(57)【要約】【課題】成層燃焼と均質燃焼を切替えて運転するスプレーガイド式の筒内噴射エンジンにおいて、均質燃焼モードでの燃料の壁面付着を抑制し、エンジン出力と燃費効率を向上させ、かつ、排気中の煤、未燃ＨＣを低減させる制御方法を提供する。【解決手段】噴霧角を変更可能な燃料噴射弁１０６を設け、吸気行程での燃料噴射時に、一吸気行程内で吸気弁１０４のリフト量が大きくなるにつれて、燃料噴射弁１０６から噴射される噴霧角度を狭く制御する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内噴射式火花点火機関であって、
燃焼室内に噴射する燃料の噴霧角を変更可能な燃料噴射弁と、
該燃料噴射弁を制御して一吸気行程内で前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に噴射される燃料の噴霧角を吸気弁のリフト量に応じて変更する制御手段と、
を有することを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
【請求項２】
前記制御手段は、吸気行程における燃料噴射時に、一吸気行程内で前記吸気弁のリフト量が大きくなるに応じて前記噴霧角度が狭くなるように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項３】
前記制御手段は、吸気行程における燃料噴射時に、一吸気行程内で吸気弁のリフト量が大きいときの噴霧角を、リフト量が小さいときの噴霧角に比べて狭くするように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項４】
前記制御手段は、一吸気行程内で複数回に分けて燃料を噴射させる場合に、吸気弁のリフト量が大きいときの噴射時期における噴霧角を、吸気弁のリフト量が小さいときの噴射時期における噴霧角に比べて狭くするように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項５】
前記制御手段は、一吸気行程内で複数回に分けて燃料を噴射させる場合に、これら複数回のうちの一回の噴射時期における噴霧角を、吸気弁のリフト量が前記一回の噴射時期における吸気弁のリフト量よりも小さい他のいずれか一回の噴射時期における噴霧角に比べて狭くするように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項６】
前記制御手段は、要求出力に応じて均質燃焼モードと成層燃焼モードのいずれか一方を選択し、前記均質燃焼モードが選択された場合は、前記成層燃焼モードが選択された場合よりも噴霧角を狭くするように、前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項７】
前記燃料噴射弁と点火プラグが、前記燃焼室の上部でかつ略中央に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項８】
前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の側部に配設され、前記点火プラグは、前記燃焼室の上部で且つ略中央に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項９】
前記燃料噴射弁は、外開き弁であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１０】
前記燃料噴射弁は、前記制御手段からの噴霧角指令に応じて、少なくとも２種類以上の異なる噴霧角で燃料を噴射可能な構成を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１１】
前記燃料噴射弁は、前記制御手段からの噴霧角指令に応じて、前記噴霧角を狭い噴霧角と広い噴霧角との間で無段階に連続的に可変変更可能な構成を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項１２】
燃焼室内に噴射する燃料の噴霧角を変更可能な燃料噴射弁を有する筒内噴射式火花点火機関の制御方法であって、
エンジン回転数と要求出力に基づいて均質燃焼モードと成層燃焼モードのいずれか一方を選択し、
前記均質燃焼モードを選択した場合に、吸気行程の燃料噴射時におけるリフト量に基づいて噴霧角を設定するステップと、
を含むことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射式火花点火機関およびその制御方法に関し、特に均質燃焼時のエンジン出力向上と排気低減のための燃料の噴射制御装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁と点火プラグを燃焼室の上部かつ略中央に設けた直上噴射式とし、スプレーガイド方式により成層燃焼する火花点火機関が特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、筒内噴射式火花点火機関において、吸気弁に向かう方向の噴霧を燃料噴射弁の中心軸に近づける技術が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３４４８５号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
筒内噴射式火花点火機関には、負荷が比較的高い場合には吸気行程に燃料を噴射しシリンダ内に均一な混合気を形成し燃焼させる均質燃焼モードと、負荷が比較的低い場合には圧縮行程の後期に燃料を噴射し、点火プラグ周りに燃料を成層化し燃焼させる成層燃焼モードを切替えるものが一般に知られている。
【０００６】
成層燃焼モードは、燃焼室全体の平均としては理論混合比よりも大きな空燃比（例えば２５〜１００）で燃焼させる。燃料濃度の薄い混合気に安定に着火させるためには、点火タイミングにおいて点火プラグ周りに精度良く燃料を配置させる必要がある。このため燃焼室上部のほぼ中央に燃料噴射弁と点火プラグを近接に配置し、燃料噴射弁から点火プラグの電極のごく近傍に向かって燃料を噴射し、この燃料に点火プラグで点火させる、いわゆるスプレーガイド方式が考案されている。
