(57)【要約】【課題】  軽負荷運転領域において安定した成層火花点火運転を行うことが可能な内燃機関を提供すること。【解決手段】  この内燃機関は、ピストン２２が所定位置より上死点位置側にあるとき燃焼室２５が互いに独立した高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割されるように構成され、低部燃焼室に臨むように配置された燃料噴射弁３７及び点火プラグ３５を備える。この内燃機関は、低部燃焼室内に成層混合気を形成するように圧縮行程の後半にて燃料噴射弁により燃料を噴射させる。これにより、点火プラグの近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、軽負荷運転領域において安定した成層火花点火運転を行うことができ、燃費を良好にすることができる。【選択図】  図８
2006299851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダボア内において往復動するピストンと、少なくとも前記シリンダボアの壁面と前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの頂面とにより構成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室にて火花を発生する火花点火手段と、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料とを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う火花点火運転実行手段と、を備える内燃機関において、
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第１空間及び第２空間からなる２つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第１空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第１空間の容積の比である第１空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第２空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第２空間の容積の比である第２空間容積比より大きくなるように構成され、
前記燃料噴射手段は、前記第１空間に臨むように配置され、
前記火花点火手段は、前記第１空間に臨むように配置され、
前記火花点火運転実行手段は、前記第１空間における前記混合気に含まれる燃料の空間的分布密度である燃料密度が前記火花点火手段の近傍の領域にて他の領域より高くなるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて成層混合気を形成し同形成された成層混合気を同火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる成層火花点火方式による運転を行う成層火花点火運転実行手段を含む内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、
前記成層火花点火運転実行手段は、圧縮行程の後半にて前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させる内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関であって、
前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料と燃焼ガスとを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を圧縮することにより前記第１空間及び前記第２空間にて自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火方式による運転を行う自着火運転実行手段と、
前記内燃機関の負荷が所定の高負荷閾値以上の高負荷であるとき、前記自着火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同高負荷閾値より小さい軽負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の成層火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段と、
を備える内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関において、
前記火花点火運転実行手段は、前記第１空間における燃料密度が空間的に一様となるように圧縮行程の前半にて前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて均質混合気を形成し同形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる均質火花点火方式による運転を行う均質火花点火運転実行手段を含み、
前記運転切換え手段は、前記内燃機関の負荷が前記高負荷閾値より大きい所定の極高負荷閾値以上の極高負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の均質火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる内燃機関。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関であって、
前記火花点火運転実行手段は、前記第１空間における燃料密度が空間的に一様な第１の燃料密度となるとともに、前記第２空間における燃料密度が空間的に一様な同第１の燃料密度より低い第２の燃料密度となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第１空間及び同第２空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第１空間にて形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第２空間にて形成された均質混合気を同第１空間における燃焼により生成された燃焼ガスが圧縮することにより自着火させて燃焼させる自着火誘発均質火花点火方式による運転を行う自着火誘発均質火花点火運転実行手段を含み、
