(57)【要約】    【課題】噴霧をその貫徹力自体により移動させる成層燃焼を行わせる場合に、噴霧の冠面到達距離を確保し、過濃混合気の形成を抑制する。    【解決手段】インジェクタ２１の噴射点ｐをピストンの冠面に対して移動させる駆動機構Ｄを構成する。成層燃焼に際し、噴霧をその貫徹力自体により移動させ、ピストンの冠面との衝突前の噴霧に対して点火を行う場合は、噴射点ｐをピストンの冠面から遠い位置に移動させる。【選択図】  図３
2006183576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの冠面に指向させて設置された燃料供給用のインジェクタと、
前記インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、
前記インジェクタの噴射点をその噴射方向に移動させる噴射点可変手段と、を含んで構成され、
前記インジェクタは、機関の運転領域のうち比較的に低負荷側の領域で、噴射時期が圧縮行程中に設定されるとともに、
前記噴射点可変手段は、前記低負荷側の領域のうち、前記点火プラグによる点火がピストンの冠面との衝突前の噴霧に対して行われる第１の領域において、前記噴射点をピストンの冠面から比較的に遠い第１の位置に設定する一方、この第１の領域以外の領域として設定された第２の領域において、前記噴射点を前記第１の位置よりもピストンの冠面に近い第２の位置に設定する筒内噴射式内燃機関。
【請求項２】
ピストンの冠面に噴霧を案内するためのキャビティが形成され、
前記インジェクタは、このピストンの冠面のうち、前記キャビティに指向させて設置され、
前記第２の領域において、前記点火プラグは、前記キャビティにより案内された噴霧が形成する混合気塊に対して点火する請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項３】
前記第２の領域において、前記噴射点可変手段は、機関の負荷が大きく又は機関の回転速度が高いときほど、前記噴射点をピストンの冠面に近付ける請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項４】
ピストンの冠面に、前記キャビティとして、冠面中央部の内側キャビティと、その周囲の外側キャビティとが形成され、
前記第２の領域のうち、機関の負荷が所定の負荷よりも低い低負荷域において、前記インジェクタの噴射時期として噴霧が前記内側キャビティに向かう時期が設定される一方、機関の負荷がこの所定の負荷以上である高負荷域において、前記インジェクタの噴射時期として噴霧が前記外側キャビティに向かう時期が設定される請求項２又は３に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項５】
前記噴射点可変手段は、前記第２の領域のうち、前記低負荷域及び前記高負荷域の双方において、負荷の増大又は回転速度の上昇に従い前記噴射点をピストンの冠面に近付ける請求項４に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項６】
前記噴射点可変手段は、前記第２の領域のうち、前記高負荷域の最小負荷又は最低速度点において、前記低負荷域の最大負荷又は最高速度点におけるよりも前記噴射点をピストンの冠面から遠ざける請求項５に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項７】
機関の運転領域のうち、前記低負荷側の領域よりも高負荷側の第３の領域において、前記インジェクタは、噴射時期が吸気行程中に設定される請求項１〜６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項８】
前記第３の領域において、前記噴射点可変手段は、前記噴射点を前記第２の位置よりもピストンの冠面から遠い第３の位置に設定する請求項７に筒内噴射式内燃機関。
【請求項９】