【０００７】
スプレーガイド方式では例えば特許文献２に開示されているように、燃焼噴射弁から広角のコーン状噴霧を噴射することで、燃料噴射弁に近接配置された点火プラグ電極のごく近傍に燃料を到達させるのが一般的である。
【０００８】
一方、筒内噴射式火花点火機関は、機関の要求負荷が高い場合には前述のように吸気行程で燃料噴射を行う均質燃焼モードに切り替わる。この場合、吸気弁が開弁している状態で燃料噴射が行われるため、噴霧と吸気弁間の距離が短くなり、吸気弁のリフト量が大きいタイミングで燃料を噴射すると噴霧の一部が吸気弁に衝突するおそれがある。
【０００９】
特に、前記のスプレーガイド方式では、成層混合気を形成するために広角のコーン状噴霧が用いられるため、均質燃焼モードにおいて吸気弁と噴霧との衝突を回避するのは困難である。
【００１０】
スプレーガイド方式では燃焼室の直上に設けた燃料噴射弁ノズルと吸気弁との距離が、燃焼室の側方に燃料噴射弁を設ける壁ガイド方式や、エアガイド方式に比べ一般的に短いため、噴霧がより近い距離で吸気弁に衝突する。この結果、吸気弁上に比較的厚い液膜が形成される。
【００１１】
また、広角のコーン状噴霧を吸気行程において噴射すると、吸気ポートから燃焼室内に向かって流れるガス流動（タンブル流）によって噴霧の軌道が排気側へ偏り、排気側のシリンダ壁面に燃料が付着するおそれがある。
【００１２】
このような、吸気弁やシリンダ壁への燃料付着、および液膜形成は、特に機関温度が低い場合などには、燃料の気化、混合不足による機関出力、燃費効率の低下、煤や未燃ＨＣの排出量の増加といった問題が生じる。
【００１３】
特許文献２に開示されている技術では、吸気弁に向かう噴霧を燃料噴射弁の中心軸方向に近づけることによって噴霧と吸気弁との衝突を回避している。しかしながら、このような方法では、吸気弁に向かう噴霧は常にピストン方向に向かって偏向した状態となり、ピストンへの燃料付着の増加が懸念される。また、燃料の噴射方向を偏らせることで燃料のシリンダ内への分散が小さくなり、混合気の空燃比の空間的なばらつき（均質性）が悪化する懸念がある。
【００１４】
また、特許文献２には、中空コーン状の噴霧の一部を遮断して、噴霧の遮断部分を吸気弁の方向と一致させることで噴霧と吸気弁との衝突を回避する技術が開示されているが、中空コーン状噴霧は、膜状微粒化方式で形成されるため、ノズルにおいて液膜を遮断すると遮断部の液膜が厚くなり、結果、生成される噴霧の粒径が粗くなるおそれがある。これらのピストン付着や混合気の不均一性、粒径の粗大化は、機関出力、燃費効率の低下、煤や未燃ＨＣの排出量の増加につながるおそれがある。
【００１５】
従って、本発明の目的は、筒内噴射式火花点火機関において成層燃焼モードに影響を与えることなく、均質燃焼モードでの燃料の壁面付着低減、混合気の均質性改善により、機関出力と燃費効率の向上と、排気中の煤や未燃ＨＣを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決する本発明の筒内噴射式火花点火機関は、一吸気行程中において、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧角度を吸気弁のリフト量に応じて変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、一吸気行程中において、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧角を吸気弁リフト量に応じて変更するので、例えば吸気弁のリフト量が大きいときには噴霧角を狭くすることによって、燃料噴射弁から噴射された燃料が、吸気弁、ピストン冠面、シリンダ壁面に付着するのを防ぎ、これらの上面に液膜が形成されるのを防止できる。従って、エンジンの出力や燃費効率の向上、排気中の煤や未燃ＨＣの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例におけるエンジン断面図。
【図２】本発明の一実施例におけるエンジン斜視図。
【図３】本発明の一実施例における噴霧角指令値と噴霧角との関係を示す図。
【図４】噴霧角と噴霧ペネトレーションとの関係を示す図。
【図５】本発明の一実施例における噴射制御のフローチャート。
【図６】本発明の一実施例における燃焼モードマップを示す図。
【図７】本発明の一実施例における噴射弁リフト、噴射指令値、噴霧角指令値、噴霧角のシーケンスを示す図。
【図８】本発明の一実施例における均質燃焼モードでの燃焼室内の燃料、ガス流動の模式図。
【図９】本発明の一実施例における成層燃焼モードでの燃焼室内の燃料挙動の模式図。
【図１０】本発明の一実施例における成層燃焼モードでの燃焼室内の混合気挙動の模式図。
【図１１】本発明の一実施例における噴射弁リフト、噴射指令値、噴霧角指令値、噴霧角のシーケンスを示す図。
【図１２】本発明の一実施例における成層燃焼モードでの燃焼室内の燃料挙動の模式図。
【図１３】本発明の一実施例における噴射弁リフト、噴射指令値、噴霧角指令値、噴霧角のシーケンスを示す図。
【図１４】本発明の一実施例における噴射弁リフト、噴射指令値、噴霧角指令値、噴霧角のシーケンスを示す図。
【図１５】本発明の一実施例における燃料噴射弁の断面図。
【図１６】（ａ）は、本発明の一実施例における燃料噴射弁の弁体側ガイド部の拡大図、（ｂ）は、弁体側ガイド部の断面図。
【図１７】本発明の一実施例における燃料噴射弁の閉弁時の噴射孔断面図。
【図１８】本発明の一実施例における燃料噴射弁の弁リフトが小さい時の噴射孔断面図。
【図１９】本発明の一実施例における燃料噴射弁の弁リフトが大きい時の噴射孔断面図。
【図２０】弁体の移動量と噴霧角との関係を示す図。
【図２１】本発明の一実施例における噴霧形態の斜視図。
【図２２】外開き弁、多孔弁、スリット弁の噴霧角に対するペネトレーションの関係を示す図。
【図２３】中空コーン噴霧における噴射時と噴射終了後における燃料、ガス挙動の模式図。
【図２４】（ａ）は、従来法と本発明の混合気の均質度、壁流量の比較を示す図、（ｂ）は、均質度の定義を示す図。
【図２５】従来法における均質燃焼モードでの燃焼室内の燃料挙動の模式図（縦断面）。