前記内燃機関の負荷が所定の高負荷閾値以上の高負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の自着火誘発均質火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同高負荷閾値より小さい軽負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の成層火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段を備える内燃機関。
【請求項６】
シリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダボア内において往復動するピストンと、少なくとも前記シリンダボアの壁面と前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの頂面とにより構成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室にて火花を発生する火花点火手段と、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料とを含む混合気を形成し同形成された混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う火花点火運転実行手段と、を備える内燃機関において、
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第１空間及び第２空間からなる２つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第１空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第１空間の容積の比である第１空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第２空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第２空間の容積の比である第２空間容積比より大きくなるように構成され、
前記燃料噴射手段は、前記第２空間に臨むように配置され、
前記火花点火手段は、前記第２空間に臨むように配置され、
前記火花点火運転実行手段は、前記第２空間における前記混合気に含まれる燃料の空間的分布密度である燃料密度が空間的に一様な第１の燃料密度となるとともに、前記第１空間における燃料密度が空間的に一様な同第１の燃料密度より低い第２の燃料密度となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第１空間及び同第２空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第２空間にて形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第１空間にて形成された均質混合気を前記ピストンが圧縮することにより自着火させて燃焼させるように構成された内燃機関。
【請求項７】
シリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダボア内において往復動するピストンと、少なくとも前記シリンダボアの壁面と前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの頂面とにより構成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室にて火花を発生する火花点火手段と、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料とを含む混合気を形成し同形成された混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う火花点火運転実行手段と、を備える内燃機関において、
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第１空間及び第２空間からなる２つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第１空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第１空間の容積の比である第１空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第２空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第２空間の容積の比である第２空間容積比より大きくなるように構成され、
前記火花点火手段は、前記第１空間に臨むように配置された第１火花点火手段と、前記第２空間に臨むように配置された第２火花点火手段と、からなり、
前記火花点火運転実行手段は、前記第２空間における燃料密度が空間的に一様となるとともに、前記第１空間における燃料密度が空間的に一様となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第１空間及び同第２空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第２空間にて形成された均質混合気を第１の火花点火タイミングにて前記第２火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第１空間にて形成された均質混合気を同第１の火花点火タイミングより遅角側の第２の火花点火タイミングにて前記第１火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるように構成された内燃機関。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関であって、
前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料と燃焼ガスとを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を圧縮することにより前記第１空間及び前記第２空間にて自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火方式による運転を行う自着火運転実行手段と、
前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値より小さい負荷であるとき、前記自着火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同所定の負荷閾値以上の負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段と、