機関の温度が所定の温度よりも低い状態での始動時において、前記噴射点可変手段は、前記噴射点を前記第３の位置よりもピストンの冠面に近い第４の位置に設定する請求項８に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項１０】
前記噴射点可変手段の故障を検出する故障検出手段を更に含んで構成され、
この手段により前記噴射点可変手段の故障が検出された故障時において、前記噴射点可変手段は、前記噴射点を前記第１の位置よりもピストンの冠面に近い第５の位置に設定する請求項１〜９のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項１１】
前記故障時において、これ以外の通常時と比較して機関の運転領域が制限されるとともに、前記インジェクタは、この制限された運転領域の全域で、噴射時期が吸気行程中に設定される請求項１０に記載の筒内噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射式内燃機関に関し、詳細には、ピストンの冠面にキャビティを設けるとともに、燃料供給用のインジェクタをこのピストンの冠面に指向させて設置した筒内噴射式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料供給用のインジェクタを燃焼室に臨ませて設置し、所定の運転領域での燃焼に際し、このインジェクタにより圧縮行程中に燃料を噴射させ、混合気を層状に形成する内燃機関が知られている。この筒内噴射式内燃機関によれば、低負荷域及び中負荷域で混合気を層状化することで、これらの運転領域での燃料消費量を大幅に削減することができる。筒内噴射式内燃機関では、成層燃焼に際し、より安定した、確実な点火及び燃焼のため、機関の運転状態に応じ、燃焼室内に適度な大きさ及び空燃比で混合気塊を形成することが要求される。
【０００３】
従来、筒内噴射式内燃機関に関し、次のような技術が知られている。すなわち、シリンダヘッドにおいて、気筒中心軸を基準として吸気ポートの外側にインジェクタを配置するとともに、吸気制御弁を操作し、燃焼室に対して側方から噴射された燃料の噴霧を、その貫徹力自体により点火プラグ近傍にまで到達させるものである（特許文献１）。
また、筒内噴射式内燃機関として、ピストンの冠面に噴霧を案内するためのキャビティを形成するとともに、インジェクタを気筒中心軸上に、ピストンの冠面に対向させて設置したものが知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−０５２７３２号公報（段落番号００４９）
【特許文献２】特願平１１−０８２０２８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の技術には、次のような問題がある。すなわち、この技術は、噴霧をその貫徹力自体により移動させるものであり、燃料の噴射中又は噴射終了直後に点火を行わせる必要上、燃料の噴射時期は、圧縮行程のうち、遅角側の上死点近傍に設定されることとなる。このため、設定された噴射時期において、インジェクタの噴射点とピストンの冠面との間に充分な距離（以下「噴霧の冠面到達距離」という。）を確保することができず、噴霧の先端が、燃料の蒸発及び混合が不充分な状態でピストンの冠面に衝突することとなる。このため、ピストンの冠面近傍に過濃混合気が形成され易く、スモークを増大させるとともに、燃焼安定性を低下させる。この問題は、インジェクタを気筒中心軸上に設置した筒内噴射式内燃機関において、より顕著なものとなる。
【０００５】