【図２６】外開き式燃料噴射弁の噴口近傍の断面図。
【図２７】スワール式燃料噴射弁の噴口近傍の断面図。
【図２８】スワール式燃料噴射弁と外開き式燃料噴射弁の噴射時と噴射後の燃料、ガス流動の模式図。
【図２９】本発明の一実施例における、サイド噴射式エンジンの噴霧挙動の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１の実施例］
図１は、本実施例における筒内噴射式火花点火機関の構成を示す縦断面図、図２は、本実施例における筒内噴射式火花点火機関の構成を示す斜視図である。
【００２０】
本実施例における筒内噴射式火花点火機関である筒内噴射エンジンＥ１は、シリンダヘッド１００とシリンダブロック１０２、そしてシリンダブロック１０２に挿入されたピストン１０３により燃焼室１１０が形成され、燃焼室１１０の中心上部に燃料噴射弁１０６と、燃料噴射弁１０６に近接して点火プラグ１０７が設置されている。燃焼室１１０には、吸気ポート１０９と排気ポート１１１がそれぞれ開口しており、これらの開口部を開閉する吸気弁１０４と排気弁１０５が設けられている。
【００２１】
燃料噴射弁１０６は、概ね１０〜２０MPaに加圧された燃料を燃料噴射弁１０６のノズル先端に設けた噴口から中空コーン状の噴霧形態で噴射するものである。噴射される噴霧SPのザウタ平均粒径は概ね１０μｍ以下になるよう、燃料噴射弁１０６のノズル形態、燃圧などが設定されている。
【００２２】
次に、本実施例における燃料噴射弁１０６の構成について図１５から図２１を用いて説明する。図１５は、燃料噴射弁１０６の内部構造を示す断面図である。
【００２３】
ノズル２は、円筒状でその内部に弁体１が挿入されており、弁体１は、ノズル２に対して軸方向に動く構造になっている。そして、弁体１とノズル２には、弁体１の軸方向の動きを案内するための弁体側ガイド部５とノズル側ガイド部６が設けられている。弁体１は、ノズル２の内径よりも細くなっており、弁体１とノズル２との間の隙間が燃料流路４となっている。
【００２４】
図１６（ａ）は、弁体側ガイド部の拡大図を示しており、図１６（ｂ）は、弁体側ガイド部の断面を示している。
【００２５】
弁体側ガイド部５には、４面にカットする加工が施されており、４面カット部２６とノズル側ガイド部６の間には隙間があるため、燃料流路４を流れる燃料の流れを妨げない構造になっている。
【００２６】
燃料供給口８から供給された燃料は、燃料流路４を通って、噴射孔３へ送られる。通常、弁体１は、閉弁用ばね７により引っ張られて、弁体１とノズル２が絞り部１２において接触しているため、噴射孔３からは燃料は噴射されない。なお、弁体１の噴射孔３と軸方向の反対側には、弁体１の軸方向の移動量（リフト量）を制御するための駆動部３０が設けられている。
【００２７】
駆動部３０は、コイル３１、コア３２、アンカー３３で構成され、アンカー３３は、弁体１の燃料の流れの上流側端部において、弁体１と接触している。そして、コイル３１に通電すると、コイル３１とコア３２、アンカー３３の間で磁場が形成され、前記磁場に応じてアンカー３３とコア３２の間に生じる力によって、アンカー３３がコア３２に引き付けられる。これにより、弁体１は、アンカー３３によって燃料の流れの下流方向に押し下げられて、絞り部１２に間隙が生じ、噴射孔３より燃料が噴射される。
【００２８】
次に、噴射孔３の構造を説明する。図１７は、閉弁時の噴射孔の内部構造を示す断面図である。
【００２９】
噴射孔３内では、ノズル２と弁体１とがそれぞれ略円錘表面状のテーパを有している。弁体側テーパ面９のテーパ角１６（テーパ面とその反対にあるテーパ面がなす角度）は、例えば９０度（ｄｅｇ）、ノズル上流側テーパ面１０のテーパ角１４は例えば８０度（ｄｅｇ）、そしてノズル下流側テーパ面１１のテーパ角１５は例えば１００度（ｄｅｇ）である。
【００３０】
すなわち、ノズル上流側テーパ面１０、弁体側テーパ面９、ノズル下流側テーパ面１１の順に、テーパ角が大きくなっていく。閉弁時は絞り部１２で弁体１とノズル２は接触しており、このときの弁体終端部に対してノズル終端部はδだけ突出している。ノズル終端部直径をΦとすると、突出量δは例えばΦの０．５％程度である。
【００３１】
燃料は、弁体１とノズル２との隙間にある燃料流路４を通過して絞り部１２に到達するが、このとき、絞り部１２では弁体１とノズル２が接触しているため、絞り部１２において燃料の流れが遮断され、燃料は噴射されない。
【００３２】
図１８は、弁体の移動量が小さいときの噴射孔の内部構造を示す断面図である。弁体１の移動量が小さいときは、弁体１とノズル２との隙間にある燃料流路４を通ってきた燃料は、絞り部１２とノズル側テーパ面１１と弁体側テーパ面９で構成される流路拡大部１３を通り、燃料噴射弁１０６の外部へ噴射される。一般に燃料噴射弁１０６は略円筒形をしているため、燃料流路が外径側に向かう弁体１付近では流路断面積は水平方向に拡大する。
【００３３】
本実施例にかかる流路拡大部１３では、軸方向を含む断面における流路断面が、燃料流路下流に行くにしたがって拡大していく。すなわち、本実施例では、水平方向のみならず垂直方向にも流路が拡大するのである。このとき、流路拡大部１３の流路の広がり角は５゜程度と小さいため、燃料の流れは流路一面に広がって噴射孔へ進む。
【００３４】
本実施例では、弁体１の移動量が小さい（弁体１がノズル２に接触しているときも含む）ときには、噴射孔では、ノズル終端部は弁体終端部よりも噴射の方向に突き出ており、噴射孔先端部では弁体１側の流路壁が存在しない。換言すれば、燃料の流れの方向(ノズル下流側テーパ面１１の稜線方向)に向かって、ノズル２の終端部２ａが弁体１の終端部１ａよりも、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線方向に突き出ている。
【００３５】
一般に、コアンダ効果として知られているように、噴射される液体の近傍に壁面があると、液体はその壁面に沿って流れる性質がある。図１８に示した状態では、コアンダ効果により噴射孔先端部では、流れはノズル側テーパ面１１に偏り、噴射される燃料はノズル側テーパ面１１に沿った流れ１８となって噴射される。
【００３６】