を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気と燃料とを含む混合気を燃焼室内に形成し、その混合気を点火プラグが発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の燃焼室において燃焼に供される混合気に含まれる燃料の空間的分布密度（燃料密度）が点火プラグの近傍の領域にて他の領域より高くなるように成層混合気を形成し、同形成された成層混合気を点火プラグが発生する火花により点火して燃焼させる（火花点火燃焼させる）成層火花点火方式による運転（成層火花点火運転）を行う内燃機関が知られている（特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１０４５５０号公報
【０００３】
この従来の内燃機関は、成層火花点火運転を行うことにより、未燃のまま排出される燃料の量を、燃料密度が空間的に一様な均質混合気を形成し同形成された均質混合気を火花点火燃焼させる均質火花点火方式による運転（均質火花点火運転）を行う場合に比較して減少させることができる。従って、この内燃機関によれば、混合気に含まれる燃料のうちのより多くの燃料を燃焼させることができるので、燃料消費率（燃費）を良好にすることができる。
【０００４】
しかしながら、内燃機関の負荷が極めて小さい極軽負荷であるとき（極軽負荷運転時）は、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない。このため、点火プラグが火花を発生する時点における点火プラグの近傍の燃料密度は減少する。その結果、点火プラグが火花を発生しても混合気が適正に点火されない場合があり、極軽負荷運転領域にて安定した成層火花点火運転を行うことができないという問題があった。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は上述した課題に対処するためになされたものであって、その目的の１つは、軽負荷運転領域にて安定した成層火花点火運転を行うことが可能な内燃機関を提供することにある。かかる目的を達成するため本発明による内燃機関は、シリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダボア内において往復動するピストンと、少なくとも前記シリンダボアの壁面と前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの頂面とにより構成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室にて火花を発生する火花点火手段と、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料とを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う火花点火運転実行手段と、を備える。
【０００６】
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第１空間及び第２空間からなる２つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第１空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第１空間の容積の比である第１空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第２空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第２空間の容積の比である第２空間容積比より大きくなるように構成されてなる。
【０００７】
前記燃料噴射手段は、前記第１空間に臨むように配置される。
前記火花点火手段は、前記第１空間に臨むように配置される。
前記火花点火運転実行手段は、前記第１空間における前記混合気に含まれる燃料の空間的分布密度である燃料密度が前記火花点火手段の近傍の領域にて他の領域より高くなるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて成層混合気を形成し同形成された成層混合気を同火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる成層火花点火方式による運転を行う成層火花点火運転実行手段を含む。
【０００８】
これによれば、ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき、燃焼室は互いに独立した第１空間及び第２空間からなる２つの空間に分割される。これにより、燃焼室が分割されている期間においては、燃焼室が２つの空間に分割されない場合と比較して、第１空間内の燃料が拡散できる領域が狭くなる。一方、燃料噴射手段及び火花点火手段は、第１空間に臨むように配置されている。更に、成層火花点火運転実行手段は、第１空間内に成層混合気を形成するように燃料噴射手段により燃料を噴射させる。
【０００９】
以上により、火花点火手段の近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、例えば、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない軽負荷運転領域において成層火花点火方式による運転（成層火花点火運転）を行える領域を拡大することができ、燃費を良好にすることができる。
【００１０】
更に、ピストンが上死点位置にあるときの第１空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第１空間の容積の比（第１空間容積比）は、同ピストンが上死点位置にあるときの第２空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第２空間の容積の比（第２空間容積比）より大きくなっている。
【００１１】
従って、ピストンが所定位置から上死点位置まで移動することにより、第１空間内のガスは、第２空間内のガスより大きく圧縮される。このため、第１空間内のガスの温度は、第２空間内のガスの温度より高くなる。この結果、極軽負荷運転領域においても第１空間にて混合気を確実に燃焼させることができる。
【００１２】
この場合、前記成層火花点火運転実行手段は、圧縮行程の後半にて前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させることが好適である。
【００１３】
これによれば、成層火花点火運転時においては、圧縮行程の後半にて燃料が噴射される。これにより、燃料が噴射された時点（燃料噴射タイミング）から火花点火手段が火花を発生する時点（火花点火タイミング）までの間の時間が短くなる。即ち、形成された成層混合気に含まれる燃料が拡散することにより同成層混合気の燃料密度が空間的に一様となる前に、同成層混合気に点火することができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない極軽負荷運転領域においても成層火花点火運転をより一層確実に行うことができる。
