料を吹き飛ばすことで、燃料の微粒化を図ることができる。

内燃機関５０は具体的には、機関温度Ｔ１が所定値αよりも低い場合に、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチ化制御を行う構成となっている。かかる構成の内燃機関５０は、触媒２２が活性化したタイミングにおける排気の触媒反応性をより向上させることもできる。

内燃機関５０は具体的には、床温Ｔ２が所定値βよりも高い場合、機関運転状態がアイドル運転時でない場合、或いはマイナスオーバラップの解除条件が成立した場合に、休止装置６６がさらに排気弁５５Ａの作動休止を解除する構成となっている。かかる構成の内燃機関５０は、排気弁５５Ａを作動させることで筒内に残留するガスの量を減少させることができる。このため、かかる構成の内燃機関５０は触媒２２の暖機と燃焼の安定との両立を図ることができる。

内燃機関５０は具体的には、機関温度Ｔ１が所定値αよりも高い場合、機関運転状態がアイドル運転時でない場合、或いはマイナスオーバラップの解除条件が成立した場合に、休止装置６５がさらに吸気弁５４Ａの作動休止を解除する構成となっている。また、燃料噴射弁５６がさらに燃料噴射の休止を解除するとともに、燃料噴射弁５７がさらに吸気非同期噴射を解除し、リッチ化制御を解除する構成となっている。かかる構成の内燃機関５０は、状況に応じた適切な運転を可能にしつつ燃料の微粒化を図ることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば噴射部は吸気ポートがサイアミーズポートである場合に、吸気ポートが備える分岐部それぞれが形成する複数の吸気通路それぞれに燃料を噴射する噴射部であってもよい。

内燃機関５０
ピストン５３
吸気弁５４、５４Ａ、５４Ｂ
排気弁５５、５５Ａ、５５Ｂ
燃料噴射弁（第１の燃料噴射弁）５６
燃料噴射弁（第２の燃料噴射弁）５７
動弁装置６０
休止装置（吸気弁休止装置）６５
休止装置（排気弁休止装置）６６
ＥＣＵ７０

Claims

燃焼室に連通する複数の吸気通路のうち少なくともいずれかに燃料を噴射する噴射部と、
前記燃焼室に隣接するピストンと、
前記複数の吸気通路を個別に開閉する複数の吸気弁と、
前記燃焼室に対して配置された排気弁と、
前記複数の吸気弁および前記排気弁のバルブ特性のうち少なくとも前記排気弁の閉弁時期を変更する動弁装置と、
前記複数の吸気弁のうち一部の吸気弁の作動を閉弁状態で休止させる吸気弁休止装置とを備え、
前記噴射部が前記複数の吸気通路のうち少なくとも前記一部の吸気弁が開閉する吸気通路以外の吸気通路に燃料を噴射し、
機関温度が所定値よりも低い場合に、前記動弁装置が前記排気弁を前記ピストンの排気上死点よりも進角側で閉弁し、前記吸気弁休止装置が前記一部の吸気弁の作動を閉弁状態で休止させ、前記動弁装置と前記吸気弁休止装置とが、前記複数の吸気弁のうち前記一部の吸気弁以外の吸気弁と前記排気弁との間でマイナスオーバラップを形成する内燃機関。
請求項１記載の内燃機関であって、
前記排気弁を複数備えるとともに、前記複数の排気弁のうち一部の排気弁の作動を閉弁状態で休止させる排気弁休止装置をさらに備え、
前記機関温度が前記所定値よりも低く、且つ前記燃焼室から排出される排気を浄化する触媒の床温が所定値よりも低い場合に、さらに前記排気弁休止装置が前記一部の排気弁の作動を閉弁状態で休止させ、前記排気弁休止装置が前記動弁装置および前記吸気弁休止装置とともに、前記複数の吸気弁のうち前記一部の吸気弁以外の吸気弁と、前記複数の排気弁のうち前記一部の排気弁以外の排気弁との間でマイナスオーバラップを形成する内燃機関。