JPH11324778A - 筒内噴射ガソリンエンジン - Google Patents

筒内噴射ガソリンエンジン

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JPH11324778A
JPH11324778A JP10123598A JP12359898A JPH11324778A JP H11324778 A JPH11324778 A JP H11324778A JP 10123598 A JP10123598 A JP 10123598A JP 12359898 A JP12359898 A JP 12359898A JP H11324778 A JPH11324778 A JP H11324778A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】筒内噴射ガソリンエンジンにおいて、冷間時に
おけるピストン冠面及びシリンダボア壁への燃料付着量
を低下させる。 【解決手段】通常時には、排気バルブ（ＥＸＨ）と吸気
バルブ（ＩＮＴ）との開期間をオーバーラップさせ、吸
気バルブ（ＩＮＴ）が開いているときに燃料噴射を行わ
せる。一方、冷間時には、排気バルブがＴＤＣ前で閉
じ、かつ、ＴＤＣ後に吸気バルブが開くようにして、排
気バルブと吸気バルブとの開期間をオーバーラップさせ
ず、排気バルブの閉時期から吸気バルブの開時期までの
間に燃料噴射を行わせる。これにより、筒内に残留する
高温の燃焼ガス中に燃料噴射を行わせることになって、
燃料噴霧の気化が促進され、ピストン冠面への燃料付着
を抑制できると共に、ボア壁への燃料付着を抑制できる
ＴＤＣ付近で燃料噴射を行わせることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は筒内噴射ガソリンエ
ンジンに関し、特に、冷間時においてシリンダボア壁面
のオイル希釈及びスモークの発生を防止するための技術
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、筒内噴射ガソリンエンジンにおい
て、エンジンの温度が設定温度よりも低いとき（冷間
時）には吸気行程初期に燃料噴射を行わせ、エンジン温
度が設定温度よりも高いとき（通常時）には圧縮行程末
期に燃料噴射を行わせる構成のものがあった（特開平５
−７１３４３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、冷間時の燃料
噴射時期を吸気行程の初期に設定すると、燃料がピスト
ン冠面上に付着して液膜を形成し、この液膜からの燃料
の拡散燃焼によりスモークが発生する可能性があった。
一方、吸気行程の中期から後期に燃料噴射時期を設定す
ると、燃料がシリンダボア壁に付着してボア壁面のオイ
ルが希釈され、潤滑性を低下させることがあり、冷間時
にオイル希釈及びスモークの発生を同時に回避すること
が困難であった。
【０００４】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、冷間時にシリンダボア壁面及びピストン冠面への
燃料付着を抑制して、オイル希釈及びスモークの発生を
同時に回避できる筒内噴射ガソリンエンジンを提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えて
なる筒内噴射ガソリンエンジンにおいて、排気バルブの
閉時期から所定クランク角度後に吸気バルブの開時期と
なるようにし、前記排気バルブの閉時期から吸気バルブ
の開時期までの間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行
わせる構成とした。
【０００６】かかる構成によると、排気バルブと吸気バ
ルブの開期間をオーバーラップさせずに、排気バルブが
閉じられてから所定クランク角度後に吸気バルブが開く
ようにして、排気バルブの閉時期から吸気バルブの開時
期までの間、即ち、排気バルブと吸気バルブとの両方が
閉じている間に燃料噴射を行わせる。請求項２記載の発
明では、前記吸気バルブの開時期をピストン上死点以降
に設定し、前記ピストン上死点から前記吸気バルブの開
時期までの間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ
る構成とした。
【０００７】かかる構成によると、排気バルブの閉時期
以降に設定される吸気バルブの開時期がピストン上死点
（ＴＤＣ）以降に設定され、かつ、ピストン上死点から
吸気バルブの開時期までのピストンの下降中に燃料噴射
を行わせる。請求項３記載の発明では、前記燃料噴射弁
による噴射時期を、前記吸気バルブの開時期の直前とす
る構成とした。
【０００８】かかる構成によると、吸気バルブの開時期
以前であって、かつ、ピストンが下降中であってかつ最
も下がった位置で燃料噴射が行われることになる。請求
項４記載の発明では、前記吸気バルブの開時期を変更可
能に構成し、エンジン回転速度が高いときほど前記吸気
バルブの開時期をピストン上死点に近づける構成とし
た。
【０００９】かかる構成によると、エンジン回転速度が
高くピストンの下降速度が速いときには、吸気バルブの
開時期をピストン上死点に近づけ、逆に、エンジン回転
速度が低くピストンの下降速度が遅いときには、吸気バ
ルブの開時期をピストン上死点から遠ざける。請求項５
記載の発明では、前記吸気バルブの開時期を、筒内圧力
と吸気管圧力とが略同等となる時期とする構成とした。
【００１０】かかる構成によると、ピストン上死点以降
であって、筒内圧力と吸気管圧力とが略同等となる時期
に吸気バルブを開く。請求項６記載の発明では、前記排
気バルブの閉時期をピストン上死点以前に設定する構成
