(57)【要約】【課題】  筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで噴射燃料を分担するエンジンにおいて、吸気行程における筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射により発生する問題点を解決する。【解決手段】  筒内噴射用インジェクタ１１０からは、上面視で点火プラグ１１９を挟む八の字形状で側面視で扇形状の噴霧Ａおよび噴霧Ｂが噴射される。噴霧Ａは噴霧Ｂよりも扇形の広がり角が大きく開状態の吸気バルブと干渉するが、噴霧Ｂは開状態の吸気バルブと干渉しない。エンジンＥＣＵは、エンジンが低回転低負荷の領域において、２つある吸気バルブのうちの噴霧Ａ側の吸気バルブのリフト量を低下させて、噴霧Ａと吸気バルブとの干渉が発生しないように、バルブリフト量を制御する。【選択図】        図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関であって、
前記内燃機関は、
シリンダ孔の軸心を鉛直線に一致させた場合のシリンダの側面視で、シリンダヘッドの一側部に形成された吸気通路と、
前記吸気通路の他側部に形成された排気通路と、
前記シリンダ孔のほぼ軸心上で前記シリンダ孔内に放電部が臨む点火プラグとを含み、
前記燃料噴射手段は、
前記シリンダヘッドの前記一側部の端部側から前記シリンダ孔内に向い斜め下方に向って燃料を噴射可能とするとともに、
前記燃料噴射手段により噴射される燃料が、前記シリンダの平面視で、前記放電部を挟む八の字形状となり、かつ、前記シリンダの側面視で、前記燃料噴射手段で噴射される燃料の形状が扇形状であって、
前記燃料噴射手段から噴射された八の字形状における、八の字形状の一方の第１の扇形状と八の字形状の他方の第２の扇形状とが異なる、内燃機関。
【請求項２】
前記吸気通路は、
前記シリンダ孔の手前で２つに分岐された吸気配管と、
各前記吸気配管と前記シリンダ孔内との間に設けられた、前記第１の扇形状側の第１の吸気弁および前記第２の扇形状側の第２の吸気弁とを含み、
前記第１の扇形状における広がり角は、前記第２の扇形状の広がり角よりも小さい角度であって、かつ、前記第１の吸気弁が開弁したときに前記第１の扇形状に噴射された燃料が前記第１の吸気弁と干渉しないような角度である、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関であって、
前記内燃機関は、
シリンダ孔の軸心を鉛直線に一致させた場合のシリンダの側面視で、シリンダヘッドの一側部に形成された吸気通路と、
前記吸気通路の他側部に形成された排気通路と、
前記シリンダ孔のほぼ軸心上で前記シリンダ孔内に放電部が臨む点火プラグとを含み、
前記燃料噴射手段は、
前記シリンダヘッドの前記一側部の端部側から前記シリンダ孔内に向い斜め下方に向って燃料を噴射可能とするとともに、
前記燃料噴射手段により噴射される燃料が、前記シリンダの平面視で、前記放電部を挟む八の字形状となり、かつ、前記シリンダの側面視で、前記燃料噴射手段で噴射される燃料の形状が扇形状であって、
前記燃料噴射手段から噴射された八の字形状における、八の字形状の一方の第１の扇形状の中心線の方向と他方の第２の扇形状の中心線の方向とが異なる、内燃機関。
【請求項４】
前記吸気通路は、
前記シリンダ孔の手前で２つに分岐された吸気配管と、
各前記吸気配管と前記シリンダ孔内との間に設けられた、前記第１の扇形状側の第１の吸気弁および前記第２の扇形状側の第２の吸気弁とを含み、
前記第１の扇形状における中心線の方向は、前記第２のの扇形状における中心線よりも鉛直下方の方向であって、かつ、前記第１の吸気弁が開弁したときに前記第１の扇形状に噴射された燃料が前記第１の吸気弁と干渉しないような中心線の方向である、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関であって、
前記内燃機関は、
シリンダ孔の軸心を鉛直線に一致させた場合のシリンダの側面視で、シリンダヘッドの一側部に形成された吸気通路と、
前記吸気通路の他側部に形成された排気通路と、
前記シリンダ孔のほぼ軸心上で前記シリンダ孔内に放電部が臨む点火プラグとを含み、
前記燃料噴射手段は、
前記シリンダヘッドの前記一側部の端部側から前記シリンダ孔内に向い斜め下方に向って燃料を噴射可能とするとともに、
前記燃料噴射手段により噴射される燃料が、前記シリンダの平面視で、前記放電部を挟む八の字形状となり、かつ、前記シリンダの側面視で、前記燃料噴射手段で噴射される燃料の形状が扇形状であって、
前記燃料噴射手段から噴射された八の字形状における、八の字形状の一方の第１の扇形状の中心線から鉛直上方への広がり角と他方の第２の扇形状の中心線から鉛直上方への広がり角とが異なる、内燃機関。
【請求項６】
前記吸気通路は、
前記シリンダ孔の手前で２つに分岐された吸気配管と、
各前記吸気配管と前記シリンダ孔内との間に設けられた、前記第１の扇形状側の第１の吸気弁および前記第２の扇形状側の第２の吸気弁とを含み、
前記第１の扇形状における中心線から鉛直上方への広がり角は、前記第２の扇形状における中心線から鉛直上方への広がり角よりも小さく、かつ、前記第１の吸気弁が開弁したときに、前記第１の扇形状に噴射された燃料が前記第１の吸気弁と干渉しないような中心線から鉛直上方への広がり角である、請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記内燃機関は、前記吸気弁のリフト量を可変に制御するための制御手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記燃料噴射手段からの吸気行程噴射時において、前記第２の扇形状に噴射された燃料が前記第２の吸気弁と干渉しないように、前記第２の吸気弁のリフト量を制御するための手段を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項８】
前記制御手段は、前記内燃機関の状態が予め定められた条件を満足すると、前記第２の吸気弁のリフト量をゼロにして閉弁状態になるように制御するための手段を含む、請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記予め定められた条件は、前記内燃機関の回転数が予め定められた回転数よりも低いという条件である、請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記内燃機関は、吸気通路内に燃料を噴射するための燃料噴射手段をさらに含む、請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、
前記吸気通路内に燃料を噴射するための燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである、請求項１０に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の内燃機関に関し、特に、少なくとも筒内に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）を有し、さらに、吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関吸気通路内に燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタと、機関燃焼室内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタとを具備し、機関負荷が予め定められた設定負荷よりも低いときには吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射を停止するとともに機関負荷が設定負荷よりも高いときには吸気通路噴射用インジェクタから燃料を噴射するようにした内燃機関が公知である。
【０００３】
