JP5310951B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、１つの気筒に複数の吸気ポートを備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（日本特開２００３−３１４３３９号公報）に開示されているように、各気筒に２つの吸気ポートを設け、それぞれの吸気ポートに燃料噴射弁と吸気制御弁とを配置した内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、個々の気筒において、２つの吸気ポートにそれぞれ形状が異なる（吸気ポートの遮断面積が異なる）吸気制御弁を配置している。そして、内燃機関の運転中には、一方の吸気制御弁を閉弁し、他方の吸気制御弁を開弁した状態で、吸気制御弁が開弁している側の吸気ポートに燃料を噴射する。これにより、従来技術では、吸気制御弁の開度に応じて各吸気ポートでの噴射量を個別に制御し、燃焼を安定させるようにしている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開２００３−３１４３３９号公報 日本特開２００６−１４４７５２号公報 日本特開２００９−０６２９４６号公報 日本特開２００８−２９１６８６号公報 日本特開平０６−２４１０５４号公報 日本特開２００９−１０３１０８号公報 日本特開２００４−２５１１４３号公報 日本特開２００１−３２３８２８号公報 日本特開平０６−３２３１６８号公報

ところで、上述した従来技術では、吸気制御弁を開弁した側の吸気ポートに燃料を噴射し、噴射燃料と空気とを同期させて筒内に導入する構成としている。しかしながら、吸気ポート内に生じる空気流は、機関回転数、負荷、吸気制御弁の開度等に応じて複雑に変化する。従って、この空気流中に燃料を噴射すると、燃料の噴霧形状や空気との混合状態が不規則に変化し、これに伴って吸気ポートの壁面や吸気バルブに付着する燃料の付着量、付着位置等が変動する。このため、従来技術では、燃料噴射量や噴射時期を一定とした状態でも、混合気の燃焼状態がサイクル毎に変動する現象（サイクル間の燃焼ばらつき）が生じ、排気エミッションが悪化するという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、吸気ポート内に燃料噴射弁を備えた内燃機関のサイクル間の燃焼ばらつきを抑制し、燃焼を安定させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

第１の発明は、上流側が吸気通路に接続され、下流側がそれぞれ異なる位置で筒内に開口する第１，第２の吸気ポートと、
前記第１，第２の吸気ポートに設けられた第１，第２の吸気バルブと、
前記第１，第２の吸気ポートに燃料を噴射する第１，第２の燃料噴射弁と、
前記第１の燃料噴射弁の上流側で前記第１の吸気ポートに設けられ、前記第１の吸気ポートの流路面積を変化させる吸気調整弁と、
少なくとも吸気行程において、前記吸気調整弁を閉じ側に駆動して前記第１の吸気ポートの空気流量を前記第２の吸気ポートの空気流量よりも減少させ、かつ、前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射量を前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量よりも多く設定した状態で燃料噴射を実行する噴射状態制御手段と、を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記噴射状態制御手段は、前記吸気調整弁を閉じて前記第１の吸気ポート内の空気流を遮断した状態で、前記第１の吸気バルブの開弁期間中に前記第１の燃料噴射弁により燃料を噴射する構成としている。

第３の発明は、前記第１の燃料噴射弁により噴射する１サイクル分の噴射燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射手段を備える。

第４の発明は、前記第１，第２の吸気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
前記第２の吸気バルブの閉弁時期を前記第１の吸気バルブの閉弁時期よりも遅らせる閉弁時期制御手段と、を備える。

第５の発明は、前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量を前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射量よりも多く設定した状態で燃料噴射を実行する噴射状態変更手段と、
前記第１の吸気バルブの温度を上昇させるときに、前記噴射状態制御手段に代えて前記噴射状態変更手段を作動させる制御切換手段と、を備える。

第６の発明によると、前記制御切換手段は、内燃機関の空燃比が理論空燃比の近傍である場合に、前記噴射状態変更手段を作動させ、前記空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合に、前記噴射状態制御手段を作動させる構成としている。

第７の発明は、前記第２の吸気バルブのリフト量を可変に設定することが可能なリフト量可変機構と、
内燃機関の始動時に前記第２の吸気バルブのリフト量を始動後のリフト量と比較して減少させる始動リフト量減少手段と、を備える。

第８の発明は、前記第２の吸気ポートのうち筒内外周に空気を流入させる部位を除いて当該吸気ポートを閉じることが可能な遮断弁であって、少なくとも吸気行程の後半に閉じ側に駆動される吸気部分遮断弁を備え、
前記噴射状態制御手段は、前記第１の燃料噴射弁により吸気行程の前半に燃料を噴射する構成としている。

第９の発明は、前記第１，第２の吸気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
前記第２の吸気バルブの閉弁時期を前記第１の吸気バルブの閉弁時期よりも遅らせる閉弁時期制御手段と、を備える。

第１０の発明は、内燃機関の始動時に点火時期を遅角させる点火遅角手段を備え、
前記噴射状態制御手段は、内燃機関の始動時に前記第１の燃料噴射弁により吸気行程の前半と後半にそれぞれ燃料を噴射する構成としている。

第１１の発明は、前記第１，第２の吸気ポートと対向する位置に設けられた第１，第２の排気ポートと、
前記第１，第２の排気ポートに設けられた第１，第２の排気バルブと、
前記第１，第２の吸気バルブ及び前記第１，第２の排気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
前記第１，第２の吸気バルブと前記第１，第２の排気バルブのうち、前記第１，第２の吸気バルブのみを吸気行程の前半に開弁し、前記第１の排気バルブのみを吸気行程の後半に開弁する開弁期間制御手段と、を備え、
前記噴射状態制御手段は、前記第１の燃料噴射弁により吸気行程の前半に燃料を噴射する構成としている。

第１２の発明は、前記第１，第２の吸気ポートと対向する位置に設けられた第１，第２の排気ポートと、
前記第１，第２の排気ポートに設けられた第１，第２の排気バルブと、
前記第１，第２の吸気バルブ及び前記第１，第２の排気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
前記第１，第２の吸気バルブを吸気行程の前半及び後半にわたって開弁し、前記第１の排気バルブを吸気行程の後半に開弁する開弁期間制御手段と、を備え、
前記噴射状態制御手段は、前記第１の燃料噴射弁により吸気行程の前半と後半にそれぞれ燃料を噴射する構成としている。

第１３の発明は、前記第２の吸気ポートのうち筒内外周に対応する部位を除いて当該吸気ポートを閉じることが可能な遮断弁であって、少なくとも吸気行程の前半に閉じ側に駆動される吸気部分遮断弁を備える。

第１４の発明は、前記第１の排気ポートのうち筒内外周に対応する部位を除いて当該排気ポートを閉じることが可能な遮断弁であって、吸気行程の後半に閉じ側に駆動される排気部分遮断弁を備える。

第１５の発明は、前記第１，第２の吸気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
吸気行程において、前記第２の吸気バルブの開弁時期を前記第１の吸気バルブの開弁時期よりも遅らせる開弁時期制御手段と、を備え、
前記噴射状態制御手段は、前記吸気調整弁により前記第１の吸気ポートを遮断した状態で、前記第１の吸気バルブが開弁してから前記第２の吸気バルブが開弁するまでの間に、前記第１の燃料噴射弁により燃料を噴射する構成としている。

第１６の発明は、排気ポートに設けられた排気バルブと、
前記第１，第２の吸気バルブ及び前記排気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
前記排気バルブを排気上死点の前に閉弁し、前記排気バルブが閉弁してから排気上死点が到来するまでの間に前記第１の吸気バルブを開弁し、かつ、前記第２の吸気バルブを排気上死点の後に開弁する開閉時期制御手段と、を備え、
前記噴射状態制御手段は、前記吸気調整弁により前記第１の吸気ポートを遮断した状態で、前記第１の吸気バルブが開弁してから排気上死点が到来するまでの間に、前記第１の燃料噴射弁により燃料を噴射する構成としている。

第１７の発明によると、前記噴射状態制御手段は、
前記第１の燃料噴射弁により排気上死点の前，後にそれぞれ燃料を噴射する上死点前後噴射手段と、
機関回転数が基準値以上の場合には、排気上死点前の燃料噴射量を排気上死点後の燃料噴射量よりも増加させ、機関回転数が基準値未満の場合には、排気上死点後の燃料噴射量を排気上死点前の燃料噴射量よりも増加させる噴射量制御手段と、を備える。

第１８の発明は、筒内の混合気を圧縮により自着火させる自着火燃焼制御手段を備える。

第１９の発明は、前記第１の吸気ポート及び前記第１の燃料噴射弁は、平面視において燃焼室の中心を通る基準の直線に対して一側に配置し、前記第２の吸気ポート及び前記第２の燃料噴射弁は、前記基準の直線に対して他側に配置し、
少なくとも前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射方向は、前記燃焼室の中心側に向けて傾斜させる構成としている。

第２０の発明は、前記基準の直線と平行な方向において前記第１，第２の吸気ポートと対向する位置に設けられた第１，第２の排気ポートと、
前記第１，第２の排気ポートに設けられた第１，第２の排気バルブと、を備え、
前記第１の燃料噴射弁から噴射された燃料が平面視において拡がる角度である燃料噴射角は、前記第２の吸気バルブの中心と前記第１の排気バルブの中心とが当該燃料噴射角の内側に収まる角度に設定する構成としている。

第２１の発明は、前記第１の燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の中心線は、平面視において前記燃焼室の中心よりも前記第２の燃料噴射弁に近い位置を通るように配置する構成としている。

第２２の発明によると、前記噴射状態制御手段は、前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射期間を吸気行程の前半に設定する構成としている。

第２３の発明は、内燃機関が高回転高負荷状態で運転される場合に、前記噴射状態制御手段に代わって作動する手段であって、前記吸気調整弁を開弁した状態で前記第１，第２の燃料噴射弁により燃料噴射を実行する高出力時制御手段を備える。

第２４の発明によると、前記噴射状態制御手段は、内燃機関の負荷が増加するほど、前記吸気調整弁を開き側に駆動すると共に前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量を増加させ、前記第１，第２の燃料噴射弁による燃料噴射量の差分を減少させる構成としている。