本発明は、噴霧をその貫徹力自体により移動させる成層燃焼を行わせる場合に、噴霧の冠面到達距離を確保し、スモークの発生及び燃焼安定性の悪化の原因となる過濃混合気の形成を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、筒内噴射式内燃機関を提供する。本発明に係る装置は、ピストンの冠面に指向させて設置された燃料供給用のインジェクタと、このインジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグとを含んで構成され、インジェクタは、その噴射点が噴射方向に移動可能に構成されるとともに、機関の運転領域のうち比較的に低負荷側の領域で、噴射時期が圧縮行程中に設定される。インジェクタの噴射点は、前記低負荷側の領域のうち、点火プラグによる点火がピストンの冠面との衝突前の噴霧に対して行われる第１の領域において、ピストンの冠面（たとえば、圧縮上死点におけるピストンの冠面）から比較的に遠い第１の位置に設定される一方、この第１の領域以外の領域として設定された第２の領域において、前記第１の位置よりもピストンの冠面に近い第２の位置に設定される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、点火がピストンの冠面との衝突前の噴霧に対して行われる第１の領域において、インジェクタの噴射点をピストンの冠面から比較的に遠い第１の位置に設定することとしたので、噴霧の冠面到達距離を確保し、冠面との衝突までに燃料の蒸発及び混合を進行させることができ、スモークの発生及び燃焼安定性の悪化の原因となる過濃混合気の形成を抑制することができる。また、本発明によれば、この第１の領域と、第１の領域以外の領域として設定される第２の領域との間で、噴射点を異ならせ、この第２の領域において、噴射点を第１の位置よりもピストンの冠面に近い第２の位置に設定することとしたので、第１の領域及び第２の領域の双方で良好な混合気塊を形成することを可能とし、領域毎に安定した成層燃焼を行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関（以下「エンジン」という。）１Ａの構成を、気筒配列方向に対して垂直な平面による断面で示している。また、図２は、この図１に示すＡ−Ａ線による断面を示している。
シリンダブロック１１には、ピストン１２が挿入されており、ピストン１２の冠面とシリンダヘッド１３の下面との間に形成される空間が、燃焼室１４となる。シリンダヘッド１３には、気筒中心軸ｍを基準とした一側に吸気ポート１５が形成されており、吸気ポート１５は、図示しない吸気マニホールドと接続して、吸気通路を形成している。吸気ポート１５は、吸気弁１６により開放及び遮断される。一方、気筒中心軸ｍを基準とした他側に排気ポート１７が形成されており、排気ポート１７は、図示しない排気マニホールドと接続して、排気通路を形成している。排気ポート１７は、排気弁１８により開放及び遮断される。吸気ポート１５及び排気ポート１７は、各気筒について２つずつ、気筒配列方向に並設されている（図２）。吸気弁１６及び排気弁１８は、各弁１６，１８の上方に配置された吸気カム１９及び排気カム２０により夫々駆動される。
【０００９】
また、シリンダヘッド１３には、燃焼室１４の上部略中央に臨ませて燃料供給用のインジェクタ２１が設置されるとともに、このインジェクタ２１に隣接させて点火プラグ２２が設置されている。
図２のように、本実施形態では、インジェクタ２１は、気筒中心軸ｍから気筒配列方向に若干オフセットさせた位置に、気筒中心軸ｍに対して傾斜させた状態で設置されている。このインジェクタ２１の配置は、インジェクタ２１及び点火プラグ２２の双方を気筒中心軸ｍに近付けて位置させたい要求によるものである。無論、インジェクタ２１を気筒中心軸ｍ上に設置するとともに、点火プラグ２２を図２に示す位置よりも気筒中心軸ｍから遠ざけて設置してもよい。インジェクタ２１は、先端のノズル部において、周方向に複数の噴孔が設けられたマルチホール型のインジェクタであり、各噴孔から噴射された燃料は、全体として中空のコーン状噴霧を形成する。このコーンの中心線をインジェクタ２１の噴射方向線ｎとした場合に、この噴射方向線ｎは、ピストン１２の冠面中央部に向けられている。本実施形態では、インジェクタ２１を気筒中心軸ｍからオフセットさせた関係で、噴射方向線ｎを気筒中心軸ｍに対して傾斜させているが、インジェクタ２１を気筒中心軸ｍ上に設置した場合は、噴射方向線ｎと気筒中心軸ｍとを一致させることができる。なお、噴射方向線ｎの設定は、これらのものに限らず、噴射方向線ｎが気筒中心軸ｍに対して平行又はこれに近い状態にあり、ピストン１２の冠面１２１に形成された、後述するキャビティｃにより噴霧を案内して、縦方向の循環流を形成するという、後述する作用が得られる状態にあればよい。