また、このような内燃機関の筒内噴射用インジェクタに関連する技術として、筒内に噴射された燃料の微粒化により燃焼効率の向上、排ガス浄化を図る筒内噴射式エンジンがある。たとえば、特開２００３−２５４１９９号公報（特許文献１）は、内燃機関の低負荷時など、シリンダ孔内における混合気の全体の平均空燃比が大きくて、混合気が平均して希薄な場合でも、圧縮比を高く設定できるようにして、燃費をより確実に向上させるようにする筒内燃料噴射式内燃機関を開示する。この筒内燃料噴射式内燃機関は、シリンダ孔の軸心を鉛直線に一致させた場合のシリンダの側面視で、シリンダヘッドの一側部に吸気通路を形成する一方、他側部に排気通路を形成し、シリンダヘッドの一側部の端部側からシリンダ孔内に向い斜め下方に向って燃料を噴射可能とする燃料噴射弁を設け、シリンダ孔のほぼ軸心上でシリンダ孔内に放電部が臨む点火プラグを設けた筒内燃料噴射式内燃機関において、燃料噴射弁により噴射される燃料が、シリンダの平面視で、放電部を挟む八の字形状となるようにし、吸気行程で燃料噴射弁に燃料の噴射をさせる。
【０００４】
この筒内燃料噴射式内燃機関によると、燃料噴射弁から噴射される燃料は放電部を挟む八の字形状であり、かつ、内燃機関の吸気行程ではピストンは上死点から下降するのであってその方向と、燃料噴射弁による燃料の噴射の方向とはいずれも下方であって同じ方向である。このため、燃料噴射弁から噴射された燃料は放電部の各外側方を進行し、また、この際、ピストンの上面と勢いよく衝突するということが防止されて、噴射された方向に向って円滑に進行する。そして、噴射された左右各燃料のそれぞれ先端部がシリンダ孔の内周面やピストンの上面に達すると、これら各面に案内されて各燃料のそれぞれ一部分同士がシリンダ孔の周方向で互いに接近させられ、その一方、各燃料のそれぞれ他部分はシリンダ孔の周方向で互いに離反させられる。すると、吸気行程とこれに続く圧縮行程とで、シリンダ孔内に噴射された燃料の多くがこのシリンダ孔の内周面近傍域に集められ、かつ、その周方向ほぼ均一となるよう集められ、つまり、このシリンダ孔内では、シリンダの平面視で、シリンダ孔の軸心をほぼ中心とするドーナツ形状の濃い混合気層と、この濃い混合気層で囲まれて放電部の近傍に位置する薄い混合気層とが成形されることとなる。
【０００５】
特許文献１に記載されたような噴霧形状および噴霧方向に特徴のある燃料噴射弁を用いて、吸気行程において噴射された燃料は、吸気弁に干渉して、筒内での均質な混合気の形成を阻害する一方、筒内に液状の燃料が多く存在するようになり、内燃機関から排出される未燃焼燃料（ＨＣ）が多くなる。そこで、特開２００４−２６３６４１号公報（特許文献２）は、吸気行程噴射時に吸気弁と干渉する燃料噴霧を減らして、未燃燃料の排出量を低減することを目的とする直噴火花点火式内燃機関を開示する。この直噴火花点火式内燃機関は、燃焼室の側部に配置される燃料噴射弁から２つの吸気弁の間を経由し燃焼室中心部側へ燃料を噴射する直噴火花点火式内燃機関であって、吸気弁のリフト量を可変制御可能な可変動弁装置を備え、吸気行程にて燃料噴射を行なう運転モードの時に、吸気弁のリフト量を減少させる。
【０００６】
この直噴火花点火式内燃機関によると、吸気行程噴射時に吸気弁のリフト量を減少させることで、燃料噴霧と吸気弁との干渉を抑制し、未燃燃料の排出量を低減可能となる。
【０００７】
さらに、特開２００４−２３９２０１号公報（特許文献３）は、燃焼室の側部に配置される燃料噴射弁から２つの吸気弁の間を経由し燃焼室中心部側へ燃料を噴射する直噴火花点火式内燃機関であって、機関の冷機状態を判別する手段を備えるとともに、片方の吸気弁を閉弁状態で停止可能な可変動弁装置を備え、吸気行程にて燃料噴射を行なう運転モードで、かつ機関の冷機時に、片方の吸気弁を閉弁状態で停止させる片弁停止を行なう。
【０００８】
この直噴火花点火式内燃機関によると、冷機時に、片弁停止を行なうことで、その片方の吸気弁には燃料噴霧が干渉しないため、燃料噴霧が干渉する吸気弁が１つとなり、吸気弁と干渉する燃料噴霧を約１／２にすることができるので、未燃燃料の排出量を大幅に低減可能となる。
【特許文献１】特開２００３−２５４１９９号公報
【特許文献２】特開２００４−２６３６４１号公報
【特許文献３】特開２００４−２３９２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２および特許文献３に記載された内燃機関においては、吸気弁のリフト量を減少させたり、２つある吸気弁の一方を閉じてしまうため、燃焼室に吸入される吸気量が減少してしまい、これによる内燃機関の性能の低下が発生し得る。その一方、吸気弁と筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料と干渉する状態では、上述したように液状燃料の発生による排気中のＨＣの増加に加えて、点火プラグが燻り正常な点火を行なうことができなくなるという問題もある。
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関であって、内燃機関の性能の低下を抑制して、燃料噴射手段による吸気行程おける燃料噴射により発生する問題点を解決できる、内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明に係る内燃機関は、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関である。この内燃機関は、シリンダ孔の軸心を鉛直線に一致させた場合のシリンダの側面視で、シリンダヘッドの一側部に形成された吸気通路と、吸気通路の他側部に形成された排気通路と、シリンダ孔のほぼ軸心上でシリンダ孔内に放電部が臨む点火プラグとを含む。燃料噴射手段は、シリンダヘッドの一側部の端部側からシリンダ孔内に向い斜め下方に向って燃料を噴射可能とするとともに、燃料噴射手段により噴射される燃料が、シリンダの平面視で、放電部を挟む八の字形状となり、かつ、シリンダの側面視で、燃料噴射手段で噴射される燃料の形状が扇形状であって、燃料噴射手段から噴射された八の字形状における、八の字形状の一方の第１の扇形状と八の字形状の他方の第２の扇形状とが異なる。
【００１２】
第１の発明によると、燃料噴射手段の一例である筒内噴射用インジェクタからの燃料の噴射形状が、シリンダの平面視で点火プラグを含むような八の字形に広がる形状であって、シリンダの側面視で扇形状とした。このようにすることにより、たとえば渦流を発生させるスワールコントロールバルブをなくしても、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料と吸入空気との混合気の均質性を燃焼変動を発生させない程度にまで高めることができる。さらに、たとえば、第１の扇形状の広がり角（中心角）と第２の扇形状の広がり角（中心角）とを異ならせた。第１の扇形状の広がり角を第２の扇形の広がり角よりも小さくして、第１の扇形状と開弁したときの吸気弁との干渉を避けるようにした。このようにすると、燃料噴霧が吸気弁に干渉することを避けることができ、液状燃料の発生を抑制することができ、排気中のＨＣを抑制することができる。また、第２の扇形状の広がり角は十分な均質混合気を形成できるように大きくする。その結果、筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関であって、内燃機関の性能の低下を抑制して、燃料噴射手段による吸気行程における燃料噴射により発生する問題点を解決できる、内燃機関を提供することができる。
【００１３】
第２の発明に係る内燃機関においては、第１の発明の構成に加えて、吸気通路は、シリンダ孔の手前で２つに分岐された吸気配管と、各吸気配管とシリンダ孔内との間に設けられた、第１の扇形状側の第１の吸気弁および第２の扇形状側の第２の吸気弁とを含む。第１の扇形状における広がり角は、第２の扇形状の広がり角よりも小さい角度であって、かつ、第１の吸気弁が開弁したときに第１の扇形状に噴射された燃料が第１の吸気弁と干渉しないような角度である。
【００１４】
第２の発明によると、扇形状における広がり角を変えて、第１の吸気弁が開弁したときに第１の扇形状に噴射された燃料が第１の吸気弁と干渉することを避けることができ、液状燃料の発生を抑制することができ、排気中のＨＣを抑制することができる。
【００１５】