【００１４】
この場合、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料と燃焼ガスとを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を圧縮することにより前記第１空間及び前記第２空間にて自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火方式による運転を行う自着火運転実行手段と、
前記内燃機関の負荷が所定の高負荷閾値以上の高負荷であるとき、前記自着火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同高負荷閾値より小さい軽負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の成層火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段と、
を備えることが好適である。
【００１５】
これによれば、高負荷運転領域においては、予混合圧縮自着火方式による運転（自着火運転）を行うことにより、燃費を良好にすることができるとともに、燃焼に伴い生成されるＮＯｘの量を低減させることができる。更に、上述したように、第１空間容積比は第２空間容積比より大きいので、第１空間内のガスの温度は、第２空間内のガスの温度より高くなる。従って、第１空間にて先に混合気が自着火され、その後、第２空間にて混合気が自着火される。これにより、燃焼に供される燃料の量が多いために燃焼に伴って発生する音が過大となりやすい高負荷運転領域において、燃焼により発生する熱エネルギーに伴って生じる音を、一時に混合気を自着火させて燃焼させる場合と比較して低減させることができる。
【００１６】
一方、軽負荷運転領域においては、燃焼に供される混合気が含む燃料の量が少ないので、混合気が自着火されない場合がある。従って、上記構成のように、軽負荷運転領域においては、自着火運転に代えて成層火花点火運転を行うことにより、混合気を確実に燃焼させることができる。
【００１７】
この場合、前記火花点火運転実行手段は、前記第１空間における燃料密度が空間的に一様となるように圧縮行程の前半にて前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて均質混合気を形成し同形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる均質火花点火方式による運転を行う均質火花点火運転実行手段を含み、
前記運転切換え手段は、前記内燃機関の負荷が前記高負荷閾値より大きい所定の極高負荷閾値以上の極高負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の均質火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせることが好適である。
【００１８】
極高負荷運転領域においては、燃焼に供される混合気が含む燃料の量が多いので、自着火運転を行うと、燃焼に伴って発生する音が過大となる場合がある。従って、上記構成のように、極高負荷運転領域においては、自着火運転に代えて均質火花点火方式による運転（均質火花点火運転）を行うことにより、燃焼に伴って発生する音を低減させることができる。
【００１９】
更に、均質火花点火運転時においては、燃料が圧縮行程の前半にて噴射される。これにより、噴射された燃料は圧縮行程の期間内に第１空間にて十分に拡散する。この結果、燃料密度が空間的に一様な均質混合気が形成されるので、燃焼ガスに含まれる未燃成分を減少させるとともに、ノッキングの発生を防止することができる。
【００２０】
加えて、均質火花点火運転時においては、より大きく圧縮される第１空間内の混合気が燃焼する。これにより、等容度を向上させることができるので、燃費を向上させることができる。
【００２１】
また、前記火花点火運転実行手段は、前記第１空間における燃料密度が空間的に一様な第１の燃料密度となるとともに、前記第２空間における燃料密度が空間的に一様な同第１の燃料密度より低い第２の燃料密度となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第１空間及び同第２空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第１空間にて形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第２空間にて形成された均質混合気を同第１空間における燃焼により生成された燃焼ガスが圧縮することにより自着火させて燃焼させる自着火誘発均質火花点火方式による運転を行う自着火誘発均質火花点火運転実行手段を含み、
前記内燃機関の負荷が所定の高負荷閾値以上の高負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の自着火誘発均質火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同高負荷閾値より小さい軽負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の成層火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段を備えることが好適である。
【００２２】
これによれば、高負荷運転領域においては、燃料密度が第１の燃料密度である第１空間内の均質混合気が火花により点火されて燃焼する。その後、ピストンが所定位置より下死点位置側に移動すると、第１空間と第２空間とは連通する。このとき、第１空間にて生成された高温且つ高圧の燃焼ガスが膨張することにより、燃料密度が上記第１の燃料密度より低い第２の燃料密度である第２空間内の均質混合気が圧縮されるとともに加熱される。これにより、第２空間内の均質混合気は自着火されて燃焼する。この結果、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるＮＯｘの量を低減させることができる。
【００２３】
更に、本発明による他の内燃機関は、シリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダボア内において往復動するピストンと、少なくとも前記シリンダボアの壁面と前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの頂面とにより構成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室にて火花を発生する火花点火手段と、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料とを含む混合気を形成し同形成された混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う火花点火運転実行手段と、を備える。
