(57)【要約】【課題】燃料噴射弁から噴射された燃料が吸気バルブに付着することを抑制し、ひいては排気エミッションの低下を抑制することができる内燃機関を提供する。【解決手段】エンジン１０は、気筒１１内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２３と、点火プラグ２５と、吸気バルブ１９及び排気バルブ２１と、気筒１１内にタンブル流を発生させる気流発生機構とを備える。燃料噴射弁２３は、気筒１１の吸気側上部の周縁側に配置され、気筒１１の内壁面に向かう方向に燃料を噴射するサイド噴射式である。吸気バルブ１９が最大リフト位置に変位している状態において、気筒１１の上方から燃料噴射弁２３の軸線方向に見て、噴孔２４から燃料が噴射される噴射方向と、吸気バルブ１９の外周縁部のうち噴孔２４に最も近接する位置と噴孔２４とを結ぶ線とのなす角度が５度以上になるように燃料噴射弁２３が配置されている。【選択図】図１
2020067021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒（１１）内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（２３）と、
前記気筒の上部中央に設けられた点火プラグ（２５）と、
前記気筒の上部において前記点火プラグの側方に設けられた吸気バルブ（１９）及び排気バルブ（２１）と、
前記気筒内にタンブル流を発生させる気流発生機構（１９、２８）と、
を備え、
前記燃料噴射弁は、前記気筒の吸気側上部の周縁側に配置され、前記気筒の内壁面に向かう方向に燃料を噴射するサイド噴射式であり、
前記吸気バルブが最大リフト位置に変位している状態において、前記気筒の上方から前記燃料噴射弁の軸線方向に見て、前記燃料噴射弁の噴孔（２４）から前記燃料が噴射される噴射方向（Ｒ）と、前記吸気バルブの外周縁部（２０）のうち前記噴孔に最も近接する位置（Ｋ１）と前記噴孔とを結ぶ線（Ｓ）とのなす角度が５度以上になるように前記燃料噴射弁が配置されている、内燃機関。
【請求項２】
気筒（１１）内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（２３）と、
前記気筒の上部中央に設けられた点火プラグ（２５）と、
前記気筒の上部において前記点火プラグの側方に設けられた吸気バルブ（１９）及び排気バルブ（２１）と、
前記気筒内にタンブル流を発生させる気流発生機構（１９、２８）と、
を備え、
前記燃料噴射弁は、前記気筒の吸気側上部の周縁側に配置され、前記気筒の内壁面に向かう方向に燃料を噴射するサイド噴射式であり、
１燃焼サイクルのうちタンブル流の強度が最大である状態において、前記気筒の上方から前記燃料噴射弁の軸線方向に見て、前記燃料噴射弁の噴孔から前記燃料が噴射される噴射方向と、前記吸気バルブの外周縁部のうち前記噴孔に最も近接する位置と前記噴孔とを結ぶ線とのなす角度が５度以上になるように前記燃料噴射弁が配置されている、内燃機関。
【請求項３】
前記燃料噴射弁は、前記噴孔を複数備え、それら複数の前記噴孔の全部において前記角度が５度以上になるように前記燃料噴射弁が配置されている、請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記角度が１０度以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
２．５以上のタンブル比を実現可能な内燃機関である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関を制御する制御装置であって、
前記気筒内のタンブル流の強度に応じて、前記燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射圧を可変に設定する噴射圧制御部を備える、内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及びその制御装置に関し、詳しくは、気筒内にタンブル流を発生させる内燃機関及びその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された燃料と空気とを十分に混合することにより燃焼の促進を図るべく、気筒内にタンブル流を発生させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、気筒内に発生するタンブル流の高速部が燃料噴射弁に向かって移動してくる時期を噴射タイミングとし、その噴射タイミングでタンブル流の高速部に向けて燃料を噴射することが開示されている。