第３の発明に係る内燃機関は、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関である。この内燃機関は、シリンダ孔の軸心を鉛直線に一致させた場合のシリンダの側面視で、シリンダヘッドの一側部に形成された吸気通路と、吸気通路の他側部に形成された排気通路と、シリンダ孔のほぼ軸心上でシリンダ孔内に放電部が臨む点火プラグとを含む。燃料噴射手段は、シリンダヘッドの一側部の端部側からシリンダ孔内に向い斜め下方に向って燃料を噴射可能とするとともに、燃料噴射手段により噴射される燃料が、シリンダの平面視で、放電部を挟む八の字形状となり、かつ、シリンダの側面視で、燃料噴射手段で噴射される燃料の形状が扇形状であって、燃料噴射手段から噴射された八の字形状における、八の字形状の一方の第１の扇形状の中心線の方向と他方の第２の扇形状の中心線の方向とが異なる。
【００１６】
第３の発明によると、たとえば、第１の扇形状の中心線の方向と第２の扇形状の中心線の方向とを異ならせた。第１の扇形状の中心線の方向を第２の扇形の中心線の方向よりも下向きにして、第１の扇形状と開弁したときの吸気弁との干渉を避けるようにした。このようにすると、燃料噴霧が吸気弁に干渉することを避けることができ、液状燃料の発生を抑制することができ、排気中のＨＣを抑制することができる。また、第２の扇形状の広がり角は十分な均質混合気を形成できるように大きくする。このとき、干渉することを避けることができ、液状燃料の発生を抑制することができ、排気中のＨＣを抑制することができる。その結果、筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関であって、内燃機の性能の低下を抑制して、燃料噴射手段による吸気行程おける燃料噴射により発生する問題点を解決できる、内燃機関を提供することができる。
【００１７】
第４の発明に係る内燃機関においては、第３の発明の構成に加えて、吸気通路は、シリンダ孔の手前で２つに分岐された吸気配管と、各吸気配管とシリンダ孔内との間に設けられた、第１の扇形状側の第１の吸気弁および第２の扇形状側の第２の吸気弁とを含む。第１の扇形状における中心線の方向は、第２の扇形状における中心線よりも鉛直下方の方向であって、かつ、第１の吸気弁が開弁したときに第１の扇形状に噴射された燃料が第１の吸気弁と干渉しないような中心線の方向である。
【００１８】
第４の発明によると、扇形状における中心線の方向（燃料噴射方向）を変えて、第１の吸気弁が開弁したときに第１の扇形状に噴射された燃料が第１の吸気弁と干渉することを避けることができ、液状燃料の発生を抑制することができ、排気中のＨＣを抑制することができる。
【００１９】
第５の発明に係る内燃機関は、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関である。この内燃機関は、シリンダ孔の軸心を鉛直線に一致させた場合のシリンダの側面視で、シリンダヘッドの一側部に形成された吸気通路と、吸気通路の他側部に形成された排気通路と、シリンダ孔のほぼ軸心上でシリンダ孔内に放電部が臨む点火プラグとを含む。燃料噴射手段は、シリンダヘッドの一側部の端部側からシリンダ孔内に向い斜め下方に向って燃料を噴射可能とするとともに、燃料噴射手段により噴射される燃料が、シリンダの平面視で、放電部を挟む八の字形状となり、かつ、シリンダの側面視で、燃料噴射手段で噴射される燃料の形状が扇形状であって、燃料噴射手段から噴射された八の字形状における、八の字形状の一方の第１の扇形状の中心線から鉛直上方への広がり角と他方の第２の扇形状の中心線から鉛直上方への広がり角とが異なる。
【００２０】
第５の発明によると、たとえば、第１の扇形状の中心線から鉛直上方への広がり角と第２の扇形状の中心線から鉛直上方への広がり角とを異ならせた。第１の扇形状の中心線の方向を第２の扇形の中心線の方向よりも下向きにして、第１の扇形状と開弁したときの吸気弁との干渉を避けるようにした。このようにすると、燃料噴霧が吸気弁に干渉することを避けることができ、液状燃料の発生を抑制することができ、排気中のＨＣを抑制することができる。その結果、筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関であって、内燃機関の性能の低下を抑制して、燃料噴射手段による吸気行程おける燃料噴射により発生する問題点を解決できる、内燃機関を提供することができる。
【００２１】
第６の発明に係る内燃機関においては、第５の発明の構成に加えて、吸気通路は、シリンダ孔の手前で２つに分岐された吸気配管と、各吸気配管とシリンダ孔内との間に設けられた、第１の扇形状側の第１の吸気弁および第２の扇形状側の第２の吸気弁とを含む。第１の扇形状における中心線から鉛直上方への広がり角は、第２の扇形状における中心線から鉛直上方への広がり角よりも小さく、かつ、第１の吸気弁が開弁したときに、第１の扇形状に噴射された燃料が第１の吸気弁と干渉しないような中心線から鉛直上方への広がり角である。
【００２２】
第６の発明によると、扇形状における中心線から鉛直上方への広がり角を変えて、第１の吸気弁が開弁したときに第１の扇形状に噴射された燃料が第１の吸気弁と干渉することを避けることができ、液状燃料の発生を抑制することができ、排気中のＨＣを抑制することができる。
【００２３】
第７の発明に係る内燃機関は、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、吸気弁のリフト量を可変に制御するための制御手段をさらに含む。この制御手段は、燃料噴射手段からの吸気行程噴射時において、第２の扇形状に噴射された燃料が第２の吸気弁と干渉しないように、第２の吸気弁のリフト量を制御するための手段を含む。
【００２４】
第７の発明によると、第２の扇形状の広がり角は十分な均質混合気を形成できるように大きくする。このとき、第１の扇形状に噴射された燃料が第１の吸気弁に干渉しないで、第２の扇形状に噴射された燃料が第２の吸気弁と干渉することを避けることができ、液状燃料の発生を抑制することができ、排気中のＨＣを抑制することができる。
【００２５】
第８の発明に係る内燃機関においては、第７の発明の構成に加えて、制御手段は、内燃機関の状態が予め定められた条件を満足すると、第２の吸気弁のリフト量をゼロにして閉弁状態になるように制御するための手段を含む。
【００２６】
第８の発明によると、内燃機関に大きな出力が要求されていない場合には、第２の吸気弁のリフト量をゼロにして閉弁状態にして、第２の扇形状に噴射された燃料が第２の吸気弁と干渉しないようにできる。
【００２７】
第９の発明に係る内燃機関においては、第８の発明の構成に加えて、予め定められた条件は、内燃機関の回転数が予め定められた回転数よりも低いという条件である。
【００２８】
第９の発明によると、内燃機関に大きな出力が要求されていない低回転時においては、第２の吸気弁のリフト量をゼロにして閉弁状態にして、第２の扇形状に噴射された燃料が第２の吸気弁と干渉しないようにできる。このとき、干渉を発生させないようできるので、低回転低負荷時に発生する、干渉により噴霧が点火プラグ方向に飛散して点火プラグの燻りの問題を回避できる。
【００２９】
第１０の発明に係る内燃機関は、第１〜９のいずれかの発明の構成に加えて、吸気通路内に燃料を噴射するための燃料噴射手段をさらに含む。
【００３０】
第１０の発明によると、筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射手段とで、噴射燃料を分担する内燃機関において、内燃機関の性能の低下を抑制して、筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段による吸気行程における燃料噴射により発生する問題点を解決できる。
【００３１】
第１１の発明に係る内燃機関においては、第１０の発明の構成に加えて、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、吸気通路内に燃料を噴射するための燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである。
【００３２】
第１１の発明によると、筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段である筒内噴射用インジェクタと吸気通路内に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタとを別個に設けて噴射燃料を分担する内燃機関において、内燃機関の性能の低下を抑制して、筒内噴射用インジェクタによる吸気行程おける燃料噴射により発生する問題点を解決できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３４】
