(57)【要約】      （修正有）【課題】多噴口型インジェクタを燃焼室周縁部に配置して、噴口から燃料を点火プラグ近傍に向けて噴射するようにした直噴エンジンにおいて、冷機時の気筒壁面への燃料付着を十分に軽減し、且つ燃料噴霧全体の気化を十分に促進して、燃焼悪化によるＨＣやスモークの増大を抑制する。【解決手段】点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧エリアが、平面視で２つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧が噴出する上側の３つの噴口の向きを設定する。ＥＣＵには、冷機時に気筒の吸気行程前半で燃料噴射を開始する燃料噴射制御部と、冷機時に燃料噴霧の貫徹力が弱まるように燃圧を低下する燃圧制御部と、冷機時に流動制御弁を閉じて吸気弁周りの吸気の流速分布を変更する吸気流動制御部とを備え、吸気弁のカーテンエリアからの高速の吸気流が、点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧に直接、且つ効果的に吹き当たるようにする。【選択図】図１
2006274945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタが、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を噴射するように配設されている火花点火式直噴エンジンであって、
前記気筒の中心線に沿って見て、前記噴口の設けられているインジェクタの先端部が、隣り合う２つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置するとともに、そこから燃焼室中央寄りの点火プラグ近傍に向かって噴射される燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが前記２つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧の噴出する噴口の向きが設定され、
前記２つの吸気弁のうち、少なくとも一方の吸気弁と吸気通路の開口部との間の環状隙間部から燃焼室に流入する吸気の流れを、その流速分布が前記環状隙間部の少なくとも周方向に変化するように調整する吸気流調整手段と、
前記インジェクタによる燃料噴射圧を調整する燃圧調整手段と、
冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記燃料噴射圧が低くなるように、少なくともエンジン温度に基づいて前記燃圧調整手段を制御する燃圧制御手段と、
冷機時に前記少なくとも一方の吸気弁の周りの吸気の流速分布において相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かって移動するように、前記吸気流調整手段を制御する吸気流制御手段と、を備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項２】
請求項１の火花点火式直噴エンジンにおいて、
気筒内の燃焼室にそれぞれ連通する２つの吸気通路が互いに並んで延びるように設けられ、
吸気流調整手段は、前記２つの吸気通路のうちの少なくとも一方に配設された絞り弁を備え、
前記絞り弁は、吸気の流れを絞ったときにその流れを他方の吸気通路寄りに片寄らせるように構成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項３】
請求項２の火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気流調整手段は、一方の吸気通路に配設された絞り弁と、他方の吸気通路を開閉する開閉弁とを備え、前記絞り弁により一方の吸気通路の吸気の流れを絞るときに、前記開閉弁により他方の吸気通路を閉ざすように構成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つの火花点火式直噴エンジンにおいて、
冷機時に気筒の吸気行程前半で燃料の噴射が始まるようにインジェクタを制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項５】
請求項４の火花点火式直噴エンジンにおいて、
燃料噴射制御手段は、冷機時に気筒の吸気行程の１／５が経過してから１／２が経過するまでの間に燃料噴射が始まるように、インジェクタを制御するものであることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項６】
複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタが、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を噴射するように配設されている火花点火式直噴エンジンであって、
前記気筒の中心線に沿って見て、前記噴口の設けられているインジェクタの先端部が、隣り合う２つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置するとともに、そこから排気弁側に向かって噴射される燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが前記２つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧の噴出する噴口の向きが設定され、
前記インジェクタによる燃料噴射圧を調整する燃圧調整手段と、
前記吸気弁及び排気弁のオーバーラップ期間を変更する動弁時期変更手段と、
冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記燃料噴射圧が低くなるように、少なくともエンジン温度に基づいて前記燃圧調整手段を制御する燃圧制御手段と、
冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記オーバーラップ期間が長くなるように、少なくともエンジン温度に基づいて前記動弁時期変更手段を制御する動弁時期制御手段と、
冷機時に前記インジェクタによる燃料の噴射が前記オーバーラップ期間に始まるように、該インジェクタを制御する燃料噴射制御手段と、を備えることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項７】
請求項６の火花点火式直噴エンジンにおいて、
動弁時期制御手段は、冷機時に吸気弁の開作動時期が進角するように動弁時期変更手段を制御するものであり、
燃料噴射制御手段は、冷機時に気筒の吸気上死点前で燃料噴射が始まるようにインジェクタを制御するものであることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に燃料を直接、噴射して、点火プラグにより点火するようにした火花点火式直噴エンジンに関し、特に、そうして気筒内に噴射した燃料の混合気形成に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の直噴エンジンでは、気筒内の燃焼室に燃料を高圧で直接、噴射することから、この燃焼室に均一な混合気を形成することが難しいとされている。そのため、一般に直噴エンジンでは、気筒内に吸入される空気の流動（スワールやタンブル）を利用して、この吸気と燃料噴霧との混合や燃料液滴の気化を促進するようにしているが、それだけでは不十分なことが多い。
【０００３】
すなわち、例えば、燃焼室に向かってその周縁部に配置したインジェクタにより燃料を噴射する場合は、このインジェクタの噴口と対向する気筒壁面との間の距離が比較的短いことから、噴射された燃料の一部が液滴のまま気筒壁面に付着することも多く、こうして気筒壁面に付着した燃料の気化が遅れたり、或いは不十分になることによって、局所的に過濃な混合気が形成されてしまい、このことが混合気の不均一化を招く一因となる。
【０００４】
特にエンジンの冷機時には気筒壁面の温度が低いので、そこに付着した燃料液滴の気化の遅れが大きくなり、前記のような混合気の不均一度合いが大きくなりやすい。また、そうして気筒壁面に付着した燃料液滴の一部が気化することなくエンジンオイルに混入すると、いわゆるオイル希釈などの弊害を引き起こすことになる。