第２５の発明は、上流側が吸気通路に接続され、下流側がそれぞれ異なる位置で筒内に開口する第１，第２の吸気ポートと、
前記第１，第２の吸気ポートに燃料を噴射する第１，第２の燃料噴射弁と、
吸気行程において前記第１の吸気ポートの空気流量が前記第２の吸気ポートの空気流量よりも少ないときに、前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射量を前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量よりも多く設定した状態で燃料噴射を実行する噴射状態制御手段と、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、吸気調整弁により第１の吸気ポートを通過する空気量が第２の吸気ポートと比較して少なくなることに着目し、吸気調整弁を閉じ側に駆動したときに第１の吸気ポートに噴射される燃料の量を増加させる。これにより、吸気ポート内に噴射された燃料の噴霧形状が空気流によって乱れるのを防止し、周囲の構造物に対する燃料の付着量や付着位置を安定させることができる。従って、噴霧形状の乱れによるサイクル間の燃焼ばらつきを抑制し、例えばリーン燃焼が可能な運転領域を拡大することができ、排気エミッションを向上させることができる。また、主として第２の吸気ポートから筒内に空気を流入させることにより、筒内にスワール流を形成することができる。このスワール流により混合気の均質性が向上し、また筒内気流の乱れ向上により燃焼速度を向上させることができる。

第２の発明によれば、吸気調整弁により第１の吸気ポートの空気流を遮断し、吸気ポート内の空気が安定的に滞留した状態を実現することができる。これにより、噴射燃料は、空気流の影響を受けずに、吸気ポートの開口部から筒内に進入することができる。

第３の発明によれば、１サイクル分の噴射燃料を何回かに分けて少量ずつ噴射することができるので、噴射燃料の気化を促進し、混合気の均質性を高めることができる。従って、混合気の燃焼速度を更に向上させ、リーン燃焼が可能な空燃比の限界（リーン限界）を拡大することができ、未燃燃料によるＨＣの発生を抑制することができる。

第４の発明によれば、第２の吸気バルブの閉弁時期を遅らせることにより、吸入空気量を減少させ、所謂アトキンソンサイクルを実現することができる。これにより、熱効率を改善し、燃費を向上させることができる。一方、第１の吸気バルブの閉弁時期を早めることができるので、噴射燃料が筒内から第１の吸気ポートに吹き返すのを抑制することができる。これにより、吹き返した噴射燃料が次のサイクルに持ち越されることがないので、加速及び減速運転時の応答性を向上させることができ、また、サイクル間の燃焼ばらつきやトルク変動を低減することができる。

第５の発明によれば、制御切換手段は、噴射状態制御手段に代えて噴射状態変更手段を作動させることができる。これにより、第１の吸気バルブの近傍で多量の燃料が噴射されない状態を実現し、第１の吸気バルブが噴射燃料により冷却されるのを抑制することができる。従って、必要に応じて第１の吸気バルブの温度を上昇させることができ、第１の吸気バルブにデポジットが付着するのを抑制することができる。

第６の発明によれば、空燃比がストイキの近傍である場合には、燃焼温度が高くなる傾向がある。従って、空燃比がストイキとなるタイミングで噴射状態変更手段を作動させることにより、このタイミングを利用して第１の吸気バルブを短時間で効率よく加熱することができる。これにより、リーン燃焼時に噴射状態制御手段を作動させつつ、ストイキ燃焼時にデポジットの抑制効果を得ることができる。

第７の発明によれば、始動時には、第２の吸気ポートの流路面積をバルブリフト量に応じて減少させ、当該吸気ポートから筒内に流入する空気の流速を増大させることができる。これにより、燃料の噴射方向と対向する方向において、筒内のスワール流を強くすることができ、このスワール流により噴射燃料の勢いを低下させ、噴射燃料を効率よく拡散することができる。この結果、冷間始動時でも、噴射燃料の気化を促進し、燃料が筒内壁面に付着するのを抑制することができる。従って、内燃機関の始動性や始動時の排気エミッションを改善することができる。

第８の発明によれば、吸気行程の前半には、第１の燃料噴射弁から噴射された燃料と、第２の吸気ポートから流入する空気とによって筒内に混合気が形成される。また、吸気行程の後半には、吸気部分遮断弁の作用により、第２の吸気ポートから筒内外周に空気のみが流入する。これにより、筒内中央部に混合気層を形成し、筒内外周に空気層を形成することができるので、成層燃焼を実現することができる。従って、少量の燃料噴射でも燃焼を安定させ、リーン燃焼を容易に行うことができる。また、ポンプ損失や冷却損失を抑制し、燃費を向上させることができる。

第９の発明によれば、前記第４の発明と同様に、アトキンソンサイクルの作用効果を得ることができる。しかも、アトキンソンサイクルでは、第２の吸気バルブの閉弁時期が遅くなることにより、筒内の混合気が第２の吸気ポートに吹き返す可能性がある。これに対し、第９の発明では、仮に第２の吸気ポートへの吹き返しが生じたとしても、吹き返すガスは筒内外周の空気層となる。従って、筒内の混合気量が吹き返しにより変動するのを抑制し、サイクル間の燃焼ばらつきを低減することができる。

第１０の発明によれば、点火プラグの近傍に混合気層を形成するので、この混合気層により始動時の着火性を高めることができる。また、吸気行程後半の燃料噴射は、筒内外周にも混合気を形成することができ、混合気の燃焼量を増加させ、排気温度を上昇させることができる。さらに、点火時期を遅角させることにより、排気温度の上昇を促進することができる。従って、内燃機関の始動性を高めることができ、また、冷間始動時でも触媒を速やかに暖機することができる。

第１１の発明によれば、吸気行程の前半には、筒内に混合気を形成し、吸気行程の後半には、第１の排気ポートから筒内に排気ガスを導入することができる。このとき、第１の排気ポートは、吸気行程の前半に筒内に空気を導入する第２の吸気ポートと対向していないので、排気ガスを筒内外周に導入することができる。これにより、筒内中央部に混合気層が形成され、筒内外周に排気ガス（ＥＧＲガス）層が形成された成層ＥＧＲを実現することができる。従って、成層燃焼により燃費を改善することができる。また、ＥＧＲを実行し、かつ空燃比を理論空燃比に保持し、三元触媒によって排気ガス中のＮＯｘを低減することができる。

第１２の発明によれば、前記第１１の発明とほぼ同様に、成層ＥＧＲを実現することができる。また、第２の吸気バルブを吸気行程の後半にも開弁し、燃料噴射を吸気行程の後半にも実行するので、筒内外周には、排気ガスと混合気とが混在したガス層を形成することができる。このガス層は、筒内中央部からの火炎伝播では燃焼し難いが、燃焼行程の後半において、自らに含まれる排気ガスの熱により自着火して燃焼する。従って、筒内に導入した排気ガスの熱を利用して、筒内外周に残留し易い未燃燃料を確実に燃焼させることができる。これにより、排気ガス中のＨＣを抑制し、排気エミッションを向上させることができる。

第１３の発明によれば、吸気部分遮断弁は、吸気行程の前半において、筒内のスワール流を強くすることができ、かつ、スワール流が流れる位置を筒内壁面に接近させることができる。これにより、吸気行程の後半には、強いスワール流を利用して排気ガスを筒内外周に効率よく誘導することができ、成層ＥＧＲの乱れを低減することができる。

第１４の発明によれば、排気部分遮断弁は、吸気行程の後半において、排気ガスを筒内外周に強制的に流入させることができ、排気ガスが筒内中央部に流入するのを阻止することができる。従って、成層ＥＧＲを安定的に実現することができる。

第１５の発明によれば、燃料の噴射時には、第１の吸気ポートが吸気調整弁により遮断され、他のポートがそれぞれバルブにより閉塞された状態で、ピストンが下降動作を行うことになる。これにより、負圧状態となった筒内に燃料を噴射することができるので、燃料の沸点を低下させ、噴射燃料の気化を促進することができる。そして、良好な混合気を速やかに形成し、噴射燃料が筒内壁面に付着するのを防止することができる。

第１６の発明によれば、第１の吸気バルブが開弁してから第２の吸気バルブが開弁するまでの期間中には、第１の吸気ポートが吸気調整弁により遮断され、他のポートがそれぞれバルブにより閉塞された状態となる。これにより、筒内が密閉状態となるので、筒内に残留していた排気ガスは、排気上死点の前に一旦圧縮されて高温となる。この状態で燃料を噴射すると、噴射燃料は、高温の排気ガス中で自着火し易いラジカルな状態または成分に改質される。従って、燃料改質効果により噴射燃料を燃焼し易くすることができ、混合気の着火性を向上させることができる。また、高温の排気ガスにより噴射燃料の気化を促進し、燃料が筒内壁面に付着するのを抑制することができる。

第１７の発明によれば、高回転時には、排気上死点前の燃料噴射量を増加させることができ、燃料噴射から着火までの時間が短くても、燃料改質効果を十分に得ることができる。また、低回転時には、排気上死点後の燃料噴射量を増加させ、燃料改質効果と混合気の均質性を両立させることができる。従って、機関回転数に応じて燃料の改質レベルを適切に制御することができる。

第１８の発明によれば、筒内で一旦圧縮された高温の排気ガス中に燃料を噴射することにより、燃料改質を行うことができる。これにより、自着火燃焼制御の実行時には、低負荷運転領域でも噴射燃料を安定的に自着火させ、失火等を防止することができる。

第１９の発明によれば、第１の燃料噴射弁は、燃焼室の中心に向けて燃料を噴射することができる。これにより、噴射燃料の大部分は、筒内外周に沿って流れるスワール流に対して正面から衝突しないので、燃料の噴霧によりスワール流が弱められるのを防止することができる。従って、燃焼の直前までスワール流を保持することができるので、空気の乱流により混合気の均質化を促進し、燃焼性や燃費を向上させることができる。また、噴射燃料を燃焼室の直径方向、即ち、筒内壁面までの距離が最も長くなる方向に向けて噴射することができ、燃料が筒内壁面に付着するのを抑制することができる。

第２０の発明によれば、第１の燃料噴射弁による燃料噴射角の範囲内に筒内空間の大部分を収めることができる。これにより、噴射燃料を筒内の広い範囲に分散させ、燃料の気化を促進することができ、筒内全体に均質な混合気を形成することができる。

