(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダとピストンにより区画形成される燃焼室と、前記シリンダ内に吸気を供給するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記シリンダ内のガスを排気するための排気ポートを開閉する排気弁と、前記吸気弁と排気弁のうち吸気弁のみ或いは吸気弁と排気弁の両方の開閉時期を変化させる開閉時期可変手段と、前記吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、前記燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、を備えた圧縮点火式内燃機関において、
前記ポート噴射弁からのみ燃料を噴射したときにノッキングが生じない最大噴射量を基準噴射量とし、これに対応する負荷量を基準負荷量と設定して、前記基準負荷量以下の負荷域では、必要とされる噴射量の全量の燃料がピストンの上死点以降の吸気行程中にポート噴射弁から噴射され、且つ、負荷が小さくなるほど吸気弁と排気弁の開弁重合期間が大きくなるように前記開閉時期可変手段が制御されることを特徴とする圧縮点火式内燃機関。
【請求項２】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダとピストンにより区画形成される燃焼室と、前記シリンダ内に吸気を供給するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記シリンダ内のガスを排気するための排気ポートを開閉する排気弁と、前記吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、前記燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、を備えた圧縮点火式内燃機関において、
前記ポート噴射弁からのみ燃料を噴射したときにノッキングが生じない最大噴射量を基準噴射量とし、これに対応する負荷量を基準負荷量と設定して、前記基準負荷量を越える負荷域では、必要とされる噴射量のうち前記基準噴射量分の燃料はポート噴射弁から噴射され、必要とされる噴射量のうち基準噴射量では不足する量の燃料は筒内噴射弁から圧縮上死点前に噴射されることを特徴とする圧縮点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予混合気を高圧縮化して圧縮点火させる圧縮点火式内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮点火式内燃機関の一つである予混合圧縮点火ガソリン機関は、高効率とクリーン化を同時に実現する機関の一候補として注目されている。予混合圧縮点火ガソリン機関では、従来の火花点火ガソリン機関と同様にガソリンを吸気ポートに噴射して完全予混合気をシリンダ内に導入し、ディーゼルエンジン並の高圧縮比に圧縮することにより、点火栓を用いることなく圧縮自着火させている。
【０００３】
文献（自動車技術会の「学術講演会前刷集９５１  １９９５−５」）によれば、予混合圧縮点火ガソリン機関では、空燃比が所定の範囲（例えば３４〜４４）で安定した予混合気の圧縮点火燃焼が得られ、ディーゼル機関並の低燃費と、ディーゼル機関の十分の一未満の低ＮＯｘレベルを達成することができるとしている。また、シリンダ内におけるＮＯｘ生成は均一混合気の方が層状吸気よりも大幅にＮＯｘ濃度を低減できるとされている。
【０００４】
しかしながら、空燃比が前記所定範囲よりもリーン側では点火不良を生じ易くなり、リッチ側ではノッキングが発生し易くなるため、安定した燃焼の運転域が狭い範囲に制限されるという問題があった。
【０００５】
リーン側で点火不良が生じる原因は、ガソリンの自着火温度が軽油に比べて高いためである。そこで、吸気加熱により吸気温度を高め安定燃焼域のリーン限界を拡大することも考えられたが、そうするとリーン限界の拡大は達成されるものの、安定燃焼域のリッチ限界がリーン側に移動して中負荷域でノッキングが発生し易くなり、安定燃焼域を拡大させるには至らなかった。又、吸気加熱による体積効率の低下で出力も低下するという問題も生じた。