一方、図１９は、弁体の移動量が大きいときの噴射孔の内部構造を示す断面図である。
弁体１の移動量が大きいときは、弁体１とノズル２との隙間にある燃料流路４を通ってきた燃料は、絞り部１２とノズル側テーパ面１１と弁体側テーパ面９で構成される流路拡大部１３を通り、燃料噴射装置の外部へ噴射される。
【００３７】
このとき、流量が大きい、すなわち流れが速く、絞り部１２で角度が変化するため、流路拡大部１３ではノズル側テーパ面１１で流体の剥離が生じる。これにより、燃料の流れは弁体側テーパ面９に偏り、噴射される燃料は弁体側テーパ面９に沿った流れ１９となって噴射される。
【００３８】
なお、このとき弁体終端部１ａは、ノズル終端部２ａよりも噴射の方向(または弁体テーパ面９の稜線方向)に突出していることが燃料の噴出を弁体テーパ面９に沿わせる上で望ましいが、これに限らず突出していなくても良い。弁体１とノズル１１の間隔が移動量量小の場合と比べて大きいため、弁体１のテーパ面９に沿った流れはノズル２のテーパ面１１の影響を受けにくいからである。
【００３９】
これにより、弁体１の移動量が小さいときはノズル側テーパ面１１に沿った噴霧角となり、弁体１の移動量が大きいときは弁体テーパ面９に沿った噴霧角となり、弁体１の移動量を制御することで噴霧角を制御することが可能となる。
【００４０】
図２０に、上記の構造で構成された燃料噴射弁の弁体の移動量と噴霧角との関係を示す。図２０に示すように、弁体１の移動量が大きくなるにつれ、噴霧角が徐々に小さく変化していることがわかる。この結果から、噴霧角は、弁体１の移動量を増加させるに従って連続的に小さくなっており、弁体１の移動量を制御することで噴霧角度の制御が可能であることがわかる。
【００４１】
弁体１の移動量を変化させる方法としては、複数の電磁コイル、アンカー、コアを用いて、要求移動量に応じて弁体１を駆動する電磁コイルを切り替える方法が考えられる。このような方法は、例えば特開２００４−２２５６５９号公報に記載されている。また、弁体１の駆動にピエゾ素子を用いて、ピエゾ素子に印可する電圧値を変更することで、弁体１の移動量を可変制御する構成としてもよい。なお、本実施例に示す燃料噴射弁１０６から噴射される噴霧形態は、図２１に示すように中空コーン状噴霧である。
【００４２】
本実施例においては、前述のように外開き弁方式の燃料噴射弁１０６を用いたが、この理由について、図２６から図２８を用いて以下に説明する。
【００４３】
中空コーン形態の噴霧は、外開き式燃料噴射弁（以下、外開き弁）、もしくはスワール式燃料噴射弁（以下、スワール弁）等によって形成される。
【００４４】
図２６は外開き弁の噴射口近傍の断面図である。
外開き弁では、弁体１が外方向にリフトすることでノズル２と弁体１の間に微小な隙間が生じ、この隙間が噴口となって、高圧の燃料が燃料ジェットＦＦＬとなって噴出される。そして、狭い噴口を通過することによって薄い液膜が形成され、この液膜が分裂することで中空コーン形状の噴霧が形成される。エンジンを所定の回転数、負荷で運転するために必要な噴射流量を確保しつつ、噴口部で充分に薄い液膜を作るためには、噴口部の直径ＤＩＮＪをある程度大きくする必要があり、本実施例では、直径ＤＩＮＪは例えば５ｍｍ程度である。
【００４５】
図２７は、スワール弁の噴射口近傍の断面図である。スワール弁では弁体１Ｓが内側に向いて開き、ノズル２Ｓと弁体１Ｓの間に隙間ができる。燃料は、スワラー３４によって回転方向の速度成分を与えられて噴口３５から噴射される。燃料は、回転方向の速度成分を持っているため、空間に出ると、遠心力により周方向に広がり、薄い液膜が形成される。この液膜が分裂することで中空コーン形状の噴霧が形成される。燃料が噴出される直前まで充分な回転速度を保つためには、噴口３５の直径ＤＩＮＪをある程度小さくする必要があり、直径ＤＩＮＪは例えば０．８ｍｍである。
【００４６】
図２８は、スワール弁と外開き弁における燃料噴射時と噴射後の噴霧、ガス挙動を模式的に示した図である。
【００４７】
前述のように、スワール弁と外開き弁では噴口部の直径ＤＩＮＪの大きさに違いがあり、これによって噴射後の噴霧挙動に差異が生じる。噴口部から燃料ジェットが噴射されると、燃料と周囲ガスとの間に働く摩擦力によって燃料ジェット方向にガス流れＧＦ１が生じる。ところで、スワール弁のように噴口部の直径ＤＩＮＪが小さい場合には、噴口部の周方向に亘って生じるガス流れＧＦ１がお互いに干渉し、噴口部直下でこれらの合成速度成分として下向きガス流れＧＦ２が生成する。この下向きガス流れＧＦ２によって、噴射後に噴口下の圧力が周囲圧力より低くなり、噴霧コーンの外側から内側に向かう力が働く。これによって、スワール弁では、噴射後に噴霧角が狭くなる現象が起こる。
【００４８】
一方、外開き弁では、噴口部の直径ＤＩＮＪが大きいため、噴口部の周方向に亘って生じるガス流れＧＦ１の相互干渉が起こらず、下向きガス流れＧＦ２が生じない。このため、外開き弁は、スワール弁と比較して、噴射後に噴霧角が狭くなりにくい。
【００４９】
上記現象は、燃料とガス間との摩擦力が強く働く高圧雰囲気下で顕著となり、一方、燃料とガス間との摩擦力が弱くなる低圧、大気圧雰囲気下では起こり難い。このため、スワール弁では低圧〜大気圧雰囲気下で噴射される均質燃焼モードでの噴霧角に対して高圧雰囲気下で噴射される成層燃焼モードでの噴霧角が狭くなる。
【００５０】
一方、外開き弁では、低圧〜大気圧雰囲気下で噴射される均質燃焼モードと高圧雰囲気下で噴射される成層燃焼モードでは、噴霧角は変化しない。スプレーガイド方式では成層燃焼モードにおいて、点火プラグ電極のごく近傍に精度良く燃料を搬送する必要があり、そのためには、高圧雰囲気下で広い噴霧角とする必要がある。
【００５１】
スワール弁を用いて高圧雰囲気下での成層燃焼モードで広角噴霧角を維持するためには、低圧〜大気圧雰囲気下での均質燃焼モードで噴霧角が非常に広くなる。後述するように、広角噴霧を均質燃焼モードで用いると噴霧が壁面に衝突するおそれが高く、これを回避するために噴霧角を狭角化する必要がある。
【００５２】
これに対して、外開き弁は、雰囲気圧によって噴霧角が変化しないため、噴霧角の可変範囲はスワール弁に比べて小さくてよく、燃料噴射弁の製作がしやすくなる。このため、本発明の実施手段においては、外開き弁を用いるのが有利である。