【０００５】
この点について、例えば特許文献１に開示される直噴エンジンでは、インジェクタからの燃料の噴射方向をピストンの頂面に向かうよう下向きに偏向させて、燃料噴霧が直接、気筒壁面に到達しないようにした上で、さらに、エンジンの冷機時には燃料噴射圧を低下させ、燃料噴霧の貫徹力を弱めることによって、前記ピストン頂面で跳ね返った燃料の気筒壁面への付着も阻止するようにしている。
【０００６】
ところで、前記のような従来の直噴エンジンに用いられるインジェクタは、一般的に、単一の噴口から燃料を旋回流として噴射させて略円錐状の燃料噴霧を形成するスワーラ型のものであり、燃料噴霧の広がり角が気筒内圧に応じて変化することから、気筒の圧縮行程で燃料を噴射するときには混合気を点火プラグ周りに集めて成層化させ易く、また、吸気行程で噴射するときには燃料を気筒内全体に広く分散させ易いという特長を有する。
【０００７】
その一方で、スワーラ型のインジェクタでは、単一の噴口径をあまり小さくすることができないので、ここから噴出する燃料の液滴もあまり小さくはできず、噴射圧を高くして燃料の分裂を促すようにしても、その微粒化を十分には図れないという難がある。そこで、近年、例えば特許文献２に開示されるように、インジェクタの先端部に非常に小さな噴口を複数、設けて、この複数の噴口からそれぞれ燃料を噴出させるようにした多噴口型のインジェクタが開発されている。
【０００８】
前記特許文献２のエンジンでは、複数の噴口の向きを個別に設定できるという多噴口型インジェクタの特徴を生かして、燃焼室周縁部に配設したインジェクタの大半の噴口から下方のピストン頂面に向かって燃料を噴射するとともに、例えば２個の噴口からの燃料噴霧は点火プラグに向けて、この点火プラグ近傍に可燃混合気がより確実に形成されるようにして、着火安定性を向上させている。また、同文献には、特に燃料の微粒化が必要とされる冷間においては燃料噴射圧を高めるのがよい、という知見が開示されている。
【特許文献１】特開平９−６８０７２号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、前記のような多噴口型インジェクタを採用した場合は、上述の如く微小な噴口から燃料を噴射するために、スワーラ型のものに比べて通常、燃料噴射圧を高くする必要があり、このことで燃料噴霧の貫徹力が相対的に強くなる傾向にある。このため、前記後者の従来例（特許文献２）のようにエンジン冷機時に燃料噴射圧を高めると、各噴口からの燃料噴霧の貫徹力がかなり強くなってしまい、特に点火プラグ近傍に向けた燃料噴霧においては液滴のままで気筒壁面に到達する燃料の量が多くなるる。
【００１０】
そうして液滴のままで気筒壁面に到達しても、多噴口型インジェクタの燃料噴霧は十分に微粒化されているので、冷機時であっても殆どは点火までの間に気化することになり、そのままエンジンオイルに混入する可能性は低いが、そうして気筒壁面に付着した燃料の気化が相対的に遅くなることは避けられず、これにより局所的に濃度が高くなった混合気の過濃部分が燃焼することにより、煤が生成されて、いわゆるスモークが発生するとともに、その煤がエンジンオイルに混入してその粘度を低下させるという問題（以下、このことを含めてオイル希釈という）も生じる。
【００１１】
さらに、前記のように点火プラグ近傍に向けた燃料噴霧の一部が付着するのは、燃焼室の天井部から周壁部（気筒壁面）との境界付近にかけてであり、通常、この付近には火炎面の伝播しない領域が形成されることになるから、前記のように燃料の気化が不十分になったり、過濃な混合気が形成されたりすると、その結果として排気中のＨＣ濃度がかなり高くなってしまうという問題もある。
【００１２】
一方、前記前者の従来例（特許文献１）では、上述したように燃料の微粒化に難のあるスワーラ型のインジェクタを採用しており、エンジンの冷機時に燃圧を低下させた場合には、これにより燃料噴霧の貫徹力を弱めて、燃料液滴の気筒壁面への付着は阻止できるとしても、その燃圧の低下に起因して燃料噴霧全体で液滴の粒径が大きくなってしまい、冷間であることも相俟って燃料の気化が不十分なものとなる。このことで、燃焼の悪化によるＨＣやスモークの増大という問題を生じる。
【００１３】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インジェクタを気筒の燃焼室周縁部に配設する場合に、燃料の微粒化に優れるが、噴霧の貫徹力は比較的強いという多噴口型のものの特長に着目して、冷機時の気筒壁面への燃料付着を十分に軽減し、且つ燃料噴霧全体の気化を十分に促進して、燃焼悪化によるＨＣやスモークの増大を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本願第１の発明では、エンジンの冷機時に噴射圧を低下させて燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、これに伴い液滴の粒径がやや大きくなる燃料噴霧に対し、吸気弁と吸気ポート開口部との間の環状の隙間（カーテンエリア）を通って燃焼室に流入する高速の吸気流を直接、且つ効果的に吹き当てることによって、その燃料液滴の気化を促進するようにした。
【００１５】
具体的に、請求項１の発明では、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタが、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を噴射するように配設されている火花点火式直噴エンジンを対象とし、前記気筒の中心線に沿って見て、前記噴口の設けられているインジェクタの先端部が、隣り合う２つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置するとともに、そこから燃焼室中央寄りの点火プラグ近傍に向かって噴射される燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが前記２つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧の噴出する噴口の向きが設定されているものとする。
【００１６】
そして、前記２つの吸気弁のうち、少なくとも一方の吸気弁と吸気通路の開口部との間の環状隙間部（以下、カーテンエリアともいう）から燃焼室に流入する吸気の流れを、その流速分布が前記環状隙間部の少なくとも周方向に変化するように調整する吸気流調整手段と、前記インジェクタによる燃料噴射圧を調整する燃圧調整手段と、エンジンの冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記燃料噴射圧が低くなるように、少なくともエンジンの温度状態に基づいて前記燃圧調整手段を制御する燃圧制御手段と、エンジンの冷機時には、前記少なくとも一方の吸気弁の周りの吸気の流速分布において相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かって移動するように、前記吸気流調整手段を制御する吸気流制御手段と、を備える構成とする。
【００１７】
前記の構成により、まず、インジェクタの先端部が２つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置し、そこに設けられている複数の噴口のうちの少なくとも１つから点火プラグ近傍に向かって噴射された燃料噴霧は、その幾何学的噴霧エリアが平面視で前記２つの吸気弁の弁軸間に位置するものとなる。ここで、前記幾何学的噴霧エリアとは、仮に燃焼室に吸気などの流動がないとした場合の燃料噴霧の液滴のエリアのことであり、前記のように構成すれば、前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧は、ちょうど２つの吸気弁のカーテンエリアからそれぞれ燃焼室に流入する高速の吸気流が直接、吹き当たるように位置し、これにより燃料の気化が促進されることになる。
【００１８】