この特許文献１に記載のものでは、タンブル流の高速部を利用して燃料の貫徹力を抑制することで、点火プラグ近傍に高濃度の混合気層を安定に導き、良好な成層を実現するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１３０４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、熱効率の更なる向上や耐ノック性の向上を図るべく、従来よりも更に強いタンブル流（例えば、タンブル比２．５以上の旋回流）を気筒内に生成可能な吸気ポートやタンブル制御弁を備えた内燃機関が提案されている。こうした強タンブル流を気筒内に生成可能な内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された霧状の燃料が、気筒内において下降から上昇に転じた後に燃料噴射弁に向かうタンブル流によって流され、上方に偏向するおそれがある。この場合、その偏向した燃料が吸気バルブに付着することにより、排気エミッションの低下を招くことが懸念される。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、燃料噴射弁から噴射された燃料が吸気バルブに付着することを抑制し、ひいては排気エミッションの低下を抑制することができる内燃機関を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
【０００７】
第１の構成は、気筒（１１）内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（２３）と、前記気筒の上部中央に設けられた点火プラグ（２５）と、前記気筒の上部において前記点火プラグの側方に設けられた吸気バルブ（１９）及び排気バルブ（２１）と、前記気筒内にタンブル流を発生させる気流発生機構（１９、２８）と、を備え、前記燃料噴射弁は、前記気筒の吸気側上部の周縁側に配置され、前記気筒の内壁面に向かう方向に燃料を噴射するサイド噴射式であり、前記吸気バルブが最大リフト位置に変位している状態において、前記気筒の上方から前記燃料噴射弁の軸線方向に見て、前記燃料噴射弁の噴孔（２４）から前記燃料が噴射される噴射方向（Ｒ）と、前記吸気バルブの外周縁部（２０）のうち前記噴孔に最も近接する位置（Ｋ１）と前記噴孔とを結ぶ線（Ｓ）とのなす角度が５度以上になるように前記燃料噴射弁が配置されている、内燃機関である。
【０００８】
上記第１の構成によれば、燃料噴射弁から噴射された霧状の燃料の並進経路と吸気バルブとが最も近付いた状態において、燃料と吸気バルブとの間の距離を十分に確保することによって両者が干渉しないようにすることができる。これにより、気筒内に発生しているタンブル流によって、燃料噴射弁から噴射された燃料の並進経路が偏向した場合にも、その燃料が吸気バルブに付着することを抑制できる。その結果、排気エミッションの低下を抑制することができる。
【０００９】
第２の構成は、気筒（１１）内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（２３）と、前記気筒の上部中央に設けられた点火プラグ（２５）と、前記気筒の上部において前記点火プラグの側方に設けられた吸気バルブ（１９）及び排気バルブ（２１）と、前記気筒内にタンブル流を発生させる気流発生機構（１９、２８）と、を備え、前記燃料噴射弁は、前記気筒の吸気側上部の周縁側に配置され、前記気筒の内壁面に向かう方向に燃料を噴射するサイド噴射式であり、１燃焼サイクルのうちタンブル流の強度が最大である状態において、前記気筒の上方から前記燃料噴射弁の軸線方向に見て、前記燃料噴射弁の噴孔から前記燃料が噴射される噴射方向と、前記吸気バルブの外周縁部のうち前記噴孔に最も近接する位置と前記噴孔とを結ぶ線とのなす角度が５度以上になるように前記燃料噴射弁が配置されている、内燃機関である。
【００１０】
上記第２の構成によれば、気筒内のタンブル流の強度が最大の状態において、燃料噴射弁から噴射された霧状の燃料の並進経路と吸気バルブとの間の距離を十分に確保することによって両者が干渉しないようにすることができる。これにより、気筒内に発生しているタンブル流によって、燃料噴射弁から噴射された燃料の並進経路が偏向した場合にも、その燃料が吸気バルブに付着することを抑制できる。その結果、排気エミッションの低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エンジン制御システムの全体概略構成図。