とした。かかる構成によると、ピストン上死点以前に排
気バルブが閉じ、その後所定のクランク角度毎に吸気バ
ルブが開かれ、その間に燃料噴射が行われる。
【００１１】請求項７記載の発明では、前記吸気バルブ
の開時期をピストン上死点以降に設定し、ピストン上死
点から前記吸気バルブの開時期までの角度を、前記排気
バルブの閉時期からピストン上死点までの角度以上に設
定する構成とした。かかる構成によると、ピストン上死
点を挟んで前後に排気バルブの閉時期と吸気バルブの開
時期とが設定され、ピストン上死点から吸気バルブの開
時期までの角度が、排気バルブの閉時期からピストン上
死点までの角度と等しいか、又は、より大きくなるよう
に設定される。
【００１２】請求項８記載の発明では、前記燃料噴射弁
が、シリンダの斜め下方に燃料を噴射する構成であっ
て、前記排気バルブの閉時期と前記吸気バルブの開時期
とをピストンの排気行程後半から吸気行程前半の間にそ
れぞれ設定する構成とした。かかる構成によると、ピス
トンの排気行程後半から吸気行程前半の間のピストンが
比較的上方に位置する間に、シリンダの斜め下方、すな
わち、ピストン冠面に向けて燃料が噴射される。
【００１３】請求項９記載の発明では、少なくともエン
ジンの温度が所定温度以下であるときに、前記排気バル
ブの閉時期から吸気バルブの開時期までの間に前記燃料
噴射弁による燃料噴射を行わせる構成とした。かかる構
成によると、燃料噴霧が気化し難くなる冷間時に、前記
排気バルブの閉時期から吸気バルブの開時期までの間に
燃料噴射を行わせる。
【００１４】請求項10記載の発明では、前記吸気バルブ
の開時期を変更可能な動弁装置を備え、少なくとも前記
吸気バルブの開時期が所定の遅角位置のときに、前記排
気バルブの閉時期から所定クランク角度後に前記吸気バ
ルブの開時期になるよう構成され、少なくともエンジン
の温度が所定温度以下であるときに、前記吸気バルブの
開時期を前記所定の遅角位置に設定し、前記排気バルブ
の閉時期から前記吸気バルブの開時期までの間に前記燃
料噴射弁による燃料噴射を行わせる構成とした。
【００１５】かかる構成によると、動弁装置による吸気
バルブの開時期の遅角制御によって、排気バルブの閉時
期から所定クランク角度後に吸気バルブの開時期になる
非オーバーラップ状態を実現し、低温時に、前記非オー
バーラップ状態での燃料噴射を行わせる。請求項11記載
の発明では、前記排気バルブの閉時期を変更可能な動弁
装置を備え、少なくとも前記排気バルブの閉時期が所定
の進角位置のときに、前記排気バルブの閉時期から所定
クランク角度後に前記吸気バルブの開時期になるよう構
成され、少なくともエンジンの温度が所定温度以下であ
るときに、前記排気バルブの閉時期を前記所定の進角位
置に設定し、前記排気バルブの閉時期から前記吸気バル
ブの開時期までの間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を
行わせる構成とした。
【００１６】かかる構成によると、動弁装置による排気
バルブの閉時期の進角制御によって、排気バルブの閉時
期から所定クランク角度後に吸気バルブの開時期になる
非オーバーラップ状態を実現し、低温時に、前記非オー
バーラップ状態での燃料噴射を行わせる。請求項12記載
の発明では、前記動弁装置は、クランク軸とカム軸との
位相を変化させる機構を有する構成とした。
【００１７】かかる構成によると、クランク軸とカム軸
との位相を変化させることで、作動角一定のままバルブ
タイミングがシフトすることになり、排気バルブの閉時
期及び／又は吸気バルブの開時期の進角，遅角制御が行
える。請求項13記載の発明では、前記動弁装置は、クラ
ンク軸の角速度に対するカム軸の角速度を周期的に変化
させる機構を有する構成とした。
【００１８】かかる構成によると、クランク軸の角速度
に対するカム軸の角速度を周期的に変化させることで、
バルブタイミングと作動角とを同時に変更可能であり、
例えば吸気バルブの閉時期を固定として開時期のみを変
化させることが可能となる。請求項14記載の発明では、
前記動弁装置は、複数のカムを切換える機構を有する構
成とした。
【００１９】かかる構成によると、バルブのリフト特性
の異なる複数のカムを使い分けることで、バルブタイミ
ングと作動角とを同時に変更可能である。請求項15記載
の発明では、前記動弁装置は、油圧力によってバルブを
駆動する装置である構成とした。かかる構成によると、
カム駆動ではなく、油圧力によってバルブが開閉駆動さ
れ、油圧力の発生タイミングの制御によってバルブタイ
ミングが変更される。
【００２０】請求項16記載の発明では、前記動弁装置
は、電磁力によってバルブを駆動する装置である構成と
した。かかる構成によると、カム駆動ではなく、電磁力
によってバルブが開閉駆動され、電磁力の発生タイミン
グの制御によってバルブタイミングが変更される。
【００２１】
【発明の効果】請求項１記載の発明によると、排気バル
ブと吸気バルブとの開期間をオーバーラップさせないこ
とで燃焼ガスを燃焼室内に残留させ、かつ、この高温の
燃焼ガス中へ燃料噴射を行わせるようにしたので、噴霧
の進行中に周囲の高温ガスから熱をもらって燃料の気化
が進み、ピストン冠面やシリンダボア壁面への燃料付着
が少なくなると共に、一旦付着した燃料も周囲の高温ガ
スから熱をもらって速やかに気化するので、ピストン冠
面への燃料付着によるスモークの発生を抑制でき、か
つ、シリンダボア壁のオイル希釈を防止できるという効
果がある。
【００２２】尚、オーバーラップを大きくした場合も、
燃焼ガスが燃焼室内に吸い戻されることで、燃料ガスを
燃焼室内に残留させることが可能であるが、この場合
は、燃焼ガスと共に新気も吸入することになるので、燃