そして、エンジンの冷機時には、前記燃圧制御手段により少なくともエンジンの温度状態に基づいて燃圧調整手段が制御され、暖機後と比較して燃料噴射圧が低くなることで、インジェクタの各噴口からそれぞれ噴出する燃料噴霧の貫徹力が弱められる。これにより、前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧においても気筒壁面へ液滴のままで到達する燃料が少なくなって、この燃料の気筒壁面への付着が軽減される。
【００１９】
同時に、前記吸気流制御手段による吸気流調整手段の制御が行われて、少なくとも一方の吸気弁周りでカーテンエリアからの吸気流の流速分布が周方向に変化し、相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かって移動する。すなわち、カーテンエリアから燃焼室に流入する高速の吸気流の中でも、特に前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧に吹き当たる範囲の流速が高められ、これにより燃料の気化がより効果的に促進される。
【００２０】
こうして高速の吸気流により効果的に気化が促進されることで、元来、微粒化に優れた多噴口型インジェクタの燃料噴霧は、前記の如く燃圧の低下によって液滴の粒が大きくなっていても、十分に気化して均一度の高い混合気を形成するようになる。また、こうして気化が促進されて液滴の粒径が小さくなり、その運動量が減少することによっても燃料噴霧の貫徹力は弱まるので、気筒壁面への燃料付着はさらに少なくなる。
【００２１】
斯くして、エンジンの冷機時であっても気筒壁面への燃料の付着を十分に軽減し、このことに起因するＨＣ、スモークの増大やオイル希釈の不具合を抑制できるとともに、燃料噴霧全体の気化を十分に促進して、燃焼の悪化によるＨＣ、スモークの増大も抑制することができる。この結果として、冷機時において従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定可能になるから、燃費低減などの効果も得られる。
【００２２】
上述の構成の火花点火式エンジンにおいて、好ましいのは、前記気筒内の燃焼室にそれぞれ連通する２つの吸気通路が、互いに並んで延びるように設けられている場合に、前記吸気流調整手段を、前記２つの吸気通路のうちの少なくとも一方に配設された絞り弁を備えるものとし、この絞り弁は、吸気の流れを絞ったときにその流れを他方の吸気通路寄りに片寄らせるものとすることである（請求項２の発明）。
【００２３】
そのように絞り弁によって一方の吸気通路を絞り、この吸気通路における吸気の流れを他方の吸気通路寄りに片寄らせれば、この吸気通路からカーテンエリアを通って燃焼室に流入する吸気の流速分布において、相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁側に向かうように移動することになる。また、吸気の流れが絞られることで全体として流速が高くなり、この吸気流による燃料液滴の気化がより効果的に促進される。
【００２４】
その場合に、より好ましいのは、前記吸気流調整手段に、前記のように一方の吸気通路に配設された絞り弁と、他方の吸気通路を開閉する開閉弁とを備え、その絞り弁によって前記一方の吸気通路の吸気の流れを絞るときには、開閉弁によって前記他方の吸気通路を閉ざすようにすることである（請求項３の発明）。
【００２５】
こうすれば、開閉弁により前記他方の吸気通路が閉ざされることで、その分、前記一方の吸気通路における吸気の流量が増えることから、この一方の吸気通路からカーテンエリアを通って燃焼室に流出する吸気の流速が全体としてさらに高くなり、この高速の吸気流によって燃料液滴の気化をより一層、効果的に促進することができる。また、燃焼室に形成されるスワール流によって、燃料液滴の壁面付着を軽減するという作用も得られる。
【００２６】
また、上述の構成の火花点火式エンジンにおいて、好ましいのは、エンジンの冷機時に気筒の吸気行程前半で燃料の噴射が始まるようにインジェクタを制御する燃料噴射制御手段を備えることである（請求項４の発明）。すなわち、吸気行程前半で燃料の噴射を開始するようにすれば、吸気弁のリフト途中でカーテンエリアからの吸気流速が最も高いときに、このカーテンエリアの近傍を点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧が通過することになるから、高速の吸気流による燃料液滴の気化がより一層、効果的に促進される。
【００２７】
より具体的には、前記燃料噴射制御手段は、エンジン冷機時に気筒の吸気行程の１／５が経過してから１／２が経過するまでの間に燃料噴射が始まるように、インジェクタを制御することが好ましい（請求項５の発明）。吸気行程の１／５が経過する以前では燃料の噴射が早過ぎて、カーテンエリアからの吸気流速が十分に高くなる前に燃料噴霧が通過してしまうからである。
【００２８】
次に、本願第２の発明では、エンジンの冷機時に前記第１の発明と同様に噴射圧を低下させるとともに、これにより液滴の粒径がやや大きくなる燃料噴霧に対して高温高圧の既燃ガスを効果的に吹き当てることによって、その燃料液滴の気化を促進するようにした。
【００２９】
具体的に請求項６の発明では、上述した請求項１の発明と同じく、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタが、気筒内の燃焼室にその周縁部から燃料を噴射するように配設されている火花点火式直噴エンジンを対象として、前記気筒の中心線に沿って見て、前記噴口の設けられているインジェクタの先端部が、隣り合う２つの吸気弁間の燃焼室周縁部に位置するとともに、そこから排気弁側に向かって噴射される燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが前記２つの吸気弁の弁軸間に位置するように、この燃料噴霧の噴出する噴口の向きが設定されているものとする。
【００３０】
そして、前記インジェクタによる燃料噴射圧を調整する燃圧調整手段と、前記吸気弁及び排気弁のオーバーラップ期間を変更する動弁時期変更手段と、エンジンの冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記燃料噴射圧が低くなるように、少なくともエンジンの温度状態に基づいて前記燃圧調整手段を制御する燃圧制御手段と、エンジンの冷機時には暖機後の同一運転状態と比較して前記オーバーラップ期間が長くなるように、少なくともエンジンの温度状態に基づいて前記動弁時期変更手段を制御する動弁時期制御手段と、エンジンの冷機時に、前記インジェクタによる燃料の噴射が前記オーバーラップ期間に始まるように、該インジェクタを制御する燃料噴射制御手段と、を備える構成とする。
【００３１】
前記の構成により、まず、上述した請求項１の発明と同様に、エンジンの冷機時には、暖機後に比べて燃料噴射圧が低くされることで、燃料噴霧の貫徹力が弱められて、気筒壁面への燃料付着が軽減される。同時に、前記動弁時期制御手段による動弁時期変更手段の制御が行われ、暖機後に比べて吸気弁及び排気弁のオーバーラップ期間が長くなるとともに、燃料噴射制御手段によるインジェクタの作動制御によって、燃料の噴射が前記オーバーラップ期間に開始されるようになる。
【００３２】
そうしてインジェクタから噴射される燃料噴霧のうち、２つの吸気弁間の燃焼室周縁部から排気弁側に向かうものは、平面視で該２つの吸気弁の弁軸間を通るようになる。すなわち、この燃料噴霧は、前記オーバーラップ期間において燃焼室から吸気側に吸い出される高温高圧の既燃ガスの流れが特に速い部分を通過することになり、これにより十分に気化が促進されるとともに、気化の促進によって噴霧貫徹力が弱くなるという作用も得られる。
【００３３】
斯くして前記請求項１の発明と同様に、エンジンの冷機時であっても気筒壁面への燃料の付着を十分に軽減し、このことに起因するＨＣ、スモークの増大やオイル希釈の不具合を抑制できるとともに、燃料噴霧全体の気化を十分に促進して、燃焼の悪化によるＨＣ、スモークの増大も抑制することができ、この結果として燃費低減などの効果も得られる。
【００３４】
上述の構成の火花点火式エンジンにおいて、好ましいのは、前記動弁時期制御手段を、エンジン冷機時に吸気弁の開作動時期が進角するように動弁時期変更手段を制御するものとし、前記燃料噴射制御手段は、エンジン冷機時に気筒の吸気上死点前で燃料噴射が始まるように、インジェクタを制御するものとすることである（請求項７の発明）。