【図２】燃焼室周辺を気筒の軸線方向においてシリンダヘッド側から見た平面図。
【図３】弱タンブルエンジンの燃焼室内における気流の速度ベクトルを表す図。
【図４】強タンブルエンジンの燃焼室内における気流の速度ベクトルを表す図。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面を燃料噴射弁の軸線方向に見た平面図。
【図６】クランク角度とバルブリフト量との関係を示す図。
【図７】燃料の噴射方向と、吸気バルブの外周縁部と噴孔とを結ぶ線との位置関係を示す図。
【図８】燃料噴射弁の中心軸線をゼロ点としたときの噴霧の位置及び吸気バルブの外周縁部の位置を表した図。
【図９】噴射圧とタンブル比との関係の説明図。（ａ）はエンジン運転状態とタンブル比との関係を示す図であり、（ｂ）はタンブル比と噴射圧との関係を示す図である。
【図１０】他の実施形態におけるクランク角度とタンブル流強度との関係を示す図。
【図１１】他の実施形態におけるタンブル比と投影角度との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態の相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００１３】
本実施形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを具体化している。図１に、エンジン１０の概略構成図を示す。エンジン制御システムは、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）を中枢として、エンジン１０の燃料噴射や点火等を制御している。なお、図１においては、エンジン１０が備える複数の気筒１１のうち１気筒のみを例示している。以下の説明では、気筒１１の軸線方向を上下方向とする。
【００１４】
エンジン１０において、気筒１１は円筒状をなしており、その内部にピストン１２が配置されている。ピストン１２は、気筒１１の内部において上下方向に往復動可能に収容されている。気筒１１内には、シリンダ内壁とピストン１２の上面１２ａとによって燃焼室１３が区画形成されている。気筒１１の上部（シリンダヘッド１１ａ）には、燃焼室１３の吸気側開口部である吸気口１４と、排気側開口部である排気口１５とが形成されている。吸気口１４には、吸気管１７が吸気ポート１７ａを介して接続され、排気口１５には、排気管１８が排気ポート１８ａを介して接続されている。
【００１５】
シリンダヘッド１１ａには、吸気口１４を開閉する吸気バルブ１９と、排気口１５を開閉する排気バルブ２１とが設けられている。吸気バルブ１９及び排気バルブ２１はそれぞれ、気筒１１内に配置されたバルブヘッドと、バルブヘッドの中心位置に設けられたバルブステムとを備えている。バルブヘッドは、吸気口１４及び排気口１５の内周形状とほぼ同じ円形状であり、吸気口１４及び排気口１５の内径よりも大きい外径を有している。
【００１６】
吸気バルブ１９及び排気バルブ２１はそれぞれ、図示しないカム軸の回転に応じて上下方向（すなわち、ピストン１２に向かう方向及び離間する方向）に移動することにより、吸気口１４及び排気口１５を開閉する。吸気バルブ１９の開動作により、吸気管１７内の空気が吸気ポート１７ａを通って燃焼室１３内に導入され、排気バルブ２１の開動作により、燃焼後の排気が排気ポート１８ａを通って排気管１８に排出される。
【００１７】
吸気ポート１７ａは、吸気バルブ１９が開弁して空気が燃焼室１３内に流入することに伴い、燃焼室１３内にタンブル流（縦渦）を発生可能に形成されている。燃焼室１３内に導入される空気量（吸入空気量）は、吸気管１７内に設けられたスロットルバルブ２２の開度が制御されることにより調整される。
【００１８】
吸気通路においてスロットルバルブ２２の下流側には、タンブル制御弁２８が配置されている。タンブル制御弁２８は、吸気通路の開口断面積を可変とする開閉弁である。タンブル制御弁２８の開度が調整されることにより、燃焼室１３内に発生するタンブル流の強度が可変設定される。エンジン１０のタンブル比は２．５以上であり、本実施形態のエンジン１０ではタンブル比３．０以上を実現可能となっている。なお、本明細書において「タンブル比」とは、１燃焼サイクルのうちタンブル流が最も強くなるタイミングにおけるピストン１２の駆動方向の旋回流とその軸線方向の比を表す。吸気ポート１７ａ、吸気バルブ１９及びタンブル制御弁２８が、気筒１１内にタンブル流を発生させる「気流発生機構」として機能する。