【００１０】
ピストン１２の冠面１２１には、インジェクタ２１により噴射された燃料の噴霧（以下、単に「噴霧」という。）を案内するためのキャビティｃが形成されている。本実施形態では、このキャビティｃ１２１は、気筒中心軸ｍに垂直な平面による断面で円形に形成されており、その中心は、気筒中心軸ｍと一致している。
図３は、本実施形態に係る「噴射点可変手段」を構成するインジェクタ２１の駆動機構Ｄの構成を示している。本実施形態では、インジェクタ２１の「噴射点」ｐとして、周方向に配列された噴孔の中心を採用する。
【００１１】
この駆動機構Ｄは、インジェクタ２１を噴射方向線ｎに対して平行な軸ｚの方向に移動させるものであり、駆動源としての油圧アクチュエータ１０１を含んで構成される。インジェクタ２１は、シリンダヘッド１３に形成されたホール１３１に先端から挿入されるとともに、シリンダヘッド１３に取り付けられたカバー１３２により、このホール１３１内に保持されている。インジェクタ２１は、このカバー１３２との間に圧縮状態で装着されたスプリング１０２により下方に付勢され、ホール１３１内に押し込まれている。油圧アクチュエータ１０１は、シリンダヘッド１３に形成された油圧通路１３３を介し、ホール１３１内に作動油を制御された圧力で供給する。この作動油は、インジェクタ２１の端面に作用し、インジェクタ２１をスプリング１０２の力に抗して上方に移動させる。なお、シリンダヘッド１３には、ホール１３１に連続させてリセス１３４が形成されている。このリセス１３４は、壁面がテーパ状に形成され、噴射方向線ｎに対して垂直な断面の面積が噴射方向に進むほど拡大されている。噴射点ｐは、その位置によらず、常にこのリセス１３４内に収められる。本実施形態では、駆動機構Ｄがインジェクタ２１に付加する外部構造として構成されているが、「噴射点可変手段」をインジェクタ２１の内部構造として構成し、インジェクタ２１自体を移動させずに、噴射点ｐを移動させることもできる。
【００１２】
インジェクタ２１へは、燃料ポンプ２３により加圧された燃料が、燃料配管２４を介して規定圧力で供給される。燃料ポンプ２３は、図示しないカムシャフトに連結され、エンジン１の出力により駆動される。
図１に戻り、エンジン１の運転は、エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）３１により統合的に制御される。エンジン１には、アクセル開度ＡＰＯを検出するアクセルセンサ４１からの信号、クランク角センサ４２からの信号（これをもとに、エンジン回転数ＮＥを算出する。）、及び冷却水温度Ｔｗを検出する温度センサ４３からの信号等が入力されるとともに、燃料配管２４に設置された燃料圧力センサ４４からの信号が入力される（図３）。ＥＣＵ３１は、これらの信号をもとに、インジェクタ１９の燃料噴射量及び噴射時期と、点火プラグ２０の点火時期とを制御するとともに、燃料ポンプ２３の回転数を調整する。
【００１３】
本実施形態では、エンジン１の回転速度及び負荷に応じ、均質燃焼と成層燃焼との間で燃焼形態が切り換えられる。図５は、燃焼形態のマップを示している。また、図７は、点火時期における筒内の状態を燃焼形態毎に示している。エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰＯにより燃焼形態が切り換えられ、エンジン１の運転領域のうち、高回転高負荷側の領域Ｃで均質燃焼が、この領域Ｃ以外の領域Ａ，Ｂで成層燃焼が選択される。均質燃焼では、空燃比が理論空燃比に設定されるとともに、燃料の噴射時期が吸気行程中に設定され、噴霧を燃焼室１４全体に拡散させて混合気が形成される（図７ｃ）。他方、成層燃焼では、空燃比が理論空燃比よりも大きな値に設定されるとともに、燃料の噴射時期が圧縮行程中に設定され、燃焼室１４の中央部付近に噴霧を集中させ、混合気が層状に形成される。