【００５３】
次に、図３を用いて、燃料噴射弁１０６の噴霧角設定について説明する。燃料噴射弁１０６は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）からの噴霧角指令値を受け取り、噴霧角指令値の値によって、燃料噴射弁１０６の弁体１の移動量を２段階に変更し、噴霧角θの大きさを２段階に変化できるようになっている。
【００５４】
即ち、図３（ａ）に示すように、噴霧角指令値が１の場合は、燃料噴射弁１０６は、弁体１の移動量を小さく設定して、広い噴霧角θmaxの噴霧ＳＰＷを噴射する。一方、図３（ｂ）に示すように、噴霧角指令値が０の場合は、燃料噴射弁１０６は、弁体１の移動量を大きく設定して、狭い噴霧角θminの噴霧ＳＰＮを噴射する。
【００５５】
ここで、広い方の噴霧角θmaxは、圧縮行程の後半で燃料を噴射する成層燃焼モードにおいて、点火プラグ１０７の電極部周辺に、概ね理論混合比の混合気を形成するように予め設定される。
【００５６】
また狭い方の噴霧角θminは、吸気行程で燃料を噴射する均質燃焼モードにおいて、噴霧ＳＰＮが吸気弁１０４に衝突しない、もしくは衝突量が許容範囲に収まるように予め設定される。一般的な火花点火機関においては、θmaxは概ね８０〜１００度（ｄｅｇ）、θminは概ね４０〜６０度（ｄｅｇ）程度である。
【００５７】
また、燃料噴射弁１０６の噴射タイミング、噴射期間についても、エンジン制御装置（ＥＣＵ）から燃料噴射弁１０６に送られる噴射指令値に基づき任意に設定される。
【００５８】
なお、噴霧のペネトレーション（噴射開始から一定期間における噴口から噴霧先端までの距離）は、噴霧角によって変化し、一般に図４のグラフに示すように、噴霧角θが大きくなるにつれ、ペネトレーションＰは小さくなる。これは、噴霧角が狭くなると燃料噴射弁１０６の軸方向（ペネトレーション方向）への運動量が半径方向に対する運動量に比べ相対的に大きくなるためである。従って、燃料噴射弁１０６により噴射される噴霧の噴霧角がθminのときのペネトレーションＰＮは、噴霧角がθmaxのときのペネトレーションＰＷよりも大きくなる。
【００５９】
噴霧角の変化に対するペネトレーション変化率は、燃料噴射弁１０６のノズル形式によって異なる。図２２に示すように、本実施例に示した外開き式噴射弁から形成される中空コーン状噴霧は、多孔式（マルチホール）噴射弁やスリット式噴射弁で形成される中実噴霧に対して、噴霧角の変化に対するペネトレーション変化率が大きい。
【００６０】
この理由について図２３を用いて説明する。図２３は、外開き噴射弁から噴射される噴霧の中心断面を模式的に示している。図中の（ａ）は、広角で噴射した場合の噴射時、及び噴射終了後の噴霧断面を示す。そして、図中の（ｂ）は、狭角で噴射した場合の噴射時、及び噴射終了後の噴霧断面を示す。
【００６１】
高速に空間に噴射された噴霧とその周囲のガスとの間には、せん断応力が働くため、噴霧の先端では噴霧コーンに対して外側に巻く空気流れが発生し、この流れによって噴霧は先端から噴霧中心に向かって巻き込む。
【００６２】
図中の（ａ）に示すように、噴霧角が広い場合には、左右に分かれた噴霧の距離が離れているため、それぞれの噴霧流れが干渉することなく、噴霧先端で巻き込むが発生する。この巻き込みによってペネトレーションが抑制される。
【００６３】
一方、図中の（ｂ）に示すように、噴霧角が狭い場合には、左右に分かれた噴霧の距離が狭いため、それぞれの噴霧流れが中心で衝突、合流する。コーン状噴霧では、このような挙動が全ての円周上に亘って発生し、円周上の噴霧が中心部に向かって集まる。この結果、中心部の噴霧密度が高くなって下向きの流れＤＦＬが生じる。この下向き流れによって噴霧のペネトレーションが長くなる。
【００６４】
このように、中空コーン状噴霧では、噴霧角によって、噴霧周囲に引き起こされる流れのパターンがペネトレーションを抑制する方向と、ペネトレーションを伸ばす方向に変化するため、噴霧角に対するペネトレーションの変化率が大きくなるという特性がある。
【００６５】
次に、本実施の形態におけるエンジン制御について説明する。
図５に、エンジン制御装置（ＥＣＵ)内で実施されるエンジン制御の手順を示す。
処理Ｓ５０１において、筒内噴射エンジンＥ１に対する要求トルクとエンジン回転数から、燃焼モードの判定を行う。筒内噴射エンジンＥ１の要求トルクは、アクセルペダル位置や変速ギアポジション、車速、油水温等の情報から総合的に求められる。図６に示すようにエンジン回転数とトルクのマップに対して燃焼モードが割り付けられており、本マップに従い、要求トルクとエンジン回転数に基づいて、均質燃焼にするか、成層燃焼にするかの判断が行われる。
【００６６】
処理Ｓ５０１において均質燃焼モードと判断された場合は、燃料噴射弁１０６から噴射する噴霧角度がθmaxとなるように設定する（処理Ｓ５０２）。より具体的にはＥＣＵから燃料噴射弁１０６に対して、噴霧角指令値１を出力する。
【００６７】
引き続いて、吸気行程において第１噴射を実施する（処理Ｓ５０３）。次に、燃料噴射弁１０６から噴射する噴霧角度がθminとなるように設定する（処理Ｓ５０４）。より具体的には、ＥＣＵから燃料噴射弁１０６に対して、噴霧角指令値０を出力する。引き続いて、吸気行程において第２噴射を実施する（処理Ｓ５０５）。その後、圧縮行程の所定タイミングにおいて点火指示を行い（処理Ｓ５０６）、均質燃焼が実施される。
【００６８】
図７に、均質燃焼モードでの吸気弁リフト量、噴射指令値、噴霧角指令値、噴霧角の時間シーケンスの一例を示す。また、図８に、均質燃焼モードにおける第１噴射と第２噴射時の燃焼室内の形態をそれぞれ示す。
【００６９】
図７において、噴射指令値が０のときは燃料噴射の停止、噴射指令値が１のときは噴射の実行を表す。第１噴射は、吸気行程の初期（例えば吸気上死点後４０degCA）に開始され、第２噴射は、吸気行程の中期（例えば吸気上死点後１００degCA）に開始される。
【００７０】
吸気行程の初期に噴射された燃料は、噴射されてから圧縮行程後期の点火時期に至るまでの時間が長いため、燃料の気化、混合時間を長く取ることができる。しかし、吸気行程の初期での噴射は、ピストン冠面に燃料が衝突し、煤や未燃ＨＣを生成しやすくなる。