図１に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）で制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図１には、エンジンとして直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのような形式のエンジンに限定されるものではなく、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒、直列６気筒などの形式であってもよい。また、以下においては、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを有するエンジンについて説明するが、少なくとも筒内噴射用インジェクタを有するエンジンであれば、本発明は適用できる。
【００３５】
図１に示すように、エンジン１０は、４つの気筒１１２を備え、各気筒１１２はそれぞれ対応するインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続され、吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００の出力
信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１２は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。
【００３６】
各気筒１１２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されており、この燃料分配管１３０は燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。なお、本実施の形態においては、２つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような１個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。
【００３７】
図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁１５２はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいて制御される。
【００３８】
一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク２００に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２００に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。
【００３９】
エンジンＥＣＵ３００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ(Read Only Memory)３２０、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３４０、入力ポート３５０および出力ポート３６０を備えている。
【００４０】
エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジン１０には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。
【００４１】
燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。
【００４２】
本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ４２０は、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ2センサを用いてもよい。
【００４３】
アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。
【００４４】
図２に、図１の部分拡大図を示す。図２は、図１の各気筒１１２における筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の位置関係、ならびにインテークマニホールド２０、吸気バルブ１２２、排気バルブ１２１、点火プラグ１１９およびピストン１２３の位置関係を説明する図である。
【００４５】
インテークマニホールド２０の燃焼室側には吸気バルブ１２２が設けられており、その吸気バルブ１２２の上流側に吸気通路噴射用インジェクタ１２０が配置されている。吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、吸気通路であるインテークマニホールド２０の内壁にに向けて燃料を噴射する。
【００４６】
この吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射方向については、一例として、以下のようにすることが考えられる。
【００４７】
このインテークマニホールド２０の内壁には、吸気バルブ１２２と、排気バルブ１２１とのオーバーラップにより燃焼室内のＰＭ(Particulate Matter)がインテークマニホールド２０に逆流し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０により噴射された燃料が噴霧され微細化された燃料が接着剤として働き、インテークマニホールド２０の吸気バルブ１２２の近い側の内壁にデポジットとして堆積することがある。吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射方向は、このデポジットに向けられた方向になるように設けられている。これにより、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料により、このデポジットを洗い流すことができる。
【００４８】
また、このインテークマニホールド２０には、スワールコントロールバルブなどであって、燃焼室内に渦流を形成するものが設けられない。このスワールコントロールバルブなどが設けられると、流量係数を低下せしめることになり、ＷＯＴ時に必要十分な空気を燃焼室に流入させることができない。ところが、本実施の形態における内燃機関においては、流量係数を高くするようにして、高流量ポートを実現した。なお、高流量を実現できるのであれば、タンジェンシャル型（tangential type）の吸気ポートであってもよい。こ
のタンジェンシャル型ポートは、吸気バルブ１２２の周辺で渦巻状となって左右に振れた形状とはならず、真っ直ぐに伸びて上下に大きく円弧を画いた先端部を有する。したがって吸気ポート内での流れに対する抵抗が小さく、吸気ポートの流量係数はスワールポートに比しはるかに大きくなり、エンジン１０の体積効率が高くなり、多量の空気が燃焼室内に吸入することができるものである。このときの吸気ポートの流量係数Ｃｆは０．５〜０．７以上が好ましい。
【００４９】
図２に示すように、ピストン１２３の頂部には、筒内噴射用インジェクタ１１０に対向する位置に緩やかな曲線から形成されるくぼみが設けられている。このくぼみに向けて筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料が噴射される。このとき、筒内噴射用インジェクタ１１０に対向するピストン１２３の頂部は角部を有しないので、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成された噴霧が角部により分裂されることがない。このような分裂があるとローカルリッチの状態になる場合があり得るが、そのような状態になることを回避できる。なお、ピストン１２３の頂部の形状はこのような形状に限定されない。また、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴霧の形状の詳細については後述する。また、図２に示すように配置された筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との燃料分担比率の詳細については、後述する。