第２１の発明によれば、筒内外周に沿って流れるスワール流の方向に対して、燃料の噴射方向を合わせることができる。これにより、燃料の噴霧によりスワール流を強めることができ、燃焼の直前までスワール流を保持することができる。従って、空気の乱流により混合気の均質化を促進し、燃焼性や燃費を向上させることができる。

第２２の発明によれば、吸気行程のうち筒内に生じるスワール流が比較的弱い前半の時期に、燃料の噴霧によってスワール流を加速することができる。従って、筒内のスワール流を吸気行程の前半から強くすることができ、第２１の発明の効果をより顕著に発揮することができる。また、強いスワール流中に燃料を噴射すると、燃料の液滴が気化する前に遠心力を受けて筒内壁面に付着し易い。従って、スワール流が弱い時期に燃料を噴射することにより、噴射燃料が筒内壁面に付着するのを抑制することができる。

第２３の発明によれば、高回転高負荷運転時には、吸気調整弁を開弁した状態で、第１，第２の燃料噴射弁により燃料噴射を実行し、吸入空気量及び燃料噴射量を十分に確保することができる。従って、運転状態に応じて制御を適切に切換えることができる。

第２４の発明によれば、噴射状態制御手段は、内燃機関の負荷が増加するほど、吸気調整弁を開き側に駆動し、第２の燃料噴射弁の燃料噴射量を増加させることができる。これにより、高負荷運転時においても、吸入空気量及び燃料噴射量を十分に確保することができ、運転性を向上させることができる。

第２５の発明によれば、吸気行程では、第１の吸気ポートの空気流量が少ないときに、燃料噴射を実行することができる。これにより、第１の燃料噴射弁から噴射された燃料は、第１の吸気ポート内で空気流の影響を大きく受けることがないので、燃料の噴霧形状が空気流によって乱れるのを防止することができる。従って、サイクル間の燃焼ばらつきを抑制し、排気エミッションを向上させることができる。また、主として第２の吸気ポートから筒内に空気を流入させることにより、筒内にスワール流を形成し、燃焼速度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。 噴射燃料安定化制御により得られる作用効果を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における燃料の分割噴射を示す説明図である。 本発明の実施の形態３において、第１，第２の吸気バルブの開閉時期を示す説明図である。 本発明の実施の形態４において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５において、リフト量を減少させる制御の作用効果を示す説明図である。 本発明の実施の形態５において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態６において、エンジンの１気筒の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態６における燃料の噴射時期を示す説明図である。 本発明の実施の形態６において、吸気部分遮断弁を用いた制御の作用効果を示す説明図である。 本発明の実施の形態７において、吸気バルブの開閉時期と燃料の噴射時期を示す説明図である。 本発明の実施の形態８において、始動時の燃料噴射時期等を示す説明図である。 本発明の実施の形態９において、吸気バルブと排気バルブの開弁期間及び燃料噴射時期を示す説明図である。 実施の形態９の噴射燃料安定化制御により得られる作用効果を示す説明図である。 実施の形態９の変形例を示す構成図である。 本発明の実施の形態１０において、吸気バルブと排気バルブの開弁期間及び燃料噴射時期を示す説明図である。 本発明の実施の形態１１において、吸気バルブの開弁時期及び燃料噴射時期を示す説明図である。 本発明の実施の形態１２において、吸気バルブの開弁時期及び燃料噴射時期を示す説明図である。 本発明の実施の形態１３において、吸気バルブの開弁時期及び燃料噴射時期を示す説明図である。 排気上死点前，後の燃料噴射量とエンジン回転数との関係を示す特性線図である。 本発明の実施の形態１４において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。 本発明の実施の形態１５において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。 本発明の実施の形態１６において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では、４気筒エンジンを例示したが、本発明は、任意の気筒数の内燃機関に適用されるものである。エンジン１０の各気筒には、図示しないピストンにより燃焼室１２が形成されており、ピストンは、エンジン１０の出力軸であるクランク軸に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１４と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路１６とを備えている。吸気通路１４には、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ１８が設けられている。

また、各気筒は、第１，第２の吸気ポート２０Ａ，２０Ｂと、第１，第２の排気ポート２２Ａ，２２Ｂとをそれぞれ備えている。吸気ポート２０Ａ，２０Ｂは、２つの並列な通路として形成され、上流側が吸気通路１４に接続されると共に、下流側がそれぞれ異なる位置で燃焼室１２に開口している。また、排気ポート２２Ａ，２２Ｂは、上流側がそれぞれ異なる位置で燃焼室１２に開口し、下流側が排気通路１６に接続されている。

ここで、図２を参照して、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂと排気ポート２２Ａ，２２Ｂの配置について説明する。図２は、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。この図に示すように、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂは、基準の直線Ｌを中心として一側と他側に配置されている。基準の直線Ｌは、気筒を軸線方向からみた状態（平面視）において、円形状をなす燃焼室１２の中心を通って直径方向に延びた特定の直線として定義される。また、第１，第２の排気ポート２２Ａ，２２Ｂも同様に、直線Ｌを挟んで一側と他側に配置されている。これにより、第１の排気ポート２２Ａは、直線Ｌと平行な方向において第１の吸気ポート２０Ａと対向しており、第２の排気ポート２２Ｂは、同じく直線Ｌと平行な方向において第２の吸気ポート２０Ｂと対向している。

また、各気筒は、図１に示すように、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂに配置された第１，第２の燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂと、燃焼室１２内（筒内）の混合気に点火する点火プラグ２６と、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ開閉する第１，第２の吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂと、排気ポート２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ開閉する第１，第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂとを備えている。燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂは、吸気ポート２０Ａ，２０Ｂの開口部に向けて燃料を噴射するように配置されている。

このため、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂが開弁した状態では、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂから吸気ポート２０Ａ，２０Ｂに噴射された燃料が筒内に直接到達する構成となっている。また、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂの燃料噴射方向（略円錐状に広がる燃料の噴霧の中心線）は、平面視において直線Ｌと平行に設定されている（図３参照）。一方、点火プラグ２６は、平面視において筒内の中心に配置されている。

また、エンジン１０は、吸気可変動弁機構３２と、排気可変動弁機構３４とを備えている。吸気可変動弁機構３２は、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの開弁特性（開閉時期及びリフト量）をバルブ毎に独立して変更するもので、リフト量可変機構も構成している。また、排気可変動弁機構３４は、排気バルブ３０Ａ，３０Ｂの開弁特性をバルブ毎に独立して変更するものである。これらの可変動弁機構３２，２４は、例えば特開２００７−１６７１０号公報に記載されているような電磁駆動式の機構により構成されている。

即ち、吸気可変動弁機構３２は、ソレノイド等で電磁力を発生させることにより吸気バルブを開閉させるアクチュエータを備えている。そして、吸気可変動弁機構３２は、後述のＥＣＵ４０からアクチュエータに入力される制御信号に応じて、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの開弁時期、閉弁時期及びリフト量をそれぞれ可変に設定する。また、排気可変動弁機構３４も同様に、排気バルブ３０Ａ，３０Ｂの開弁特性をそれぞれ可変に設定する。なお、本発明は、電磁駆動式の可変動弁機構３２，２４に限定されるものではなく、これに代えて、例えば特開２００７−１３２３２６号公報に記載されているような揺動アーム型の可変動弁機構や、特開２０００−８７７６９号公報に記載されているようなＶＶＴ（Variable Valve Timing system）等を用いる構成としてもよい。

また、エンジン１０は、本実施の形態の吸気調整弁を構成するスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）３６を備えている。ＳＣＶ３６は、例えば電子制御式のバタフライ弁等により構成され、燃料噴射弁２４Ａの上流側で吸気ポート２０Ａに設けられている。ＳＣＶ３６は、その開度に応じて吸気ポート２０Ａの流路面積を変化させるもので、全閉位置では、吸気ポート２０Ａ内の空気流を遮断することができる。

さらに、本実施の形態のシステムは、エンジン１０やこれを搭載する車両の制御に必要な各種のセンサを含むセンサ系統３８と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０とを備えている。センサ系統３８には、クランク角及び機関回転数（エンジン回転数）を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアフローセンサ、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ、車両のアクセル操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ等が含まれている。そして、センサ系統３８は、ＥＣＵ４０の入力側に接続されている。一方、ＥＣＵ４０の出力側には、スロットルバルブ１８、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂ、点火プラグ２６、可変動弁機構３２，３４、ＳＣＶ３６等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

そして、ＥＣＵ４０は、センサ系統３８により検出したエンジンの運転情報に基いて、各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサの出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサにより吸入空気量を検出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期及び点火時期を決定する。そして、燃料噴射時期が到来した時点で燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂを駆動し、点火時期が到来した時点で点火プラグ２６を駆動する。また、ＥＣＵ４０は、クランク角に基いて可変動弁機構３２，３４を駆動することにより、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂ及び排気バルブ３０Ａ，３０Ｂを適切なタイミングで開閉させる。これにより、各気筒の燃焼室１２内で混合気を燃焼させ、エンジン１０を運転することができる。

［実施の形態１の特徴］
エンジンの運転中には、吸気ポート内に生じる空気流が運転状態に応じて複雑に変化する。従って、この空気流中に燃料を噴射すると、吸気ポートの壁面や吸気バルブに付着する燃料の付着量、付着位置等が不規則に変化するので、サイクル間の燃焼ばらつきが生じ易い。このため、本実施の形態では、以下に述べる噴射燃料安定化制御を実行する。噴射燃料安定化制御では、少なくとも吸気行程において、ＳＣＶ３６を全閉位置に保持し、吸気ポート２０Ａ内の空気流を遮断する。そして、この状態を維持しつつ、吸気バルブ２８Ａの開弁期間中に第１の燃料噴射弁２４Ａを駆動し、空気流が遮断された吸気ポート２０Ａに燃料を噴射する。

このとき、第２の燃料噴射弁２４Ｂは燃料噴射を実行せず、停止状態に保持される。また、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂは、吸気行程において、例えば排気上死点の近傍から吸気下死点の近傍にわたる所定の期間中に開弁し、排気バルブ３０Ａ，３０Ｂは、吸気行程中に閉弁状態に保持される。なお、本明細書中において、「吸気行程」とは、排気上死点から吸気下死点までの期間を意味するものとし、必ずしも吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの開弁期間と一致するものではない。また、本明細書中において、排気バルブ３０Ａ，３０Ｂは、特に記載しない限り、公知のバルブタイミングで開閉されるものとする。