【００１９】
エンジン１０の各気筒１１には、燃焼室１３内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２３が取り付けられている。燃料噴射弁２３は、気筒１１の吸気側上部の周縁側に配置され、当該周縁側から斜め下方に向けて燃料を噴射するサイド噴射式である。燃料噴射弁２３は、コイル（図示略）への通電により開閉する電磁駆動弁であり、その先端部に噴孔２４が複数（本実施形態では６個）設けられている。コイルへの非通電時には、弁本体の内部に収容されたニードル（図示略）によって各噴孔２４が塞がれた状態（閉弁状態）となり、コイルへの通電により、ニードルが内側へ移動して開弁状態となる。この開弁状態において各噴孔２４から燃料が霧状に噴射される。なお、噴孔２４の数は特に限定されず、６個より多くても少なくてもよい。
【００２０】
エンジン１０のシリンダヘッド１１ａの中央には、気筒ごとに点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５には、点火コイル等よりなる点火装置（図示略）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室１３内の混合気が着火され燃焼に供される。
【００２１】
排気管１８には、排気を浄化するための触媒として三元触媒２６が設けられている。また、排気管１８には、三元触媒２６の上流側において、排気を検出対象として混合気の空燃比を検出する空燃比センサ２７が設けられている。
【００２２】
エンジン１０の吸排気系の概略構成について、図２を用いて更に説明する。図２は、燃焼室１３の周辺部の構成を気筒１１の軸線方向においてシリンダヘッド１１ａ側から見た平面図である。図２に示すように、気筒１１の上部には、中央に点火プラグ２５が配置されており、点火プラグ２５の側方に、円形状の吸気口１４及び排気口１５が形成されている。吸気口１４は、気筒１１の中心軸線Ｃ１を含みかつ中心軸線Ｃ１に沿った方向の断面（以下「中央縦断面Ａ１」という。）を中心にして対称となる位置に一対設けられている。一対の吸気口における各吸気口１４ａ，１４ｂの中心を繋ぐ線Ｄ１は、気筒１１の軸線方向に見て、中央縦断面Ａ１に直交している。各吸気口１４ａ，１４ｂには、一対の吸気バルブ１９ａ，１９ｂが上下方向に移動可能に配置されている。
【００２３】
排気口１５は、点火プラグ２５を挟んで吸気口１４とは反対側に、中央縦断面Ａ１を中心にして対称となる位置に一対設けられている。一対の排気口における各排気口１５ａ，１５ｂの中心を繋ぐ線Ｄ２は、気筒１１の軸線方向に見て、中央縦断面Ａ１に直交している。各排気口１５ａ，１５ｂには、一対の排気バルブ２１ａ，２１ｂが上下方向に移動可能に配置されている。また、気筒１１の軸線方向に見て、中央縦断面Ａ１上に燃料噴射弁２３が配置されている。燃料噴射弁２３は、吸気ポート１７ａの下方に吸気通路に並行に配置されている。
【００２４】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリよりなる周知のマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ５０には、上述の空燃比センサ２７のほか、エンジン回転速度を検出する回転速度センサや、吸気管内圧力等をエンジン負荷として検出する負荷センサ等が接続されており、これら各センサの検出信号がＥＣＵ５０に逐次入力される。ＥＣＵ５０は、入力した各種検出信号に基づいて、燃料噴射弁２３による燃料の噴射量や噴射時期、燃料噴射弁２３の噴射圧、スロットルバルブ２２の開度、吸気バルブ１９及び排気バルブ２１の開閉タイミング、点火プラグ２５の点火時期、タンブル制御弁２８の開度等を制御する。
【００２５】
ここで、タンブル比が２．５以上と比較的高い強タンブルエンジンと、タンブル比が１．５〜２．０程度の従来のタンブルエンジンとでは、燃焼室１３内にタンブル流が発生している状態における燃焼室１３内の気流の速度分布の態様が相違する。この点について、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４は、一対の吸気バルブ１９ａ、１９ｂを同時に開弁した場合の燃焼室１３内における気流の速度ベクトルを表す図である。図３及び図４中、矢印Ｙ１を付した領域は、タンブル流の流速がＶ１以上である第１高速気流領域を表し、矢印Ｙ２を付した領域は、流速がＶ１よりは遅いがその他の領域よりも速い第２高速気流領域を表している。図４中の矢印Ｊ１は、燃料噴射弁２３から噴射される燃料の噴射方向を表している。