焼室内のガス温度があまり高くならない。これに対し、
排気バルブと吸気バルブとの開期間をオーバーラップさ
せない構成とすれば、吸気バルブが開かれるまでは、新
気の導入がないから、燃焼室内には残留燃焼ガスのみが
存在することになり、燃焼室内のガス温度を十分に高く
できる。
【００２３】請求項２記載の発明によると、ピストン下
降中に燃料噴射を行うので、下方に向かう速度成分がピ
ストン下降速度よりも小さい燃料噴霧は、ピストンの下
降に追い付けないことになり、以て、ピストン冠面への
燃料付着をより少なくできるという効果がある。請求項
３記載の発明によると、ピストン下降中であってかつ最
も遠ざかっているときに燃料噴射が行われ、ピストン冠
面への燃料付着を更に少なくできるという効果がある。
【００２４】請求項４記載の発明によると、一般的に噴
霧の速度は回転速度によらずに略一定であるから、ピス
トン下降速度の大きい高回転時ほどピストン冠面への燃
料付着が少なくなり、高回転時には燃料噴射時期をピス
トン上死点寄りにしてもピストン冠面への燃料付着があ
まり増加しないので、ピストン冠面への燃料付着を低く
抑制しつつ、回転速度が高くなるほど吸気バルブの開時
期を進角させて吸気充填効率の向上を図れるという効果
がある。
【００２５】請求項５記載の発明によると、筒内圧力と
吸気管圧力とが略同等となってから吸気バルブを開くこ
とでポンプロスを低減できるという効果がある。請求項
６記載の発明によると、燃焼ガスを、一旦排気通路に排
出することなくそのまま燃焼室内に閉じ込めて残留させ
るので、残留ガス温度を高く保持できるという効果があ
る。排気バルブの閉時期をピストン上死点以降に設定し
ても、排気通路に排出された燃焼ガスを再び吸い戻して
燃焼室内に残留させることが可能であるが、この場合、
排気通路壁等に燃焼ガスの熱が奪われるので、若干温度
が下がることになるので、排気バルブの閉時期をピスト
ン上死点以前に設定することで、より残留ガス温度を高
くできるものである。
【００２６】請求項７記載の発明によると、排気バルブ
の閉時期からピストン上死点までの間にエンジンが行う
圧縮仕事が、ピストン上死点から吸気バルブの開時期ま
での間にトルクとして回収できるので、燃費の悪化がな
いという効果がある。請求項８記載の発明によると、ピ
ストンが比較的上方にあるときに、斜め下方への燃料噴
射が行われるので、シリンダボア壁面への燃焼付着が非
常に少なくなるというこうがある。ここで、燃料噴霧
は、シリンダボア壁面よりもピストン冠面に付着し易く
なるが、たとえピストン冠面に燃料が付着したとして
も、周囲の高温ガスから熱をもらって速やかに気化する
ので、ピストン冠面への燃料付着によるスモークの発生
も抑制できる。
【００２７】請求項９記載の発明によると、燃料が気化
し難くなる冷間時に、ピストン冠面への燃料付着による
スモークの発生及びシリンダボアへの燃料付着によるオ
イル希釈の発生を防止できるという効果がある。請求項
10記載の発明によると、冷間時には、ピストン冠面への
燃料付着によるスモークの発生及びシリンダボアへの燃
料付着によるオイル希釈の発生を防止できる一方、通常
時には、吸気バルブの開時期の進角により吸気充填効率
の向上を図って出力を確保できるという効果がある。
【００２８】請求項11記載の発明によると、冷間時に
は、ピストン冠面への燃料付着によるスモークの発生及
びシリンダボアへの燃料付着によるオイル希釈の発生を
防止できる一方、通常時には、排気バルブの閉時期の遅
角により残留ガスの抜けを良くして吸気充填効率を向上
させ、出力を確保できるという効果がある。請求項12記
載の発明によると、作動角を変化させずにバルブタイミ
ングを全体的にシフトさせることで、冷間時のスモーク
発生及びオイル希釈を回避できるバルブタイミングと、
通常時の出力を確保できるバルブタイミングとに容易に
切り替えられるという効果がある。
【００２９】請求項13記載の発明によると、排気バルブ
の開時期及び吸気バルブの閉時期を固定としたまま、排
気バルブの閉時期及び／又は吸気バルブの開時期を、冷
間時のスモーク発生及びオイル希釈を回避できるタイミ
ングに切り換えることが可能になるという効果がある。
請求項14記載の発明によると、カムの切り換えによりバ
ルブの開時期と閉時期とをそれぞれ独立して変化させる
ことが可能となり、冷間時及び通常時にそれぞれで最適
なバルブタイミングに設定できるという効果がある。
【００３０】請求項15，16記載の発明によると、吸気バ
ルブの開時期及び／又は排気バルブの閉時期を自由にか
つ連続的に変更可能であり、冷間時及び通常時それぞれ
で最適なバルブタイミングに確実に設定できるという効
果がある。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図１は、実施形態における車両用の筒
内噴射ガソリンエンジンのシステム構成図である。この
図１において、アクセル開度センサ１は、運転者によっ
て操作されるアクセルペダルの開度を検出する。
【００３２】クランク角センサ２は、単位クランク角毎
のポジション信号及び気筒間の行程位相差毎のリファレ
ンス信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当り
の発生数を計測することにより、或いは、前記リファレ
ンス信号の発生周期を計測することにより、エンジン回
転速度Ｎ（rpm)が検出される。エアフローメータ３は、
エンジン４の吸入空気流量Ｑａを検出する。
【００３３】水温センサ５は、エンジン４の冷却水温度
Ｔｗを検出する。尚、本実施形態では、前記冷却水温度
Ｔｗをエンジン４の温度を代表するパラメータとして用
いる。エンジン４には、各気筒毎に、燃料を直接シリン
ダ内に噴射する燃料噴射弁６、及び、燃焼室に装着され