【０００６】
そこで、特開平７−３３２１４０号公報では、吸気ポートに燃料を噴射するためのポート噴射弁と、筒内に燃料を直接噴射するための筒内噴射弁とを装備し、吸気ポート噴射と筒内直接噴射とを組み合わせて燃料を噴射することによって、安定燃焼域の拡大を図った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に開示された技術では、筒内噴射弁の作動タイミングを圧縮上死点前のクランク角度で８〜３０度（以下、クランク角度を゜ＣＡを略記する）とし、且つ筒内噴射弁から筒内に直接噴射される燃料噴射量（以下、筒内噴射量と称す）Ｑｄを全負荷時の総噴射量の１５〜２５％としている。ここで総噴射量Ｑとは、ポート噴射弁から吸気ポートへ噴射される燃料噴射量（以下、ポート噴射量と称す）Ｑｐと筒内噴射量Ｑｄの和である。
【０００８】
ところで全負荷時の総噴射量の１５〜２５％とした筒内噴射量Ｑｄは、エンジンの無負荷時の噴射量に相当するので、軽負荷側ではポート噴射量Ｑｐは少なく、燃料の殆どが筒内噴射弁から筒内噴射されることとなり、その結果、実際の燃焼は筒内直接噴射による成層燃焼と類似するようになるため、予混合圧縮点火ガソリン機関の大きな利点である排気のクリーン化、即ち低ＮＯｘレベル（ディーゼルエンジンの十分の一以下）の実現が難しくなる。
【０００９】
また、前記公報に開示された技術においては、全負荷時における燃料のポート噴射量Ｑｐは総噴射量の７５〜８５％と多いため、一旦自着火するとノッキングが発生し易い。
【００１０】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、軽負荷側では負荷が小さいほどシリンダ内の排気の再吸入（いわゆる内部ＥＧＲ）を多くして吸気加熱を大として着火不良が生じないようにし、これにより軽負荷側の安定燃焼域を拡大することにある。
【００１１】
また、本発明が解決しようとする別の課題は、高負荷側での筒内噴射燃料量を少なくしてノッキングが生じないようにし、これにより高負荷側の安定燃焼域を拡大することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
（１）  本発明は、シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダとピストンにより区画形成される燃焼室と、前記シリンダ内に吸気を供給するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記シリンダ内のガスを排気するための排気ポートを開閉する排気弁と、前記吸気弁と排気弁のうち吸気弁のみ或いは吸気弁と排気弁の両方の開閉時期を変化させる開閉時期可変手段と、前記吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、前記燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、を備えた圧縮点火式内燃機関において、前記ポート噴射弁からのみ燃料を噴射したときにノッキングが生じない最大噴射量を基準噴射量とし、これに対応する負荷量を基準負荷量と設定して、前記基準負荷量以下の負荷域では、必要とされる噴射量の全量の燃料がピストンの上死点以降の吸気行程中にポート噴射弁から噴射され、且つ、負荷が小さくなるほど吸気弁と排気弁の開弁重合期間が大きくなるように前記開閉時期可変手段が制御されることを特徴とする圧縮点火式内燃機関である。
【００１３】
ポート噴射弁から噴射される燃料量はノッキングが発生する燃料量以下であるので、ポート噴射燃料が自着火してもノッキングは生じない。負荷が小さくなればなるほど吸気弁と排気弁の開弁重合期間が大きくなるので、負荷が小さくなればなるほどシリンダ内の排気の再吸入（いわゆる内部ＥＧＲ）が多くなり、吸気がより高く加熱され、圧縮開始前のシリンダ内のガス温上昇により、軽負荷でも燃料は確実に自着火する。
【００１４】
また、ポート噴射弁からの燃料噴射はピストンの上死点以降に実行されるが、これは即ち実質的な吸気行程に入ってから実行されるということであり、ポート噴射された燃料が内部ＥＧＲガスにより吸気ポートを逆流するのを阻止することができ、燃料は確実にシリンダ内に吸入され新気と混合されて均一予混合気となる。