【００２４】
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第１空間及び第２空間からなる２つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第１空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第１空間の容積の比である第１空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第２空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第２空間の容積の比である第２空間容積比より大きくなるように構成されてなる。
【００２５】
前記燃料噴射手段は、前記第２空間に臨むように配置される。
前記火花点火手段は、前記第２空間に臨むように配置される。
前記火花点火運転実行手段は、前記第２空間における前記混合気に含まれる燃料の空間的分布密度である燃料密度が空間的に一様な第１の燃料密度となるとともに、前記第１空間における燃料密度が空間的に一様な同第１の燃料密度より低い第２の燃料密度となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第１空間及び同第２空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第２空間にて形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第１空間にて形成された均質混合気を前記ピストンが圧縮することにより自着火させて燃焼させるように構成されてなる。
【００２６】
上述したように、第１空間容積比が第２空間容積比より大きいので、第１空間における混合気の温度は、第１空間と第２空間とが連通して第２空間にて生成された燃焼ガスにより圧縮及び加熱されなくとも、ピストンにより同混合気が圧縮されることにより十分に高い温度となる。
【００２７】
従って、上記構成のように、第２空間内の混合気を均質火花点火方式により燃焼させるとともに、ピストンの圧縮により第１空間内の混合気を自着火させて燃焼させることにより、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるＮＯｘの量を低減させることができる。更に、第１空間内の混合気が自着火されるタイミングと、第２空間内の混合気が火花により点火されるタイミングと、を第１空間と第２空間とが連通する前の（ピストンが上記所定位置より上死点位置側にあるときの）互いに近しいタイミングとすることができる。この結果、等容度を向上させることができるので、燃費を良好にすることができる。
【００２８】
また、本発明による他の内燃機関は、シリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダボア内において往復動するピストンと、少なくとも前記シリンダボアの壁面と前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの頂面とにより構成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室にて火花を発生する火花点火手段と、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料とを含む混合気を形成し同形成された混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う火花点火運転実行手段と、を備える。
【００２９】
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第１空間及び第２空間からなる２つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第１空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第１空間の容積の比である第１空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第２空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第２空間の容積の比である第２空間容積比より大きくなるように構成されてなる。
【００３０】
前記火花点火手段は、前記第１空間に臨むように配置された第１火花点火手段と、前記第２空間に臨むように配置された第２火花点火手段と、からなる。
【００３１】
前記火花点火運転実行手段は、前記第２空間における燃料密度が空間的に一様となるとともに、前記第１空間における燃料密度が空間的に一様となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第１空間及び同第２空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第２空間にて形成された均質混合気を第１の火花点火タイミングにて前記第２火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第１空間にて形成された均質混合気を同第１の火花点火タイミングより遅角側の第２の火花点火タイミングにて前記第１火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるように構成されてなる。
【００３２】
一般に、火花点火運転が行われる内燃機関においては、燃焼により単位時間あたりに発生する発生熱エネルギーが、ピストンが上死点位置近傍の位置にある所定のタイミングにて最大となるように、火花により点火するタイミング（火花点火タイミング）を決定することにより、高い熱効率が達成される。ところで、混合気が大きく圧縮されているほど、火炎が伝播する速度が大きくなるので火花点火タイミングから上記発生熱エネルギーが最大となるタイミング（最大熱エネルギータイミング）までの間の時間が短くなる。
【００３３】
従って、より大きく圧縮される第１空間と、より小さく圧縮される第２空間と、の２つの空間にて火花点火タイミングを互いに等しいタイミングとすると、同２つの空間のそれぞれにおける最大熱エネルギータイミングが互いに異なるタイミングとなるので、熱効率が低下するという問題があった。
【００３４】