て点火を行う点火栓７が設けられる。前記燃料噴射弁６
は、シリンダの略中央に向けて斜め下方に燃料を噴射す
るように取り付けられている。
【００３４】一方、エンジン４の吸気通路８にはスロッ
トル弁９が介装され、該スロットル弁９は、ＤＣモータ
等のスロットルアクチュエータ10によって開閉駆動され
るようになっている。前記各種センサ類からの検出信号
は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，入出力インターフェース
等を含んで構成されるコントロールユニット11へ入力さ
れ、該コントロールユニット11は、前記センサ類からの
信号に基づいて検出される運転状態に応じて、スロット
ル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６による燃料噴
射量及び噴射タイミングを制御し、前記点火栓７による
点火時期を制御する。
【００３５】また、エンジン４の吸気バルブ12（ＩＮ
Ｔ）及び排気バルブ13（ＥＸＨ）をそれぞれにカムで駆
動する動弁装置には、バルブの開閉時期（バルブタイミ
ング）を可変に制御する可変動弁機構14ａ，14ｂが備え
られている。ここで、前記コントロールユニット11によ
るバルブタイミング制御及び燃料噴射制御の第１の実施
形態を図２のフローチャートに従って説明する。
【００３６】図２のフローチャートにおいて、まず、Ｓ
１では、水温センサ５で検出された冷却水温度Ｔｗを読
み込む。Ｓ２では、前記冷却水温度Ｔｗと予め設定され
た基準温度とを比較することで、冷間時であるか否かを
判別する。冷却水温度Ｔｗが基準温度を越えている暖機
終了後の状態（通常時）であるときには、Ｓ３へ進み、
図３及び図４に示すように、排気バルブ13（ＥＸＨ）が
吸気ＴＤＣの後で閉じ、かつ、吸気バルブ12（ＩＮＴ）
が吸気ＴＤＣの前で開くことで、排気バルブ13と吸気バ
ルブ12との開期間が吸気ＴＤＣ前後でオーバーラップす
る通常のバルブタイミングになるように、前記可変動弁
機構14ａ，14ｂを制御する。尚、図３中では、吸気バル
ブ12の開時期をＩＶＯ，閉時期をＩＶＣと示し、排気バ
ルブ13の開時期をＥＶＯ，閉時期をＥＶＣと示してあ
る。
【００３７】また、次のＳ４では、通常時用の噴射時期
を、エンジン回転速度に応じたテーブルを参照して決定
する。尚、図３及び図４に示すように、吸気バルブ12の
開中に設定されて燃焼室内に均質な混合気を形成させて
行われる均質燃焼と、圧縮行程中に噴射させて点火栓７
の周辺に燃焼可能な混合気を偏在化させて行われる成層
燃焼とに切り替えられる場合には、各燃焼方式毎に噴射
時期テーブルが設定されるものとする。
【００３８】一方、Ｓ２で冷却水温度Ｔｗが基準温度以
下である冷間時であると判別されると、Ｓ５へ進み、図
３及び図４に示した通常の状態から、排気バルブ13の開
・閉時期を進角切り替えし、かつ、吸気バルブ12の開・
閉時期を遅角切り替えさせ、図５及び図６に示すよう
に、排気バルブ13が吸気ＴＤＣの前で閉じ、かつ、吸気
バルブ12が吸気ＴＤＣの後で開くことで、排気バルブ13
の閉時期から所定クランク角度後に吸気バルブ12の開時
期となるようにする。
【００３９】即ち、前記Ｓ５のバルブタイミング制御
は、作動角一定のまま、吸気バルブ12の開閉タイミング
を全体的に遅角方向にシフトさせ、排気バルブ13の開閉
タイミングを全体的に進角方向にシフトさせるものであ
り、係る切り替えを可能にする可変動弁機構14ａ，14ｂ
としては、クランク軸に対するカム軸の位相を切り替え
る公知の機構を用いることができる。
【００４０】次のＳ６では、排気バルブ13の閉時期から
吸気バルブ12の開時期までの間に燃料噴射を行わせる冷
間時用の噴射時期を、エンジン回転速度に応じたテーブ
ルを参照して設定する。ここで、前記冷間時用の噴射時
期としては、燃料噴射が吸気バルブ12の開時期直前で行
われることが好ましく、更には、図５及び図６に示すよ
うに、燃料噴射の終了時期が吸気バルブ12の開時期に一
致することがより好ましい。従って、噴射時期（開始時
期又は終了時期）をエンジン回転速度に応じたテーブル
を参照して設定する代わりに、燃料噴射の終了時期が吸
気バルブ12の開時期に一致するように噴射開始時期を可
変に制御する構成とすることがより好ましい。
【００４１】このように、上記第１の実施形態では、図
６に示すように、通常時には吸気バルブ12と排気バルブ
13との開期間がオーバーラップするようにし、吸気バル
ブ12の開中又は圧縮行程で燃料噴射を行わせるが、冷間
時には、前記オーバーラップを発生させずに、排気バル
ブ13の閉時期から所定クランク角度後に吸気バルブ12の
開時期となるようにし（非オーバーラップ状態）、か
つ、前記排気バルブ13の閉時期から吸気バルブ12の開時
期までの間の両バルブが閉じているときに燃料噴射を行
わせるものである。
【００４２】排気バルブ13の閉時期から所定クランク角
度後に吸気バルブ12の開時期となるようにすると、比較
的高温の燃焼ガスが燃焼室内に残留することになり、こ
の残留ガス中へ燃料を噴射させると、燃料の気化が促進
され、ピストン冠面への燃料付着が抑制される。また、
噴射時期において筒内圧が比較的高いため、燃料噴霧の
到達距離が短くなり、これによっても、ピストン冠面へ
の燃料付着が抑制されることになる。従って、比較的上
死点近傍で燃料噴射を行わせても、ピストン冠面への燃
料付着が抑制され、ピストン冠面に付着した燃料が拡散
燃焼することによるスモークの発生を防止できる。
【００４３】また、シリンダの略中央に向けて斜め下方
に燃料を噴射する前記燃料噴射弁６により上死点近傍で
燃料噴射を行わせることで、シリンダボアへの燃料付着
を回避でき、シリンダボア壁面に対する燃料付着による