図３は、噴射燃料安定化制御により得られる作用効果を示す説明図である。この制御によれば、吸気行程では、ＳＣＶ３６により吸気ポート２０Ａ内の空気流が遮断されるので、吸気ポート２０Ａ内の吸入空気は安定的に滞留した状態となる。そして、筒内には、吸気ポート２０Ｂから空気が導入される。この結果、燃料噴射弁２４Ａから噴射された燃料は、吸気ポート２０Ａ内で空気流の影響を受けることがないので、図３に示すように、自然な噴霧形状を維持しつつ、吸気ポート２０Ａの開口部から筒内に進入する。これにより、燃料の噴霧形状が空気流によって乱れるのを防止し、周囲の構造物に対する燃料の付着量や付着位置を安定させることができる。

従って、本実施の形態によれば、噴霧形状の乱れにより生じるサイクル間の燃焼ばらつきを抑制し、例えばリーン燃焼が可能な運転領域を拡大することができる。これにより、熱効率を改善し、ＮＯｘを低減することができ、排気エミッションを向上させることができる。また、吸気ポート２０Ａを遮断することにより、吸入空気は、図３に示すように、他方の吸気ポート２０Ｂから筒内に流入し、筒内壁面に沿って周回するスワール流を形成する。このスワール流により、混合気の均質性が向上し、筒内に乱流を生じさせることができる。従って、混合気の燃焼速度を向上させ、熱効率を更に向上させることができる。

なお、上述した噴射燃料安定化制御では、ＳＣＶ３６により吸気ポート２０Ａ内の空気流を遮断し、燃料噴射弁２４Ａだけで燃料噴射を行う場合を例示した。しかし、吸気ポート２０Ａ内の空気流を完全に遮断しない場合や、第２の燃料噴射弁２４Ｂからある程度の燃料を噴射した場合でも、上述した作用効果を得ることができる。従って、本発明では、噴射燃料安定化制御を行うときに、ＳＣＶ３６を全閉させない範囲で閉じ側に駆動し、吸気ポート２０Ａの空気流量を吸気ポート２０Ｂの空気流量と比較して減少させるだけでもよい。この構成でも、吸気ポート２０Ａ内の空気流を抑制することができる。また、本発明では、燃料噴射弁２４Ａの燃料噴射量を燃料噴射弁２４Ｂの燃料噴射量よりも多く設定した上で、燃料噴射弁２４Ｂにより燃料を噴射する構成としてもよい。この構成でも、燃焼ばらつきの抑制に寄与する噴射燃料の量を増加させることができる。

また、本発明では、ＳＣＶ３６を用いずに、以下に例示する手段（１）〜（３）の何れかを用いて、吸気ポート２０Ａの空気流量を吸気ポート２０Ｂの空気流量よりも減少させる構成としてもよい。（１）吸気ポート２０Ａの形状、構造、通路径等を吸気ポート２０Ｂよりも空気が流れ難くなるように構成する（２）吸気バルブ２８Ａのリフト量を吸気バルブ２８Ｂのリフト量よりも減少させる。（３）例えばタンブルプレート等のように、ＳＣＶ以外の空気流量調整機構を吸気ポート２０Ａに配置する。これらの手段によっても、吸気ポート２０Ａ内の空気流を抑制することができる。

一方、エンジンが高回転高負荷状態で運転される場合には、吸入空気量及び燃料噴射量が大きく増加するので、ＳＣＶ３６を開弁するのが好ましい。このため、本実施の形態では、エンジンが高回転高負荷以外の運転状態である場合に、噴射燃料安定化制御を実行する構成としている。高回転高負荷運転時には、噴射燃料安定化制御を停止した状態で、ＳＣＶ３６を開弁して両方の吸気ポート２０Ａ，２０Ｂから筒内に空気を吸込みつつ、必要に応じて燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂの一方または両方により燃料を噴射する。これにより、高回転高負荷時には、吸入空気量及び燃料噴射量を十分に確保することができ、運転状態に応じて制御を適切に切換えることができる。

さらに、高負荷運転時には、次のような制御を実行するのが好ましい。即ち、本実施の形態では、エンジンの負荷が増加するほど、ＳＣＶ３６を開き側に駆動すると共に第２の燃料噴射弁２４Ｂの燃料噴射量を増加させ、燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂの燃料噴射量の差分を減少させる構成としてもよい。この構成によれば、高負荷運転時においても、吸入空気量及び燃料噴射量を十分に確保し、運転性を向上させることができる。なお、この構成については、後述する実施の形態２〜１６と組合わせて実行するようにしてもよい。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図４を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図４は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図４に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、エンジンが高回転高負荷領域で運転されているか否かを判定し、この判定が不成立の場合には、噴射燃料安定化制御を実行する。即ち、ステップ１０２では、ＳＣＶ３６を全閉位置に駆動し、吸気ポート２０Ａ内の空気流を遮断する。

そして、ステップ１０４では、燃料噴射弁２４Ａを駆動し、吸気ポート２０Ａに噴射した燃料を筒内に流入させる。このとき、燃料噴射弁２４Ａの燃料噴射時期は、バルブタイミング制御により設定された吸気バルブ２８Ａの開弁期間に含まれるように設定する。一方、ステップ１００の判定が成立した場合には、高回転高負荷運転時であるから、噴射燃料安定化制御を実行せず、ステップ１０６において、ＳＣＶ３６を開弁する。そして、ステップ１０８では、必要に応じて燃料噴射弁２４Ａ，２４Ｂの一方または両方により燃料を噴射する。

なお、前記実施の形態１では、図４中に示すステップ１０２，１０４が請求項１，２における噴射状態制御手段の具体例を示し、ステップ１００，１０６，１０８が請求項２３における高出力時制御手段の具体例を示している。

実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御（図１、図４）において、１サイクル分の燃料を複数回に分割して噴射することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態２の特徴］
図５は、本発明の実施の形態２における燃料の分割噴射を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態では、燃料噴射弁２４Ａにより燃料噴射を行うときに、１サイクル分の噴射燃料を複数回に分割して噴射する。これら複数回の燃料噴射は、吸気バルブ２８Ａの開弁期間中に実行するのが好ましい。なお、図５では、燃料噴射の分割回数を３回とした場合を例示したが、本発明における分割噴射の回数は、３回に限定されるものではない。また、図５中の「ＴＤＣ」、「ＢＤＣ」は、それぞれ排気上死点、吸気下死点を示している。

上記制御によれば、１サイクル分の噴射燃料を何回かに分けて少量ずつ噴射することができるので、噴射燃料の気化を促進し、混合気の均質性を高めることができる。従って、実施の形態１の作用効果に加えて、混合気の燃焼速度を更に向上させ、リーン燃焼が可能な空燃比の限界（リーン限界）を拡大することができ、未燃燃料によるＨＣの発生を抑制することができる。なお、前記実施の形態２において、図５は、請求項３における分割噴射手段の具体例を示している。

実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御（図１、図４）において、第１，第２の吸気バルブの閉弁時期に位相差を設けたことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態３の特徴］
図６は、本発明の実施の形態３において、第１，第２の吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの開閉時期を示す説明図である。図６に示すように、本実施の形態では、第２の吸気バルブ２８Ｂの閉弁時期を第１の吸気バルブ２８Ａの閉弁時期よりも遅らせる構成としている。具体例としては、吸気可変動弁機構３２により、吸気バルブ２８Ａの閉弁時期を吸気下死点の近傍に設定し、吸気バルブ２８Ｂの閉弁時期を吸気下死点の後に設定する。なお、燃料噴射弁２４Ａの燃料噴射は、吸気バルブ２８Ａが閉弁する前に完了させるのが好ましい。

上記制御によれば、吸気バルブ２８Ｂの閉弁時期を遅らせることにより、吸入空気量を減少させ、所謂アトキンソンサイクルを実現することができる。これにより、実施の形態１の作用効果に加えて、熱効率を改善し、燃費を向上させることができる。一方、吸気バルブ２８Ａの閉弁時期を早めることができるので、噴射燃料が筒内から吸気ポート２０Ａに吹き返すのを抑制することができる。これにより、吹き返した噴射燃料が次のサイクルに持ち越されることがないので、加速及び減速運転時の応答性を向上させることができ、また、サイクル間の燃焼ばらつきやトルク変動を低減することができる。なお、前記実施の形態３において、図６は、請求項４における閉弁時期制御手段の具体例を示している。

実施の形態４．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御（図１）に加えて、吸気バルブをデポジットから保護するための制御を行うことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態４の特徴］
噴射燃料安定化制御では、主として燃料噴射弁２４Ａから燃料を噴射するので、吸気バルブ２８Ａは、噴射燃料が気化するときに冷却され易い。このため、吸気バルブ２８Ａは比較的低温となる傾向があり、温度が低下した吸気バルブ２８Ａにはデポジットが付着し易いという問題がある。そこで、本実施の形態では、以下に述べるデポジット抑制制御を間歇的に実行し、吸気バルブ２８Ａをデポジットから保護する構成としている。

（デポジット抑制制御）
この制御は、排気空燃比が理論空燃比の近傍（ストイキ）である場合に、噴射燃料安定化制御に代えて実行されるもので、第１の燃料噴射弁２４Ａによる燃料噴射を停止し、第２の燃料噴射弁２４Ｂから燃料を噴射する。デポジット抑制制御によれば、吸気バルブ２８Ａの近傍で燃料を噴射しないので、吸気バルブ２８Ａの温度を上昇させることができ、吸気バルブにデポジットが付着するのを抑制することができる。また、燃料噴射量を一定とすれば、ストイキでは、リーン状態と比較して筒内の空気量が少なく、空気の熱容量が小さいので、その分だけ燃焼温度が高くなる傾向がある。従って、デポジット抑制制御をストイキで実行すれば、吸気バルブ２８Ａを短時間で効率よく加熱することができる。

一方、空燃比がストイキ以外の場合（実用的にはリーン燃焼が行われるので、空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合）には、前述した噴射燃料安定化制御を実行する。従って、本実施の形態によれば、リーン燃焼時に噴射燃料安定化制御を実行しつつ、空燃比がストイキとなるタイミングを利用してバルブの加熱を行うことができる。これにより、実施の形態１の作用効果に加えて、デポジットの抑制効果を得ることができる。