【００２６】
タンブル比が１．５〜２．０程度の弱タンブルエンジンでは、図３に示すように、吸気管１７内の空気が吸気ポート１７ａから導入された直後においては、タンブル流の流速はＶ１と速い（強度が強い）ものの、空気が旋回する過程の比較的早い段階で流速が弱まる。これに対し、タンブル比が２．５以上の強タンブルエンジンでは、図４に示すように、吸気ポート１７ａから導入された空気が燃焼室１３内を下降し、その後上昇に転じた段階においても流速Ｖ１のタンブル流が発生している領域が存在する。すなわち、強タンブル流を発生可能なエンジン１０では、燃焼室１３内に、排気側の筒内壁面近くにおいて下方に向かうタンブル流Ｑ１と同等の強度を有する領域が、吸気側の筒内壁面近くにおいて上方に向かうタンブル流Ｑ２として燃料噴射弁２３の下方に存在する。
【００２７】
ところで、燃料噴射弁２３から噴射された霧状の燃料をタンブル流に乗せて、燃料と空気とを均一に混ぜるようにするには、燃料噴射弁２３の噴射方向をできるだけ上向きに（より具体的には、気筒１１の中心軸線Ｃ１に垂直な断面とできるだけ平行な方向に）配置することが望ましい。一方、強タンブル流を発生可能なエンジン１０では、吸気ポート１７ａから導入された空気が燃焼室１３内を下降し、その後、吸気側の筒内壁面近くを燃料噴射弁２３の下方から燃料噴射弁２３に向かっている段階でも気流が未だ強い。そのため、タンブル流Ｑ２が、燃料噴射弁２３の噴霧貫徹力を上回ることがある。かかる場合、燃料噴射弁２３から噴射された燃料（噴霧）がタンブル流Ｑ２により流されて上方向に偏向し、その偏向した噴霧が吸気バルブ１９に付着するおそれがある。また、吸気バルブ１９に付着したウェット燃料に起因してＰＭ排出量が増大し、排気エミッションが低下することが懸念される。
【００２８】
図５は、図４のＢ−Ｂ線断面を燃料噴射弁２３の軸線方向に見た図である。図５中の矢印Ｙ１及びＹ２の説明は、図３及び図４と同じである。符号Ｐは、燃料噴射弁２３の各噴孔２４から噴射された燃料の並進経路の位置を表している。この図５からも、エンジン１０においては、燃料噴射弁２３に向かって巻き上がる旋回流が強いことが分かる。このようにエンジン１０では、燃料噴射弁２３から噴射された燃料の噴霧がタンブル流によって偏向しやすく、その噴霧偏向により吸気バルブ１９に燃料ウェットが発生しやすい。
【００２９】
こうした点に着目し、本実施形態のエンジン１０では、気筒１１の上方から燃料噴射弁２３の軸線方向に見て、燃料噴射弁２３の噴孔２４から燃料が噴射される噴射方向と、吸気バルブ１９の外周縁部２０のうち噴孔２４に最も近接する位置Ｋ１と噴孔２４とを結ぶ線とのなす角度（以下、「投影角度θ」という。）が５度以上になる位置に噴孔２４が配置されるよう、気筒１１に取り付ける燃料噴射弁２３の位置及び向きを定めている。つまり、噴孔２４を起点にして、燃料の噴射方向に対し吸気バルブと噴孔とを結ぶ線が離間する角度を一定以上確保するようにする。これにより、噴孔２４から噴射された燃料の並進経路と吸気バルブ１９との間の余裕度を十分に確保し、燃料の噴霧が吸気バルブ１９に付着することを抑制するようにしている。
【００３０】
この実施形態では、エンジン１０の１燃焼サイクルのうち吸気バルブ１９が最大リフト位置Ｌｍａｘに変位しているタイミングＴ１での投影角度θが５度以上になるように、吸気バルブ１９の外周縁部２０に対して噴孔２４が配置されている。（図６参照）。
【００３１】
なお、投影角度θが５度以上になるようにするには、燃料噴射弁２３として既存の噴射弁を用い、燃料噴射弁２３の気筒１１に対する取付位置及び向きを調整することにより行ってもよいし、あるいは、燃料噴射弁２３における噴孔２４の位置を既存の噴射弁から変更することにより行ってもよい。
【００３２】
図７に、噴孔２４から噴射される燃料の噴射方向Ｒと、吸気バルブ１９の外周縁部２０上の位置Ｋ１と噴孔２４とを結ぶ線Ｓとの関係を、中央縦断面Ａ１に面する方向から見た図として示す。なお、図７には、燃料噴射弁２３が有する複数の噴孔２４のうち１つの噴孔２４及びその噴孔２４から噴射される燃料の並進経路Ｆ１を示している。
【００３３】