オイル希釈の発生も防止できる。また、噴射時期を吸気
バルブ12の開時期の直前とすれば、ピストンの下降中で
あってかつ最もピストンが下がった位置で燃料噴射を行
わせることができ、ピストン冠面への燃料付着を低減で
きる。
【００４４】更に、図５及び図６に示すように、排気バ
ルブ13の閉時期から吸気ＴＤＣまでの角度と、吸気ＴＤ
Ｃから吸気バルブ12の開時期までの角度とを略一致させ
れば、図７に示すように、排気バルブの閉時期からピス
トン上死点までの圧縮仕事が、ピストン上死点から吸気
バルブの開時期までに回収されるから、オーバーラップ
を生じさせる通常時のバルブタイミングでのポンプロス
（図８参照）よりも、ポンプロスを低減できる。
【００４５】但し、図９及び図10に示すように、排気バ
ルブ13の閉時期から吸気ＴＤＣまでの角度と、吸気ＴＤ
Ｃから吸気バルブ12の開時期までの角度とを必ずしも一
致させる必要はなく、図９及び図10に示すようなバルブ
タイミングであっても、排気バルブ13の閉時期から吸気
バルブ12の開時期までの間に燃料噴射を行わせること
で、スモークの発生，シリンダボア壁面のオイル希釈の
発生を防止できる。
【００４６】尚、図11及び図12に示すように、バルブタ
イミングの切り替えを行わずに、常に排気バルブ13の閉
時期から所定クランク角度後に吸気バルブ12の開時期と
なる設定とし、噴射時期のみを冷間時であるか否かに基
づいて切り替えるようにしても、冷間時のスモークの発
生，ボア壁面のオイル希釈の発生を防止できることにな
るが、前述のように、通常時にオーバーラップを生じる
バルブタイミングに切り替えることで、通常時の出力の
確保が図られる。
【００４７】また、吸気バルブ12と排気バルブ13とのい
ずれか一方のバルブタイミングのみを切り替えること
で、オーバーラップ状態から非オーバーラップ状態に切
り替える構成であっても良い。尚、両方のバルブタイミ
ングを切り替えるようにした場合も、排気バルブ13の閉
時期から吸気ＴＤＣまでの角度と吸気ＴＤＣから吸気バ
ルブ12の開時期までの角度とを一致させる設定とすれ
ば、単一のバルブタイミング変更機構で両方のバルブタ
イミングを切り替えるように構成することが容易とな
る。
【００４８】図13のフローチャートは、前記コントロー
ルユニット11によるバルブタイミング制御及び燃料噴射
制御の第２の実施形態を示すものであり、Ｓ11で読み込
んだ冷却水温度Ｔｗに基づいてＳ12で冷間時であると判
別されたときには、Ｓ15へ進み、排気バルブ13の閉時期
を進角切り替えし、かつ、吸気バルブ12の開時期を遅角
切り替えすることで、図３及び図４に示した通常のオー
バーラップ状態から、図14に示すように、排気バルブ13
の閉時期から所定クランク角度後に吸気バルブ12の開時
期となる非オーバーラップ状態に切り替える。
【００４９】即ち、通常時から排気バルブ13の開時期及
び吸気バルブ12の閉時期は変えずに、排気バルブ13の閉
時期を進角し、かつ、吸気バルブ12の開時期を遅角する
ことで、前記非オーバーラップ状態に切り替えるもので
あり、係る切り替えを可能にする可変動弁機構14ａ，14
ｂとしては、クランク軸の角速度に対するカム軸の角速
度を周期的に変化させてバルブタイミングと作動角とを
可変に制御できる機構のものを用いることができる。
【００５０】Ｓ16では、前記Ｓ６と同様に、冷間時用の
噴射時期を設定させる。一方、Ｓ12で暖機終了後である
と判別されると、Ｓ13へ進んで、図３及び図４に示すよ
うに排気バルブ13が吸気ＴＤＣの後で閉じ、かつ、吸気
バルブ12が吸気ＴＤＣの前で開くことで、排気バルブ13
と吸気バルブ12との開状態がオーバーラップする通常の
バルブタイミングになるように、冷間時に対して排気バ
ルブ13の閉時期を遅角し、かつ、吸気バルブ12の開時期
を進角する。
【００５１】次のＳ14では、前記Ｓ４と同様に、通常の
噴射時期を設定する。上記の第２の実施形態において
も、通常時の出力を確保しつつ、冷間時におけるスモー
ク発生及びボア壁面のオイル希釈を回避できる一方、か
かる冷間時のスモーク発生及びボア壁面のオイル希釈を
回避するための非オーバーラップ状態への切り替えが、
排気バルブ13の閉時期の進角及び吸気バルブ12の開時期
の遅角のみによって行える。
【００５２】図15のフローチャートは、前記コントロー
ルユニット11によるバルブタイミング制御及び燃料噴射
制御の第３の実施形態を示すものであり、前記可変動弁
機構14ａ，14ｂとして、通常時用のカムと冷間時用のカ
ムとを切り替える構成のものを用いるものとする。図15
のフローチャートにおいて、Ｓ21で読み込んだ冷却水温
度Ｔｗに基づいてＳ22で暖機終了後であると判別される
と、Ｓ23へ進んで、通常時用のカムに切り替えて、図３
及び図４に示すようなオーバーラップを生じるバルブタ
イミングに制御し、次のＳ24では、Ｓ４と同様に、通常
時の噴射時期を設定する。
【００５３】一方、Ｓ22で冷間時であると判別される
と、Ｓ25へ進み、冷間時用のカムに切り替える制御を行
い、図16及び図17に示すように、排気バルブ13の閉時期
から所定クランク角度後に吸気バルブ12の開時期となる
非オーバーラップ状態に切り替える。そして、Ｓ26で
は、前記Ｓ６と同様に、冷間時用の噴射時期を設定す
る。尚、図16及び図17に示す冷間時用のカムの特性は、
排気バルブ13の閉時期を進角し、かつ、吸気バルブ12の
開時期を遅角することで、非オーバーラップ状態に切り
替える構成であると共に、通常時のカムよりもバルブリ
フト量が小さく、かつ、排気バルブ13の開時期を僅かに
遅角させ、また、吸気バルブ12の閉時期を僅かに進角さ
せた特性となっている。即ち、排気バルブ13の閉時期の
進角及び開時期の遅角と、吸気バルブ12の開時期の遅角
