(57)【要約】      （修正有）【課題】  多噴口型インジェクタを気筒内の燃焼室周縁部に配置して、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、冷機時や低回転中高負荷域などに燃料噴霧の気化を十分に促進し、気筒壁面への燃料付着を軽減して、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１６近傍に向かう燃料噴霧Ｓ１の幾何学的噴エリアが、気筒中心線Ｚに沿って見た平面視で２つの吸気弁１１の弁軸１１ａ間に位置するように、噴口１８ａの向きを設定する。ＥＣＵ４０には、冷機時や低回転中高負荷域などの特定の運転状態において、気筒２の吸気行程前半で燃料噴射を開始する燃料噴射制御部４０ａと、その際、流動制御弁３４，３５を閉じ吸気の流速分布を変更する手段４０ｄとを備え、吸気弁１１からの高速の吸気流が、点火プラグ１６近傍に向かう燃料噴霧Ｓ１に直接、且つ効果的に吹き当たるようにする。【選択図】      図１
2006274946.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て、少なくとも１つの噴口からの燃料噴霧が燃焼室中央寄りの点火プラグ近傍に向けられ、また、別の少なくとも１つの噴口からの燃料噴霧がピストンの側に向けられている火花点火式直噴エンジンにおいて、
前記気筒の中心線に沿って見て、前記複数の噴口が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、前記点火プラグ近傍に向けられた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、
特定の運転状態において、前記２つの吸気弁のうち、一方の吸気弁と吸気通路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量が他方よりも多くなり、且つその一方の吸気弁周りで少なくとも気筒中心に向かう吸気の流速が高くなるように、吸気の流れを変更する吸気流変更手段と、
前記特定運転状態で前記インジェクタによる燃料の噴射が気筒の吸気行程前半で始まるように、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２】
請求項１の火花点火式直噴エンジンにおいて、
点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧は、少なくとも２つの燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが点火プラグの電極を側方から挟むように形成され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１又は２のいずれかの火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気流変更手段は、
一方の吸気弁周りの流速分布が少なくとも周方向に変化するように吸気の流れを調整する吸気流調整手段と、
特定運転状態において、前記一方の吸気弁周りで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４】
請求項３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一方に配設され、吸気の流れを絞って前記他方の吸気通路寄りに片寄らせる絞り弁と、他方の吸気通路を開閉する開閉弁とを備えて、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じ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５】
請求項１又は２のいずれかの火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気流変更手段は、
一方の吸気通路の開口部付近を下流側ほど気筒中心側に向くように湾曲させてなる通路湾曲部と、他方の吸気通路に配設された開閉弁と、を有する吸気流調整手段と、
特定運転状態において、前記開閉弁によって他方の吸気通路の少なくとも一部を閉じ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６】
請求項４又は５のいずれかの火花点火式直噴エンジンにおいて、
特定運転状態は、少なくとも負荷によって規定された特定の運転領域であり、
吸気流制御手段は、前記特定運転領域では他方の吸気通路を開閉弁によって閉じる一方、それよりも高負荷側の運転領域では開放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７】
請求項１〜６のいずれか１つの火花点火式直噴エンジンにおいて、
特定運転状態は、低回転域の中負荷乃至高負荷域に設定した運転領域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８】
請求項１〜６のいずれか１つの火花点火式直噴エンジンにおいて、
特定運転状態が冷機時であり、このときのインジェクタによる燃料噴射圧を、暖機後の同一運転状態と比較して低くなるように変更する燃圧変更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９】
請求項１〜８のいずれか１つ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、インジェクタにより燃料を複数回に分割して噴射させるとともに、その複数回の燃料噴射がいずれも気筒の吸気行程前半で始まるように、該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、気筒内の流動が弱い低回転域において負荷の増大に応じて燃料噴射量を多くすると、気筒壁面への燃料付着量が多くなりやすく、また、気筒壁面の温度が低いエンジンの冷機時には、付着した燃料液滴の気化の遅れが大きくなりやすいので、前記のような混合気の不均一度合いが大きくなってしまう。さらに、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、燃料噴霧が直接は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、燃焼室の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させて、気筒内に広く分散させるとともに、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いる。