【００５０】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、吸気バルブ１２２および排気バルブ１２１について説明する。図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、このエンジン１０は、吸気バルブ１２２を２つ（第1の吸気バルブ１２２Ａと第２の吸気バルブ１２２Ｂ）、排気バルブ１２１を２つ（第1の排気バルブ１２１Ａと第２の排気バルブ１２１Ｂ）を有する。なお、本発明は、排気バルブの数が２個に限定されるものではない。たとえば、排気バルブは１個でもよい。
【００５１】
この４つのバルブの中央付近に点火プラグ１１９が設けられている。この吸気バルブ１２２Ａと吸気バルブ１２２Ｂとの間に筒内噴射用インジェクタ１１０が設けられる。
【００５２】
図４に、エンジン１０を上方から見た断面図を示す。インテークマニホールド２０は吸気バルブ１２２の数に対応するように、シリンダへッドとの連結点手前で２つに分岐される。インテークマニホールド２０を通った吸気は、吸気バルブ１２２Ａおよび吸気バルブ１２２Ｂを介してシリンダ内に導入される。
【００５３】
燃焼室で燃焼された排気は、排気バルブ１２１Ａおよび排気バルブ１２１Ｂを介してエキゾーストマニホールド８０に送られる。このときにも、エキゾーストマニホールド８０はシリンダヘッドとの連結点直後で１つに集合される。さらに、４気筒分のエキゾーストマニホールド８０が１つに集合される。
【００５４】
図４に示すように、筒内噴射用インジェクタ１１０は、吸気バルブ１２２Ａと吸気バルブ１２２Ｂとの間に設けられる。
【００５５】
図５を参照して、筒内噴射用インジェクタ１１０について説明する。図５は、筒内噴射用インジェクタ１１０の縦方向の断面図である。
【００５６】
図５に示すように、筒内噴射用インジェクタ１１０は、その本体７４０の下端にノズルボディ７６０がスペーサを介してノズルホルダによって固定される。ノズルボディ７６０は、その下端に噴口５００Ａおよび噴口５００Ｂを形成しており、ノズルボディ７６０内にニードル５２０が上下可動に配置される。ニードル５２０の上端は本体７４０内を摺動自在なコア５４０に当接しており、スプリング５６０はコア５４０を介してニードル５２０を下向きに付勢しており、ニードル５２０はノズルボディ７６０の内周シート面５２２に着座され、その結果、常態では噴口５００Ａおよび噴口５００Ｂを閉鎖している。
【００５７】
本体７４０の上端にはスリーブ５７０が挿入固定され、スリーブ５７０内には燃料通路５８０が形成され、燃料通路５８０の下端側は、本体７４０内の通路を介してノズルボディ７６０の内部まで連通され、ニードル５２０のリフト時に燃料は噴口５００Ａおよび噴口５００Ｂから噴射される。燃料通路５８０の上端側は、フィルタ６００を介して燃料導入口６２０に接続され、この燃料導入口６２０は、図１の燃料分配管１３０に接続される。
【００５８】
電磁ソレノイド６４０は、本体７４０内においてスリーブ５７０の下端部を包囲するように配置される。ソレノイド６４０の通電時においては、コア５４０はスプリング５６０に抗して上昇され、燃料圧はニードル５２０を押し上げ、噴口５００Ａおよび噴口５０００Ｂが開放されるので燃料噴射が実行される。ソレノイド６４０は絶縁ハウジング６５０内のワイヤ６６０に取り出され、開弁のための電気信号を、エンジンＥＣＵ３００から受信することができる。この開弁のための電気信号をエンジンＥＣＵ３００が出力しないと、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射が行なわれない。
【００５９】
エンジンＥＣＵ３００から受信した開弁のための電気信号により、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射時期および燃料噴射期間が制御される。この燃料噴射期間を制御することにより、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量を調節できる。すなわち、この電気信号により（最小燃料噴射量以上の領域において）、少量の燃料を噴射するように制御することもできる。なお、このような制御のために、エンジンＥＣＵ３００と筒内噴射用インジェクタ１１０との間に、ＥＤＵ（Electronic Driver Unit）が設けられることもある。なお、このような構造を有する筒内噴射用インジェクタ１１０に供給される燃料の圧力は非常に高圧（１３ＭＰａ程度）である。
【００６０】
図６に、噴口５００Ａおよび噴口５００Ｂを、筒内噴射用インジェクタ１１０の内部から見た状態を示す。図６に示すように、縦長のスリット形状の噴口が平行に形成されている（縦Ｗスリット）。このような噴口５００Ａおよび噴口５００Ｂにより噴射された燃料は、図７に示すように、上面から見て八の字形に広がる。この八の字形に開いた部分に点火プラグ１１９が設けられている。また、噴口５００Ａおよび噴口５００Ｂにより噴射された燃料は、図７に示すように、側面から見て上下の両方向に広がった扇形の形状に広がる。
【００６１】
上面から見た場合においては、八の字形に開いた間に点火プラグ１１９が設けられるので、噴霧が点火プラグ１１９に当たって霧化が促進されないことを回避できる。また、側面から見た場合においては、上下の両方向に広がった扇形の形状となっているが、ピストン１２３の頂部に緩やかな曲線から形成されたくぼみを有する。平面状のピストン頂部であると筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料が平面状に付着して霧化を阻害するが、このくぼみによりこのような霧化が阻害されることもない。
【００６２】
本実施の形態において、特徴的であるのは、噴口５００Ａと噴口５００Ｂとでその形状を異ならせること等により、側面から見た場合の扇形の形状の広がりが異なることである。噴口５００Ａが吸気バルブ１２２Ａ側になるように、噴口５００Ｂが吸気バルブ１２２Ｂ側になるように筒内噴射用インジェクタ１１０が設けられる。図７に示すように、噴口５００Ａから噴射された燃料により形成される噴霧Ａは、噴口５００Ｂから噴射された燃料により形成される噴霧Ｂよりもその広がりが大きい。なお、このように、側面から見た場合における噴霧の広がりを変更できるものであれば、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口は、噴口５００Ａと噴口５００Ｂとのように噴口の形状が異なるものに限定されない。
【００６３】
さらに詳しく、噴口５００Ａから噴射された燃料により形成される噴霧Ａおよび噴口５００Ｂから噴射された燃料により形成される噴霧Ｂについて説明する。
【００６４】
図８（Ａ）に、図５に示す筒内噴射用インジェクタ１１０を下側であって筒内噴射用インジェクタ１１０の先端を正面として見たときの噴霧Ａおよび噴霧Ｂの状態を、図８（Ｂ）に、図８（Ａ）を側方から見たときの噴霧Ａおよび噴霧Ｂの状態を、それぞれ示す。このような扇形の広がりの異なる２つの噴霧Ａおよび噴霧Ｂは、吸気バルブ１２２Ａおよび吸気バルブ１２２Ｂと、図９（Ａ）および図９（Ｂ）で示すような位置関係にある。
【００６５】
図９（Ａ）に、吸気バルブ１２２Ａ側の噴霧Ａの状態を、図９（Ｂ）に、吸気バルブ１２２Ｂ側の噴霧Ｂの状態を、それぞれ示す。
【００６６】
図９（Ａ）に示す噴霧Ａは、大きく広がり均質混合気の形成に有利である。しかしながら、吸気バルブ１２２Ａが開いたとき（リフトしたとき）には、干渉する。噴霧Ａと吸気バルブ１２２Ａとが干渉すると、特に吸気の気流が弱い低回転低負荷領域においては、吸気バルブ１２２Ａに当たった噴霧Ａは点火プラグ１１９方向に飛散する。このため、点火プラグ１１９が燻り、火花を発生しなくなることがある。この状態では、好ましくないので、図１０に示す運転領域においては、吸気バルブ１２２Ａのバルブ制御を変更する。これ以外の領域である高回転高負荷領域においては、吸気の気流が強く、噴霧Ａが吸気バルブ１２２Ａに当たっても、点火プラグ１１９の方向に飛散しないので、点火プラグ１１９の燻りを考慮しなくても構わない。
【００６７】