【００１５】
前記開閉時期可変手段は、吸気弁のみの開閉時期を可変するものであってもよいし、吸気弁と排気弁の両方の開閉時期を可変するものであってもよく、要は吸気弁と排気弁の開弁重合期間を可変することができればよい。
【００１６】
（２）  また、本発明は、シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダとピストンにより区画形成される燃焼室と、前記シリンダ内に吸気を供給するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記シリンダ内のガスを排気するための排気ポートを開閉する排気弁と、前記吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、前記燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、を備えた圧縮点火式内燃機関において、前記ポート噴射弁からのみ燃料を噴射したときにノッキングが生じない最大噴射量を基準噴射量とし、これに対応する負荷量を基準負荷量と設定して、前記基準負荷量を越える負荷域では、必要とされる噴射量のうち前記基準噴射量分の燃料はポート噴射弁から噴射され、必要とされる噴射量のうち基準噴射量では不足する量の燃料は筒内噴射弁から圧縮上死点前に噴射されることを特徴とする圧縮点火式内燃機関である。
【００１７】
ポート噴射弁から噴射された燃料量はノッキングが発生する燃料量以下であるので、ポート噴射燃料が自着火してもノッキングは生じない。筒内噴射弁から噴射された筒内噴射燃料は圧縮上死点付近で蒸発し、ポート噴射燃料を含む予混合気を冷却しながらこの予混合気と混合して可燃空燃比の混合気になる。燃料の燃焼過程は、初めにポート噴射燃料を含む予混合気が自着火し、その燃焼ガスにより筒内噴射燃料が着火し拡散燃焼していく。筒内噴射燃料が拡散燃焼するときにはピストンは下降中であるのでシリンダ内の圧力上昇は小さく、等温燃焼が持続するのでこの時にもノッキングが生じることはない。
【００１８】
前記（１）及び（２）の発明においては、ピストン頂部にキャビティを設けこのキャビティ内を燃焼室としてもよいし、ピストン頂部は平坦面にしてシリンダヘッドの頂部に設けた凹所を燃焼室としてもよい。
【００１９】
また、前記（１）及び（２）の発明において、燃料はガソリンに限定されるものではなく、排気の後処理装置の適用が容易な低セタン価の軽質燃料とすることも可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧縮点火式内燃機関の一実施の形態を図１から図７の図面に基いて説明する。
【００２１】
図１は圧縮点火式内燃機関としての圧縮点火式４サイクルガソリンエンジンの断面図である。このエンジン１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３からなるシリンダ４と、このシリンダ４内を軸線方向へ往復摺動可能で且つ周方向へ回動不能なピストン５とを備えている。ピストン５はコンロッド（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）を回転せしめる。
【００２２】
シリンダヘッド３には、シリンダ４内に吸気を供給するための吸気ポート６と、シリンダ４内のガスを排気するための排気ポート７が設けられている。吸気ポート６はスワールを発生させることができる所謂スワールポートで構成されている。尚、スワールポートとする替わりにスワール制御弁を設けてスワールを発生させるようにしてもよい。吸気系には火花点火式ガソリンエンジンで装備しているような絞り弁は設けられていない。
【００２３】
吸気ポート６はシリンダヘッド３の内側頂面で開口して吸気口を形成し、この吸気口は吸気弁８によって開閉制御されるようになっている。排気ポート７はシリンダヘッド３の内側頂面で開口して排気口を形成し、この排気口は排気弁９によって開閉制御されるようになっている。これら吸気弁８と排気弁９はシリンダヘッド３との間に設置されたバルブスプリング１０によって閉弁方向（ピストン５から離間する方向）に付勢されており、バルブスプリングに抗してピストン５に接近する方向に移動せしめられることにより開弁するようになっていて、カム１１等からなる弁駆動機構によって開閉駆動される。尚、図１では排気弁９用のバルブスプリング及びカム機構は図示を省略している。