及び閉時期の進角とを行うことで、非オーバーラップ状
態に切り替える。
【００５４】上記のように、通常時用のカムと、冷間時
用のカムとを使い分ける構成であれば、冷間時に最も適
したバルブタイミング及びリフト量で吸・排気バルブ1
2，13を動作させることができる。図18のフローチャー
トは、前記コントロールユニット11によるバルブタイミ
ング制御及び燃料噴射制御の第４の実施形態を示すもの
であり、Ｓ31で読み込んだ冷却水温度Ｔｗに基づいてＳ
32で冷間時であると判別されると、Ｓ36へ進んで、吸気
バルブ12の開時期の遅角量を演算する。尚、前記遅角量
とは、通常時の開時期に対する冷間時の開時期の遅角量
を示す。
【００５５】第４の実施形態では、前記第２の実施形態
と同様に、通常時から排気バルブ13の開時期及び吸気バ
ルブ12の閉時期は変えずに、排気バルブ13の閉時期を進
角し、かつ、吸気バルブ12の開時期を遅角することで、
非オーバーラップ状態に切り替えるものである。但し、
排気バルブ13の閉時期の進角量は一定とするが、排気バ
ルブ13の閉時期から吸気ＴＤＣまでの角度よりも、吸気
ＴＤＣから吸気バルブ12の開時期までの角度が大きくし
て、吸気管内の圧力と筒内の圧力とが一致する時期に吸
気バルブ12が開かれるように、吸気バルブ12の開時期の
遅角量をそのときの条件に応じて可変に設定する構成と
してある（図19参照）。
【００５６】従って、前記Ｓ36では、吸気管内の圧力と
筒内の圧力とが一致する時期に吸気バルブ12が開かれる
ように、吸気バルブ12の開時期の遅角量を演算するもの
であり、具体的に、以下のようにして進角量を演算でき
る。即ち、Ｐを筒内圧力、Ｖを燃焼室容積、θをクラン
ク角、ｎをポリトロープ指数とすると、一般に、往復式
エンジンの筒内圧力Ｐと燃焼室容積Ｖとの間には、下式
の関係が成り立つ。
【００５７】ＰＶn ＝const. また、クランク半径・コンロッド長等が既知であれば、
燃焼室容積Ｖは、クランク角θの関数として求められ
る。 Ｖ＝ｆ（θ） ここで、吸気管圧力Ｐintake＝吸気バルブ12の開時期Ｉ
ＶＯにおける筒内圧Ｐ IVO となる吸気バルブ12の開時期
θIVO を求めるためには、 排気バルブ13の閉時期における筒内圧ＰEV 01＝１気圧 排気バルブ13の閉時期における燃焼室容積ＶEV 01＝ｆ
（θEV 01） 吸気管圧力Ｐintake＝センサによる測定値又は運転条件
による推定値 として、上記３つの値が既知であるとして、以下の式を
解けば良い。
【００５８】ＰEV 01・ＶEV 01n ＝Ｐintake・ＶIVO n ＶIVO ＝ｆ（θIVO ） ポリトロープ指数ｎについては、通常1.2 〜1.4 程度の
値となるが、ここでは、作動ガスが既燃ガスであること
から、ｎ＝1.25程度として演算すれば良い。尚、簡易的
には、図20に示すように、吸気管圧力が大気圧に近いと
きほど遅角量を小さく設定する構成としても良い。
【００５９】Ｓ36で吸気バルブ12の開時期の遅角量（冷
間時の開時期）を演算すると、Ｓ37では、前記演算され
た遅角量だけ吸気バルブ12の開時期を通常時から遅角さ
せると共に、排気バルブ13の閉時期を通常時から予め設
定された角度だけ進角させる。Ｓ38では、冷間時用の噴
射時期を、エンジン回転速度に応じたテーブルを参照し
て設定し、次のＳ39では、前記Ｓ37で求めた噴射時期
と、吸気バルブ12の開時期とを比較し、吸気バルブ12の
開時期よりも前に噴射が終了するように噴射時期を適宜
修正する。
【００６０】但し、吸気バルブ12の開時期に噴射を終了
させるべく、噴射開始時期を設定する場合には、上記Ｓ
39における処理は不要となる。一方、Ｓ32で暖機終了後
であると判別されると、Ｓ33へ進み、前記Ｓ36で求めら
れた遅角量を参照し、前記遅角量だけ進角させて通常に
戻す設定を行う。そして、Ｓ34で、排気バルブ13の閉時
期及び吸気バルブ12の開時期を通常に戻す制御を行い、
Ｓ35では、通常時用の噴射時期を設定する。
【００６１】上記第４の実施形態では、排気バルブ13が
閉じられて吸気ＴＤＣまでの間で圧縮仕事を行った後、
同じ角度だけピストンが下がるまでの間、吸気バルブ12
が閉じられているので、前記圧縮仕事が回収され、更
に、その後に吸気管内の圧力と筒内の圧力とが一致した
時点で吸気バルブ12が開かれるので、排気バルブ13の閉
時期から吸気ＴＤＣまでの角度と吸気ＴＤＣから吸気バ
ルブ12の開時期までの角度とを略同じにした場合より
も、ポンプロスを更に低減して燃費の向上を図れる（図
21参照）。
【００６２】図22のフローチャートは、前記コントロー
ルユニット11によるバルブタイミング制御及び燃料噴射
制御の第５の実施形態を示すものである。第５の実施形
態は、前記第２の実施形態と同様に、通常時から排気バ
ルブ13の開時期及び吸気バルブ12の閉時期は変えずに、
排気バルブ13の閉時期を進角し、かつ、吸気バルブ12の
開時期を遅角することで、非オーバーラップ状態に切り
替えるものであって、吸気ＴＤＣを挟んで前後に同じ角
度で排気バルブ13の閉時期と吸気バルブ12の開時期とが
設定される構成を基本とする。
【００６３】図22のフローチャートにおいて、Ｓ41で読
み込んだ冷却水温度Ｔｗに基づきＳ42で冷間時であると
判別されると、Ｓ46へ進み、エンジン回転速度を、クラ
ンク角センサ２からの信号に基づいて演算する。次のＳ
47では、図23に示すように、エンジン回転速度が高いと
きほど、排気バルブ13の閉時期から吸気バルブ12の開時
期までの角度が短くなるように予め設定された特性に基
づき、そのときのエンジン回転速度に対応する排気バル
ブ13の閉時期の進角量及び吸気バルブ12の開時期の遅角
量を設定する。