【００３５】
こうすれば、吸気弁の開作動時期の進角により、オーバーラップ期間に吸気側に向かう既燃ガスをより高温且つより高圧のものとすることができるとともに、吸気上死点前に噴射を開始することで、前記高温高圧の既燃ガスの流れを燃料噴霧に効果的に吹き当てることができる。つまり、前記発明の作用がより効果的なものとなる。
【発明の効果】
【００３６】
以上、説明したように、本願の請求項１〜５の発明に係る火花点火式直噴エンジンによると、多噴口型のインジェクタを気筒の燃焼室周縁部に配置して、少なくとも１つの燃料噴霧を点火プラグ近傍に向かわせるようにした場合に、エンジンの冷機時には、噴射圧を低下させて燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、これにより粒径の増大する燃料噴霧に対して吸気弁周りのカーテンエリアからの高速の吸気流を直接、且つ効果的に吹き当てるようにして、燃料の気化を促進することにより、冷間であっても気筒壁面への燃料付着を十分に軽減しながら、燃料噴霧全体の気化を十分に促進することができる。これにより、ＨＣ、スモークの増大やオイル希釈などの問題を十分に抑制できるとともに、燃費低減などの効果も得られる。
【００３７】
また、請求項６、７の発明に係る火花点火式直噴エンジンでは、エンジン冷機時に噴射圧の低下によって燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、この燃料噴霧に対して、吸排気弁のオーバーラップ期間に吸気側に吸い出される高温高圧の既燃ガスの流れを直接、且つ効果的に吹き当てるようにしたことで、前記請求項１〜５の発明と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００３９】
図１は本発明に係る火花点火式直噴エンジン１の全体構成を示し、このエンジン１は、車両に搭載された多気筒ガソリンエンジンである。このエンジン１は、複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が設けられたシリンダブロック３を有し、そのシリンダブロック３上にシリンダヘッド４が配置されている。各気筒２内には、その中心線Ｚ（図２参照）に沿って往復動するようにピストン５が嵌挿されており、このピストン５の頂面とシリンダヘッド４の底面との間に、燃焼室６が区画形成されるようになっている。ピストン５はコネクティングロッドによってクランク軸７に連結されており、このクランク軸７の一端側にはその回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ８が配設されている。
【００４０】
前記各気筒２毎の燃焼室６は、詳しくは図２、３などに拡大して示すように、天井部が吸気及び排気側の２つの傾斜面からなるペントルーフ型のものであり、この天井部に相対するピストン５の頂面には、前記２つの傾斜面に対応するように吸気及び排気側にそれぞれ傾斜面を形成した上で、後述するインジェクタ１８からの燃料噴霧Ｓとの干渉を避けるようにキャビティ５ａを形成している。尚、この実施形態では、気筒２内の説明などにおいて便宜上、気筒中心線Ｚの方向を上下方向と呼び、天井部の方を上方とし、ピストン５の方を下方とする。
【００４１】
前記燃焼室６の天井部における吸気及び排気側の各傾斜面には、それぞれ２つずつ開口するように吸気ポート９，９及び排気ポート１０，１０が形成され、その燃焼室６への開口部には各々吸気及び排気弁１１，１２が配設されている。前記２つの吸気ポート９，９はそれぞれ燃焼室６から斜め上方に向かって延びていて、シリンダヘッド４の一側面に互いに独立して開口しており、一方、前記２つの排気ポート１０，１０は途中で１つに合流して略水平に延び、シリンダヘッド４の他側面に開口している。
【００４２】
前記吸気弁１１及び排気弁１２は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された２本のカム軸１３，１４がタイミングベルトを介してクランク軸７により回転駆動されることで、各気筒２毎に所定のタイミングで開閉作動されるようになっている。図１にのみ示すが、吸気側のカム軸１３には、動弁時期変更手段として、クランク軸７に対する回転位相を所定の角度範囲において連続的に変化させる公知の可変動弁機構１５（以下、ＶＶＴと略称する）が付設されており、このＶＶＴ１５の作動により前記吸気弁１１の開閉作動時期が変更可能になっている。
【００４３】
また、前記燃焼室６の天井部の略中央には、４つの吸排気弁１１，…，１２，…に取り囲まれるようにして点火プラグ１６が配設されており、該点火プラグ１６の基端部には点火回路１７（図１にのみ示す）が接続されていて、各気筒２毎に所定の点火タイミングで点火プラグ１６に通電するようになっている。一方、燃焼室６の吸気側には、２つの吸気ポート９，９の下方においてそれらに挟まれるようにして、インジェクタ１８が配設されている。
【００４４】
前記インジェクタ１８は、それぞれ燃料を噴射する微小な噴口を複数個、有する多噴口型のものであり、そのように複数の噴口が設けられている先端部が２つの吸気弁１１，１１の間の燃焼室６周縁部に位置して、当該燃焼室６内に燃料を直接、噴射するように設けられている。より具体的には図４に一例を示すように、インジェクタ１８の先端部には６個の噴口１８ａ，…，１８ｂ，…が概略上下に分かれて３つずつ、配設されており、この各噴口１８ａ，…，１８ｂ，…からそれぞれ１０〜２０°くらいの広がり角で燃料が噴射されるようになっている。
【００４５】
前記図４は、インジェクタ１８の軸心に沿ってその先端部を見たときの、該軸心に対する噴口１８ａ，…，１８ｂ，…の傾斜角度を模式的に示す図であって、上側の３つの噴口１８ａ，…は、それぞれインジェクタ１８の軸心から燃料の流れる向きに上向きに傾斜しており、この各噴口１８ａ，…からそれぞれ噴出する燃料噴霧Ｓ１，…は、図２、３に示すように、仮に燃焼室６に吸気などの流動がないとした場合には燃焼室６中央寄りの点火プラグ１６近傍に向かって直線的に進行し、その進行方向に見てＶ字状に点火プラグ１６の電極（点火位置）を下方から囲むようになっている。
【００４６】
そのように燃焼室６の周縁部から中央寄りの点火プラグ１６近傍に向かって噴射される上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…は、前記のように吸気流動などがないと仮定した場合、図５に模式的に示すように、２つの吸気弁１１，１１の弁軸１１ａ，１１ａ間に位置するものとなる。このように上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…の幾何学的噴霧エリアが、いずれも平面視で２つの吸気弁１１，１１の弁軸１１ａ，１１ａ間に位置することで、例えばインジェクタ１８を気筒２の吸気行程で作動させるときに、吸気弁１１，１１がリフトしていても、その吸気弁１１，１１と燃料噴霧Ｓ１，…との干渉を抑えることができる。
【００４７】
一方、前記下側の３つの噴口１８ｂ，…の向きは、いずれも燃料噴霧を前記上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…から離して、気筒２内に広く燃料を分散させるように設定されている。すなわち、３つのうちで上側に位置するものはインジェクタ１８の軸心に沿うように形成され、残りの２つの噴口１８ｂ，１８ｂは、それぞれインジェクタ１８の軸心から燃料の流れる向きに下向きに傾斜している。そして、インジェクタ１８の軸心自体が気筒２の横断面に対して下向きに傾斜しているため、前記３つの噴口１８ｂ，…からそれぞれ噴出する燃料噴霧Ｓ２，…は、いずれも気筒２内を斜め下方に向かって進行するようになる。
【００４８】
前記のような噴口１８ａ，…，１８ｂ，…のレイアウトにより、例えば成層燃焼、弱成層燃焼、或いは均一燃焼などの種々の燃焼状態において、それぞれ望ましい混合気形成を実現することができる。すなわち、アイドル運転時のように燃料噴射量が少ないときでも、インジェクタ１８を気筒２の圧縮行程の適切な時期に作動させれば、上側の３つの噴口１８ａ，…からの燃料噴霧Ｓ１，…によって、点火プラグ１６の電極近傍に着火性に優れた混合気塊を形成することができる。