【００２４】
ピストン５の頂部にはキャビティ１３が形成されており、このキャビティ１３はピストン５が上死点に位置した時に燃焼室１４を形成する。キャビティ１３は、ピストン５が上死点に位置しているときに吸気弁８が開弁しても干渉しないように、ピストン５の中心から偏心して配設されている。
【００２５】
また、シリンダヘッド３には、吸気ポート６に噴孔を臨ませて吸気ポート６内に燃料を噴射するポート噴射弁１５と、燃焼室１４に噴孔を臨ませて筒内である燃焼室１４に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１６とが設置されている。
【００２６】
ポート噴射弁１５は低圧の吸気ポート６内に燃料を噴射するものであるから低圧燃料噴射弁を用いることができ、例えば、０．１５〜１ＭＰａの範囲の低圧で噴射する噴射弁でよい。一方、筒内噴射弁１６はピストン５が上死点近傍に位置しているときに高圧の燃料室１４内に燃料を噴射させるものであるから高圧燃料噴射弁を用いる必要があり、例えば、エンジンの圧縮比が１４〜２０であれば１０〜３０ＭＰａの範囲の高圧で噴射する噴射弁を採用する。
【００２７】
また、ポート噴射弁１５の燃料噴射時期は吸気行程においてピストン５の上死点以降に設定されており、筒内噴射弁１６の燃料噴射時期はピストン５の圧縮上死点前に設定されている。
【００２８】
ところで、前記吸気弁８は、その開閉時期をエンジン１の運転条件に応じて変えることができるようになっている。以下、吸気弁８の開閉時期を可変にする開閉時期可変手段１２の一例を図２を参照して説明する。
【００２９】
吸気弁８駆動用のカム１１は、シリンダヘッド３に回転自在に支持された吸気カムシャフト２０に固定されている。吸気カムシャフト２０は、タイミングベルト２３を介して図示しないクランクシャフトにより回転駆動されるプーリ２１に連繋されている。このプーリ２１と吸気カムシャフト２０は同期回転するように連結されるとともに、互いに位相を変更することができるように連結されている。
【００３０】
詳述すると、吸気カム２０の端部はプーリ２１の内部に回転可能に内装されており、吸気カム２０の端部外側であってプーリ２１との間には筒状のプランジャ２２が軸線方向に移動可能に介装されている。
【００３１】
また、プランジャ２２の外周面とプーリ２１の内周面のそれぞれには、互いに噛合して軸線方向へ相対摺動可能なヘリカルスプライン２２ａ（プーリ２１のヘリカルスプラインについての符号は省略する）が形成されている。これらヘリカルスプラインの噛み合いにより、プーリ２１の回転駆動力がプランジャ２２へ伝達される。
【００３２】
さらに、吸気カムシャフト２０の外周面とプランジャ２２の内周面のそれぞれにも、互いに噛合して軸線方向へ相対摺動可能なヘリカルスプライン２０ａ（プランジャ２２のヘリカルスプラインについての符号は省略する）が形成されている。これらのヘリカルスプラインの噛み合いにより、プランジャ２２の回転駆動力が吸気カムシャフト２０に伝達される。
【００３３】
即ち、プーリ２１とプランジャ２２のヘリカルスプラインの噛み合いと、プランジャ２２と吸気カムシャフト２０のヘリカルスプラインの噛み合いにより、プーリ２１の回転駆動力がプランジャ２２を介して吸気カムシャフト２０に伝達される。
【００３４】
さらに、プランジャ２２を挟んで軸線方向両側にはそれぞれ圧力室（図示せず）が設けられており、各圧力室に油圧を供給したり遮断したりする油圧回路（図示せず）が設けられている。
【００３５】
そして、各圧力室に印加される油圧力を制御することによって、プランジャ２２を所定の範囲で軸線方向に移動させることができるようになっている。このプランジャ２２が軸線方向へ移動する際には、プーリ２１と噛み合うヘリカルスプラインに沿って回転しながら移動するとともに、吸気カムシャフト２０と噛み合うヘリカルスプラインに沿って回転しながら移動する。
【００３６】