【０００９】
また、同文献には、燃料の多量の噴射や微粒化が必要とされる始動時、高負荷高回転時及び冷機時において、それ以外の時に比べて燃料噴射圧（燃圧）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】
【００１０】
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）のように高負荷時や冷機時に燃圧を高めると、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。
【００１１】
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、また暖機後であれば少々、燃料付着量が多くても、殆どの燃料が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ない。
【００１２】
そして、そのように燃料の気化が遅れたり、不十分になったりすると、局所的に混合気の濃度が高くなり、その過濃部分の燃焼によって煤が生成されて、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、エンジンが所定の運転状態にあるときに、燃料噴霧の気化を十分に促進し、気筒壁面への燃料付着を軽減して、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】
【００１６】
前記の目的を達成するために、本発明では、エンジンが例えば冷機時や低回転中高負荷などの特定の運転状態にあるときに、少なくとも点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧に対し、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し、これにより燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、気筒内のスワール流を強化して、燃料噴霧の気筒壁面への付着を軽減するようにした。
【００１７】
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て、少なくとも１つの噴口からの燃料噴霧が燃焼室中央寄りの点火プラグ近傍に向けられ、また、別の少なくとも１つの噴口からの燃料噴霧がピストンの側に向けら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、前記複数の噴口が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、前記点火プラグ近傍に向けられた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。
【００１８】
そして、エンジンが特定の運転状態にあるときに、前記２つの吸気弁のうち、一方の吸気弁と吸気通路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量が他方よりも多くなり、且つその一方の吸気弁周りで少なくとも気筒中心に向かう吸気の流速が高くなるように、吸気の流れを変更する吸気流変更手段と、前記特定運転状態において前記インジェクタによる燃料の噴射が気筒の吸気行程前半で始まるように、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。
【００１９】
前記の構成により、まず、多噴口型インジェクタの複数の噴口のうち、少なくとも１つの噴口からの燃料噴霧が点火プラグ近傍に向けられているため、この噴口からの燃料噴霧によって点火プラグ近傍の混合気濃度を適切なものとなるように調整することができる。一方、別の少なくとも１つの噴口からの燃料噴霧がピストンの側に向けられているので、燃料を気筒内に広く分散させて、均一な混合気を形成する上で有利になる。
【００２０】
また、前記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、前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧は、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が、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、前記のように位置づけられた燃料噴霧は、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、吹き当たるような位置を通ることになり、この吸気流によって燃料の気化を促進することができる。
【００２１】
そして、エンジンが特定の運転状態にあるときには、吸気通路における吸気の流れが吸気流変更手段によって変更され、前記２つの吸気弁のうちの一方から燃焼室に流入する吸気の流量が他方よりも多くなることで、気筒内の吸気流動のスワール成分が強化される。また、その一方の吸気弁と吸気通路開口部との間のカーテンエリアから放射状に流出する吸気の流速が、少なくとも気筒中心に向かう範囲で高められる。
【００２２】
同時に、燃料噴射制御手段による前記インジェクタの制御によって、燃料の噴射が気筒の吸気行程前半で開始されるようになり、このことで、前記点火プラグ近傍に向けられた燃料噴霧は、前記一方の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、その近傍の前記吸気流速の高い範囲を通過することになる。
【００２３】
つまり、エンジンが特定の運転状態にあるときには、前記一方の吸気弁周りの高速の吸気流のうちでも特に流速の高められている範囲を、しかも、その吸気流速が最も高いときに前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧が通過して、この燃料噴霧に対し高速の吸気流が吹き当たることになる。これにより前記燃料噴霧の気化が極めて効果的に促進されるようになり、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。