【００６４】エンジン回転速度が高いときには、ピスト
ンが上死点から遠ざかる速度が大きいため、より上死点
に近い位置で燃料噴射を行わせても、ピストン冠面に対
する燃料付着量を充分に抑制できる。そこで、エンジン
回転速度が高いときほど排気バルブ13の閉時期から吸気
バルブ12の開時期までの角度が短くなるようにして（図
24参照）、ピストン冠面への燃料付着を抑制しつつ、冷
間時において非オーバーラップ状態とすることによる充
填効率の低下による出力低下を最小限に抑制するもので
ある。
【００６５】Ｓ48では、Ｓ47での設定に基づき排気バル
ブ13の閉時期を進角させると共に、吸気バルブ12の開時
期の遅角させる。Ｓ49では、冷間時用のテーブルを参照
して噴射時期を設定し、Ｓ50では、Ｓ49で設定した噴射
時期と、吸気バルブ12の開時期とを比較して、吸気バル
ブ12の開時期前に噴射が行われるように、噴射時期を適
宜修正する。ここでも、吸気バルブ12の開時期に噴射を
終了させるべく、噴射開時期を可変に制御する構成であ
れば、Ｓ50の処理を省略できる。
【００６６】一方、Ｓ42で暖機終了後であると判別され
たときには、Ｓ43で、前記冷間時におけるエンジン回転
速度に応じた排気バルブ13の閉時期の進角量及び吸気バ
ルブ12の開時期の遅角量を参照し、通常のオーバーラッ
プ状態に戻すための排気バルブ13の閉時期の遅角量及び
吸気バルブ12の開時期の進角量を設定する。そして、Ｓ
44では、前記設定に基づいて排気バルブ13の閉時期の遅
角させると共に、吸気バルブ12の開時期の進角させ、通
常のオーバーラップ状態に戻す。
【００６７】Ｓ45では、通常時の噴射時期を設定する。
尚、上記実施形態では、吸気バルブ12及び排気バルブ13
の動弁装置としてカムによってバルブを開閉駆動する装
置を用いる構成としたが、油圧力や電磁力によってバル
ブを駆動する動弁装置であっても良く、この場合、油圧
力や電磁力の発生タイミングの制御によって、上記のい
ずれの実施形態におけるバルブタイミングも実現可能で
あり、かつ、バルブタイミング設定の自由度がより高
く、最適なバルブタイミングに容易に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における筒内噴射ガソリンエンジンを
示すシステム図。
【図２】バルブタイミング及び噴射制御の第１の実施形
態を示すフローチャート。
【図３】通常時のバルブタイミング及び噴射時期を示す
図。
【図４】通常時のバルブタイミング及び噴射時期を示す
図。
【図５】第１の実施形態における冷間時のバルブタイミ
ング及び噴射時期を示す図。
【図６】第１の実施形態における冷間時と通常時とのバ
ルブタイミング及び噴射時期の違いを示す図。
【図７】第１の実施形態の冷間時における圧力線図。
【図８】吸気バルブと排気バルブの開時期をオーバーラ
ップさせる通常時の圧力線図。
【図９】冷間時の非オーバーラップ状態の別の例を示す
図。
【図10】冷間時の非オーバーラップ状態の別の例を示す
図。
【図11】バルブタイミングを固定として噴射時期のみを
切り替える例を示す図。
【図12】バルブタイミングを固定として噴射時期のみを
切り替える例を示す図。
【図13】バルブタイミング及び噴射制御の第２の実施形
態を示すフローチャート。
【図14】第２の実施形態における冷間時と通常時とのバ
ルブタイミング及び噴射時期の違いを示す図。
【図15】バルブタイミング及び噴射制御の第３の実施形
態を示すフローチャート。
【図16】第３の実施形態における冷間時のバルブタイミ
ング及び噴射時期を示す図。
【図17】第３の実施形態における冷間時と通常時とのバ
ルブタイミング及び噴射時期の違いを示す図。
【図18】バルブタイミング及び噴射制御の第４の実施形
態を示すフローチャート。
【図19】第４の実施形態における冷間時と通常時とのバ
ルブタイミング及び噴射時期の違いを示す図。
【図20】第４の実施形態における冷間時の吸気バルブの
開時期と吸気管圧力との相関を示す線図。
【図21】第４の実施形態の冷間時における圧力線図。
【図22】バルブタイミング及び噴射制御の第５の実施形
態を示すフローチャート。
【図23】第５の実施形態における冷間時におけるＥＶＣ
〜ＩＶＯ期間の長さとエンジン回転速度との相関を示す
線図。
【図24】第５の実施形態における冷間時と通常時とのバ
ルブタイミング及び噴射時期の違いを示す図。
【符号の説明】
１ アクセル開度センサ ２ クランク角センサ ３ エアフローメータ ４ エンジン ５ 水温センサ ６ 燃料噴射弁 ７ 点火栓 ８ 吸気通路 ９ スロットル弁 10 スロットルアクチュエータ 11 コントロールユニット 12 吸気バルブ 13 排気バルブ 14ａ，14ｂ 可変動弁機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｚ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備
    えてなる筒内噴射ガソリンエンジンにおいて、 排気バルブの閉時期から所定クランク角度後に吸気バル
    ブの開時期となるようにし、前記排気バルブの閉時期か
    ら吸気バルブの開時期までの間に前記燃料噴射弁による
    燃料噴射を行わせることを特徴とする筒内噴射ガソリン
    エンジン。
  2. 【請求項２】前記吸気バルブの開時期をピストン上死点
    以降に設定し、前記ピストン上死点から前記吸気バルブ
    の開時期までの間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行
    わせることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射ガソリ