これに対し、上記構成によれば、より小さく圧縮される第２空間にて第２火花点火手段が火花を発生した後、より大きく圧縮される第１空間にて第１火花点火手段が火花を発生する。これにより、２つの空間のそれぞれにおける最大熱エネルギータイミングを互いに近しいタイミングであって上記所定のタイミングとすることができる。この結果、熱効率を向上させることができ、内燃機関の最大出力を向上させることができる。
【００３５】
この場合、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料と燃焼ガスとを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を圧縮することにより前記第１空間及び前記第２空間にて自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火方式による運転を行う自着火運転実行手段と、
前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値より小さい負荷であるとき、前記自着火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同所定の負荷閾値以上の負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段と、
を備えることが好適である。
【００３６】
これによれば、高負荷運転領域においては、自着火運転を行うことにより、燃費を良好にすることができるとともに、燃焼に伴い生成されるＮＯｘの量を低減させることができる。更に、上述したように、第１空間容積比が第２空間容積比より大きいので、第１空間内の混合気の温度は、第２空間内の混合気の温度より高くなる。従って、第１空間にて先に混合気が自着火され、その後、第２空間にて混合気が自着火される。これにより、燃焼に供される燃料の量が多いために燃焼に伴って発生する音が過大となりやすい高負荷運転領域において、燃焼により発生する熱エネルギーに伴って生じる音を、一時に混合気を自着火させて燃焼させる場合と比較して低減させることができる。
【００３７】
一方、極めて高い負荷運転領域においては、高負荷運転領域における場合より燃焼に供される燃料の量が多くなる。このため、自着火運転を行うと、燃焼に伴って発生する音が過大となる場合がある。従って、上記構成のように、極高負荷運転領域においては、自着火運転に代えて燃焼期間がより長い火花点火運転を行うことにより、過大な音の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
（第１実施形態）
以下、本発明による内燃機関の各実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る内燃機関１０の概略構成を示している。この内燃機関１０は、４サイクル火花点火方式と４サイクル予混合圧縮自着火方式とを切り換えて運転することが可能な多気筒（４気筒）内燃機関である。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００３９】
内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０に空気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００４０】
シリンダブロック部２０は、中心軸を有する中空円筒状のシリンダ（シリンダボア）２１、略円柱状のピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１のボア壁面（シリンダボアの壁面）とピストン２２の頂面（ピストンヘッド）及びシリンダヘッド部３０の下面は、燃焼室２５を形成している。
【００４１】
ピストン２２の頂面は、図２に示したように、ピストン２２の基準位置（例えば、クランクピン位置又は下端部）から同ピストン２２の頂面までのシリンダ２１の中心軸線方向の距離が長いピストン高部上面２２ａと、同距離が短いピストン低部上面２２ｂと、からなっている。
【００４２】
ピストン高部上面２２ａは、正面視において、ピストン２２の頂面が形成する円を２等分することにより得られる２つの半円の一方に一致するようになっている。ピストン低部上面２２ｂは、正面視において同２つの半円の他方に一致するようになっている。ピストン高部上面２２ａと、ピストン低部上面２２ｂと、の間には、シリンダ２１の中心軸線に直交する平面に直交する平面であって同中心軸線を含む平面を構成するピストン頂部縦壁面２２ｃが形成されている。
【００４３】
ピストン２２の側面及びピストン頂部縦壁面２２ｃには、ピストン高部上面２２ａ近傍の位置にてピストン高部用リング溝が形成されている。このピストン高部用リング溝には、ピストン高部用リング２２ａ１が装着されている。ピストン高部用リング２２ａ１は、炭素を主成分とする樹脂からなっている。ピストン高部用リング２２ａ１は、後述するように、燃焼室２５が２つの空間に分割されている期間において、各空間の気密性を高めるようになっている。更に、ピストン高部用リング２２ａ１は、同期間において、ピストン２２の中心軸がシリンダ２１の中心軸に対して傾斜すること（ピストン２２の首振り）を防止するようになっている。
【００４４】
更に、ピストン２２の側面には、ピストン低部上面２２ｂと、ピストン２２の下端部と、の間のピストン低部上面２２ｂ近傍の位置にて３つのリング溝が形成されている。これらのリング溝には、それぞれピストンリング２２ｄが装着されている。
【００４５】
ピストンリング２２ｄは、鋼又は鋳鉄からなっている。ピストンリング２２ｄは、燃焼室２５の気密性を高めるとともに、シリンダ２１のボア壁面に形成された余分な油膜を下方へかき落とすようになっている。
【００４６】
再び図１を参照しながら説明を続けると、シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動する吸気弁駆動手段としての吸気弁駆動機構３２ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３３、排気ポート３３を開閉する排気弁３４、排気弁３４を駆動する排気弁駆動手段としての排気弁駆動機構３４ａ、点火プラグ３５、点火プラグ３５に与える高電圧を発生させるイグニッションコイルを含むイグナイタ３６及び燃料を燃焼室２５内に直接噴射する燃料噴射弁（燃料噴射手段）３７を備えている。吸気弁駆動機構３２ａ及び排気弁駆動機構３４ａは、駆動回路３８に接続されている。
【００４７】
シリンダヘッド部３０の下面は、図２に示したように、ピストン２２の基準位置から同シリンダヘッド部３０の下面までのシリンダ２１の中心軸線方向の距離が長いシリンダヘッド高部下面３０ａと、同距離が短いシリンダヘッド低部下面３０ｂと、からなっている。
【００４８】