なお、上記説明では、空燃比に基いて噴射燃料安定化制御とデポジット抑制制御とを切換える場合を例示した。しかし、デポジット抑制制御をストイキ以外の状況で実行した場合でも、上述した作用効果を得ることができる。従って、本発明では、必ずしも空燃比に基いて制御を切換える必要はなく、例えば噴射燃料安定化制御を実行しつつ、一定の周期でデポジット抑制制御を実行する構成としてもよい。また、例えばエンジンの運転状態に基いて吸気バルブの温度を推定し、この推定温度が許容温度以下となったときに、デポジット抑制制御を実行する構成としてもよい。

また、本発明では、デポジット抑制制御を実行するときに、必ずしも燃料噴射弁２４Ａの燃料噴射を停止させる必要はなく、燃料噴射弁２４Ａの燃料噴射量を減少させるだけでもよい。即ち、デポジット抑制制御では、燃料噴射弁２４Ｂの燃料噴射量を燃料噴射弁２４Ａの燃料噴射量よりも多く設定し、全体の燃料噴射量を一定とした状態で燃料噴射弁２４Ａの燃料噴射量を相対的に減少させる構成としてもよい。この構成でも、吸気バルブ２８Ａの温度を上昇させることができる。

［実施の形態４を実現するための具体的な処理］
次に、図７を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図７は、本発明の実施の形態４において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、実施の形態１（図４）に対してステップ２０２，２０４を追加したものであるため、追加したステップ以外の説明は省略する。図７に示すルーチンにおいて、まず、ステップ２０２では、空燃比センサ等により検出した空燃比がストイキであるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ２０４において、上述したデポジット抑制制御を実行する。一方、ステップ２０２の判定が不成立の場合には、ステップ２０６，２０８において、噴射燃料安定化制御を実行する。

なお、前記実施の形態４では、図７中に示すステップ２０２が請求項５，６における制御切換手段の具体例を示し、ステップ２０４が噴射状態変更手段の具体例を示している。また、ステップ２０６，２０８は、請求項１，２における噴射状態制御手段の具体例を示し、ステップ２００，２１０，２１２は、請求項２３における高出力時制御手段の具体例を示している。

実施の形態５．
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御（図１、図４）に加えて、エンジンの始動時に第２の吸気バルブのリフト量を減少させることを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態５の特徴］
エンジンの始動時には、筒内の温度が低いために噴射燃料が十分に気化せず、噴射燃料が筒内壁面に付着し易い。このため、本実施の形態では、エンジンの始動時に、吸気可変動弁機構３２により第２の吸気バルブ２８Ｂのリフト量を始動後のリフト量と比較して減少させる構成としている。ここで、「始動時」とは、例えばエンジンが始動されてから暖機が完了するまでの期間に対応している。また、上述した始動時のリフト量制御は、例えばエンジン冷却水の温度が冷間始動時に対応する低温領域である場合にのみ、実行する構成としてもよい。

図８は、本発明の実施の形態５において、リフト量を減少させる制御の作用効果を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態によれば、始動時には、吸気バルブ２８Ｂにより吸気ポート２０Ｂの流路面積を減少させ、吸気ポート２０Ｂから筒内に流入する空気の流速を増大させることができる。これにより、燃料の噴射方向と対向する方向において、筒内のスワール流を強くすることができ、このスワール流により噴射燃料の勢いを低下させ、噴射燃料を効率よく拡散することができる。この結果、冷間始動時でも、噴射燃料の気化を促進し、燃料が筒内壁面に付着するのを抑制することができる。従って、実施の形態１の作用効果に加えて、エンジンの始動性や始動時の排気エミッションを改善することができる。

［実施の形態５を実現するための具体的な処理］
次に、図９を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図９は、本発明の実施の形態５において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、実施の形態１（図４）に示すルーチンと並行して、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。図９に示すルーチンでは、まず、ステップ３００において、エンジンの始動時であるか否かを判定する。そして、この判定が成立した場合には、ステップ３０２において、吸気可変動弁機構３２により吸気バルブ２８Ｂのリフト量を所定の始動時リフト量まで減少させる。始動時リフト量は、例えば筒内のスワール流を十分に強くすることが可能なリフト量として予め設定されている。一方、ステップ３００の判定が不成立の場合には、ステップ３０４において、吸気バルブ２８Ｂのリフト量を通常時（暖機完了後）のリフト量に復帰させる。

なお、前記実施の形態５では、図９中のステップ３００，３０２が請求項７における始動リフト量減少手段の具体例を示している。また、実施の形態５では、前記実施の形態１を前提として制御を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば実施の形態２，３，４の何れかで採用した構成と、実施の形態５の構成とを実現可能な範囲で組合わせてもよい。

実施の形態６．
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御（図１、図４）に加えて、第２の吸気ポートに吸気部分遮断弁を配置したことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態６の特徴］
図１０は、本発明の実施の形態６において、エンジンの１気筒の構成を示す構成図である。この図に示すように、本実施の形態では、第２の吸気ポート２０Ｂに吸気部分遮断弁５０を配置する構成としている。吸気部分遮断弁５０は、ＳＣＶ３６とほぼ同様に、例えば電子制御式のバタフライ弁により構成され、燃料噴射弁２４Ｂの上流側で吸気ポート２０Ｂを閉じることが可能となっている。しかし、吸気部分遮断弁５０のうち筒内外周に空気を流入させる部位、即ち、燃焼室１２の中心（または直線Ｌ）から離れた側の部位には、切欠き５２が設けられている。これにより、吸気部分遮断弁５０が全閉位置に駆動された状態では、切欠き５２の位置を除いて吸気ポート２０Ｂが遮断され、吸気ポート２０Ｂ内の空気が切欠き５２を介して筒内外周に流入するように構成されている。

図１１は、実施の形態６における燃料の噴射時期を示す説明図である。本実施の形態では、吸気部分遮断弁５０を吸気行程中に閉じ側（好ましくは、全閉位置）に駆動しつつ、第１の燃料噴射弁２４Ａにより吸気行程の前半に燃料を噴射する。なお、本発明は、吸気部分遮断弁５０を少なくとも吸気行程の後半に閉じ側に駆動すればよいもので、吸気行程の前半には、吸気部分遮断弁５０を開弁する構成としてもよい。また、本実施の形態において、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの開弁期間は、例えば吸気行程のほぼ全体にわたるように設定される。

図１２は、吸気部分遮断弁を用いた制御の作用効果を示す説明図である。上記制御によれば、まず、吸気行程の前半には、燃料噴射弁２４Ａから噴射された燃料と、吸気ポート２０Ｂから流入する空気とによって筒内に混合気が形成される。次に、吸気行程の後半には、燃料噴射が完了し、切欠き５２から筒内外周に空気のみが流入する。この空気は、筒内壁面に沿って流通しつつ、吸気行程の前半に形成された混合気を取り囲む。この結果、吸気行程の終了時には、図１２に示すように、筒内中央部に混合気層が形成され、筒内外周に空気層が形成されることになり、筒内のガスが成層化される。

従って、本実施の形態によれば、実施の形態１の作用効果に加えて、点火プラグ２６の近傍に混合気を集中させ、成層燃焼を実現することができる。これにより、少量の燃料噴射でも燃焼を安定させ、リーン燃焼を容易に行うことができる。また、ポンプ損失や冷却損失を抑制し、燃費を向上させることができる。なお、前記実施の形態６において、図１１は、請求項８における噴射状態制御手段の具体例を示している。また、実施の形態６では、前記実施の形態１を前提として制御を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば実施の形態２乃至５の何れかで採用した構成と、実施の形態６の構成とを実現可能な範囲で組合わせてもよい。

実施の形態７．
次に、図１３を参照して、本発明の実施の形態７について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態６の構成及び制御に加えて、前記実施の形態３と同様に、第１，第２の吸気バルブの閉弁時期に位相差を設けたことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態６と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態７の特徴］
図１３は、本発明の実施の形態７において、吸気バルブの開閉時期と燃料の噴射時期を示す説明図である。本実施の形態では、実施の形態６と同様に、吸気部分遮断弁５０を吸気行程中に閉弁しつつ、燃料噴射弁２４Ａにより吸気行程の前半に燃料を噴射する。そして、実施の形態３と同様に、吸気バルブ２８Ｂの閉弁時期を吸気バルブ２８Ａの閉弁時期よりも遅らせる。

上記制御によれば、実施の形態６の作用効果に加えて、実施の形態３で述べたアトキンソンサイクルの作用効果を得ることができる。しかも、前述のアトキンソンサイクルでは、吸気バルブ２８Ｂの閉弁時期が遅くなることにより、筒内の混合気が吸気ポート２０Ｂに吹き返す可能性がある。これに対し、本実施の形態では、仮に吸気ポート２０Ｂへの吹き返しが生じたとしても、吹き返すガスは筒内外周の空気層となる。従って、筒内の混合気量が吹き返しにより変動するのを抑制し、サイクル間の燃焼ばらつきを低減することができる。なお、前記実施の形態７において、図１３は、請求項９における閉弁時期制御手段の具体例を示している。

実施の形態８．
次に、図１４を参照して、本発明の実施の形態８について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態６の構成及び制御に加えて、始動時には吸気行程の後半でも燃料を噴射することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態６と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態８の特徴］
図１４は、本発明の実施の形態８において、始動時の燃料噴射時期等を示す説明図である。本実施の形態では、エンジンの始動時に、吸気部分遮断弁５０を吸気行程中に閉弁しつつ、燃料噴射弁２４Ａにより吸気行程の前半及び後半にそれぞれ燃料を噴射する。また、始動時には、点火時期を圧縮上死点よりも遅角させる。

上記制御によれば、吸気行程前半の燃料噴射は、実施の形態６で述べたように、点火プラグ２６の近傍に混合気層を形成するので、この混合気層により始動時の着火性を高めることができる。また、吸気行程後半の燃料噴射は、筒内外周にも混合気を形成することができ、混合気の燃焼量を増加させ、排気温度を上昇させることができる。さらに、点火時期を遅角させることにより、排気温度の上昇を促進することができる。従って、本実施の形態によれば、実施の形態６の作用効果に加えて、エンジンの始動性を高めることができ、また、冷間始動時でも触媒を速やかに暖機することができる。