【００２４】
そうして気化が促進されて液滴の粒径がさらに小さくなることで、その運動量が減少するので、前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧の貫徹力が弱くなり、気筒壁面へ液滴のままで到達する燃料の量が少なくなるとともに、さらに、そうして気筒壁面へ到達しようとする燃料液滴が、前記のように強化された気筒内のスワール流によって周方向に運ばれることによっても、燃料の気筒壁面への付着量が減少する。
【００２５】
斯くして燃料噴霧の気化を十分に促進し、気筒壁面への燃料の付着を軽減して、冷機時や低回転中高負荷域などの特定の運転状態においてもＨＣ、スモークの増大やオイル希釈の不具合を抑制することができる。この結果として、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ようになる。
【００２６】
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、前記のように点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧は、これが噴出する噴口のレイアウトによって、少なくとも２つの燃料噴霧の幾何学的噴霧エリアが点火プラグの電極を側方から挟むように形成されるようにすることである（請求項２の発明）。こうすれば、燃料の液滴が点火プラグの電極を濡らすことなく、この電極を側方の２つの燃料噴霧によって形成される混合気塊が包み込むようになり、成層燃焼に適した混合気形成が行える。
【００２７】
また、好ましいのは、前記吸気流変更手段として、一方の吸気弁周りの流速分布が少なくとも周方向に変化するように吸気の流れを調整する吸気流調整手段と、特定運転状態において、前記一方の吸気弁周りで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、を備えるものとすることである（請求項３の発明）。
【００２８】
この構成では、エンジンが特定の運転状態にあるときには前記吸気流制御手段によって吸気流調整手段の制御が行われて、一方の吸気弁の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ることになり、これにより燃料の気化をより効果的に促進することができる。
【００２９】
より具体的には、例えば、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には、前記２つの吸気通路のうちの一方に配設され、吸気の流れを絞って前記他方の吸気通路寄りに片寄らせる絞り弁と、他方の吸気通路を開閉する開閉弁とを備えるものとして、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じるように構成すればよい（請求項４の発明）。
【００３０】
この構成では、開閉弁によって他方の吸気通路が閉ざされることで、一方の吸気通路における吸気の流通量が増大し、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入する吸気の流速が高くなって、燃料の気化をより一層、効果的に促進できるようになるとともに、そうして一方の吸気弁のみから吸気が燃焼室に流入することで、強いスワール流が生成される。
【００３１】
また、前記一方の吸気通路における吸気の流れを絞り弁により絞って、その吸気の流れを他方の吸気通路寄りに片寄らせることで、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を、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変化させることができる。
【００３２】
前記吸気流変更手段の別の構成として、吸気流調整手段を、一方の吸気通路の開口部付近を下流側ほど気筒中心側に向くように湾曲させてなる通路湾曲部と、他方の吸気通路に配設された開閉弁と、を有するものとし、吸気流制御手段は、エンジンが特定運転状態にあるときに、前記開閉弁によって他方の吸気通路の少なくとも一部を閉じるものとすることもできる（請求項５の発明）。
【００３３】
こうすれば、他方の吸気通路を開閉弁により閉じることで、一方の吸気通路における吸気の流通量を増大させて、一方の吸気弁周りで少なくとも気筒中心に向かう吸気の流速が高くなるように、吸気の流れを変更することができる。
【００３４】
そうした場合に、より好ましいのは、エンジンの特定運転状態が、少なくとも負荷によって規定した特定の運転領域にあるときとして、前記吸気流制御手段を、前記特定運転領域では他方の吸気通路を開閉弁によって閉じる一方、それよりも高負荷側の運転領域では開放するものとすることである（請求項６の発明）。こうすれば、エンジンが特定運転領域よりも高負荷側にあって気筒の充填効率を高める必要があるときには、開閉弁などを開くことにより通路断面積を拡大して、吸気の流通抵抗を減らすことができる。
【００３５】
より具体的には、例えばエンジンが低回転域の中負荷乃至高負荷域に設定した運転領域にあるときを前記特定運転状態とすればよい（請求項７の発明）。低回転域ではピストンスピードが低いことから、吸気流動が弱くなり、それにも拘わらず比較的燃料噴射量が多くなる中負荷乃至高負荷域では、自ずと燃料の気化が難しくなり、気筒壁面への燃料付着量も多くなりやすいからである。
【００３６】
また、例えばエンジンの冷機時を前記特定運転状態としてもよい。このときには、気筒壁面の温度が低いため、付着した燃料液滴の気化の遅れが大きくなりやすいからである。そして、その場合には、インジェクタによる燃料噴射圧を暖機後の同一運転状態と比較して低くなるように変更する燃圧変更手段を備えることが好ましい（請求項８の発明）。
【００３７】
そのように燃料噴射圧を低下させることで、燃料噴霧の貫徹力を弱め、そのことによっても気筒壁面への燃料の付着を軽減することができる。また、そのように燃圧を低下させると、これにより燃料の微粒化は悪くなるが、上述の如く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ことによって、燃料液滴の気化を促進できるので、問題は生じない。
【００３８】