したがって、プランジャ２２をプーリ２１に対して軸線方向に移動させることにより、プーリ２１と吸気カムシャフト２０の位相を所定の範囲で無段階に連続的に変更することができるようになっている。さらに、プランジャ２２を所定の位置に移動させた後に油圧回路を遮断することによって前記両圧力室内の油圧力を保持し、プランジャ２２を移動不能にして、プーリ２１と吸気カムシャフト２０との位相を所定に保持することができるようになっている。
【００３７】
即ち、開閉時期制御手段１２により吸気弁８の開閉タイミングを所望に変更することができるのである。尚、排気弁９についても吸気弁８の開閉時期制御手段１２と同じ形式の開閉時期制御手段により開閉タイミングを所望に変更することができる。
【００３８】
次に、このエンジン１の作用について説明する。
初めに、このエンジン１について予め実際に運転して、ポート噴射弁１５からのみ燃料を噴射したときにノッキングを発生させない最大燃料噴射量を求め、この噴射量を基準噴射量Ｑｂとし、これに対応する負荷量を基準負荷量Ｈｂと設定する。
【００３９】
そして、以下の説明では、図３に示すように、基準負荷量Ｈｂ以下の負荷域を軽負荷域とし、基準負荷量Ｈｂを超える負荷域を高負荷域と定義する。
このエンジン１では、軽負荷域ではその負荷に応じて必要とされる噴射量Ｑｑの全量の燃料がポート噴射弁１５から噴射され、高負荷域ではその負荷に応じて必要とされる噴射量Ｑｑのうちの基準噴射量Ｑｂ分の燃料はポート噴射弁１５から噴射され、残りの量Ｑｄ（Ｑｄ＝Ｑｑ−Ｑｂ）の燃料は筒内噴射弁１６から噴射されるように、燃料噴射制御が行われる。尚、負荷量（負荷の大きさ）はアクセル開度とエンジン回転速度から求めるものとする。
【００４０】
更に、このエンジン１では開閉時期制御手段１２によって、基準負荷量Ｈｂ及び高負荷域では、吸気弁８の開弁時期が常に最遅角（図４において実線で示す）に設定され、低負荷域では、負荷が少なくなるにしたがって吸気弁の開弁時期が進角側に漸次無段階に移行するように制御される。即ち、軽負荷域では、図５に示すように、負荷が少なくなればなるほど吸気弁８と排気弁９の開弁重合期間が大きくなるように制御され、吸気弁８の早閉じにより実質上の圧縮比も上昇する。
【００４１】
以下、このエンジン１における燃焼過程を軽負荷域と高負荷域に分けて説明する。
（１）軽負荷域
吸気行程においてはピストン５の上死点前後にかけて吸気弁８と排気弁９の開弁重合期間があり、ピストン５が上死点に達する前の開弁重合期間にシリンダ４内に残留する高温の排気が吸気ポート６内に逆流し、ピストン５の上死点以降にシリンダ４内への実質的な吸気が行われるようになったときに、吸気ポート６内に逆流した前記排気が再度シリンダ４内に吸入される（以下、この排気のシリンダ４内への再吸入を内部ＥＧＲという）。この内部ＥＧＲのシリンダ４内への吸入は当然の事ながら新気が吸入される前に行われることとなる。
【００４２】
軽負荷域においては、負荷が少ないほど開弁重合期間が大きいので、負荷が少ないほど内部ＥＧＲ量は多くなる。そして、この内部ＥＧＲの熱量は吸気加熱に供されるので、負荷が少ないほど吸気温度が高くなり、圧縮開始前の燃焼室１４内のガス温度が高くなる。更に、吸気弁８の早閉じにより実質上の圧縮比も上昇するので、圧縮終点におけるシリンダ４内のガス温が高くなる。
【００４３】
また、軽負荷域では、その時の負荷に応じて必要とされる噴射量Ｑｂの全量がポート噴射弁１５から噴射されて、筒内噴射弁９からは燃料は噴射されない。
ポート噴射弁１５の燃料噴射時期は吸気行程においてピストン５の上死点以降に設定されており、これはシリンダ４内への実質的な吸気が行われるようになった後に他ならないので、ポート噴射弁１５から噴射された燃料は吸気ポート８内を逆流することなく確実にシリンダ４内に吸入される。
【００４４】
又、シリンダ４内へは初めに内部ＥＧＲが吸入され、次に新気が吸入されるが、その際、吸気ポート６がスワールポートで構成されていることによって、内部ＥＧＲも新気も旋回流となってそれぞれ成層化された状態で吸入されることとなり、内部ＥＧＲと新気とがシリンダ４内で完全混合されることはない。
【００４５】
そして、ポート噴射弁１５の燃料噴射時期を内部ＥＧＲがシリンダ４内に吸入された後の新気吸入時に合わせることにより、ポート噴射弁１５から噴射された燃料は新気と共に均一に予混合されて、シリンダ４内では内部ＥＧＲの上部に均一予混合気として層状化して存在することとなる。
【００４６】