【００７１】
一方、吸気行程の中期に噴射された燃料は、気化時間、混合時間は吸気行程初期の噴射に比べて短くなるが、ピストンには付着し難いという利点がある。そこで、吸気行程の初期と中期に分けて噴射することで、ピストンへの燃料付着を抑え、燃料の気化と混合を改善する。
【００７２】
第１噴射の噴射期間Ｔ１と第２噴射の噴射期間Ｔ１は、噴射に必要な燃料量と燃圧から決められる。噴射燃料量は、例えば燃焼室の空燃比が理論混合比になるように求められる。または、負荷が高い場合には、ノッキングの発生や排気温度の過熱を防止するために、理論混合比より空燃比が小さくなる（例えばＡ／Ｆ＝１２）ように決められる。
【００７３】
なお、第１噴射の噴射期間Ｔ１と第２噴射の噴射期間Ｔ１は同じである必要はなく、前記で決めた燃料噴射量が第１噴射と第２噴射での合計噴射量と一致すれば、第１噴射の噴射期間Ｔ１と第２噴射の噴射期間Ｔ１の比率を変えても良い。これは、エンジンの出力、燃費、排気性能などを総合的に勘案して、予め運転条件に対応して決められている。
【００７４】
次に、図８を用いて、均質燃焼モードでの燃焼室内の燃料挙動を説明する。
第１噴射は、吸気行程の初期に行われるため、この噴射タイミングにおいてピストン１０３は燃焼室１１０の上方に位置する。そして、吸気弁１０４のリフト量は小さい。
【００７５】
第１噴射では、このようなピストン位置、および吸気弁位置において、燃料噴射弁１０６より噴霧角θmaxとなる広角な噴霧ＳＰＷを、燃焼室上部からピストン方向に向けて噴射する。
【００７６】
一方、第２噴射は、吸気行程の中期に行われるため、この噴射タイミングにおいてピストン１０３はピストンストローク長さの半分程度まで下がっており、燃料噴射弁１０６の先端とピストン１０３間の距離は第１噴射時に比べて大きくなっている。そして、吸気弁１０４は、ほぼ最大リフト量となっている。
【００７７】
第２噴射では、このようなピストン位置、吸気弁位置において、燃料噴射弁１０６より噴霧角θminとなる狭角な噴霧ＳＰＮを、燃焼室上部からピストン方向に向けて噴射する。
【００７８】
第１噴射では、ピストン１０３と噴射弁１０６との距離が近いため、広角な噴霧を噴射することで噴霧のペネトレーションが小さくなり、ピストン１０３冠面への燃料付着が少なくなる。
【００７９】
また、吸気行程の初期ではピストン速度が遅いため、燃焼室１１０内のガス流動が弱い。従って、広角噴霧で噴射することによって、噴霧が広い空間に分散され、燃料の気化、混合が促進される。一方、吸気行程の初期では、吸気弁１０４のリフト量は小さいため、広角で燃料を噴射しても噴霧の吸気弁１０４への衝突が回避され、吸気弁１０４への液膜形成が抑制できる。
【００８０】
第２噴射では、ピストン１０３と噴射弁１０６との距離が遠い。従って、狭角な噴霧を噴射して噴霧のペネトレーションが大きくなっても、ピストン１０３冠面への燃料付着は少ない。また、吸気行程の中期では、ピストン速度が速いため、燃焼室１１０内のガス流動が強い。
【００８１】
従って、狭角噴霧で噴射することで噴霧のペネトレーションが強くなり、また、燃焼室壁面方向への噴霧の広がりが少ないため、強いガス流動に搬送された噴霧が燃焼室の排気側壁面に付着するのを防止できる。
【００８２】
一方、吸気行程の中期では、吸気弁１０４のリフト量が大きいが、狭角な噴霧が噴射されるため、噴霧の吸気弁１０４への衝突が回避され、吸気弁１０４への液膜形成が抑制できる。
【００８３】
以上で説明したように、均質燃焼モードにおいて吸気行程初期の第１噴射で広角な噴霧を噴射し、吸気行程中期の第２噴射で狭角な噴霧を噴射することで、ピストン、吸気弁、燃焼室壁面への燃料付着を防止でき、かつ燃料と空気の混合を促進できる。
【００８４】
また、燃料噴射弁として、噴霧角に対するペネトレーションの変化率が大きい外開き弁を使うことによって、広角噴霧では、よりペネトレーションを小さくすることで、ピストンへの燃料付着をより一層抑制できる。一方、狭角噴霧では、よりペネトレーションを強くすることで、ガス流動による噴霧の燃焼室への付着をより一層抑制できる。 
【００８５】
次に、成層燃焼モードでのエンジン制御について説明する。
図５の処理Ｓ５０１において、筒内噴射エンジンＥ１に対する要求トルクとエンジン回転数から燃焼モードの判定を行い、成層燃焼モードと判定された場合は、燃料噴射弁１０６から噴射する噴霧角度がθmaxとなるように設定する（処理Ｓ５０７）。より具体的には、ＥＣＵから燃料噴射弁１０６に対して、噴霧角指令値１を出力する。引き続いて、圧縮行程の後期において（例えば圧縮上死点前３０degCA）燃料噴射を実施する（処理Ｓ５０８）。燃料噴射量は、要求されるエンジン負荷に応じて、燃焼室内の平均空燃比が概ね２５〜１００になるように決められる。その後、圧縮行程の所定タイミングにおいて点火指示を行い（処理Ｓ５０９）、成層燃焼が実施される。
【００８６】
図９に成層燃焼モードにおける燃料噴射時の燃焼室内の噴霧形態を示す。圧縮行程の後期に噴射された広角な噴霧ＳＰＷは、そのコーンの周縁部が点火プラグ１０７の電極部近傍に到達する。圧縮行程後期では燃焼室１１０内のガスが高温、高圧になるため、噴霧ＳＰＷのペネトレーションは抑制される。また、噴霧のザウタ平均平均粒径は概ね１０μｍ以下と小さいため、燃焼室１１０内で速やかに気化が始まる。このためピストン１０３冠面への燃料付着は殆ど起きない。 
【００８７】
図１０に、点火時期における燃焼室内の混合気形態を示す。高圧のガスと中空コーン状噴霧間に働く摩擦力により、燃料噴射弁１０６の噴口部下でトロイダル状の渦流動が生じる。この渦流動によって、混合気ＭＸが点火プラグ１０７の電極部側に向かって搬送され、電極部周辺の空燃比が理論混合比近傍となる。これによって、燃焼室平均では希薄な混合気であっても確実に点火が行われ、安定な燃焼が実現できる。
【００８８】
以上においては、均質燃焼モードにおいて、吸気行程に２回に分けて噴射する実施例を示したが、本発明は噴射回数を限定するものではない。
【００８９】
図１１には、均質燃焼モードにおいて、燃料噴射を吸気行程に３回に分けて噴射する場合の、吸気弁リフト量、噴射指令値、噴霧角指令値、噴霧角の時間シーケンスの一例を示す。