さらにまた、上述の構成の火花点火式エンジンにおいて、燃料噴射制御手段を、インジェクタにより燃料を複数回に分割して噴射させるとともに、その複数回の燃料噴射がいずれも気筒の吸気行程前半で始まるように、該インジェクタを制御するものとするのが好ましい（請求項９の発明）。こうすれば、分割噴射によって全体として燃料噴霧の貫徹力を弱めることができ、このことによっても気筒壁面への燃料の付着を軽減できる。
【発明の効果】
【００３９】
以上、説明したように、本願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とともに、別の少なくとも１つの噴口からの燃料噴霧をピストンの側に向かわせるようにした場合に、エンジンの冷機時や低回転中高負荷などの特定の運転状態では、前記点火プラグ近傍に向かう燃料噴霧に対して、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）から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、その燃料液滴の気化を十分に促進し、燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、２つの吸気弁のうちの一方からの吸気流量を他方よりも多くして、気筒内に強いスワール流を生成することで、燃料噴霧の気筒壁面への付着を軽減することができる。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。
【００４０】
特に、エンジンが低回転域の中負荷乃至高負荷域に設定した運転領域にあるときを前記特定運転状態とすれば、全体として吸気流動が弱いにも拘わらず燃料噴射量の多くなるときに前記のような効果が得られ、極めて有効である（請求項７の発明）。
【００４１】
また、エンジンの冷機時を前記特定運転状態とし、さらに、そのときには燃圧を低下させて燃料噴霧の貫徹力を弱めるようにすれば、前記のような効果がより確実に得られ、極めて有効である（請求項８の発明）。
【００４２】
さらに、燃料を分割して噴射させることによって、燃料噴霧の貫徹力を弱めるようにすれば、前記の効果をより高めることができる（請求項９の発明）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
より詳しくは、前記Ｖ字状をなす３つの燃料噴霧Ｓ１，…のうち、Ｖ字の下部に位置する１つの燃料噴霧Ｓ１は、その幾何学的噴霧エリアが点火プラグ１６電極の直下を通過するに形成され、Ｖ字の上部に位置する２つの燃料噴霧Ｓ１，Ｓ１は、その幾何学的噴霧エリアが点火プラグ１６の電極を側方から挟むように形成される。このことで、３つの燃料噴霧Ｓ１，…はいずれも燃料の液滴が点火プラグ１６の電極を濡らすことなく気化して、これにより形成される混合気塊が電極を包み込むようになる。
【００５２】
また、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。
【００５３】
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（ピストン５の側に）向かって進行するようになる。
【００５４】
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、上述したように、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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（燃圧変更手段）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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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）。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
その際に、前記インジェクタ１８により燃料を複数回に分割して噴射させるとともに、図９(c)の如く、その複数回の燃料噴射がいずれも気筒２の吸気行程前半で始まるようにすることもできる。こうして分割噴射を行えば、燃料の微粒化をあまり損なわずに、噴霧の貫徹力を適度に弱めることができる。
【００７５】
さらに、前記インジェクタ１８への燃圧の制御は、例えば図１０に示すように冷機時（冷間）と暖機後（温間）とで特性を切替えて、主にエンジン回転速度に基づいて行われ、暖機後は低回転側で相対的に低く、高回転側では高くなるように、燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７を制御して、燃圧を２段階に変化させるようにしている。また、冷機時は暖機後に比べて燃圧を低下させ、特に低回転側で低下度合いが大きくなるようにしている。
【００７６】
尚、図の例では、暖機後の燃圧を高低、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。また、冷機時の燃圧は低回転側で略一定とし、高回転側で回転上昇に連れて徐々に高めるようにしているが、これに限らず、燃圧を段階的に変化させ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略一定に維持するようにしてもよい。
【００７７】
前記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。
【００７８】
（特定運転状態での制御）
ところで、前記の如くエンジン１を均一燃焼状態とするために気筒２の吸気行程で燃料を噴射させるときには、気筒２内が負圧になっていることから燃料噴霧の貫徹力が相対的に強くなってしまう。そして、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の近傍に向けた燃料噴霧Ｓ１，…においては、噴口１８ａ，…から気筒壁面までの距離が比較的短いことも相俟って、燃料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、付着することになる。
【００７９】
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、気筒壁面に付着した燃料液滴は気化が遅れたり、気化が不十分になったりするので、その付近に局所的に混合気の過濃な部分が形成され、この過濃部分の燃焼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オイル希釈の問題が生じる。