【００４９】
また、反対に燃料噴射量の多い高負荷運転時にはインジェクタ１８を気筒２の吸気行程で作動させ、各噴口１８ａ，…，１８ｂ，…からの燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…を吸気流動により広く分散させて、気筒２内に概ね均一な混合気を形成することができる。この際、上側の３つの噴口１８ａ，…からの燃料噴霧Ｓ１，…は、リフトしている吸気弁１１と吸気ポート９開口部との間の環状の隙間（カーテンエリア）から燃焼室６に流入する高速の吸気流に巻き込まれ、一方、下側の３つの噴口１８ｂ，…からの燃料噴霧Ｓ２，…は、下降するピストン５を追いかけるように下方に進行しつつ、気筒２内全体に形成される大きな流動に巻き込まれる。
【００５０】
さらに、前記インジェクタ１８により気筒２の吸気行程及び圧縮行程の両方でそれぞれ燃料を噴射すれば、気筒２内全体に概ね均一な混合気を形成するとともに、点火プラグ１６近傍の混合気濃度を適度に高めて、着火安定性を高めることができる。このことは、例えばエンジン１の始動直後に排気系の触媒３９を急速暖機するために、点火時期を大きく遅角させるときなどに特に有効である。
【００５１】
前記各気筒２毎のインジェクタ１８には、全ての気筒２，２，…に共通の燃料分配管１９が接続されていて、燃料供給系２０からの高圧の燃料が分配供給されるようになっている。その燃料供給系２０は、例えば図６に模式的に示すように構成され、燃料分配管１９と燃料タンク２１とを連通する主燃料通路２２には、その上流側から下流側に向かって、低圧燃料ポンプ２３、低圧レギュレータ２４、燃料フィルタ２５、高圧燃料ポンプ２６及び高圧レギュレータ２７が順に配設されている。
【００５２】
そして、前記低圧燃料ポンプ２３により燃料タンク２１から吸い上げられた燃料が低圧レギュレータ２４により調圧され、燃料フィルタ２５により濾過されて、高圧燃料ポンプ２６に圧送される。この高圧燃料ポンプ２６によってさらに昇圧された燃料の一部が高圧レギュレータ２７により流量調整されて燃料分配管１９へ供給される一方、残りの燃料は低圧レギュレータ２８によって圧力調整されつつ、燃料タンク２１に戻される。
【００５３】
そのようにして燃料分配管１９へ供給される燃料の圧力（燃圧）が概ねインジェクタ１８による燃料の噴射圧になる。この実施形態では、前記燃料分配管１９にその内部の燃料の圧力状態を検出するように燃圧センサ２９が配設されており、このセンサ２９からの信号に基づいて後述の如くＥＣＵ４０により前記高圧レギュレータ２７（燃圧調整手段）が制御されることによって、燃圧が予め設定した範囲（例えば１２〜２０ＭＰａ）で調整されるようになっている。
【００５４】
前記図１においてエンジン１の右側に位置するシリンダヘッド４の一側面には、各気筒２の吸気ポート９，９にそれぞれ連通するように、吸気通路３０が接続されている。この吸気通路３０は、エンジン１の各気筒２の燃焼室６に対して図外のエアクリーナにより濾過した空気を供給するためのものであり、サージタンク３１の上流の共通通路には、図示しない電動モータにより駆動される電気式スロットル弁３２と、その弁体の位置（スロットル開度）を検出するスロットル位置センサ３３とが配設されている。
【００５５】
一方、前記サージタンク３１の下流では吸気通路３０は各気筒２毎の独立通路とされていて、これら各独立通路の下流端部がさらに２つに分岐して個別に吸気ポート９，９に連通している。この各気筒２毎２つの分岐通路３０ａ，３０ｂは、前記図３に仮想線で示すように互いに並んで延びていて、その双方にそれぞれ吸気流調整手段としての流動制御弁３４、３５が配設されている。尚、分岐通路には、前記図３においてのみ、符号３０ａ，３０ｂを付す。
【００５６】
前記流動制御弁３４，３５は、その一例を図３に示すようにいずれも蝶弁からなるもので、２つの分岐通路３０ａ、３０ｂのうちの一方（同図の左側に位置する方）に配設された流動制御弁３４は、その弁体において他方の分岐通路に近い側の略半分が切り欠かれており、閉状態では前記略半分の通路断面を残して、分岐通路３０ａを閉じるようになっている。こうして一方の分岐通路３０ａの略半分が閉じられると、吸気の流れが絞られて前記他方の分岐通路３０ｂ寄りに片寄ることになるので、その意味で前記一方の分岐通路３０ａの流動制御弁３４を絞り弁とも呼ぶものとする。
【００５７】
また、前記図３において右側に位置する他方の分岐通路３０ｂに配設された流動制御弁３５は、その通路断面全体を開閉する開閉弁であり（以下、単に開閉弁３５とも呼ぶ）、これにより他方の分岐通路３０ｂを閉じれば、吸気の流れは全て前記一方の分岐通路３０ａに向かい、この分岐通路３０ａに連なる一方の吸気ポート９（図３の左側のもの）のみから気筒２内に流入するようになる。ここで、前記絞り弁３４及び開閉弁３５の弁体は共通のシャフトに結合されており、このシャフトが図示しないアクチュエータにより回動されて、開閉弁３５により他方の分岐通路３０ｂが閉じられるときには、前記一方の分岐通路３０ａの略半分が絞り弁３４により閉じられる。
【００５８】
そのように２つの吸気ポート９，９のうちの一方のみを吸気が流れ、しかも、その流れが絞り弁３４により絞られることで、この吸気ポート９から気筒２内に流入する吸気の流れはかなり速くなる。また、他方の吸気ポート９に吸気が流れないことから、気筒２内には強い吸気スワール流が生成される。さらに、前記一方の吸気ポート９に連通する分岐通路３０ａにおいて吸気の流れが他方の分岐通路３０ｂ寄りに片寄ることにより、吸気ポート９の開口部（バルブシート）と吸気弁１１の傘部との間のカーテンエリアから燃焼室６に流入する吸気の流速分布においては、図７に一例を示すように、吸気弁１１から概略気筒中心に向かう流れが最も速くなる。
【００５９】
すなわち、一般的に、気筒内に流入する吸気の流れは吸気ポートの延びる方向に速くなり、この実施形態のような４弁式のものでは、吸気弁周りの吸気の流速分布において相対的に流速の高い範囲（吸気弁軸を中心とする角度範囲）は、図示しないが、概略、排気弁側へ向かうものとなる（この実施形態のエンジン１において流動制御弁３４，３５を開いた場合も同じである）。
【００６０】
これに対し、前記の如く流動制御弁３４，３５を閉じれば、前記図７に示すように、一方の吸気ポート９のカーテンエリアを燃焼室６に向かって放射状に流れる吸気流が全体として高速化されるとともに、この吸気ポート９の上流で吸気の流れが片寄ることによって、吸気弁１１周りで相対的に流速の高い範囲が他方の吸気弁１１側に向かって（図において反時計回りに）移動し、図に矢印で示す方向の流れが概略、最も速くなる。
【００６１】
このとき、同図にA−Aとして示す気筒中心の縦断面における吸気の流速分布は、図８(a)に示すようになり、前記のように片寄った吸気の流れがカーテンエリアから放射状に吹出すことによって、燃焼室６の天井部に近い範囲(I)（図に点線で囲んで示す範囲）において特に流速が高くなることが分かる。また、同図にB−Bとして示す気筒の横断面における流速分布は図(b)のようになり、前記と略同じ範囲(I)において特に流速が高くなるとともに、気筒２内に生成された強いスワール流によって、排気側周縁部（範囲(II)）に比較的速い周方向の流れが形成されることが分かる。
【００６２】
ここで、前記図８(a)，(b)に示す角度範囲C−Cは、概略、インジェクタ１８の各噴口１８ａ，…，１８ｂ，…からの燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の全体の噴射範囲に対応するものであり、同図によれば、上側の３つの噴口１８ａ，…から点火プラグ１６近傍に向かって噴射される燃料噴霧のエリアが、ちょうど前記のように特に流速が高くなる範囲(I)に含まれることが分かる。このことから、吸気弁１１の開作動に同期して吸気行程の所定の時期にインジェクタ１８による燃料の噴射を開始すれば、そこから点火プラグ１６近傍に向かう上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…には、前記のように高速化された吸気流が直接、吹き当たるようになり、これにより燃料の気化を効果的に促進することができる。
【００６３】