一方、図９（Ｂ）に示す噴霧Ｂは、大きく広がらないが、吸気バルブ１２２Ｂが開いたとき（リフトしたとき）であっても、干渉しない。このため、噴霧Ａと吸気バルブ１２２Ａとが干渉しないから、点火プラグ１１９の燻りも発生しない。
【００６８】
図１０は、吸気バルブ１２２Ａのバルブリフト量を噴霧Ａと干渉しない程度にまで減少させたり、吸気バルブ１２２Ａを閉じて吸気バルブ１２２Ｂのみから吸気する、運転領域を示すマップである。このマップは、エンジンＥＣＵ３００の内部メモリ等に記憶される。
【００６９】
図１０に示すマップは、横軸をエンジン１０の回転数ＮＥとして、縦軸をエンジン１０のトルクとしたものである。図１０に示す領域においては、吸気バルブ１２２Ａと噴霧Ａとによる点火プラグ１１９の燻りの発生が発生しやすいので、干渉を回避すべく、吸気バルブ１２２Ａのリフト量（リフト量を０にして閉弁することを含む）が制御される。このときのエンジン１０の回転数ＮＥは点火プラグ１１９の燻り試験等により、実験的に求めることができる。
【００７０】
図１１を参照して、本実施の形態に係るエンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００７１】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、エンジンＥＣＵ３００は、エンジン１０の回転数ＮＥを検知する。Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ３００は、全噴射燃料量（筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量＋吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量）に対する筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射量の比率（ＤＩ比率ｒ）を算出する。この筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分けの詳細については後述する。
【００７２】
Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ３００は、ＤＩ比率ｒが０であるか否かを判断する。ＤＩ比率が０であると、エンジン１０の燃焼室には吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみから燃料が供給されるので、吸気バルブ１２２と筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料で形成された噴霧との干渉を考慮する必要がない。ＤＩ比率ｒが０であると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、この処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１３０へ移される。
【００７３】
Ｓ１３０にて、エンジンＥＣＵ３００は、エンジン回転数ＮＥが図１０に示すＮＥしきい値よりも低いか否かを判断する。エンジン回転数ＮＥがＮＥしきい値よりも低いと、吸気バルブ１２２と筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料で形成された噴霧との干渉により点火プラグ１１９の燻りが発生するので、これを回避する必要がある。エンジン回転数ＮＥがＮＥしきい値よりも低いと（Ｓ１３０にてＹＥＳ）、処理はＳ１４０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１３０にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００７４】
Ｓ１４０にて、エンジンＥＣＵ３００は、噴霧Ａ側の吸気バルブ１２２Ａのリフト量を、噴霧Ａと吸気バルブ１２２Ａとが干渉しない位置になるように、リフト量を低下させる。このとき、可変バルブリフト機構が用いられる。また、エンジンＥＣＵ３００は、噴霧Ａ側の吸気バルブ１２２Ａのリフト量を０にして閉弁するようにしてもよい。
【００７５】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るエンジン１０の動作について説明する。
【００７６】
エンジン１０が作動中には、予め定められた時間の間隔で、エンジン回転数ＮＥが検知され（Ｓ１００）、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射分担比率であるＤＩ比率ｒが算出される（Ｓ１１０）。
【００７７】
ＤＩ比率ｒが０でなく（Ｓ１２０にてＮＯ）、エンジン回転数ＮＥがＮＥしきい値より低いと（Ｓ１３０にてＹＥＳ）、吸気バルブ１２２Ａのリフト量が低下されたり（噴霧Ａと干渉しないようにリフト量が小さくされて下側まで降りてこない）、吸気バルブ１２２Ａが閉弁状態にされたりする（Ｓ１４０）。
【００７８】
このようにすると、通常のバルブリフト量では、噴霧Ａと吸気バルブ１２２Ａとが干渉する場合であっても、その干渉を回避することができる。エンジン１０の回転数が低い場合には、吸気の急流が弱く、干渉した噴霧が点火プラグ１１９に飛散して、点火プラグ１１９の燻り等の問題や、干渉した部分に液状の燃料が付着して燃焼されないでそのまま排気されて排気ガス中のＨＣ濃度が高くなるという問題がある。しかしながら、この干渉が回避されるので、このような問題を回避させることができる。
【００７９】
その結果、筒内に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタとで噴射燃料を分担するエンジンであって、エンジンの性能の低下を抑制して、筒内噴射用インジェクタによる吸気行程おける燃料噴射により発生する問題点を解決できる。
【００８０】
＜その他の燃料噴霧形態＞
以下、上述した筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴霧形態以外の燃料噴霧形態について説明する。なお、以下に示す噴霧形態であっても、上述したフローチャートを用いた制御を適用することができる。
【００８１】
図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される扇形の噴霧の中心線が、吸気バルブ１２２Ａ側の噴霧Ａと吸気バルブ１２２Ｂ側の噴霧Ｂとで異なるものである。図１２（Ａ）に示す噴霧Ａの扇形の広がり角（中心角）と図１２（Ｂ）に示す噴霧Ｂの扇形の広がり角（中心角）とは、同じであるが、扇形の中心線の方向が異なる。図１２（Ｂ）に示す噴霧Ｂの中心線の方が図１２（Ａ）に示す噴霧Ａの中心線よりも下側に向けている。この結果、噴霧Ｂは吸気バルブ１２２Ｂと干渉することがなくなる。
【００８２】
図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）は、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される扇形の噴霧の中心線よりも上側の広がり角が、吸気バルブ１２２Ａ側の噴霧Ａと吸気バルブ１２２Ｂ側の噴霧Ｂとで異なるものである。図１３（Ａ）に示す噴霧Ａの扇形の広がり角（中心角）と図１２（Ｂ）に示す噴霧Ｂの扇形の広がり角（中心角）とは、扇形の中心線から下側では同じであるが、扇形の中心線より上側では異なる。図１３（Ｂ）に示す噴霧Ｂの中心線から上側の広がり角の方が図１３（Ａ）に示す噴霧Ａの中心線から上側の広がり角よりも小さい。この結果、噴霧Ｂは吸気バルブ１２２Ｂと干渉することがなくなる。
【００８３】
＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）について説明する。
【００８４】
図１４および図１５を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率（以下、ＤＩ比率（r）とも記載する。）を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図１４は、エンジン１０の温間用マップであって、図１５は、エンジン１０の冷間用マップである。
【００８５】