シリンダヘッド高部下面３０ａは、正面視において、シリンダ２１の中心軸線に直交する面による同シリンダ２１の断面が形成する円をピストン頂部縦壁面２２ｃが含まれる平面により２等分することにより得られる２つの半円のうちのピストン高部上面２２ａに対向する一方に一致するようになっている。シリンダヘッド低部下面３０ｂは、正面視において同２つの半円の他方に一致するようになっている。
【００４９】
シリンダヘッド低部下面３０ｂは、クランク軸２４の回転角度（クランク角）がＢＴＤＣ９０°であるときにピストン高部上面２２ａが構成する平面内に存在する平面を構成するように形成されている。ＢＴＤＣは、上死点（ＴＤＣ）を原点としクランク軸２４の回転方向と逆方向を正にとったクランク角である。なお、本明細書においては、クランク角がＢＴＤＣ９０°であるときのピストン２２の位置を、燃焼室分割ピストン位置と称呼する。
【００５０】
シリンダヘッド高部下面３０ａは、同シリンダヘッド高部下面３０ａとシリンダヘッド低部下面３０ｂとの間の距離Ｌ１が、ピストン高部上面２２ａとピストン低部上面２２ｂとの間の距離Ｌ２より大きくなるように形成されている。
【００５１】
シリンダヘッド高部下面３０ａと、シリンダヘッド低部下面３０ｂと、の間には、ピストン頂部縦壁面２２ｃと平行な平面であって、シリンダ２１の中心軸線を含む平面を構成するシリンダヘッド縦壁面３０ｃが形成されている。
【００５２】
ここで、クランク角の変化（ピストン２２の移動）に対する燃焼室２５（シリンダ２１のボア壁面とピストン２２の頂面とシリンダヘッド部３０の下面とにより構成される空間）の変化について図３を参照しながら説明を加える。
【００５３】
クランク角がＢＴＤＣ１８０°であるとき（ピストン２２が下死点位置ＢＤＣにあるとき）、図３の（Ａ）に示したように、シリンダ２１のボア壁面、ピストン高部上面２２ａ、ピストン低部上面２２ｂ、ピストン頂部縦壁面２２ｃ、シリンダヘッド高部下面３０ａ、シリンダヘッド低部下面３０ｂ及びシリンダヘッド縦壁面３０ｃ、により、１つの独立した空間としての燃焼室２５が構成される。
【００５４】
一方、クランク角がＢＴＤＣ９０°であるとき（ピストン２２が上記燃焼室分割ピストン位置にあるとき）、図３の（Ｂ）に示したように、シリンダ２１のボア壁面と、ピストン高部上面２２ａと、シリンダヘッド高部下面３０ａと、シリンダヘッド縦壁面３０ｃと、により、１つの独立した空間としての高部燃焼室２５ａ（第２空間）が構成される。更に、シリンダ２１のボア壁面と、ピストン低部上面２２ｂと、シリンダヘッド低部下面３０ｂと、ピストン頂部縦壁面２２ｃと、により、１つの独立した空間としての低部燃焼室２５ｂ（第１空間）が構成される。
【００５５】
このように、ピストン２２が、所定位置である燃焼室分割ピストン位置より上死点位置側（シリンダヘッド部３０側）にあるとき、ピストン頂部縦壁面２２ｃと、シリンダヘッド縦壁面３０ｃと、が互いに対向することにより、互いに独立した２つの空間としての高部燃焼室２５ａ（第２空間）及び低部燃焼室２５ｂ（第１空間）が構成される。
【００５６】
ところで、ピストン２２が燃焼室分割ピストン位置にあるときの高部燃焼室２５ａの容積VH0及び低部燃焼室２５ｂの容積VL0は、燃焼室２５が２つの空間に分割された状態において、それぞれの空間における最大の容積である。
【００５７】
更に、クランク角がＢＴＤＣ０°であるとき（ピストン２２が上死点位置ＴＤＣにあるとき）、図３の（Ｃ）に示したように、高部燃焼室２５ａの容積VH1及び低部燃焼室２５ｂの容積VL1は、それぞれの空間における最小の容積となる。
【００５８】
上述した構成により、この例においては、ピストン２２が上死点位置にあるときの低部燃焼室２５ｂの容積VL1に対する同ピストン２２が燃焼室分割ピストン位置にあるときの同低部燃焼室２５ｂの容積VL0の比である低部燃焼室容積比（第１空間容積比）VL0／VL1は、同ピストン２２が上死点位置にあるときの高部燃焼室２５ａの容積VH1に対する同ピストン２２が同燃焼室分割ピストン位置にあるときの同高部燃焼室２５ａの容積VH0の比である高部燃焼室容積比（第２空間容積比）VH0／VH1より大きい。
【００５９】
従って、ピストン２２が燃焼室分割ピストン位置から上死点位置まで移動することにより燃焼室２５内のガスが圧縮される場合、低部燃焼室２５ｂにおけるガスは、高部燃焼室２５ａにおけるガスより大きく圧縮され、より高い温度となる。
【００６０】
吸気ポート３１は、シリンダヘッド部３０の下面を燃焼室２５側から見た図４に示したように、シリンダヘッド低部下面３０ｂ内の２箇所に開口するように形成されている。従って、シリンダヘッド部３０には２個の吸気弁３２が備えられている。各吸気弁３２は、各吸気ポート３１の開口を開閉するようになっている。吸気ポート３１は、その開口が吸気弁３２により開かれたとき燃焼室２５（燃焼室２５が２つの空間に分割されている期間においては、低部燃焼室２５ｂ）と連通し、その開口が吸気弁３２により閉じられたとき燃焼室２５と遮断せしめられるようになっている。
【００６１】
排気ポート３３は、シリンダヘッド高部下面３０ａ内の２箇所に開口するように形成されている。従って、シリンダヘッド部３０には２個の排気弁３４が備えられている。各排気弁３４は、各排気ポート３３の開口を開閉するようになっている。排気ポート３３は、その開口が排気弁３４により開かれたとき燃焼室２５（燃焼室２５が２つの空間に分割されている期間においては、高部燃焼室２５ａ）と連通し、その開口が排気弁３４により閉じられたとき燃焼室２５と遮断せしめられるようになっている。
【００６２】
点火プラグ３５は、２つの吸気ポート３１（従って、２つの吸気弁３２）の間の位置にてシリンダヘッド部３０に配設されている。点火プラグ３５は、火花（点火用火花）を発生する先端部を備え、同先端部が燃焼室２５（燃焼室２５が２つの空間に分割されている期間においては、低部燃焼室２５ｂ）に露呈するようになっている。
【００６３】
燃料噴射弁３７は、図１、図２及び図４に示したように、燃焼室２５のシリンダヘッド低部下面３０ｂ側の側壁面であって、シリンダヘッド縦壁面３０ｃが構成する平面に直交し、且つ、シリンダ２１の中心軸線を通過する直線上の位置に配設されている。燃料噴射弁３７は、燃焼室２５の略中央に向けて燃料を噴射する先端部を備え、同先端部が燃焼室２５（燃焼室２５が２つの空間に分割されている期間においては、低部燃焼室２５ｂ）に露呈するようになっている。燃料噴射弁３７には、図示しない燃料圧力調整手段及び燃料ポンプにより図示しない燃料タンク内の燃料が供給されるようになっている。
【００６４】
このような構成により、燃料噴射弁３７から燃料を噴射させたとき、ピストン２２の位置が上死点位置側にあると、噴射された燃料は、ピストン頂部縦壁面２２ｃにより遮られピストン高部上面２２ａの上方の空間に到達しにくくなる。換言すると、燃料を噴射させるタイミング（燃料噴射タイミング）におけるピストン２２の位置が下死点位置側にあるほど、ピストン高部上面２２ａの上方の空間に到達する燃料の量が多くなる。