前記のような吸気通路３０が接続されているのとは反対側のシリンダヘッド側面には、前記図１に示すように、各気筒２の燃焼室６から既燃ガス（排気）を排出する排気通路３６が接続されている。この排気通路３６の上流側は、各気筒２毎に分岐してそれぞれ排気ポート１０に連通する排気マニホルド３７からなり、この排気マニホルド３７の集合部には排気中の酸素濃度を検出するためのセンサ３８が配設されている。また、排気マニホルド３７よりも下流側の排気通路３６には、排気中の有害成分を浄化するための触媒３９が配設されている。
【００６４】
そして、上述の如く構成されたエンジン１の運転制御を行うために、エンジンコントロールユニット４０（以下、ＥＣＵという）が設けられている。これは、周知の如くＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、少なくとも、クランク角センサ８、燃圧センサ２９、酸素濃度センサ３８からの信号と、吸気通路３０における空気の流量を計測するエアフローセンサ４１からの信号と、図示しないウオータジャケットの冷却水温度（エンジン水温）を検出する水温センサ４２からの信号と、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４３からの信号と、を入力する。
【００６５】
そうして、ＥＣＵ４０は、前記センサからの信号などに基づいてエンジン１の運転状態（例えば負荷状態及びエンジン回転速度）を判定し、これに応じてＶＶＴ１５、点火回路１７、インジェクタ１８、燃料供給系２０、電気式スロットル弁３２、流動制御弁３４，３５などを制御する。すなわち、例えばエンジン１を成層燃焼状態で運転するのであれば、インジェクタ１８により、図９(a)に模式的に示すように気筒２の圧縮行程で燃料を噴射させ、点火プラグ１６周りに混合気を層状に分布させた状態で燃焼させる。
【００６６】
その際、ポンピングロスを減らすためにはスロットル弁３２を相対的に大きく開くようにすればよく、このときの燃焼室６の平均的な空燃比は理論空燃比（Ａ/Ｆ≒１４．７）よりもリーンな状態になる。また、そのときに流動制御弁３４，３５を閉じれば、燃焼室６に生成する流動のスワール成分を強化することができる。
【００６７】
一方、エンジン１を均一燃焼状態で運転するのであれば、インジェクタ１８により、図９(b)の如く気筒２の吸気行程で燃料を噴射させて、燃焼室６に概ね均一な混合気を形成した上で燃焼させるようにする。このときには、混合気の空燃比が略理論空燃比乃至それよりもリッチになるように燃料噴射量やスロットル開度等を制御する。また、吸気抵抗を減らすためには流動制御弁３４，３５を開くことが好ましい。
【００６８】
さらに、前記インジェクタ１８への燃圧の制御は、暖機後（温間）であれば例えば図１０(a)に示すように主にエンジン回転速度に基づいて行われ、低回転側では相対的に低く、高回転側では相対的に高くなるように、燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７を制御するようにしている。尚、図の例では、燃圧を高低、２段階に変化させるようにしているが、これに限らず、燃圧をエンジン回転速度の上昇に応じて徐々に高めるようにしてもよいし、或いはエンジン回転速度によらず燃圧は略一定に維持するようにしてもよい。
【００６９】
そのようなインジェクタ１８、燃料供給系２０、スロットル弁３２、流動制御弁３４，３５の制御は、ＥＣＵ４０のメモリに電子的に格納されている制御プログラムがＣＰＵにより実行されることによって、実現する。その意味で、ＥＣＵ４０は、前記のようにインジェクタ１８を作動制御する燃料噴射制御部４０ａ、燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７を制御する燃圧制御部４０ｂ、スロットル弁３２を制御するスロットル制御部４０ｃ、流動制御弁３４，３５を制御する吸気流動制御部４０ｄ等を、それぞれソフトウエアの形態で備えている。
【００７０】
（エンジン冷機時の制御）
ところで、一般に、直噴エンジンであっても冷機時には均一燃焼状態となるように、気筒の吸気行程で燃料を噴射させることが多いが、吸気行程では気筒２の内圧が低いため、上述の如く燃焼室６の周縁部に配置した多噴口型インジェクタ１８の上側の３つの噴口１８ａ，…から点火プラグ１６の近傍に向けて燃料を噴射すると、この燃料噴霧Ｓ１，…の一部が気化せずに液滴のままで気筒２の壁面に到達して、付着してしまう虞れがある。
【００７１】
そのように液滴のままで気筒壁面に到達しても、多噴口型インジェクタ１８の場合は、その燃料液滴が十分に微粒化されているので、通常は殆どが点火までの間に気化することになり、エンジンオイルに混入する可能性は低い。しかし、エンジン冷機時には気筒壁面の温度が低いので、そこに付着した燃料液滴の気化の遅れが大きくなったり、或いは気化が不十分になったりして、局所的に過濃な混合気が形成されてしまう。この過濃な混合気の燃焼により煤が生成され、いわゆるスモークが発生するとともに、その煤がエンジンオイルに混入してその粘度を低下させるというオイル希釈の問題が生じる。
【００７２】
また、前記のように点火プラグ１６近傍に向けた上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…が付着するのは、燃焼室６天井部から周壁部（気筒壁面）との境界付近にかけてであり、この付近には、気筒２の上死点近傍において燃焼室６天井部とピストン５頂面との間隔が非常に狭くなって、火炎面の伝播しない領域が形成されることから、前記の如く形成された過濃な混合気の一部が燃焼せずに気筒２から排出され、排気中のＨＣ濃度がかなり高くなるという問題も生じる。
【００７３】
そこで、この実施形態では、元来、燃料の微粒化に優れるという多噴口型インジェクタの特長を生かして、エンジン冷機時には、まず、燃圧を低下させて燃料噴霧Ｓ１，…の貫徹力を弱めることにより、気筒壁面への付着を抑制するとともに、これに伴い液滴の粒径がやや大きくなる燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…に対して、吸気弁１１周りの高速の吸気流を直接且つ効果的に吹き当てることによって、燃料の気化を促進するようにしたものである。
【００７４】
すなわち、エンジン冷機時には、まず、ＥＣＵ４０の燃料噴射制御部４０ａによって、気筒２の吸気行程前半で燃料の噴射が始まるようにインジェクタ１８が制御される。こうすると、インジェクタ１８の上側の３つの噴口１８ａ，…から点火プラグ１６近傍に向かって噴射される燃料噴霧Ｓ１，…は、吸気弁１１のリフト途中でカーテンエリアからの吸気の流速が最も高いときに、このカーテンエリア近傍の流速の高い範囲（図８に示す範囲(I)）を通過するようになる。
【００７５】
より具体的には、前記の燃料噴射時期（開始時期）は、例えばエンジン１が低回転側にあるときに、気筒２の吸気行程の１／５が経過してから１／２が経過するまでの間とすればよく、吸気上死点後（ＡＴＤＣ）４０〜８０°ＣＡとするのがより好ましい。こうすることで、前記流速の高い範囲(I)において高速の吸気流が燃料噴霧Ｓ１，…に直接、吹き当たり、燃料の気化を促進するようになる。
【００７６】
また、そうして噴射される燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力が弱まるように、ＥＣＵ４０の燃圧制御部４０ｂにより、暖機後の同一運転状態と比較して燃圧が低くなるように燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７が制御される。すなわち、例えば図１０(b)に示すように暖機後とは異なる冷間の制御特性を予め設定しておき、エンジン水温に応じて同図(a)の制御特性と切替えて、燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７を制御する。
【００７７】
そのように燃圧制御部４０ｂによりエンジン水温及びエンジン回転速度に基づいて燃圧を制御し、エンジン冷機時には燃圧を低くすることで、インジェクタ１８の各噴口１８ａ，…，１８ｂ，…からそれぞれ噴出する燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力が弱くなり、点火プラグ１６近傍に向けた上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…において気筒壁面へ液滴のままで到達する燃料が少なくなるから、この燃料の気筒壁面への付着を軽減することができる。