図１４および図１５に示すように、これらのマップは、エンジン１０の回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率がＤＩ比率ｒとして百分率で示されている。
【００８６】
図１４および図１５に示すように、エンジン１０の回転数と負荷率とに定まる運転領域ごとに、ＤＩ比率ｒが設定されている。「ＤＩ比率ｒ＝１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「ＤＩ比率ｒ＝０％」とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「ＤＩ比率ｒ≠０％」、「ＤＩ比率ｒ≠１００％」および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。なお、概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１０は、出力性能の上昇に寄与し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、混合気の均一性に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを、エンジン１０の回転数と負荷率とで使い分けることにより、エンジン１０が通常運転状態（たとえば、アイドル時の触媒暖気時が、通常運転状態以外の非通常運転状態の一例であるといえる）である場合には、均質燃焼のみが行なわれるようにしている。
【００８７】
さらに、これらの図１４および図１５に示すように、温間時のマップと冷間時のマップとに分けて、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＤＩ分担率ｒを規定した。エンジン１０の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、エンジン１０の温度を検知して、エンジン１０の温度が予め定められた温度しきい値以上であると図１４の温間時のマップを選択して、そうではないと図１５に示す冷間時のマップを選択する。それぞれ選択されたマップに基づいて、エンジン１０の回転数と負荷率とに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０および／または吸気通路噴射用インジェクタ１２０を制御する。
【００８８】
図１４および図１５に設定されるエンジン１０の回転数と負荷率について説明する。図１４のＮＥ（１）は２５００〜２７００ｒｐｍに設定され、ＫＬ（１）は３０〜５０％、ＫＬ（２）は６０〜９０％に設定されている。また、図１５のＮＥ（３）は２９００〜３１００ｒｐｍに設定されている。すなわち、ＮＥ（１）＜ＮＥ（３）である。その他、図１４のＮＥ（２）や、図１５のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。
【００８９】
図１４および図１５を比較すると、図１４に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図１５に示す冷間用マップのＮＥ（３）の方が高い。これは、エンジン１０の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が高いエンジン回転数の領域まで拡大されるということを示す。すなわち、エンジン１０が冷えている状態であるので、（たとえ、筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料を噴射しなくても）筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しにくい。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を使って燃料を噴射する領域を拡大するように設定され、均質性を向上させることができる。
【００９０】
図１４および図１５を比較すると、エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいてはＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。すなわち、高回転領域や高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射しても、エンジン１０の回転数や負荷が高く吸気量が多いので筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすいためである。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。
【００９１】
図１４に示す温間マップでは、負荷率ＫＬ（１）以下では、筒内噴射用インジェクタ１１０のみが用いられる。これは、エンジン１０の温度が高いときであって、予め定められた低負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。これは、温間時においてはエンジン１０が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しやすい。しかしながら、筒内噴射用インジェクタ１１０を使って燃料を噴射することにより噴口温度を低下させることができるので、デポジットの堆積を回避することも考えられ、また、筒内噴射用インジェクタの最小燃料噴射量を確保して、筒内噴射用インジェクタ１１０を閉塞させないことも考えられ、このために、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた領域としている。
【００９２】
図１４および図１５を比較すると、図１５の冷間用マップにのみ「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域が存在する。これは、エンジン１０の温度が低いときであって、予め定められた低負荷領域（ＫＬ（３）以下）では吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみが使用されるということを示す。これはエンジン１０が冷えていてエンジン１０の負荷が低く吸気量も低いため燃料が霧化しにくい。このような領域においては筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射では良好な燃焼が困難であるため、また、特に低負荷および低回転数の領域では筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた高出力を必要としないため、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみを用いる。
【００９３】
また、通常運転時以外の場合、エンジン１０がアイドル時の触媒暖気時の場合（非通常運転状態であるとき）、成層燃焼を行なうように筒内噴射用インジェクタ１１０が制御される。このような触媒暖気運転中にのみ成層燃焼させることで、触媒暖気を促進させ、排気エミッションの向上を図る。
【００９４】
＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）について説明する。なお、以下のエンジン（その２）の説明において、エンジン（その１）と同じ説明については、ここでは繰り返さない。
【００９５】
図１６および図１７を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図１６は、エンジン１０の温間用マップであって、図１７は、エンジン１０の冷間用マップである。
【００９６】