なお、上記制御において、吸気行程後半の燃料噴射は、筒内外周にも混合気を形成するための補助的な燃料を噴射するものである。このため、本実施の形態では、吸気行程後半の燃料噴射量を、吸気行程前半の燃料噴射量よりも少なくする構成としてもよい。また、実施の形態８では、実施の形態６を前提として制御を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば実施の形態７で採用した構成と、実施の形態８の構成とを実現可能な範囲で組合わせてもよい。また、前記実施の形態８において、図１４は、請求項１０における噴射状態制御手段及び点火遅角手段の具体例を示している。

実施の形態９．
次に、図１５乃至図１７を参照して、本発明の実施の形態９について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１の構成及び制御（図１、図４）に加えて、吸気行程中に排気バルブを開弁することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態９の特徴］
図１５は、本発明の実施の形態９において、吸気バルブと排気バルブの開弁期間及び燃料噴射時期を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態では、吸気行程の前半に、第１，第２の吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂを開弁し、第１，第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂを閉弁する。また、吸気行程の後半には、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂと第２の排気バルブ３０Ｂとを閉弁し、第１の排気バルブ３０Ａのみを開弁する。さらに、本実施の形態では、吸気部分遮断弁５０を吸気行程中に閉じ側に駆動し、燃料噴射弁２４Ａにより吸気行程の前半に燃料を噴射する。なお、吸気行程以外の行程では、各バルブ２８Ａ，２８Ｂ，３０Ａ，３０Ｂは公知のタイミングで開閉される。

図１６は、実施の形態９の噴射燃料安定化制御により得られる作用効果を示す説明図である。この制御によれば、まず、吸気行程の前半には、実施の形態１とほぼ同様に、燃料噴射弁２４Ａから噴射された燃料と、吸気ポート２０Ｂから流入する空気とによって筒内に混合気が形成される。次に、吸気行程の後半には、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂが閉弁した状態で、排気バルブ３０Ａが開弁するので、ピストンの下降動作により排気ポート２２Ａ内の排気ガスが筒内外周に導入される。これにより、吸気行程の終了時には、図１６に示すように、筒内中央部に混合気層が形成され、筒内外周に排気ガス（ＥＧＲガス）層が形成された状態、即ち、成層ＥＧＲを実現することができる。

ここで、成層ＥＧＲの生成過程について詳しく述べると、まず、吸気行程の前半には、第２の吸気ポート２０Ｂから空気が流入するので、筒内には、前記図３に示すように、一定方向（例えば反時計回り）のスワール流が生じている。そして、吸気行程の後半には、排気ポート２２Ａ，２２Ｂのうち、空気を導入した吸気ポート２０Ｂと対向していない排気ポート２２Ａのみを開口させる。これにより、排気ガスは、排気ポート２２Ａからスワール流の方向に沿って筒内外周に流入する。従って、スワール流を利用して排気ガスを筒内外周にスムーズに導入し、成層ＥＧＲを実現することができる。

このように、本実施の形態によれば、筒内のガスを成層化することができるので、実施の形態１の作用効果に加えて、実施の形態６と同様の原理により燃費を改善することができる。しかも、筒内外周にはＥＧＲガス層を形成することができるので、ＥＧＲを実行し、かつ空燃比を理論空燃比に保持し、三元触媒によって排気ガス中のＮＯｘを低減することができる。なお、前記実施の形態９において、図１５は、請求項１１における噴射状態制御手段及び開弁期間制御手段の具体例を示している。また、実施の形態９では、前記実施の形態１を前提として制御を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば実施の形態２乃至８の何れかで採用した構成と、実施の形態９の構成とを実現可能な範囲で組合わせてもよい。

一方、実施の形態９では、図１７に示す変形例のような構成を採用してもよい。図１７は、実施の形態９の変形例を示す構成図である。この図に示すように、実施の形態９では、第２の吸気ポート２０Ｂに吸気部分遮断弁５０を配置し、第１の排気ポート２２Ａに排気部分遮断弁６０を配置する構成としている。ここで、吸気部分遮断弁５０は、前記実施の形態６で説明したものである。また、排気部分遮断弁６０は、吸気部分遮断弁５０とほぼ同様のバタフライ弁等により構成され、排気ポート２２Ａのうち筒内外周に対応する部位を除いて当該排気ポート２２Ａを閉じることが可能となっている。即ち、排気部分遮断弁６０のうち燃焼室１２の中心（または直線Ｌ）から離れた側の部位には、切欠き６２が設けられている。そして、排気部分遮断弁６０は、吸気行程の後半に閉じ側（好ましくは、全閉位置）に駆動される。

上記変形例の構成によれば、吸気部分遮断弁５０は、吸気行程の前半において、筒内のスワール流を強くすることができ、かつ、スワール流が流れる位置を筒内壁面に接近させることができる。これにより、吸気行程の後半には、強いスワール流により排気ガスを筒内外周に効率よく誘導することができ、成層ＥＧＲの乱れを低減することができる。一方、排気部分遮断弁６０は、吸気行程の後半において、排気ガスを筒内外周に強制的に流入させることができ、排気ガスが筒内中央部に流入するのを阻止することができる。従って、何れの遮断弁５０，６０によっても、成層ＥＧＲをより安定的に実現することができる。なお、上記変形例では、遮断弁５０，６０の両方を用いる場合を例示したが、本発明はこれに限らず、遮断弁５０，６０の何れか一方のみを用いる構成としてもよい。

実施の形態１０．
次に、図１８を参照して、本発明の実施の形態１０について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態９の構成及び制御において、第１，第２の吸気バルブを吸気行程の前半及び後半にわたって開弁し、燃料噴射を吸気行程の前半と後半にそれぞれ行うことを特徴としている。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態１０の特徴］
図１８は、本発明の実施の形態１０において、吸気バルブと排気バルブの開弁期間及び燃料噴射時期を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態では、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂを吸気行程の前半及び後半にわたって開弁する。排気バルブ３０Ａ，３０Ｂについては、実施の形態９と同様に、吸気行程の前半に両方の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂを閉弁し、吸気行程の後半には、第１の排気バルブ３０Ａのみを開弁する。また、燃料噴射弁２４Ａによる燃料噴射は、吸気行程の前半と後半にそれぞれ実行する。

上記制御によれば、実施の形態９で説明したように、吸気行程の前半には筒内に混合気を形成し、吸気行程の後半には筒内外周に排気ガスを導入することができ、成層ＥＧＲを実現することができる。一方、成層ＥＧＲの実行時には、筒内外周のガスが燃焼し難いため、筒内外周に残った未燃燃料により排気ガス中のＨＣ（炭化水素）が増加し易いという問題がある。これに対し、本実施の形態では、吸気バルブ２８Ｂが吸気行程の後半にも開弁しているので、筒内外周の排気ガス層には空気も供給されることになり、更に、吸気行程の後半に噴射された燃料も供給される。これにより、筒内外周には、排気ガスと混合気とが混在したガス層が形成される。

このガス層は、筒内中央部からの火炎伝播では燃焼し難いが、燃焼行程の後半において、自らに含まれる排気ガスの熱により自着火して燃焼する。従って、本実施の形態によれば、筒内に導入した排気ガスの熱を利用して、筒内外周に残留し易い未燃燃料を確実に燃焼させることができる。これにより、実施の形態９の作用効果に加えて、排気ガス中のＨＣを抑制し、排気エミッションを向上させることができる。

なお、上記制御においても、前記実施の形態８と同様の理由により、吸気行程後半の燃料噴射量を吸気行程前半の燃料噴射量よりも少なくする構成としてもよい。また、本発明では、例えば実施の形態２乃至８の何れかで採用した構成と、実施の形態１０の構成とを実現可能な範囲で組合わせてもよい。さらに、本発明では、実施の形態９の変形例で採用した遮断弁５０，６０の何れか一方または両方を、実施の形態１０に適用する構成としてもよい。これにより、成層ＥＧＲをより安定的に実現することができる。また、前記実施の形態１０において、図１８は、請求項１２における噴射状態制御手段及び開弁期間制御手段の具体例を示している。

実施の形態１１．
次に、図１９を参照して、本発明の実施の形態１１について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１の構成及び制御（図１、図４）に加えて、第１の吸気バルブが開弁してから第２の吸気バルブが開弁するまでの間に燃料を噴射することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態１１の特徴］
図１９は、本発明の実施の形態１１において、吸気バルブの開弁時期及び燃料噴射時期を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態では、第１の吸気バルブ２８Ａの開弁時期を排気上死点（ＴＤＣ）よりも遅くし、かつ、第２の吸気バルブ２８Ｂの開弁時期を第１の吸気バルブ２８Ａの開弁時期よりも遅くしている。そして、吸気バルブ２８Ａが開弁してから吸気バルブ２８Ｂが開弁するまでの間に、第１の燃料噴射弁２４Ａにより燃料を噴射する構成としている。なお、排気バルブ３０Ａ，３０Ｂは、吸気バルブ２８Ａ，２８Ｂの開弁期間中に閉弁状態に保持されている。

上記制御によれば、燃料の噴射時には、吸気ポート２０ＡがＳＣＶ３６により遮断され、他のポート２０Ｂ，２２Ａ，２２Ｂがそれぞれバルブ２８Ｂ，３０Ａ，３０Ｂにより閉塞された状態で、ピストンが下降動作を行うことになる。これにより、負圧状態となった筒内に燃料を噴射することができるので、燃料の沸点を低下させ、噴射燃料の気化を促進することができる。そして、良好な混合気を速やかに形成し、噴射燃料が筒内壁面に付着するのを防止することができる。従って、エンジンの始動時に上記制御を実行すれば、実施の形態１の作用効果に加えて、冷間始動時の始動性や排気エミッションを向上させることができる。

このように、本実施の形態による制御は、エンジンの始動時に顕著な効果が得られるので、始動時（特に、低温での始動時）にのみ実行する構成としてもよい。一方、上記制御は、始動時以外の運転状態でも、噴射燃料の気化を促進することにより十分な効果が得られるので、本発明では、始動後（暖機完了後）を含む任意の運転状態において、上記制御を実行する構成としてもよい。また、本発明では、例えば実施の形態２乃至１０の何れかで採用した構成と、実施の形態１１の構成とを実現可能な範囲で組合わせてもよい。なお、前記実施の形態１１において、図１９は、請求項１５における噴射状態制御手段及び開弁時期制御手段の具体例を示している。