即ち、新気と共に吸入される燃料はシリンダ４内に吸入された後においてもなおその周りには多くの酸素が存在することとなる。そして、内部ＥＧＲによって新気が加熱されていることと相俟って、シリンダ４内は極めて自着火し易い雰囲気になる。
【００４７】
したがって、その後に圧縮行程に移って燃焼室１４内が所定に圧縮されると、燃料は確実に自着火する。これにより、このエンジン１では、従来の圧縮点火ガソリンエンジンよりも軽負荷側の安定燃焼域が拡大する。
【００４８】
尚、上述説明では、燃料の大部分が新気と予混合され燃料の周りが酸素十分の雰囲気であることを前提としており、酸素十分による点火性向上に着目し、内部ＥＧＲと新気の成層化をスワールにより実現させている。
【００４９】
しかしながら、吸気温度上昇に起因する点火性向上に着目した場合には、スワールによって内部ＥＧＲと新気を成層化するよりも、内部ＥＧＲと新気とをシリンダ４内で完全混合した方がよいという考え方もある。そこで、吸気にタンブルを発生させて内部ＥＧＲと新気と燃料を完全混合させて、新気も加熱することも可能である。このようにタンブルを発生させた場合には、スワールを発生させた場合に比較すると、燃料周りの酸素濃度としては低くなるものの、燃料周りの吸気温度は上昇するので、燃料の自着火性については従来の圧縮点火ガソリンエンジンよりも向上する。
【００５０】
尚、軽負荷域においては、負荷が大きくなるほど内部ＥＧＲが少なくなり吸気に対する加熱の程度も小さくなるので、基準負荷量Ｈｂに近づいてもノッキングは生じない。
【００５１】
（２）高負荷域
高負荷域においては、吸気行程で吸気弁８と排気弁９の開弁重合期間があるものの吸気弁８の開弁時期が最遅角に設定されていて開弁重合期間が極めて小さいので、内部ＥＧＲは殆どなく、したがって、吸気加熱は殆ど行われない。
【００５２】
高負荷域ではその負荷に応じて必要とされる噴射量Ｑｑのうちの基準噴射量Ｑｂ分の燃料がポート噴射弁１５から噴射され、残りの量Ｑｄ（Ｑｄ＝Ｑｑ−Ｑｂ）の燃料が筒内噴射弁１６から噴射される。燃料噴射時期については、前述したように、ポート噴射弁１５からは吸気行程においてピストン５の上死点以降であり、筒内噴射弁１６からは圧縮上死点前に設定されている。
【００５３】
したがって、初めに、吸気行程におけるピストン５の上死点以降でポート噴射弁１５から燃料が噴射され、シリンダ４内で新気と均一予混合気となる。
一方、筒内噴射弁１６からは圧縮上死点前にピストン１５のキャビティ１３に向けて燃料が噴射されるが、この燃料噴射時期はポート噴射弁１５から噴射された燃料が自着火する前であり、したがって、筒内噴射弁１６から噴射された燃料は圧縮上死点付近で蒸発し、その気化潜熱により、既にシリンダ４内に吸入されている前記予混合気が冷却される。これとともに、筒内噴射された燃料は予混合気と混合されて可燃空燃比となる。
【００５４】
そして、圧縮行程において圧縮上死点近傍で燃焼室１４内が所定に圧縮されると予混合気が燃焼室１４内で自着火し、その燃焼ガスによって前記筒内噴射された燃料が上死点以降で着火し、拡散燃焼していく。尚、ポート噴射弁１５からの噴射量は基準噴射量Ｑｂであるので、ポート噴射された燃料が自着火する際にノッキングが発生することはない。また、筒内噴射された燃料が拡散燃焼していく時は既にピストン５が下降中であるので、シリンダ４内の圧力上昇は小さく、等温燃焼が持続するのでノッキングは回避される。
【００５５】
したがって、このエンジン１では高負荷域においてもノッキングを回避することができ、従来の圧縮点火ガソリンエンジンよりも高負荷側の安定燃焼域を拡大することができる。
【００５６】
以上のように、この圧縮点火式ガソリンエンジン１では、低負荷側の安定燃焼域が拡大され、且つ、低負荷域では均一予混合燃焼が行われて排気の低ＮＯｘ化を実現することができる。したがって、排気浄化システムにはＮＯｘ浄化率の低い触媒コンバータを用いることができ、これは、軽負荷から中負荷を実用負荷域とする大排気量エンジンに本発明を適用した場合に特に有効である。
【００５７】
また、エンジンの実用上の使用域の大半である軽負荷域をポート噴射でまかなっており、エンジン使用域の全域でみても筒内噴射燃料量が少なく、且つ、その噴射時期は圧縮上死点近傍のため、燃料によるエンジンオイルの希釈が殆ど生じない。
【００５８】