【００７８】
一方で、そのように燃圧を低下させることは、各噴口１８ａ，…，１８ｂ，…から噴出する際の燃料の分裂には不利になるから、燃料噴霧Ｓ全体で燃料液滴の粒径がやや大きくなることは避けられないが、これに対し、ＥＣＵ４０の吸気流動制御部４０ｄによって流動制御弁３４，３５が閉じられることで、上述したように気筒２内の吸気流動場が変化して、燃料の気化が効果的に促進されるようになる。すなわち、２つの吸気ポート９，９のうちの一方のみから吸気が流入することで、その吸気流速が全体として高くなり、また、気筒２内に強い吸気スワール流が生成される（図７、図８を参照）。
【００７９】
しかも、前記一方の吸気ポート９の吸気の流れが片寄ることによって、この吸気ポート９の開口部と吸気弁１１との間のカーテンエリアから放射状に燃焼室６に流入する吸気の流速分布が周方向に変化し、そのうちの特に流れの速い範囲(I)に、前記点火プラグ１６近傍に向かう上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…のエリアが含まれて、この燃料噴霧Ｓ１，…に高速の吸気流が直接、吹き当たるようになる。
【００８０】
こうして、カーテンエリアからの高速の吸気流の中でも特に速い流れによって、極めて効果的に気化が促進されるため、元来、微粒化に優れた多噴口型インジェクタ１８からの燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…は、前記の如く燃圧の低下によって液滴の粒がやや大きくなっていても、十分に気化して良好な混合気を形成するようになる。しかも、そうして気化が促進されることによって液滴の粒径が小さくなると、その運動量が減少することによっても燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力が弱くなるので、燃料の気筒壁面への付着をさらに軽減することができる。
【００８１】
したがって、この実施形態に係る火花点火式直噴エンジン１によると、多噴口型のインジェクタ１８を気筒２内の燃焼室６周縁部に配置して、少なくとも点火プラグ１６の近傍に向けて燃料を噴射するようにした場合に、元来、燃料の微粒化に優れるが、噴霧の貫徹力は比較的強いという多噴口型インジェクタ１８の特徴を生かすべく、エンジン１の冷機時に気筒２の吸気行程で燃料を噴射するときには、燃圧を低下させて燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力を弱めるとともに、これにより粒径の増大する燃料噴霧Ｓ１，…に対して吸気弁１１周りのカーテンエリアから高速の吸気流を直接、且つ効果的に吹き当てるようにすることで、冷間であっても気筒壁面への燃料付着を十分に軽減し、且つ燃料噴霧Ｓ全体の気化を十分に促進することができる。
【００８２】
図１１(a)、(b)は、この実施形態の直噴エンジン１において、上述の如く気筒２の吸気行程前半に燃料を噴射させるようにしたときの燃料噴射圧（燃圧）と排気中のＨＣ、スモーク濃度との関係を示し、同図に実線で示すように、エンジン冷機時には燃圧を低下させることによって、ＨＣ、スモークの増大を抑制できることが分かる。特にスモークについては効果が大きく、このことから、気筒壁面への燃料付着が軽減されることによって、過濃な混合気の形成が抑制されていることが分かる。
【００８３】
また、図１２は、この実施形態のものと略同じ構成の直噴エンジンにおいて、気筒２内の吸気流動の状態を変化させて、吸気行程における燃料噴射時期の変更によってスモーク濃度が変化する様子を示す。図に実線で示すのはこの実施形態のものであり、点線及び破線で示すのは、それぞれ気筒内にタンブル流やスワール流を生成させるようにしたものである。図示の如く、気筒２内の吸気流動の状態に拘わらず、燃料噴射時期をあまり進角させると、ピストン５の頂面に付着する燃料の量が多くなることに起因して、スモーク濃度が高くなる。
【００８４】
一方、噴射時期を遅角させた場合には、吸気流動の減衰によって燃料の気筒壁面への付着が多くなるとともに、燃料の気化が悪くなり、さらに、噴射から点火までの時間が短くなることによっても気化が不十分になって、燃焼が悪化し、スモーク濃度が高くなるという傾向が見られるが、この点については本願発明のようにカーテンエリアからの高速の吸気流によって燃料の気化を促進するようにすれば、タンブル流やスワール流を利用するだけのものに比べて燃料の気筒壁面への付着が軽減され、燃料の気化も十分に促進されるので、噴射時期の遅角量を大幅に拡大することができる。
【００８５】
つまり、本願発明によれば、多噴口型インジェクタ１８を備えた直噴エンジン１において、吸気行程噴射時の気筒壁面への燃料付着を減らしつつ、燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の微粒化を促進して、燃焼性を向上できることから、冷間においても従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定可能になり、これにより燃費の低減や排気の清浄化について有利になるとともに、例えば冷間始動直後の触媒３９の急速暖機にも有利になる。
【００８６】
−冷機時の制御の変形例−
次に、エンジン冷機時の制御の変形例について、図１３、１４を参照して説明すると、この変形例のものは、上述の如くエンジン１の冷機時に燃圧を低下させて、燃料噴霧Ｓ１，…の貫徹力を弱めるとともに、これにより液滴の粒径がやや大きくなる燃料噴霧Ｓ１，…に対して、高温高圧の既燃ガスを吹き当てることによって、燃料の気化を促進するようにしたものである。従って、エンジン１の構成自体は前記実施形態１のものと同じであり、同一部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００８７】
すなわち、この変形例においてＥＣＵ４０は、エンジン冷機時に、図１３に模式的に示すように吸気弁１１の開作動時期ＩＶＯが吸気上死点ＴＤＣから大きく進角して、排気弁１２とのオーバーラップ期間が長くなるように、少なくともエンジン水温に基づいてＶＶＴ１５を制御するＶＶＴ制御部４０ｅ（動弁時期制御手段）をソフトウエアの形態で備えている（図１参照）。尚、ＶＶＴ制御部４０ｅは、エンジン水温以外にもエンジン１の負荷状態や回転速度に基づいてＶＶＴ１５を制御する。
【００８８】
また、ＥＣＵ４０の燃料噴射制御部４０ａは、エンジン冷機時には前記オーバーラップ期間において、且つ吸気上死点ＴＤＣよりも進角側で燃料噴射が始まるように、インジェクタ１８を制御するものとされている。尚、ＥＣＵ４０の燃圧制御部４０ｂは、前記実施形態と同様に冷機時に燃圧を低下させるものとすればよいが、吸気流動制御部４０ｄは、前記実施形態のように冷機時に流動制御弁３４，３５を閉じるものとしてもよいし、そうしないものとしてもよい。
【００８９】
そして、この変形例の場合、エンジン１の冷機時には前記実施形態と同様に燃圧制御部４０ｂによる燃圧の低下制御によって、燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力が弱められるとともに、前記ＶＶＴ制御部４０ｅによるＶＶＴ１５の制御によって吸気弁１１の開作動時期ＩＶＯが大きく進角し、これにより長くなったオーバーラップ期間においてインジェクタ１８から燃料の噴射が開始される。
【００９０】
そうしてインジェクタ１８から噴射される燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…のうち、上側の３つの噴口１８ａ，…から噴出して点火プラグ１６近傍に向かうものＳ１，…（インジェクタ１８の先端部から排気弁１２側に向かって噴射される燃料噴霧）は、それぞれ幾何学的噴霧エリアが平面視で２つの吸気弁１１，１１の弁軸１１ａ，１１ａ間に位置することから（図５参照）、これら３つの燃料噴霧Ｓ１，…には、図１４に白抜きの矢印で模式的に示すようにオーバーラップ期間において燃焼室６から吸気側に吸い出される高温高圧の既燃ガスの流れが直接、吹き当たるようになる。