また、本実施形態では、成層燃焼を行わせる場合に、低負荷側の領域Ａと、高負荷側の領域Ｂとの間で成層燃焼の形態が更に切り換えられる。すなわち、領域Ａでは、燃料の噴射時期を圧縮上死点近傍の時期に設定し、ピストン１２の冠面１２１との衝突前の噴霧に対して点火を行う形態（以下「スプレーガイド燃焼」という。）が選択される（図７ａ）。他方、領域Ｂでは、燃料の噴射時期を圧縮行程中の比較的に早い時期に設定し、ピストン１２のキャビティｃにより案内された噴霧が形成する混合気塊に対して点火を行う形態（以下「ウォールガイド燃焼」という。）が選択される（図７ｂ）。なお、本実施形態に関し、領域Ａが「第１の領域」に、領域Ｂが「第２の領域」に相当する。また、領域Ｃが「第３の領域」に相当する。
【００１４】
次に、ＥＣＵ３１の動作をフローチャートにより説明する。
図４は、燃焼制御ルーチンのフローチャートであり、このルーチンにより燃焼形態が選択されるとともに、噴射点ｐの位置（以下「噴射位置」という。）Ｐｉｎｊが設定される。なお、このルーチンの説明に際し、噴射位置Ｐｉｎｊ、噴射時期Ｔｉｎｊ及び点火時期Ｔｉｇｎのテーブルを示す図６を参照する。
【００１５】
Ｓ１０１では、エンジン１の始動制御中であるか否かを判定する。始動制御中であるときは、Ｓ１１０へ進み、始動制御中でないときは、Ｓ１０２ヘ進む。この始動制御は、スタートスイッチからの信号等によりエンジン１の始動時であると判定されたときに開始され、冷却水温度Ｔｗに応じて設定される増量補正値により燃料の噴射量を増大させ、理論空燃比よりも低い空燃比で燃焼が行われる。始動後、冷却水温度Ｔｗの上昇に伴いこの増量補正値を減少させていき、暖機が完了した時点で通常の燃焼制御に移行して、Ｓ１０２以降へ進む。
【００１６】
Ｓ１０２では、エンジン１の運転状態として、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰＯを読み込む。
Ｓ１０３では、領域判定を行う。エンジン１の運転状態が領域Ａにあると判定したときは、Ｓ１０４へ進み、領域Ｂにあると判定したときは、Ｓ１０６へ進み、領域Ｃにあると判定したときは、Ｓ１０８へ進む。
【００１７】
Ｓ１０４では、スプレーガイド燃焼による成層燃焼を選択する。
Ｓ１０５では、油圧アクチュエータ１０１を最大設定出力で作動させ、噴射点Ｐをピストン１２の冠面１２１から最も遠い位置Ｐｕｐに上昇させる。
スプレーガイド燃焼による場合に、燃料の噴射時期Ｔｉｎｊは、圧縮上死点近傍の時期に設定され、アクセル開度ＡＰＯの増大又はエンジン回転数ＮＥの上昇に従い進角される。他方、噴射点ｐは、上昇位置Ｐｕｐに固定される。なお、スプレーガイド燃焼による領域Ａで設定される噴射位置Ｐｉｎｊ（ここでは、上昇位置Ｐｕｐ）が「第１の位置」に相当する。
【００１８】
Ｓ１０６では、ウォールガイド燃焼による成層燃焼を選択する。
Ｓ１０７では、油圧アクチュエータ１０１の出力をエンジン１の運転状態に応じて調整し、噴射点Ｐをこの運転状態に応じた位置に移動させる。
ウォールガイド燃焼による場合に、燃料の噴射時期Ｔｉｎｊは、圧縮行程中の比較的に早い時期に設定され、アクセル開度ＡＰＯの増大等に従い進角される。スプレーガイド燃焼からウォールガイド燃焼への形態の移行に伴い、点火時期Ｔｉｇｎも進角されるが、この移行点における変化の幅δ１は、噴射時期Ｔｉｎｊの変化の幅δ２と比較して小さい。他方、噴射点ｐは、この形態の移行に伴い所定の位置まで一時に下降させるとともに、アクセル開度ＡＰＯの増大等に従い下降させ、ピストン１２の冠面１２１に近付ける。なお、ウォールガイド燃焼による領域Ｂで設定される噴射位置Ｐｉｎｊ（ここでは、負荷等に応じて変更される。）が「第２の位置」に相当する。
【００１９】
Ｓ１０８では、均質燃焼を選択する。
Ｓ１０９では、油圧アクチュエータ１０１を最大設定出力で作動させ、噴射点ｐを上昇位置Ｐｕｐに移動させる。