【００９０】
本実施例では、第１噴射が吸気行程の初期、第２噴射が吸気行程の中期、第３噴射が吸気行程の末期にそれぞれ行われる。例えば、第１噴射の噴射開始時期は吸気上死点後４０degCA、第２噴射の噴射開始時期は吸気上死点後１００degCA、第３噴射の噴射開始時期は吸気上死点後１７０degCAである。
【００９１】
第１噴射と第３噴射では広角の噴霧が噴射され、第２噴射では狭角の噴霧が噴射されるようにＥＣＵから燃料噴射弁１０６に噴霧角指令値が送られる。第１噴射と第２噴射については、前述した２回噴射の場合と作用、効果は同様であるため説明は省略する。以下、第３噴射の作用、効果について説明する。
【００９２】
図１２に、均質燃焼モードにおける第３噴射時の燃焼室内の形態を示す。
第３噴射は、吸気行程の末期に行われる。従って、第３噴射の噴射タイミングにおいて、ピストン１０３はピストンストローク長さ程度まで下がっており、燃料噴射弁１０６の先端とピストン１０３との間の距離は非常に大きくなっている。また、吸気弁１０４のリフト量は小さくなっている。第３噴射では、このようなピストン位置、吸気弁位置において、燃料噴射弁１０６より噴霧角θmaxとなる広角な噴霧ＳＰＷを燃焼室１１０上部からピストン方向に向けて噴射する。
【００９３】
第３噴射では、ピストン１０３と噴射弁１０６との距離が遠いので、ピストン１０３の冠面に燃料が付着するおそれは非常に小さい。また、吸気行程の末期では、ピストン速度が遅いので、燃焼室１１０内のガス流動は弱い。このため広角噴霧で噴射することで、噴霧が広い空間に分散され、燃料の気化、混合が促進される。
【００９４】
一方、吸気行程の末期では、吸気弁１０４のリフト量は小さいので、広角で燃料を噴射しても、噴霧の吸気弁１０４への衝突は回避され、吸気弁１０４への液膜形成が抑制できる。また、ガス流動が弱いため、広角の噴霧であっても、噴霧がガス流動に搬送されて燃焼室の排気側壁面に付着するおそれは小さい。
【００９５】
一吸気行程に２回に分けて噴射する場合に比べ、第３噴射を加えることで、より噴霧のピストン付着を抑制できる。また、広角噴霧を用いる第３噴射は、ガス流動が弱くても燃料とガスが混合しやすいので、混合気の均質性をより高めることができる。
【００９６】
なお、上記実施例では、第１噴射から第３噴射の全てにおいて、吸気弁１０４のリフト量に応じて噴霧角を制御する場合を例に説明したが、必ずしも全ての噴射に適用する必要はなく、例えば複数回のうちの少なくとも一回の噴射時期における噴霧角を、吸気弁１０４のリフト量が前記一回の噴射時期おける吸気弁１０４のリフト量よりも小さい他の噴射時期における噴霧角と比較して狭くするように、噴射弁１０６を制御する構成としてもよい。
【００９７】
さらに、図１３には、均質燃焼モードにおいて燃料噴射を一吸気行程に１回だけ行う場合の吸気弁リフト量、噴射指令値、噴霧角指令値、噴霧角の時間シーケンスの一例を示す。本実施例では、噴射が吸気行程の初期に開始され、吸気行程の中期に終了する。
【００９８】
例えば、噴射開始時期は吸気上死点後４０degCA、噴射終了時期は吸気上死点後１００degCAである。ＥＣＵから燃料噴射弁１０６に送られる噴霧角指令値は、噴射の概ね前半が広角指令値である１、噴射の概ね後半が狭角指令値である０である。すなわち、本指令値によって燃料噴射弁１０６は、噴射の概ね前半で噴霧角θmaxの広角噴霧を、噴射の概ね後半で噴霧角θminの狭角噴霧を噴射する。
【００９９】
本実施例では、吸気行程初期となる噴射の前半ではピストン位置が高く、かつガス流動が弱いので、広角噴霧を噴射することによって、ピストン１０３への付着を抑制しつつ噴霧の分散を促進することができる。
【０１００】
一方、吸気行程の中期となる噴射の後半では、吸気弁１０４のリフト量が大きく、かつガス流動が強いので、狭角噴霧ＳＰＮを噴射することによって、吸気弁１０４や燃焼室壁面への燃料付着を抑制することができる。
【０１０１】
例えば、燃料噴射弁１０６の噴射率（単位時間あたりの噴射流量）が低い場合やエンジンＥが高回転の場合、燃料噴射弁１０６の動作が遅い場合には、吸気行程内で複数に分けて噴射できないことがある。
【０１０２】
そのような場合においても、本実施例のように、１回の噴射の中で噴霧角を変更制御することで、燃料の壁面付着低減と混合の促進の効果を得ることができる。燃料噴射弁１０６で変更する噴霧角は、２段階より多くしてもよく、また無段階に広い噴霧角から狭い噴霧角に連続的に可変変更してもよい。
【０１０３】
図１４は、噴霧角を最広角のθmaxから最狭角のθminまで連続的に変更可能な燃料噴射弁を用いた場合の、均質燃焼モードでの吸気弁リフト量、噴射指令値、噴霧角指令値、噴霧角の時間シーケンスの一例を示す図である。
【０１０４】
本実施例においては、均質燃焼モードにおいて、吸気行程の初期に開始され、吸気行程に中期に終了する１回の噴射が実行される。噴射開始時期は例えば吸気上死点後４０degCAであり、噴射終了時期は例えば吸気上死点後１２０degCAである。
【０１０５】
噴霧角は、図１４に示すように、吸気行程の初期から吸気弁リフト量最大時期（例えば上死点後９０degCA）にかけて最広角のθmaxから最狭角のθminに向けて連続的に狭く変化させ、吸気弁リフト量最大時期から後はθminからθmaxに向けて連続的に噴霧角を広く変化させる。
【０１０６】
このように噴霧角を噴射期間中に連続的に変化させることによって、噴射期間中にリフト量が変化する吸気弁１０４に対して噴霧が衝突するのを防ぐことができる。特に、筒内噴射エンジンＥ１が高回転の場合や、燃料噴射弁１０６の噴射率が低い場合には、吸気行程内での噴射期間が長くなり、噴射期間内における吸気弁リフト量の変化が大きいため、このように噴射期間中に噴霧角を変更するのが、吸気弁１０４への燃料付着回避のために効果的である。
【０１０７】
なお、以上の実施例においては、燃料噴射弁１０６がシリンダヘッド１００の上部に配置された直上噴射式の筒内噴射エンジンＥ１を対象に説明したが、燃料噴射弁１０６をシリンダヘッド１００の側面に配置して燃焼室１１０の側部から噴射する、いわゆるサイド噴射式の筒内噴射エンジンＥ２においても、本発明の効果を得ることができる。
【０１０８】