実施の形態１２．
次に、図２０を参照して、本発明の実施の形態１２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御（図１、図４）を前提として、自着火燃焼制御を行う場合において、排気上死点の前に燃料を噴射することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態１２の特徴］
本実施の形態では、筒内の混合気を圧縮により自着火させる自着火燃焼制御を実施する構成としている。自着火燃焼制御は、例えば日本特開２００６−２６３７号公報等に記載されている公知の技術である。具体的に述べると、自着火燃焼制御では、筒内の混合気を圧縮行程で高温・高圧状態とすることにより、基本的には点火プラグを使用せずに、混合気を自然に発火させる。この制御によれば、筒内全体に均質な燃焼が生じるので、混合気のリーン化が可能となるものの、低負荷運転領域では失火し易いという問題がある。このため、本実施の形態では、圧縮行程の開始前に、噴射燃料を自着火し易い状態に改質（いわゆる燃料改質）することを目的としている。

図２０は、本発明の実施の形態１２において、吸気バルブの開弁時期及び燃料噴射時期を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態では、排気バルブ３０Ａ，３０Ｂを排気上死点（ＴＤＣ）の前に閉弁し、排気バルブ３０Ａ，３０Ｂが閉弁してから排気上死点が到来するまでの間に第１の吸気バルブ２８Ａを開弁する。このとき、第２の吸気バルブ２８Ｂは、少なくとも排気上死点の後（好ましくは、吸気バルブ２８Ａの閉弁後）に開弁する。そして、第１の吸気バルブ２８Ａが開弁してから排気上死点が到来するまでの間に、第１の燃料噴射弁２４Ａにより燃料を噴射する。なお、ＳＣＶ３６は、少なくとも吸気バルブ２８Ａが開弁してから吸気下死点（ＢＤＣ）まで閉弁する。

上記制御によれば、第１の吸気バルブ２８Ａが開弁してから第２の吸気バルブ２８Ｂが開弁するまでの期間中には、吸気ポート２０ＡがＳＣＶ３６により遮断され、他のポート２０Ｂ，２２Ａ，２２Ｂがそれぞれバルブ２８Ｂ，３０Ａ，３０Ｂにより閉塞された状態となる。これにより、筒内が密閉状態となるので、筒内に残留していた排気ガスは、排気上死点の前に一旦圧縮されて高温となる。この状態で燃料を噴射すると、噴射燃料は、高温の排気ガス中で自着火し易いラジカルな状態または成分に改質される。そして、改質された燃料は、図２０に示すように、圧縮行程で容易に自着火して燃焼する。

従って、本実施の形態によれば、筒内で一旦圧縮された高温の排気ガス中に燃料を噴射することにより、燃料改質を行うことができる。これにより、自着火燃焼制御の実行時には、低負荷運転領域でも噴射燃料を安定的に自着火させ、失火等を防止することができる。なお、本実施の形態では、自着火燃焼制御を前提として、図２０に示す制御を実行するものとした。しかし、本発明は、自着火燃焼制御に限定されるものではなく、例えば自着火燃焼制御を実行しない場合（点火プラグにより混合気に着火する場合）にも適用されるものである。この場合にも、燃料改質効果により噴射燃料を燃焼し易くすることができ、混合気の着火性を向上させることができる。また、高温の排気ガスにより噴射燃料の気化を促進し、燃料が筒内壁面に付着するのを抑制することができる。

また、本発明では、例えば実施の形態２乃至１１の何れかで採用した構成と、実施の形態１２の構成とを実現可能な範囲で組合わせてもよい。なお、前記実施の形態１２において、図２０は、請求項１６における噴射状態制御手段及び開閉時期制御手段の具体例を示し、また、請求項１８における自着火燃焼制御手段の具体例を示している。

実施の形態１３．
次に、図２１及び図２２を参照して、本発明の実施の形態１３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１２において、排気上死点の前，後にそれぞれ燃料を噴射する構成とし、これらの噴射時の燃料噴射量をエンジン回転数に応じて可変に設定することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態１３の特徴］
図２１は、本発明の実施の形態１３において、吸気バルブの開弁時期及び燃料噴射時期を示す説明図である。また、図２２は、排気上死点前，後の燃料噴射量とエンジン回転数との関係を示す特性線図である。本実施の形態では、図２１に示すように、実施の形態１２（図２０）と同様の制御を実行した上で、第１の燃料噴射弁２４Ａにより排気上死点の前，後にそれぞれ燃料を噴射する。そして、図２２に示すように、エンジン回転数が所定の基準値以上の場合には、排気上死点（ＴＤＣ）前の燃料噴射量を排気上死点後の燃料噴射量よりも増加させる。また、エンジン回転数が基準値未満の場合には、排気上死点後の燃料噴射量を排気上死点前の燃料噴射量よりも増加させる構成としている。

本実施の形態は、自着火燃焼制御を行うことを前提としている。排気上死点前の燃料噴射は、筒内で排気ガスと共に噴射燃料を圧縮し、比較的長い時間をかけて燃料改質を行うことができるので、最大限の燃料改質効果を得ることができる。また、排気上死点後の燃料噴射は、排気上死点前の燃料噴射と比較して燃料改質効果が減少するものの、吸気バルブ２８Ｂの開弁時期（空気の導入時期）に近いタイミングで燃料が噴射されるので、均質性の高い混合気を形成することができる。

エンジン回転数が高い場合には、燃料噴射から着火までの時間（即ち、混合気が形成される時間）が短いので、燃料改質効果を十分に得るためには、排気上死点前の燃料噴射量を増加させるのが好ましい。このため、本実施の形態では、図２２に示すように、エンジン回転数が高いほど、排気上死点前の燃料噴射量を増加させ、特に、エンジン回転数が基準値以上の場合には、排気上死点前の燃料噴射量を排気上死点後よりも多く設定する。なお、図２２は、燃料噴射量の総量を一定とした前提で、排気上死点前，後の燃料噴射量を示すものである。

一方、エンジン回転数が低い場合には、燃料噴射から着火までの時間が比較的長いので、排気上死点後の燃料噴射量を増加させ、燃料改質効果と混合気の均質性を両立させるのが好ましい。このため、本実施の形態では、エンジン回転数が低いほど、排気上死点後の燃料噴射量を増加させ、特に、エンジン回転数が基準値未満の場合には、排気上死点後の燃料噴射量を排気上死点前よりも多く設定する。なお、上記基準値は、例えば燃料の改質レベルからみて排気上死点前の燃料噴射量を排気上死点後よりも増加させた方が好ましい最小のエンジン回転数に対応している。

上記制御によれば、高回転時には、排気上死点前の燃料噴射量を増加させることができ、燃料噴射から着火までの時間が短くても、燃料改質効果を十分に得ることができる。また、低回転時には、排気上死点後の燃料噴射量を増加させ、燃料改質効果と混合気の均質性を両立させることができる。従って、エンジン回転数に応じて燃料の改質レベルを適切に制御することができる。

なお、前記実施の形態１３において、図２１は、請求項１７における上死点前後噴射手段の具体例を示し、図２２は、噴射量制御手段の具体例を示している。また、本発明では、実施の形態１３の構成に対して、例えば実施の形態２乃至１１の何れかで採用した構成を実現可能な範囲で組合わせてもよい。

実施の形態１４．
次に、図２３を参照して、本発明の実施の形態１４について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１の構成及び制御（図１、図４）において、第１の燃料噴射弁の燃料噴射方向を燃焼室の中心側に傾斜させたことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態１４の特徴］
図２３は、本発明の実施の形態１４において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。この図に示すように、本実施の形態では、第１の燃料噴射弁７０の燃料噴射方向（略円錐状に広がる燃料の噴霧の中心線Ｌ0）を、基準の直線Ｌに対して、燃焼室１２の中心Ｏに向けて傾斜させている。即ち、燃料噴射弁７０は、噴霧の中心線Ｌ0が燃焼室１２の中心Ｏを通るように配置されている。

上記構成によれば、燃料噴射弁７０は、燃焼室１２の中心Ｏに向けて燃料を噴射することができる。これにより、噴射燃料の大部分は、図２３に示すように、筒内外周に沿って流れるスワール流に対して正面から衝突しないので、燃料の噴霧によりスワール流が弱められるのを防止することができる。従って、実施の形態１の作用効果に加えて、燃焼の直前までスワール流を保持することができるので、空気の乱流により混合気の均質化を促進し、燃焼性や燃費を向上させることができる。また、噴射燃料を燃焼室１２の直径方向、即ち、筒内壁面までの距離が最も長くなる方向に向けて噴射することができ、燃料が筒内壁面に付着するのを抑制することができる。

実施の形態１５．
次に、図２４を参照して、本発明の実施の形態１５について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１４の構成を前提として、第１の燃料噴射弁の燃料噴射角を広く設定したことを特徴としている。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態１５の特徴］
図２４は、本発明の実施の形態１５において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。この図に示すように、第１の燃料噴射弁８０の燃料噴射角θは、第２の吸気バルブ２８Ｂの中心Ｏ1と第１の排気バルブ３０Ａの中心Ｏ2とが当該燃料噴射角θの内側に収まる角度に設定されている。ここで、燃料噴射角θは、燃料噴射弁８０から略円錐状に噴射された燃料が平面視において拡がる角度として定義される。また、燃料噴射角θの中心線Ｌ0は、前記実施の形態１４と同様に、燃焼室１２の中心Ｏを通るように配置されている。また、バルブ２８Ｂ，３０Ａの中心Ｏ1，Ｏ2は、例えばバルブステムが配置される位置に対応している。

上記構成によれば、燃料噴射角θの範囲内に筒内空間の大部分を収めることができる。これにより、噴射燃料を筒内の広い範囲に分散させ、燃料の気化を促進することができ、筒内全体に均質な混合気を形成することができる。