    ンエンジン。
  3. 【請求項３】前記燃料噴射弁による噴射時期を、前記吸
    気バルブの開時期の直前とすることを特徴とする請求項
    ２記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
  4. 【請求項４】前記吸気バルブの開時期を変更可能に構成
    し、エンジン回転速度が高いときほど前記吸気バルブの
    開時期をピストン上死点に近づけることを特徴とする請
    求項２又は３に記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
  5. 【請求項５】前記吸気バルブの開時期を、筒内圧力と吸
    気管圧力とが略同等となる時期とすることを特徴とする
    請求項２又は３に記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
  6. 【請求項６】前記排気バルブの閉時期をピストン上死点
    以前に設定したことを特徴とする請求項１〜５のいずれ
    か１つに記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
  7. 【請求項７】前記吸気バルブの開時期をピストン上死点
    以降に設定し、ピストン上死点から前記吸気バルブの開
    時期までの角度を、前記排気バルブの閉時期からピスト
    ン上死点までの角度以上に設定したことを特徴とする請
    求項６記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
  8. 【請求項８】前記燃料噴射弁が、シリンダの斜め下方に
    燃料を噴射する構成であって、前記排気バルブの閉時期
    と前記吸気バルブの開時期とをピストンの排気行程後半
    から吸気行程前半の間にそれぞれ設定したことを特徴と
    する請求項１〜７のいずれか１つに記載の筒内噴射ガソ
    リンエンジン。
  9. 【請求項９】少なくともエンジンの温度が所定温度以下
    であるときに、前記排気バルブの閉時期から吸気バルブ
    の開時期までの間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行
    わせることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに
    記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
  10. 【請求項10】前記吸気バルブの開時期を変更可能な動弁
    装置を備え、少なくとも前記吸気バルブの開時期が所定
    の遅角位置のときに、前記排気バルブの閉時期から所定
    クランク角度後に前記吸気バルブの開時期になるよう構
    成され、少なくともエンジンの温度が所定温度以下であ
    るときに、前記吸気バルブの開時期を前記所定の遅角位
    置に設定し、前記排気バルブの閉時期から前記吸気バル
    ブの開時期までの間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を
    行わせることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つ
    に記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
  11. 【請求項11】前記排気バルブの閉時期を変更可能な動弁
    装置を備え、少なくとも前記排気バルブの閉時期が所定
    の進角位置のときに、前記排気バルブの閉時期から所定
    クランク角度後に前記吸気バルブの開時期になるよう構
    成され、少なくともエンジンの温度が所定温度以下であ
    るときに、前記排気バルブの閉時期を前記所定の進角位
    置に設定し、前記排気バルブの閉時期から前記吸気バル
    ブの開時期までの間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を
    行わせることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つ
    に記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
  12. 【請求項12】前記動弁装置は、クランク軸とカム軸との
    位相を変化させる機構を有することを特徴とする請求項
    10又は11に記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
  13. 【請求項13】前記動弁装置は、クランク軸の角速度に対
    するカム軸の角速度を周期的に変化させる機構を有する
    ことを特徴とする請求項10又は11に記載の筒内噴射ガソ
    リンエンジン。
  14. 【請求項14】前記動弁装置は、複数のカムを切換える機
    構を有することを特徴とする請求項10又は11に記載の筒
    内噴射ガソリンエンジン。
  15. 【請求項15】前記動弁装置は、油圧力によってバルブを
    駆動する装置であることを特徴とする請求項10又は11に
    記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
  16. 【請求項16】前記動弁装置は、電磁力によってバルブを
    駆動する装置であることを特徴とする請求項10又は11に
    記載の筒内噴射ガソリンエンジン。
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