尚、本発明を実施するにあたっては、圧縮比や、ポート噴射弁１５の燃料噴射時期や、筒内噴射弁１６の燃料噴射時期や、吸気弁８及び排気弁９の開閉時期について、実験的に最適値を求め、これを適用する。
【００５９】
＜他の実施の形態＞
前記実施の形態では、吸気弁８のみの開閉時期を変化させることにより吸気弁８と排気弁９の開弁重合期間を変化させているが、図６に示すように吸気弁８と排気弁９の両方の開閉時期を変えることによって開弁重合期間を変化させるようにしてもよい。尚、排気弁９の開閉時期を変える手段は前述の吸気弁８の開閉時期可変手段と同様に構成することができる。
【００６０】
また、排気弁９の開閉時期可変手段を備えた場合には、エンジン水温の低い暖気運転時に、図７に示すようにエンジン水温が低くなるにしたがって排気弁の開弁時期を漸次早めるようにすることによって、エンジン水温が低いほど吸気加熱効果を高めて、ポート噴射された燃料の自着火性を向上させることができる。これは、排気弁９の開弁時期を早めると、シリンダ４内の燃焼ガスが十分に膨張する前に排気されるようになり膨張比が小さくなるので、暖気後よりも高温高圧の内部ＥＧＲを得ることができることによる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ポート噴射弁からのみ燃料を噴射したときにノッキングが生じない最大噴射量を基準噴射量とし、これに対応する負荷量を基準負荷量と設定して、前記基準負荷量以下の負荷域では、必要とされる噴射量の全量の燃料をピストンの上死点以降の吸気行程中にポート噴射弁から噴射し、且つ、負荷が小さくなるほど吸気弁と排気弁の開弁重合期間が大きくなるように開閉時期可変手段を制御したことにより、負荷が小さいほど内部ＥＧＲ量が多くなって吸気加熱効果が大となり、軽負荷域における自着火性が向上し、軽負荷側の安定燃焼域を従来よりも拡大することができる。
【００６２】
また、低負荷域ではポート噴射による均一予混合燃焼が行われるので、排気の低ＮＯｘ化を実現することができ、したがって、排気浄化システムにＮＯｘ浄化率の低い触媒コンバータを用いることができる。
【００６３】
また、ポート噴射弁からのみ燃料を噴射したときにノッキングが生じない最大噴射量を基準噴射量とし、これに対応する負荷量を基準負荷量と設定して、前記基準負荷量を越える負荷域では、必要とされる噴射量のうち前記基準噴射量分の燃料をポート噴射弁から噴射し、必要とされる噴射量のうち基準噴射量では不足する量の燃料を筒内噴射弁から圧縮上死点前に噴射することによって、高負荷域におけるノッキングの発生を回避することができ、高負荷側の安定燃焼域を従来よりも拡大することができる。また、筒内噴射燃料量を少なくすることができるので、燃料による潤滑オイルの希釈を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧縮着火式内燃機関の一実施の形態における断面図である。
【図２】本発明の圧縮着火式内燃機関に用いられる開閉時期可変手段の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の圧縮着火式内燃機関における燃料噴射マップの一例である。
【図４】本発明の圧縮着火式内燃機関における吸排気弁の開閉時期の一例を示す図である。
【図５】本発明の圧縮着火式内燃機関における吸排気弁の開弁重合期間の変化の一例を示す図である。
【図６】本発明の圧縮着火式内燃機関における吸排気弁の開閉時期の他の例を示す図である。
【図７】本発明の圧縮着火式内燃機関において、エンジン水温により排気弁の開弁時期を変化させる場合の開弁時期変化図である。
【符号の説明】
１  圧縮点火式ガソリンエンジン（圧縮点火式内燃機関）
４  シリンダ
５  ピストン
６  吸気ポート
７  排気ポート
８  吸気弁
９  排気弁
１２  開閉時期可変手段
１４  燃焼室
１５  ポート噴射弁
１６  筒内噴射弁
【図１】
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【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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