均質燃焼による場合は、燃料の噴射時期Ｔｉｎｊは、吸気行程中に設定され、噴射点ｐは、上昇位置Ｐｕｐに固定される。なお、均質燃焼による領域Ｃで設定される噴射位置Ｐｉｎｊ（ここでは、上昇位置Ｐｕｐ）が「第３の位置」に相当する。
【００２０】
Ｓ１１０では、始動制御に際し、冷却水温度Ｔｗが所定の温度Ｔｗ１（たとえば、２０℃）よりも低いか否かを判定する。低いときは、Ｓ１１１へ進み、それ以外のときは、Ｓ１１２へ進む。
Ｓ１１１では、油圧アクチュエータ１０１を停止させ、噴射点ｐをピストン１２の冠面１２１に最も近い位置Ｐｄｏｗｎに下降させる。なお、低温始動時に設定される噴射位置Ｐｉｎｊ（ここでは、下降位置Ｐｄｏｗｎ）が「第４の位置」に相当する。
【００２１】
Ｓ１１２では、油圧アクチュエータ１０１を最大設定出力で作動させ、噴射点ｐを上昇位置Ｐｕｐに移動させる。
Ｓ１１３では、駆動機構Ｄに故障が発生しているか否かを判定する。この判定は、油圧アクチュエータ１０１を最大設定出力で作動させるスプレーガイド燃焼時（領域Ａ）に、エンジン回転数ＮＥ又は筒内圧力等に基づいて失火が発生したか否かを判定することにより行うことができる。スプレーガイド燃焼に際し、故障により噴射点ｐが充分に上昇していない場合は、蒸発及び混合が不充分な噴霧により過濃混合気が形成され、これが点火不良の原因となるからである。
【００２２】
Ｓ１１４では、油圧アクチュエータ１０１を強制的に停止させ、噴射点ｐを下降位置Ｐｄｏｗｎに移動させる。なお、故障時に設定される噴射位置Ｐｉｎｊ（ここでは、下降位置Ｐｄｏｗｎ）が「第５の位置」に相当する。
Ｓ１１５では、通常時と比較して狭い範囲に制限された回転速度及び負荷で、均質燃焼のみによる運転を行わせる故障時モードを実行する。
【００２３】
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第１に、本実施形態では、スプレーガイド燃焼による領域Ａにおいて、インジェクタ２１の噴射点ｐをこの冠面１２１から比較的に遠い上昇位置Ｐｕｐに移動させることとした。このため、噴霧の冠面到達距離ｌ（図９ａ）を確保し、スモークの発生及び燃焼安定性の悪化の原因となる過濃混合気の形成を防止することができる。
【００２４】
第２に、本実施形態では、スプレーガイド燃焼による領域Ａとウォールガイド燃焼による領域Ｂとの間で噴射位置Ｐｉｎｊを異ならせ、この領域Ｂにおいて、噴射点ｐを領域Ａにおけるよりもピストン１２の冠面１２１に近い下降位置Ｐｄｏｗｎに移動させることとした。このため、領域Ａ及びＢの双方で安定した成層燃焼を行わせることができる。図８，９は、ウォールガイド燃焼による場合の筒内の状態を、噴射点ｐを下降位置Ｐｄｏｗｎに設定した場合（図８）と、上昇位置Ｐｕｐに設定した場合（図９）とについて示している。
【００２５】
ウォールガイド燃焼は、燃料をピストン１２の冠面１２１に形成されたキャビティｃ内に噴射させるものであるため、燃料の噴射時期は、噴霧の拡がり角θの大きさとピストン１２の位置との幾何学的な関係から定められる。１サイクル当たりの実時間が短くなる高回転時や、長い噴射時間が必要とされる高負荷時では、必要な量の燃料を噴射するために噴射時期を進角させざるを得ないが、噴射点ｐを上昇させたままでは、噴霧Ｓの冠面到達距離ｌが長いため、噴霧Ｓがキャビティｃ内に収まらない場合がある（図９ｂ）。これに対し、本実施形態では、ウォールガイド燃焼に際して噴射点ｐを下降させ、冠面１２１に近付けることとしたので（図８）、噴霧の冠面到達距離ｌを短くし、噴射時期を進角させたとしても噴霧Ｓをキャビティｃ内に収め、良好な混合気塊Ｍ１を形成することができる（図８ｂ，ｃ）。また、負荷の増大又は回転速度の上昇の従い噴射点ｐを下降させることとしたので、エンジン１の運転状態によらず、噴霧Ｓを常にキャビティｃ内に噴射して、混合気塊Ｍ１を形成することができる。
【００２６】
第３に、本実施形態では、均質燃焼による領域Ｃにおいて、噴射点ｐを上昇位置Ｐｕｐに移動させ、インジェクタ２１を燃焼室１４からシリンダヘッド１３内に退避させることとした。領域Ｃでは、燃料の噴射量が多く、筒内の温度が平均的に高い状態にあるが、このようにインジェクタ２１を退避させることで、インジェクタ２１に対する燃焼室１４からの熱の影響を抑制し、インジェクタ２１を保護することができる。