図７に示すように、噴射方向Ｒは放射状の噴霧の中心軸線であり、線Ｓは噴孔２４の中心と位置Ｋ１を結ぶ線である。位置Ｋ１について具体的には、一対の吸気バルブ１９ａ、１９ｂのうち噴孔２４に近い方の吸気バルブの外周縁部２０において噴孔２４に最も近接する位置である。例えば、燃料噴射弁２３の先端部において一方の吸気バルブ１９ａ側に位置する噴孔２４については、その一方の吸気バルブ１９ａの外周縁部２０において噴孔２４に最も近接する位置である。噴射方向Ｒと線Ｓとのなす角度である投影角度θは、好ましくは８度以上、より好ましくは１０度以上である。
【００３４】
図８は、図２のＢ−Ｂ線断面を気筒１１の上方から燃料噴射弁２３の軸線方向に見た場合において、燃料噴射弁２３の中心軸線上の点をゼロ点（図中のＯ）としたときの燃料の並進経路の位置Ｐ及び外周縁部２０の位置をＸ−Ｙ座標により表した図である。なお、図８中、Ｘ軸は、気筒１１の上方から燃料噴射弁２３の軸線方向に見た場合の左右方向（図２の紙面に対して直交する方向）を示し、Ｙ軸は、気筒１１の上方から燃料噴射弁２３の軸線方向にみた場合の上下方向を示している。なお、図８では、右方向及び上方向を正で表している。符号ＶＬ１及びＶＬ２は、吸気バルブ１９の外周縁部２０（すなわちバルブヘッドの輪郭線）を表す。
【００３５】
従来のエンジンにおいては、噴射方向Ｒを下方向に向けるとピストン１２に燃料が付着しやすくなり、エミッション低下に繋がることを考慮して、噴射方向Ｒをできるだけ上方向に向けることが行われている。これに対し、本実施形態では、強タンブル流のエンジン１０において燃焼室１３内の旋回流によって燃料の噴霧が偏向することを考慮し、燃料噴射弁２３の各噴孔２４から噴射された燃料の並進経路と吸気バルブ１９の輪郭線との距離Ｌを十分に確保することとしている。
【００３６】
特に本実施形態では、複数の噴孔２４の全てにおいて投影角度θが５度以上、より具体的には１０度以上になるように、吸気バルブ１９の外周縁部２０に対する各噴孔２４の位置が定められている。より具体的には、複数の噴孔２４のうち、投影角度θが最も小さくなる噴孔２４において、その投影角度θが１０度に設定されている。また、投影角度θが最も大きくなる噴孔２４において、その投影角度θが２５度に設定されている。
【００３７】
なお、投影角度θが最も大きくなる噴孔２４の投影角度θを２５度としたが、投影角度θは３０度以下とすることが好ましく、本実施形態では２５度以下に設定されている。これにより、燃料噴射弁２３から噴射された燃料の噴霧がピストン１２に付着することを好適に抑制することができる。
【００３８】
次に、燃料噴射弁２３から噴射される燃料の噴射圧とタンブル比との関係について説明する。本実施形態では、タンブル制御弁２８の開度を制御することにより、エンジン運転状態（エンジン回転速度及びエンジン負荷等）に応じて燃焼室１３内のタンブル流の強度を可変にしている。具体的には、図９（ａ）に示すように、エンジン回転速度が高いほど、又はエンジン負荷が高いほど、タンブル制御弁２８の開度を大きくして、燃焼室１３内のタンブル流の強度を高くしている。
【００３９】
ここで、燃焼室１３内のタンブル流が強いエンジン運転領域ほど、タンブル流による燃料の噴霧偏向が大きくなり、吸気バルブ１９への燃料の付着が起きやすくなる。この点を考慮して本実施形態では、エンジン運転状態に基づき設定されるタンブル比に応じて、燃料噴射弁２３による燃料の噴射圧を可変に設定している。具体的には、図９（ｂ）に示すように、タンブル比が高い運転領域ほど、燃料の噴射圧を高圧側に設定している。これにより、燃料の噴霧貫徹力を十分に確保してタンブル流による噴霧偏向を抑制し、吸気バルブ１９への燃料の付着を抑制するようにしている。なお、ＥＣＵ５０が「噴射圧制御部」の機能を実現する。
【００４０】
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００４１】
吸気バルブ１９が最大リフト位置Ｌｍａｘに変位している状態において、燃料噴射弁２３の軸線方向に見て、燃料噴射弁２３の噴孔２４から燃料が噴射される噴射方向Ｒと、吸気バルブ１９の外周縁部２０のうち噴孔２４に最も近接する位置Ｋ１と噴孔２４とを結ぶ線Ｓとのなす角度（投影角度θ）が５度以上になるように気筒１１に燃料噴射弁２３を配置した。この構成によれば、燃料噴射弁２３から噴射された霧状の燃料の並進経路と吸気バルブ１９とが最も近付いた状態において、燃料と吸気バルブ１９との間の距離を十分に確保することができ、両者が干渉しないようにすることができる。これにより、燃焼室１３内に発生しているタンブル流によって、燃料噴射弁２３から噴射された燃料の並進経路が偏向した場合にも、その燃料が吸気バルブ１９に付着することを抑制でき、ひいては排気エミッションの低下を抑制することができる。