図２９には、燃料噴射弁１０６を燃焼室１１０の側部に配設し、点火プラグ１０７をシリンダヘッド１００の上部中央に配置したサイド噴射式の筒内噴射エンジンＥ２の構成を示す。
【０１０９】
図２９（ａ）には、均質燃焼モードにおいて吸気行程初期に第１噴射を行ったときの噴霧挙動の模式図を示し、図２９（ｂ）には、均質燃焼モードにおいて吸気行程中期に第２噴射を行ったときの噴霧挙動の模式図を示す。
【０１１０】
第１噴射においては、燃料噴射弁１０６から噴射される噴霧角は広く、第２噴射においては、燃料噴射弁１０６から噴射される第１噴射での噴霧角に対して狭くなるよう設定される。
【０１１１】
第１噴射では、吸気弁１０４のリフト量は小さく、噴霧角が広くても噴霧ＳＰＷが吸気弁１０４に衝突しにくい。また第１噴射では、吸気ポート１０９から燃焼室１１０内に向けて流れる吸気のガス流動は弱いため、広い噴霧角によって噴霧の分散を大きくすることでガスと燃料の混合を促進できる。
【０１１２】
また、吸気行程中期の第２噴射では、噴霧角が狭く設定されているため、吸気弁１０４のリフト量が大きくても噴霧ＳＰＮと吸気弁１０４との衝突のおそれは小さい。噴霧が狭角のため、ペネトレーションが強く、吸気ポート１０９から燃焼室１１０内に向けて流れる吸気のガス流動は強くとも、このガス流動に噴霧が搬送され燃焼室壁面に液膜が形成されるのを防ぐことができる。
【０１１３】
図２４（ａ）は、従来法と本発明の混合気の均質度、壁流量の比較を示す図、図２４（ｂ）は、均質度の定義を示す図である。ここでは、コンピュータシミュレーション（ＣＦＤ）を用いて、全負荷、２０００ｒｐｍのエンジン運転条件において、燃焼室内混合気の均質度、燃焼室壁面（吸気弁表面、ピストン冠面、シリンダ壁、シリンダヘッド壁）への壁流生成量を数値解析し、その結果を図２４（ａ）に示した。尚、均質度は、図２４（ｂ）に示すように、点火時期における燃焼室空燃比の分率分布における最大値として定義した。
【０１１４】
従来法は、直上噴射式の筒内噴射エンジンにおいて、噴霧形態を成層燃焼モードでの運転が可能な広角コーン状噴霧とし、噴霧角を一定とした。本発明は、直上噴射式の筒内噴射エンジンＥ１において、噴霧角を吸気行程中に成層燃焼モードでの運転が可能な広角噴霧と、それより狭い狭角噴霧の２段階に噴霧角を変更制御した。
【０１１５】
図２４に示すように、本発明による混合気の均質度は、従来法に対して７０％向上し、壁流量は、従来法に対して４０％低減している。図２５は、従来法による均質燃焼モードにおける噴霧挙動の模式図である。図２５（ａ）は、燃焼室縦断面を示し、図２５（ｂ）は、燃焼室をシリンダヘッド側から見たときの平面図を示す。
【０１１６】
吸気弁１０４のリフト量が大きくなる吸気行程中期に広角コーン噴霧ＳＰを噴射すると、噴霧の一部が吸気弁１０４に衝突し、吸気弁１０４上に液膜ＬＦ１が生成される。また、吸気行程中期では、吸気弁１０４のリフト量が大きく、かつピストン１０３の下降速度が速いため、吸気ポート１０９から燃焼室１１０内に入るガス流動ＧＦが強い。
【０１１７】
従って、燃焼室１１０に噴射された広角の噴霧ＳＰがガス流動ＧＦによって排気側へ運ばれ、燃焼室１１０の壁面に付着し、燃焼室壁面上に液膜ＬＦ２が生成される。燃焼室１１０内に、このような液膜ＬＦ２が形成されることによって、燃料と空気との混合が悪くなり、エンジン出力や燃費効率が低下し、排気中の煤や未燃ＨＣが増加する。
【０１１８】
本発明によれば、均質燃焼モードにおいて、一吸気行程中に噴霧角を吸気弁リフト量に応じて変更制御することで、吸気行程に噴射された燃料噴霧が、吸気弁、ピストン冠面、シリンダ壁面に付着し液膜を形成するのを防止できる。これによって、エンジン出力や燃費効率の向上、排気中の煤や未燃ＨＣの低減が可能となる。
【符号の説明】
【０１１９】
１…燃料噴射弁の弁体
２…ノズル
３…噴射孔
４…燃料流路
５…弁体側ガイド部
６…ノズル側ガイド部
７…開弁用ばね
８…燃料供給口
９…弁体側テーパ面
１０…ノズル上流側テーパ面
１１…ノズル下流側テーパ面
１２…ノズル内の絞り部
１３…流路拡大部
１４…ノズル上流側テーパ面のテーパ角
１５…ノズル下流側テーパ面のテーパ角
１６…弁体側テーパ面のテーパ角
１８…ノズル側テーパ面に沿った燃料流れ
１９…弁体側テーパ面に沿った燃料流れ
２６…弁体側ガイド部のカット面
３０…燃料噴射弁の駆動部
３１…コイル
３２…コア
３３…アンカー
３４…スワラー
３５…噴口
１００…シリンダヘッド
１０２…シリンダブロック
１０３…ピストン
１０４…吸気弁
１０５…排気弁
１０６…燃料噴射弁
１０７…点火プラグ
１０９…吸気ポート
１１０…燃焼室
１１１…排気ポート
Ｅ１…直上噴射式の筒内噴射エンジン（筒内噴射式火花点火機関）
Ｅ２…サイド噴射式の筒内噴射エンジン（筒内噴射式火花点火機関）
ＤＩＮＪ…噴口部の直径
ＥＣＵ…エンジン制御装置
ＦＦＬ…燃料流れ
ＧＦ…吸気ガス流れ
ＬＦ１…吸気弁上の液膜
ＬＦ２…燃焼室壁面上の液膜
ＭＸ…燃料と空気の混合気
Ｐ…噴霧のペネトレーション
ＳＰ…噴霧
ＳＰＮ…狭角噴霧角の噴霧
ＳＰＷ…広角噴霧角の噴霧
θ…噴霧角
θmin…狭角側噴霧角
θmax…広角側噴霧角
【図１】
2010209710.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010209710.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2010209710.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2010209710.tif 000018
【図１７】
2010209710.tif 000019
【図１８】
2010209710.tif 000020
【図１９】
2010209710.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2010209710.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
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