【００２７】
第４に、本実施形態では、低温始動時において、噴射点ｐを下降位置Ｐｄｏｗｎに移動させることとした。低温始動時では、筒内の温度が低く、噴射された燃料の蒸発が進み難い状態にあるが、噴射点ｐを下降させ、点火プラグ２２を燃料の通過領域から積極的に外すことで、蒸発が充分に進んでいない状態の燃料が点火プラグ２２に付着することを防止することができる。
【００２８】
第５に、本実施形態では、故障時において、噴射点ｐを下降位置Ｐｄｏｗｎに移動させることとした。このため、噴射点ｐが定まらない状態での燃焼を回避するとともに、特に低温時において、点火プラグ２２への燃料の付着による点火不良を防止することができる。また、本実施形態では、噴射点ｐの移動に併せ、均質燃焼による故障時モードを強制的に実行させることとしたので、層状混合気の形成不良による燃焼の不安定化を防止し、修理が済むまでの運転性を確保することができる。
【００２９】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１０は、本実施形態に係るエンジン１Ｂの構成を示しており、図１１は、この図１０に示すＢ−Ｂ線による断面を示している。
先の実施形態に係るエンジン１Ａとの構造上の相違は、次の通りである。
すなわち、エンジン１Ｂでは、ピストン１２の冠面１２１において、噴霧を案内するためのキャビティとして、冠面中央部に内側キャビティｃ１が形成されるとともに、その周囲に外側キャビティｃ２が形成されている。内側キャビティｃ１は、気筒中心軸ｍに対して垂直な平面による断面で円形に形成されているが、その中心は、気筒中心線ｍから気筒配列方向に若干オフセットさせた位置に設定されている（図１１）。この内側キャビティｃ１の配置は、インジェクタ２１を気筒中心軸ｍからオフセットさせたことに伴うものであり、インジェクタ２１を気筒中心軸ｍ上に設置した場合は、内側キャビティｃ１の中心を気筒中心軸ｍと一致させることができる。他方、外側キャビティｃ２は、前記断面で環状に形成されており、その中心は、内側キャビティｃ１とは異なり、気筒中心軸ｍに一致している。
【００３０】
本実施形態では、成層燃焼及び均質燃焼との間で燃焼形態を切り換えるとともに、成層燃焼による場合に、スプレーガイド燃焼とウォールガイド燃焼との間で更に形態を切り換える（図１３）。また、ウォールガイド燃焼による場合に、エンジン１の負荷に応じて利用するキャビティを切り換え、所定の負荷Ｔｑ１よりも負荷の低い領域Ｂ１で内側キャビティｃ１を利用する一方、これ以外の領域Ｂ２で外側キャビティｃ２を利用して、混合気塊を形成する。
【００３１】
図１２は、本実施形態に係るＥＣＵ３１が行う燃焼制御ルーチンの一部を示している。このルーチンは、図４に示すフローチャートにおいて、Ｓ１０７の処理をこの図１２のＳ２０１〜２０５の処理で置き換えたものとして実行される。図１４は、噴射位置Ｐｉｎｊ、噴射時期Ｔｉｎｊ及び点火時期Ｔｉｇｎのテーブルを示しており、フロ−チャートの説明に際し、この図１４を参照する。
【００３２】
すなわち、本実施形態では、ウォールガイド燃焼による領域Ｂ１，Ｂ２において、負荷Ｔｑが所定の負荷Ｔｑ１よりも低いか否かを判定する。低いときは、エンジン１Ｂの運転状態が領域Ｂ１にあるとしてＳ２０２へ進み、これ以外のときは、この運転状態が領域Ｂ２にあるとしてＳ２０４へ進む。
Ｓ２０２では、燃料の噴射時期Ｔｉｎｊとして、噴霧が内側キャビティｃ１に向かう時期が設定される。
【００３３】
Ｓ２０３では、噴射点ｐをエンジン１Ｂの運転状態に応じた位置に移動させる。
領域Ｂ１では、内側キャビティｃ１に向けて燃料を噴射するため、燃料の噴射時期Ｔｉｎｊは、スプレーガイド燃焼による領域Ａにおけるものよりも早い時期に設定され、アクセル開度ＡＰＯの増大等に従い進角される。スプレーガイド燃焼からウォールガイド燃焼への形態の移行に伴い点火時期Ｔｉｇｎが進角される幅δ１が、この形態の移行に伴い噴射時期Ｔｉｎｊが進角される幅δ２よりも小さいことは、前述同様である。他方、噴射点ｐは、この形態の移行に伴い所定の位置まで一時に下降させるとともに、アクセル開度ＡＰＯの増大等に従い下降させ、ピストン１２の冠面１２１に近付ける。