【００８０】
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混合気の過濃部分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。
【００８１】
そのような問題は、例えばピストンスピードが相対的に低く、気筒２内の流動が弱い低回転域において、エンジン負荷の増大に応じて燃料噴射量を増やしたときに、これにより気筒壁面への燃料付着量が多くなることから、大きな問題になりやすい。また、気筒壁面の温度が低いエンジン冷機時には、付着した燃料液滴の気化の遅れが大きくなることから、やはり大きな問題になりやすい。
【００８２】
そこで、この実施形態では、エンジン１が例えば図１１に斜線を入れて示すような低回転且つ中高負荷の運転域（低、中、高負荷に分けた場合、中負荷域における高負荷側の略半分の領域と高負荷域における低負荷側の略半分の領域とを合わせたもの）にあるときや、冷機時などの特定の運転状態において、前記のように気筒壁面への燃料の付着が懸念される上側の３つの燃料噴霧Ｓ１，…に対し、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、その燃料液滴の気化を促進し、これにより燃料噴霧の貫徹力を弱めるとともに、気筒２内に強いスワール流を生成して、燃料噴霧の気筒壁面への付着を軽減するようにしたものである。
【００８３】
すなわち、エンジン１が冷機時であったり、或いは暖機後の低回転中高負荷域にあるときには、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。
【００８４】
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。
【００８５】
その際、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、前記図７、図８を参照して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、気筒２内に強い吸気スワール流が生成されるようになる。
【００８６】
また、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，…に前記の特に速い吸気流が直接、吹き当たるようになる。
【００８７】
つまり、点火プラグ１６近傍に向かう燃料噴霧Ｓ１，…は、カーテンエリアからの高速の吸気流のうちでも特に流速の高められている範囲(I)を、その吸気流速が最も高いときに通過することになり、極めて効果的に気化が促進される。このため、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，…において液滴の粒径がさらに小さくなり、その運動量が減少することで、前記燃料噴霧Ｓ１，…の貫徹力が弱くなって、気筒壁面へ液滴のままで到達する燃料の量が少なくなる。
【００８８】
さらに、そうして気筒壁面へ到達しようとする燃料液滴が、前記のように強化された気筒２内のスワール流によって周方向に運ばれることにより（図８(b)の範囲(II)を参照）、燃料の気筒壁面への付着量は十分に軽減される。
【００８９】
これに加えて、エンジン冷機時には、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が制御されるので（図１０(b)を参照）、前記燃料噴霧Ｓ１，…の貫徹力がさらに弱くなり、このことによっても気筒壁面への燃料の付着を軽減できる。
【００９０】
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はやや大きくなるが、上側の燃料噴霧Ｓ１，…については、上述の如くカーテンエリアからの高速の吸気流によって燃料液滴の気化を効果的に促進できるので問題はなく、むしろ、低温の気筒壁面に付着する燃料液滴をより少なくできることのメリットの方が大きい。
【００９１】
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、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ともに、下側の３つの噴口１８ｂ，…からは下方に向けて燃料を噴射するようにしたことで、成層燃焼や均一燃焼などのいずれの燃焼状態においても望ましい混合気形成を実現することができる。
【００９２】
また、エンジンが例えば冷機時や低回転中高負荷などの特定の運転状態にあるときに、前記上側の３つの噴口１８ｂ，…からの燃料噴霧Ｓ１，…に対して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ことによって気化を十分に促進し、これにより燃料噴霧Ｓ１，…の貫徹力を弱めるとともに、気筒２内に強いスワール流を生成して、燃料の気筒壁面への付着を軽減することができる。
【００９３】
こうして燃料噴霧の気化を十分に促進し、気筒壁面への燃料の付着を軽減できることから、ＨＣ、スモークの増大やオイル希釈の不具合を十分に抑制することができ、この結果として従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定できるようになるから、燃費低減などの効果も得られる。
【００９４】
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、それぞれ、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している。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。
【００９５】
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。しかし、この実施形態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効果的に促進し、且つ気筒２内に強いスワール流を生成するようにすれば、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を大幅に軽減でき、燃料の気化も良くなって燃焼性が向上することから、図示の如く噴射時期を大幅に遅角できることが分かる。