【００４２】
燃料噴射弁２３に設けられている複数の噴孔２４の全部について、投影角度θが５度以上になる位置に各噴孔２４が配置されるよう、気筒１１に取り付ける燃料噴射弁２３の位置及び向きを設定する構成とした。こうした構成によれば、燃料噴射弁から噴射された燃料の並進経路がタンブル流によって偏向された場合にも、吸気バルブ１９に付着する燃料を極力少なくすることができ、排気エミッションの低下を好適に抑制することができる。
【００４３】
気筒１１内に発生するタンブル流の強度に応じて、燃料噴射弁２３の噴射圧を可変に設定する構成とした。タンブル流の強度が強いほど、燃料噴射弁２３の下方から上方に向かうタンブル流によって噴霧が上方に偏向しやすく、吸気バルブ１９への燃料の付着が生じやすいことが懸念される。この点を考慮し、タンブル流強度が強いエンジン運転領域ほど燃料噴射弁２３の噴射圧を高圧にして噴霧貫徹力を確保することで、タンブル流による燃料の噴霧偏向に起因するバルブウェットをエンジン運転領域の全域に亘って抑制することができる。
【００４４】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施されてもよい。
【００４５】
・上記実施形態では、吸気バルブ１９が最大リフト位置Ｌｍａｘに変位しているタイミングにおいて投影角度θが５度以上になる位置に各噴孔２４が配置されるようにした。本実施形態ではこれを変更し、１燃焼サイクルのうちタンブル流の強度が最大となるタイミングにおいて投影角度θが５度以上になる位置に各噴孔２４を配置する構成とする。図１０に示すように、エンジン１０の吸気行程では、クランク角度に応じてタンブル流の強度が異なり、吸気行程前半のタイミングＴ２でタンブル流の強度が最大となる。また、タンブル流の強度が大きいほど、燃料噴射弁２３から噴射した燃料の噴霧偏向が起きやすく、バルブウェットが生じやすくなる。したがって、上記構成とした場合にも、バルブウェットによる排気エミッション低下を抑制する効果を得ることができる。
【００４６】
・投影角度θを設定する際に、エンジン１０のタンブル比に応じて投影角度θを設定してもよい。タンブル比が高いほど、タンブル流による燃料噴霧の偏向が大きくなる。このため、各エンジンのタンブル比に応じて投影角度θ（すなわち、噴孔２４からの燃料の噴射方向）を設定することにより、バルブウェットとピストンウェットとをバランス良く抑制することができる。具体的には、図１１に示すように、タンブル比が高いエンジンほど、投影角度θを大きく設定する。
【００４７】
・吸気バルブ１９及び排気バルブ２１の数及び配置は、気筒１１内にタンブル流を発生可能であればよく、図１及び図２に示すものに限定されない。例えば吸気バルブ１９及び排気バルブ２１をそれぞれ１個ずつ設ける構成に適用してもよい。
【００４８】
・上記実施形態では、吸気管１７内にタンブル制御弁２８が設けられているシステムに適用する場合について説明したが、タンブル制御弁２８が設けられていないシステムに本発明を適用してもよい。また、タンブル制御弁２８として、燃焼室１３内にタンブル流を発生するためのバタフライ式の開閉弁を吸気通路に配置し、タンブル制御弁２８により燃焼室１３内にタンブル流を発生させる構成としてもよい。
【００４９】
・上記の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散して実現したり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素で実現したりしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０…エンジン（内燃機関）、１９…吸気バルブ（気流発生機構）、２３…燃料噴射弁、２５…点火プラグ、２８…タンブル制御弁、５０…ＥＣＵ（制御装置）。
【図１】
2020067021.tif 000003
【図２】
2020067021.tif 000004
【図３】
2020067021.tif 000005
【図４】
2020067021.tif 000006
【図５】
2020067021.tif 000007
【図６】
2020067021.tif 000008
【図７】
2020067021.tif 000009
【図８】
2020067021.tif 000010
【図９】
2020067021.tif 000011
【図１０】
2020067021.tif 000012
【図１１】
2020067021.tif 000013