【００３４】
Ｓ２０４では、燃料の噴射時期Ｔｉｎｊとして、噴霧が外側キャビティｃ２に向かう時期が設定される。
Ｓ２０５では、領域Ｂ１におけると同様に、噴射点ｐをエンジン１Ｂの運転状態に応じた位置に移動させる。
領域Ｂ２では、外側キャビティｃ２に向けて燃料を噴射するため、燃料の噴射時期Ｔｉｎｊは、内側キャビティｃ１を利用する領域Ｂ１におけるものよりも早い時期に設定され、領域Ｂ１におけると同様に、アクセル開度ＡＰＯの増大等に従い進角される。内側キャビティｃ１と外側キャビティｃ２との間で利用するキャビティを確実に切り換えるため、領域Ｂ２の最小負荷（又は最低速度）点Ｐ１において、領域Ｂ１の最大負荷（又は最高速度）点Ｐ２におけるよりも噴射点ｐをピストン１２の冠面１２１から遠い位置に設定している。
【００３５】
なお、ウォールガイド燃焼による領域Ｂ１，Ｂ２で設定される噴射位置Ｐｉｎｊが「第２の位置」に相当する。
本実施形態によれば、特に、次のような効果を得ることができる。
第１に、本実施形態では、ピストン１２の冠面１２１に２つのキャビティｃ１，ｃ２を形成し、エンジン１Ｂの運転状態に応じて利用するキャビティを切り換えることとした。このため、ウォールガイド燃焼に際し、この運転状態に応じて適度な大きさ及び空燃比の混合気塊を形成し、安定した成層燃焼を実現することができる。
【００３６】
第２に、内側キャビティｃ１と外側キャビティｃ２との間で利用するキャビティを切り換える際に、たとえば、利用するキャビティを内側キャビティｃ１から外側キャビティｃ２に切り換える際に、噴射点ｐをピストン１２の冠面１２１からより遠い位置に移動させることとした。このため、噴霧をいずれかのキャビティ（ここでは、外側キャビティｃ２）内に確実に収め、これらのキャビティｃ１，ｃ２の境界に形成される冠面１２１の角に噴霧が衝突することで、噴霧が分断され、混合気塊が過度に希薄となるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の構成
【図２】図１のＡ−Ａ線による断面
【図３】インジェクタの駆動機構の構成
【図４】燃焼制御ルーチンのフローチャート
【図５】同上ルーチンに係る燃焼形態のマップ
【図６】同上ルーチンに係る噴射点の位置、噴射時期及び点火時期の動き
【図７】成層燃焼（スプレーガイド燃焼、ウォールガイド燃焼）及び均質燃焼の概念
【図８】本発明のウォールガイド燃焼に関する効果の説明
【図９】図８に対する比較例
【図１０】本発明の他の実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の構成
【図１１】図１０のＢ−Ｂ線による断面
【図１２】燃焼制御ルーチンのフローチャートの他の例
【図１３】同上ルーチンに係る燃焼形態のマップ
【図１４】同上ルーチンに係る噴射点の位置、噴射時期及び点火時期の動き
【符号の説明】
【００３８】
１Ａ，１Ｂ…筒内噴射式内燃機関、１１…シリンダブロック、１２…ピストン、１２１…ピストンの冠面、１３…シリンダヘッド、１４…燃焼室、１５…吸気ポート、１６…吸気弁、１７…排気ポート、１８…排気弁、２１…インジェクタ、２２…点火プラグ、３１…エンジンコントロールユニット、４１…アクセルセンサ、４２…クランク角センサ、４３…冷却水温度センサ、４４…燃料圧力センサ、１０１…油圧アクチュエータ、１０２…スプリング、１３１…ノズルホール、１３２…カバー、１３３…油圧通路、ｃ…キャビティ、ｃ１…内側キャビティ、ｃ２…外側キャビティ、ｍ…気筒中心軸、ｎ…噴射方向線。
【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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