実施の形態１６．
次に、図２５を参照して、本発明の実施の形態１６について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１の構成及び制御（図１、図４）において、第１の燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の中心線を、燃焼室の中心よりも第２の燃料噴射弁側に傾斜させたことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態１６の特徴］
図２５は、本発明の実施の形態１６において、エンジンの１気筒の構成を拡大して示す構成図である。この図に示すように、本実施の形態では、第１の燃料噴射弁９０から噴射される燃料の噴霧の中心線Ｌ0を、平面視において燃焼室１２の中心Ｏよりも第２の燃料噴射弁２４Ｂに近い位置を通るように配置している。この構成によれば、図２５に示すように、筒内外周に沿って流れるスワール流の方向に対して、燃料の噴射方向を合わせることができ、燃料の噴霧によりスワール流を強めることができる。これにより、実施の形態１の作用効果に加えて、燃焼の直前までスワール流を保持することができる。従って、空気の乱流により混合気の均質化を促進し、燃焼性や燃費を向上させることができる。

また、上記構成においては、例えば実施の形態６で用いた図１１に示すように、第１の燃料噴射弁２４Ａの燃料噴射期間を吸気行程の前半に設定し、燃料噴射を吸気行程の前半で完了するのが好ましい。これにより、吸気行程のうち筒内に生じるスワール流が比較的弱い前半の時期に、燃料の噴霧によってスワール流を加速することができる。従って、筒内のスワール流を吸気行程の前半から強くすることができ、実施の形態１６の効果をより顕著に発揮することができる。また、強いスワール流中に燃料を噴射すると、燃料の液滴が気化する前に遠心力を受けて筒内壁面に付着し易い。従って、スワール流が弱い時期に燃料を噴射することにより、噴射燃料が筒内壁面に付着するのを抑制することができる。

なお、前記実施の形態１４乃至１６は、実施の形態１の構成及び制御を前提として説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば実施の形態１４乃至１６の構成に対して、実施の形態２乃至１３の何れかで採用した構成を実現可能な範囲で組合わせてもよい。

１０ エンジン（内燃機関）
１２ 燃焼室
１４ 吸気通路
１６ 排気通路
１８ スロットルバルブ
２０Ａ，２０Ｂ 第１，第２の吸気ポート
２２Ａ，２２Ｂ 第１，第２の排気ポート
２４Ａ，７０，８０，９０ 第１の燃料噴射弁
２４Ｂ 第２の燃料噴射弁
２６ 点火プラグ
２８Ａ，２８Ｂ 第１，第２の吸気バルブ
３０Ａ，３０Ｂ 第１，第２の排気バルブ
３２ 吸気可変動弁機構（リフト量可変機構）
３４ 排気可変動弁機構
３６ スワールコントロールバルブ（吸気調整弁）
３８ センサ系統
４０ ＥＣＵ
５０ 吸気部分遮断弁
６０ 排気部分遮断弁
５２，６２ 切欠き

Claims (20)

1. 上流側が吸気通路に接続され、下流側がそれぞれ異なる位置で筒内に開口する第１，第２の吸気ポートと、
   前記第１，第２の吸気ポートに設けられた第１，第２の吸気バルブと、
   前記第１，第２の吸気ポートに燃料を噴射する第１，第２の燃料噴射弁と、
   前記第１の燃料噴射弁の上流側で前記第１の吸気ポートに設けられ、前記第１の吸気ポートの流路面積を変化させる吸気調整弁と、
   少なくとも吸気行程において、前記吸気調整弁を閉じ側に駆動して前記第１の吸気ポートの空気流量を前記第２の吸気ポートの空気流量よりも減少させ、かつ、前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射量を前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量よりも多く設定した状態で燃料噴射を実行する噴射状態制御手段と、
   前記第２の吸気ポートのうち筒内外周に空気を流入させる部位を除いて当該吸気ポートを閉じることが可能な遮断弁であって、少なくとも吸気行程の後半に閉じ側に駆動される吸気部分遮断弁と、を備え、
   前記噴射状態制御手段は、前記第１の燃料噴射弁により吸気行程の前半に燃料を噴射する構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記噴射状態制御手段は、前記吸気調整弁を閉じて前記第１の吸気ポート内の空気流を遮断した状態で、前記第１の吸気バルブの開弁期間中に前記第１の燃料噴射弁により燃料を噴射する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第１の燃料噴射弁により噴射する１サイクル分の噴射燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射手段を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第１，第２の吸気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
   前記第２の吸気バルブの閉弁時期を前記第１の吸気バルブの閉弁時期よりも遅らせる閉弁時期制御手段と、
   を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量を前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射量よりも多く設定した状態で燃料噴射を実行する噴射状態変更手段と、
   前記第１の吸気バルブの温度を上昇させるときに、前記噴射状態制御手段に代えて前記噴射状態変更手段を作動させる制御切換手段と、
   を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御切換手段は、内燃機関の空燃比が理論空燃比の近傍である場合に、前記噴射状態変更手段を作動させ、前記空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合に、前記噴射状態制御手段を作動させる構成としてなる請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記第２の吸気バルブのリフト量を可変に設定することが可能なリフト量可変機構と、
   内燃機関の始動時に前記第２の吸気バルブのリフト量を始動後のリフト量と比較して減少させる始動リフト量減少手段と、
   を備えてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 内燃機関の始動時に点火時期を遅角させる点火遅角手段を備え、
   前記噴射状態制御手段は、内燃機関の始動時に前記第１の燃料噴射弁により吸気行程の前半と後半にそれぞれ燃料を噴射する構成としてなる請求項１または４に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記第１，第２の吸気ポートと対向する位置に設けられた第１，第２の排気ポートと、
   前記第１，第２の排気ポートに設けられた第１，第２の排気バルブと、
   前記第１，第２の吸気バルブ及び前記第１，第２の排気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
   前記第１，第２の吸気バルブと前記第１，第２の排気バルブのうち、前記第１，第２の吸気バルブのみを吸気行程の前半に開弁し、前記第１の排気バルブのみを吸気行程の後半に開弁する開弁期間制御手段と、
   を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記第１，第２の吸気ポートと対向する位置に設けられた第１，第２の排気ポートと、
    前記第１，第２の排気ポートに設けられた第１，第２の排気バルブと、
    前記第１，第２の吸気バルブ及び前記第１，第２の排気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
    前記第１，第２の吸気バルブを吸気行程の前半及び後半にわたって開弁し、前記第１の排気バルブを吸気行程の後半に開弁する開弁期間制御手段と、を備え、
    前記噴射状態制御手段は、前記第１の燃料噴射弁により吸気行程の前半と後半にそれぞれ燃料を噴射する構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記第１の排気ポートのうち筒内外周に対応する部位を除いて当該排気ポートを閉じることが可能な遮断弁であって、吸気行程の後半に閉じ側に駆動される排気部分遮断弁を備えてなる請求項９または１０に記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記第１，第２の吸気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
    吸気行程において、前記第２の吸気バルブの開弁時期を前記第１の吸気バルブの開弁時期よりも遅らせる開弁時期制御手段と、を備え、
    前記噴射状態制御手段は、前記吸気調整弁により前記第１の吸気ポートを遮断した状態で、前記第１の吸気バルブが開弁してから前記第２の吸気バルブが開弁するまでの間に、前記第１の燃料噴射弁により燃料を噴射する構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
13. 排気ポートに設けられた排気バルブと、
    前記第１，第２の吸気バルブ及び前記排気バルブの開弁特性をバルブ毎に独立して変更することが可能な可変動弁機構と、
    前記排気バルブを排気上死点の前に閉弁し、前記排気バルブが閉弁してから排気上死点が到来するまでの間に前記第１の吸気バルブを開弁し、かつ、前記第２の吸気バルブを排気上死点の後に開弁する開閉時期制御手段と、を備え、
    前記噴射状態制御手段は、前記吸気調整弁により前記第１の吸気ポートを遮断した状態で、前記第１の吸気バルブが開弁してから排気上死点が到来するまでの間に、前記第１の燃料噴射弁により燃料を噴射する構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
14. 前記噴射状態制御手段は、
    前記第１の燃料噴射弁により排気上死点の前，後にそれぞれ燃料を噴射する上死点前後噴射手段と、
    機関回転数が基準値以上の場合には、排気上死点前の燃料噴射量を排気上死点後の燃料噴射量よりも増加させ、機関回転数が基準値未満の場合には、排気上死点後の燃料噴射量を排気上死点前の燃料噴射量よりも増加させる噴射量制御手段と、
    を備えてなる請求項１３に記載の内燃機関の制御装置。
15. 筒内の混合気を圧縮により自着火させる自着火燃焼制御手段を備えてなる請求項１３または１４に記載の内燃機関の制御装置。
16. 前記第１の吸気ポート及び前記第１の燃料噴射弁は、平面視において燃焼室の中心を通る基準の直線に対して一側に配置し、前記第２の吸気ポート及び前記第２の燃料噴射弁は、前記基準の直線に対して他側に配置し、
    少なくとも前記第１の燃料噴射弁の燃料噴射方向は、前記燃焼室の中心側に向けて傾斜させる構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
17. 前記基準の直線と平行な方向において前記第１，第２の吸気ポートと対向する位置に設けられた第１，第２の排気ポートと、
    前記第１，第２の排気ポートに設けられた第１，第２の排気バルブと、を備え、
    前記第１の燃料噴射弁から噴射された燃料が平面視において拡がる角度である燃料噴射角は、前記第２の吸気バルブの中心と前記第１の排気バルブの中心とが当該燃料噴射角の内側に収まる角度に設定してなる請求項１６に記載の内燃機関の制御装置。
18. 前記第１の燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の中心線は、平面視において前記燃焼室の中心よりも前記第２の燃料噴射弁に近い位置を通るように配置してなる請求項１６または１７に記載の内燃機関の制御装置。
19. 内燃機関が高回転高負荷状態で運転される場合に、前記噴射状態制御手段に代わって作動する手段であって、前記吸気調整弁を開弁した状態で前記第１，第２の燃料噴射弁により燃料噴射を実行する高出力時制御手段を備えてなる請求項１乃至１８のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
20. 前記噴射状態制御手段は、内燃機関の負荷が増加するほど、前記吸気調整弁を開き側に駆動すると共に前記第２の燃料噴射弁の燃料噴射量を増加させ、前記第１，第２の燃料噴射弁による燃料噴射量の差分を減少させる構成としてなる請求項１乃至１８のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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