【００９６】
こうして従来よりも広い範囲で燃料噴射時期を設定できるようになり、これにより点火時期の設定の自由度も高くなるので、燃費の低減や排気の清浄化についても有利になるとともに、例えば冷間始動直後に触媒３９の急速暖機のために、点火時期を大幅に遅角させることもできるようになる。
【００９７】
加えて、エンジン１の冷機時には、燃圧を低下させて燃料噴霧Ｓ１，…，Ｓ２，…の貫徹力を弱めることで、気筒壁面への燃料付着をさらに軽減することができ、冷間におけるＨＣ、スモークの増大をより効果的に抑制することができる。
【００９８】
図１３(a)、(b)は、この実施形態の直噴エンジン１における燃料噴射圧（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効果が大きいのは、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ることを示している。
【００９９】
尚、暖機後（温間）については、燃圧によらずあまりＨＣは変わらないが、この実施形態のように冷間に比べて燃圧を高くすることで、スモーク濃度を低減できることが分かる。これは、燃料噴霧の微粒化がさらに促進されることによると考えられる。
【０１００】
（他の実施形態）
本発明の構成は、前記した実施形態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１４(a)〜(f)に示すように、噴口数は５個以下でもよいし、反対に７個以上とすることもできる。
【０１０１】
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。
【０１０２】
また、前記実施形態においては、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。
【０１０３】
すなわち、例えば図１５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１６のように下側のみを切り欠いてもよい。図１５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。
【０１０４】
一方、図１６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。
【０１０５】
さらに、吸気流変更手段は、例えば図１７に模式的に示すように、一方の吸気ポート９（同図の上側の吸気ポート）を所謂ヘリカルポートとして、その開口部付近に、下流側ほど気筒中心側に向くように湾曲する通路湾曲部を形成するとともに、前記実施形態と同様に他方の分岐通路３０ｂには開閉弁である流動制御弁３５を配設することによって、構成することもできる。
【０１０６】
こうすれば、エンジン１が特定運転状態にあるときに、ＥＣＵ４０の吸気流動制御部４０ｄによって前記流動制御弁３５を閉じることで、一方の分岐通路３０ａから前記一方の吸気ポート９に向かう吸気の流通量を増大させて、その一方の吸気ポート開口部と吸気弁１１の間のカーテンエリアから流出する吸気の流速を全体として高めることができる。
【０１０７】
さらにまた、前記実施形態においては、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ようにした場合の制御特性である。
【０１０８】
また、前記実施形態においては、エンジン１の特定運転領域を例えば図１１に示すように低回転中高負荷域としているが、これに限らず、特定運転領域は低回転域の中負荷乃至高負荷域に適宜、設定すればよいし、或いは、負荷状態のみによって規定することもできる。
【０１０９】
また、前記実施形態において、エンジン１が特定の運転状態にあるときには、ＥＣＵ４０の燃料噴射制御部４０ａによって、図９(c)に示すようにインジェクタ１８により燃料を複数回（図の例では２回）に分割して噴射させるとともに、その複数回の燃料噴射がいずれも気筒２の吸気行程前半で始まるように、当該インジェクタ１８を制御するようにしてもよい。こうすれば、分割噴射によって全体として燃料噴霧の貫徹力を弱めることができ、このことによって気筒壁面への燃料の付着を一層、軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
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、冷間や低回転中高負荷などの特定の運転状態においても燃料噴霧の気化を十分に促進し、気筒壁面への燃料の付着を軽減して、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】
【０１１１】
【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】エンジンの特定運転領域の一例を示すマップ図である。
【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】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１４】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１５】流動制御弁の他の実施形態を示す図３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】一方の吸気ポートをヘリカルポートとした他の実施形態を示す図５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】
【０１１２】
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
１６      点火プラグ
１８      インジェクタ
１８ａ    少なくとも１つの噴口
１８ｂ    別の少なくとも１つの噴口
２７      高圧レギュレータ（燃圧変更手段）
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（燃圧変更手段）
４０ｄ    吸気流動制御部（吸気流制御手段）
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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