図１６および図１７を比較すると、以下の点で図１４および図１５と異なる。エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用される領域が多いことを示す。しかしながら、低回転数領域の高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される混合気のミキシングが良好ではなく、燃焼室内の混合気が不均質で燃焼が不安定になる傾向を有する。このため、このような問題が発生しない高回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタの噴射比率を増大させるようにしている。また、このような問題が発生する高負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させるようにしている。これらのＤＩ比率ｒの変化を図１６および図１７に十字の矢印で示す。このようにすると、燃焼が不安定であることに起因するエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。なお、これらのことは、予め定められた低回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させることや、予め定められた低負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を増大させることと、略等価であることを確認的に記載する。また、このような領域（図１６および図１７で十字の矢印が記載された領域）以外の領域であって筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射している領域（高回転側、低負荷側）においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすい。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。
【００９７】
なお、図１４〜図１７を用いて説明したこのエンジン１０においては、均質燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程とすることにより、成層燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることにより実現できる。すなわち、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることで、点火プラグ周りにリッチ混合気が偏在させることにより燃焼室全体としてはリーンな混合気に着火する成層燃焼を実現することができる。また、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程としても点火プラグ周りにリッチ混合気を偏在させることができれば、吸気行程噴射であっても成層燃焼を実現できる。
【００９８】
また、ここでいう成層燃焼には、成層燃焼と以下に示す弱成層燃焼の双方を含むものである。弱成層燃焼とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程で燃料噴射して燃焼室全体にリーンで均質な混合気を生成して、さらに筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程で燃料噴射して点火プラグ周りにリッチな混合気を生成して、燃焼状態の向上を図るものである。このような弱成層燃焼は触媒暖気時に好ましい。これは、以下の理由による。すなわち、触媒暖気時には高温の燃焼ガスを触媒に到達させるために点火時期を大幅に遅角させ、かつ良好な燃焼状態（アイドル状態）を維持する必要がある。また、ある程度の燃料量を供給する必要がある。これを成層燃焼で行なおうとしても燃料量が少ないという問題があり、これを均質燃焼で行なおうとしても良好な燃焼を維持するために遅角量が成層燃焼に比べて小さいという問題がある。このような観点から、上述した弱成層燃焼を触媒暖気時に用いることが好ましいが、成層燃焼および弱成層燃焼のいずれであっても構わない。
【００９９】
また、図１４〜図１７を用いて説明したエンジンにおいては、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、以下のような理由により、圧縮行程で行なうことが好ましい。ただし、上述したエンジン１０は、基本的な大部分の領域には（触媒暖気時にのみに行なわれる、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程噴射させ、筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程噴射させる弱成層燃焼領域以外を基本的な領域という）、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、吸気行程である。しかしながら、以下に示す理由があるので、燃焼安定化を目的として一時的に筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程噴射とするようにしてもよい。
【０１００】
筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮工程中とすることで、筒内温度がより高い時期において、燃料噴射により混合気が冷却される。冷却効果が高まるので、対ノック性を改善することができる。さらに、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮工程中とすると、燃料噴射から点火時期までの時間が短いことから噴霧による気流の強化を実現でき、燃焼速度を上昇させることができる。これらの対ノック性の向上と燃焼速度の上昇とから、燃焼変動を回避して、燃焼安定性を向上させることができる。
【０１０１】
さらに、エンジン１０の温度によらず（すなわち、温間時および冷間時のいずれの場合であっても）、オフアイドル時（アイドルスイッチがオフの場合、アクセルペダルが踏まれている場合）には、図１４または図１６に示す温間マップを用いるようにしてもよい（冷間温間を問わず、低負荷領域において筒内噴射用インジェクタ１１０を用いる）。
【０１０２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御装置で制御されるエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】吸気バルブおよび排気バルブの配置を示す図（その１）である。
【図４】吸気バルブおよび排気バルブの配置を示す図（その２）である。
【図５】筒内噴射用インジェクタの断面図である。
【図６】筒内噴射用インジェクタの噴口の断面図である。
【図７】筒内噴射用インジェクタの噴霧形状を示す図（その１）である。
【図８】筒内噴射用インジェクタの噴霧形状を示す図（その２）である。
【図９】筒内噴射用インジェクタの噴霧形状を示す図（その３）である。
【図１０】図１のエンジンＥＣＵに記憶されるマップを示す図である。
【図１１】図１のエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図１２】筒内噴射用インジェクタの他の噴霧形状を示す図（その１）である。
【図１３】筒内噴射用インジェクタの他の噴霧形状を示す図（その２）である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  エンジン、２０  インテークマニホールド、３０  サージタンク、４０  吸気ダクト、４２  エアフローメータ、５０  エアクリーナ、６０  電動モータ、７０  スロットルバルブ、８０  エキゾーストマニホールド、９０  三元触媒コンバータ、１００  アクセルペダル、１１０  筒内噴射用インジェクタ、１１２  気筒、１１９  点火プラグ、１２０  吸気通路噴射用インジェクタ、１２１Ａ，１２１Ｂ  排気バルブ、１２２Ａ，１２２Ｂ  吸気バルブ、１２３  ピストン、１３０  燃料分配管、１４０  逆止弁、１５０  高圧燃料ポンプ、１５２  電磁スピル弁、１６０  燃料分配管（低圧側）、１７０  燃料圧レギュレータ、１８０  低圧燃料ポンプ、１９０  燃料フィルタ、２００  燃料タンク、３００  エンジンＥＣＵ、３１０  双方向性バス、３２０  ＲＯＭ、３３０  ＲＡＭ、３４０  ＣＰＵ、３５０  入力ポート、３６０  出力ポート、３７０，３９０，４１０，４３０，４５０  Ａ／Ｄ変換器、３８０  水温センサ、４００  燃料圧センサ、４２０  空燃比センサ、４４０  アクセル開度センサ、４６０  回転数センサ、５００Ａ，５００Ｂ  噴口。
【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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