【００９１】
すなわち、吸気弁１１の開作動時期ＩＶＯを進角させることで、気筒２内から吸気側に逆流する既燃ガスの流量を増やし、且つ、より高温で高圧のものとするとともに、これに同期するように燃料噴射時期も進角させることで、点火プラグ１６近傍に向けた上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…に対向するようにして、前記高温高圧の既燃ガス流を効果的に吹き当てることができ、これにより燃料の気化を十分に促進できるとともに、燃料噴霧Ｓ１，…の貫徹力が一層、弱くなって、気筒壁面への燃料付着をさらに軽減することができる。
【００９２】
したがって、この変形例の場合も前記実施形態と同様に、エンジン１の冷機時であっても気筒壁面への燃料の付着を十分に軽減し、且つ燃料噴霧Ｓ全体の気化を十分に促進することができ、これにより排気中のＨＣ、スモークの増大やオイル希釈の問題を抑制できるとともに、冷間であっても従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定可能になり、これにより燃費の低減や排気の清浄化についても有利になる。
【００９３】
（他の実施形態）
本発明の構成は、前記した実施形態やその変形例のものには限定されず、その他の種々の構成をも包含する。すなわち、前記実施形態などでは、図４に示すようにインジェクタ１８の先端部に６個の噴口１８ａ，…，１８ｂ，…を上下に３つずつレイアウトしているが、噴口の個数やレイアウトはそれに限定されるものではなく、例えば図１５(a)〜(f)に示すように、噴口数は４個以下でもよいし、反対に７個以上とすることもできる。
【００９４】
同図(a)，(b)に示す噴口１８ａ，…のレイアウトは、気筒２内に燃料を分散させて均一燃焼状態とするのに適したものであり、特に図(b)のものでは、リフトしている吸気バルブ１１に燃料噴霧の中心が干渉しないようにしながら、比較的多数の各噴口１８ａ，…を配置できる。また、同図(c)〜(f)にそれぞれ示す噴口１８ａ，…，１８ｂ，…のレイアウトは、前記実施形態のものと同様に点火プラグ１６近傍に向けて燃料を噴射する噴口１８ａ，…と、それ以外の方向に分散するように燃料を噴射する噴口１８ｂ，…とを設けて、均一燃焼及び成層燃焼の双方に適合するようにしたものである。
【００９５】
また、前記実施形態などにおいては、吸気弁１１周りの吸気流速分布を調整するための吸気流調整手段として、図３に示すように、吸気通路３０の各気筒２毎２つの分岐通路３０ａ，３０ｂにそれぞれ配設した流動制御弁３４（絞り弁），３５（開閉弁）を用いており、その絞り弁３４の弁体は、他方の分岐通路３０ｂに近い略半分を切り欠いたものとしているが、これに限るものではない。
【００９６】
すなわち、例えば図１６に示すように、絞り弁３４の弁体において他方の分岐通路３０ｂに近い略半分のうちの上側のみを切り欠いてもよいし、反対に、図１７のように下側のみを切り欠いてもよい。図１６のように弁体の他方の分岐通路３０ｂに近い上側略１／４を切り欠くと、この弁体を閉じたときに吸気流が吸気ポート９の上側に片寄るため、その吸気ポート９の延びる方向に向かう流れが比較的強くなり、気筒２内の流動においてスワール成分がさらに強化される。
【００９７】
一方、図１７のように弁体の他方の分岐通路３０ｂに近い下側略１／４を切り欠くと、この弁体を閉じたときに吸気流が吸気ポート９の下側に片寄り、その燃焼室６への開口部と吸気弁１１の傘部との間を放射状に拡がる流れが強化されるので、点火プラグ１６近傍に向けた燃料噴霧Ｓ１，…に直接、吹き当たる吸気流速がさらに高くなる。
【００９８】
さらに、図示しないが、前記各気筒２毎２つの分岐通路３０ａ、３０ｂの両方に絞り弁３４を設けるようにしてもよく、こうすれば、気筒２内に積極的にスワール流を生成させることはできないが、２つの吸気弁１１，１１のそれぞれのカーテンエリアからその近傍を通過する燃料噴霧Ｓ１，…（点火プラグ１６近傍に向けた燃料噴霧）に直接、吹き当たる吸気の流速を高めて、燃料の気化を促進することができる。
【００９９】
また、前記実施形態などにおいては、エンジン１の冷機時と暖機後とで燃圧の制御特性と切替えて、冷機時の燃圧が暖機後の同一運転状態のときよりも低くなるようにしているが、これに限らず、例えば図１８に一例を示すように、エンジン水温に応じて燃圧を連続的に変化させるようにしてもよい。また、エンジン１の温度状態をエンジン水温によらず、例えばエンジンオイルの温度などに基づいて検出することもできる。図において破線で示すのは、前記実施形態のように冷機時と暖機後とで燃圧を切り替える場合の制御特性である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
以上、説明したように、本発明に係る火花点火式直噴エンジンは、多噴口型インジェクタを燃焼室周縁部に配置した場合に、冷間であっても気筒壁面への燃料の付着を十分に軽減し、且つ燃料噴霧全体の気化を十分に促進して、排気中のＨＣ、スモークの増大やオイル希釈の問題を抑制することができ、燃費低減などの効果も得られるものなので、例えば自動車用エンジンなどに好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジンの全体構成を示す図である。
【図２】気筒の構造を拡大して示す正面図である。
【図３】同斜視図である。
【図４】インジェクタの各噴口のレイアウトを模式的に示す図である。
【図５】気筒中心線に沿って見て、上側の燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアの位置を示す説明図である。
【図６】燃料供給系の構成を示す説明図である。
【図７】流動制御弁を閉じたときの吸気弁周りの流速分布をＣＦＤにより求めた図である。
【図８】上側の燃料噴霧を含む範囲の吸気の流速分布をＣＦＤにより求めた図であり、(a)は気筒の中心付近の縦断面を、また、(b)は天井部付近の横断面を示す。
【図９】インジェクタによる燃料の噴射時期を模式的に示す説明図である。
【図１０】エンジン回転速度に基づく燃圧制御の特性を示す説明図であり、(a)は暖機後を、また、(b)は冷機時を示す。
【図１１】燃圧の変化によるＨＣ、スモーク濃度の変化を示すグラフ図である。
【図１２】燃料噴射時期の変更によるスモーク濃度の変化を、従来例と対比して示すグラフ図である。
【図１３】エンジン冷機時に、吸気側に逆流する既燃ガスを燃料噴霧に吹き当てるようにした変形例における吸気弁１１の作動時期の変化を模式的に示す説明図である。
【図１４】同変形例において燃料噴霧に既燃ガス流が吹き当たる様子を示す説明図である。
【図１５】噴口のレイアウトの他の実施形態を示す図４相当図である。
【図１６】流動制御弁の他の実施形態を示す図３相当図である。
【図１７】流動制御弁の他の実施形態を示す図３相当図である。
【図１８】エンジン水温に基づく他の燃圧制御の特性図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１        エンジン
２        気筒
６        燃焼室
９        吸気ポート（吸気通路）
１１      吸気弁
１５      可変動弁機構（動弁時期変更手段）
１６      点火プラグ
１８      インジェクタ
１８ａ，１８ｂ    噴口
２７      高圧レギュレータ（燃圧調整手段）
３０      吸気通路
３０ａ，３０ｂ    分岐通路（吸気通路）
３４      流動制御弁（絞り弁）
３５      流動制御弁（開閉弁）
４０      ＥＣＵ
４０ａ    燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）
４０ｂ    燃圧制御部（燃圧制御手段）
４０ｄ    吸気流動制御部（吸気流制御手段）
４０ｅ    ＶＶＴ制御部（動弁時期変更手段）
Ｚ        気筒中心線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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