【００６５】
再び図１を参照しながら説明を続けると、吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通したインテークマニホールド４１、インテークマニホールド４１に連通したサージタンク４２、サージタンク４２に一端が接続されインテークマニホールド４１及びサージタンク４２とともに吸気通路を形成する吸気ダクト４３、吸気ダクト４３の他端部から下流（サージタンク４２）に向けて順に吸気ダクト４３に配設されたエアフィルタ４４、過給機９１のコンプレッサ９１ａ、インタークーラ４５及びスロットル弁４６を備えている。
【００６６】
インタークーラ４５は水冷式であって、吸気ダクト４３を通過する空気を冷却するようになっている。インタークーラ４５は、図示しないラジエタ及び循環ポンプによりインタークーラ４５内の冷却水の熱を大気中に放出するようになっている。
【００６７】
スロットル弁４６は吸気ダクト４３に回転可能に支持され、スロットル弁アクチュエータ４６ａにより駆動されることにより吸気通路の開口断面積を可変とするようになっている。
【００６８】
排気系統５０は、排気ポート３３に連通し同排気ポート３３とともに排気通路を形成するエキゾーストマニホールドを含む排気管５１、排気管５１内に配設された過給機９１のタービン９１ｂ及びタービン９１ｂの下流の排気管５１に配設された触媒装置５２を備えている。
【００６９】
このような配置により、過給機９１のタービン９１ｂは排ガスのエネルギーにより回転する。更に、タービン９１ｂは、シャフトを介して吸気系統４０のコンプレッサ９１ａと連結されている。これにより、吸気系統４０のコンプレッサ９１ａがタービン９１ｂと一体となって回転して吸気通路内の空気を圧縮する。即ち、過給機９１は、排ガスのエネルギーを利用して内燃機関１０に空気を過給するようになっている。
【００７０】
一方、このシステムは、電気制御装置７０を備えている。電気制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェース等（いずれも図示省略）を含むマイクロコンピュータである。電気制御装置７０には、クランク軸２４の回転速度からエンジン回転速度ＮＥを検出するクランクポジションセンサ６１と、図示しないアクセルペダルの操作量Accpを検出するアクセル開度センサ６２と、が接続されている。電気制御装置７０は、これらのセンサから各検出信号を入力するようになっている。更に、電気制御装置７０は、各気筒のイグナイタ３６、燃料噴射弁３７、駆動回路３８及びスロットル弁アクチュエータ４６ａと接続されている。電気制御装置７０は、これらに駆動信号を送出するようになっている。
【００７１】
この内燃機関１０は、図５に示したように、火花点火運転実行手段の一部を構成する成層火花点火運転実行手段Ｆ１１、自着火運転実行手段Ｆ１２、火花点火運転実行手段の一部を構成する均質火花点火運転実行手段Ｆ１３及び運転切換え手段Ｇ１１等の手段を含んでいる。これらの手段の機能は、電気制御装置７０のＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより達成される。従って、以下、ＣＰＵによる各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する。
【００７２】
運転切換え手段Ｇ１１は、図６に示した運転領域マップを電気制御装置７０のＲＯＭに記憶している。運転領域マップは、内燃機関１０の負荷及びエンジン回転速度（回転速度）ＮＥと、運転方式と、の関係を規定するマップである。
【００７３】
この運転領域マップにおいては、運転方式として成層火花点火方式と、予混合圧縮自着火方式と、均質火花点火方式と、が指定されている。この運転領域マップにおいては、成層火花点火方式が指定されている運転領域である成層火花点火運転領域Ａは、全運転領域のうちの所定の高負荷閾値より小さい負荷の領域である。
【００７４】
更に、予混合圧縮自着火方式が指定されている運転領域である自着火運転領域Ｂは、上記高負荷閾値以上の負荷の領域（成層火花点火運転領域Ａよりも高負荷側の領域）であって、上記高負荷閾値より大きい所定の極高負荷閾値より小さい負荷の領域である。加えて、均質火花点火方式が指定されている運転領域である均質火花点火運転領域Ｃは、上記極高負荷閾値以上の負荷の領域（自着火運転領域Ｂよりも高負荷側の領域）である。
【００７５】
運転切換え手段Ｇ１１は、上記運転領域マップと、内燃機関１０の負荷及びエンジン回転速度ＮＥと、に基づいて運転方式を決定し、同決定された運転方式により運転を行う。内燃機関１０の負荷は、アクセルペダルの操作量Accpとエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定される要求トルクTqtgtであってもよく、単にアクセルペダルの操作量Accpであってもよい。
【００７６】
（内燃機関１０が上記成層火花点火運転領域Ａにて運転されるとき）
内燃機関１０が上記成層火花点火運転領域Ａにて運転されるとき（成層火花点火運転時）、運転切換え手段Ｇ１１は運転領域マップに従って成層火花点火運転実行手段Ｆ１１を選択する。これにより、内燃機関１０は成層火花点火運転実行手段Ｆ１１によって運転される。
【００７７】
成層火花点火運転実行手段Ｆ１１は、低部燃焼室２５ｂにおいて、燃料の空間的分布密度（燃料密度）が点火プラグ３５の近傍の領域にて他の領域より高くなるように燃料噴射弁３７から燃料を噴射させて成層混合気を形成し、同形成された成層混合気を同点火プラグ３５が発生する火花により点火して燃焼させる。より具体的に述べると、成層火花点火運転実行手段Ｆ１１は、図７に示したように、吸気弁駆動機構３２ａ、排気弁駆動機構３４ａ、点火プラグ３５及び燃料噴射弁３７をそれぞれ作動させて内燃機関１０の運転を行う。
【００７８】
先ず、成層火花点火運転実行手段Ｆ１１は、排気弁駆動機構３４ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた火花点火用排気弁開弁タイミングＥＯにて排気弁３４を開弁させる（（１）を参照。）。これにより、前回の燃焼サイクルにおける燃焼により生成された燃焼ガスの排気が開始する。次いで、成層火花点火運転実行手段Ｆ１１は、排気弁駆動機構３４ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた火花点火用排気弁閉弁タイミングＥＣにて排気弁３４を閉弁させる（（２）を参照。）。これにより、排気が終了する。
【００７９】
その後、成層火花点火運転実行手段Ｆ１１は、吸気弁駆動機構３２ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた火花点火用吸気弁開弁タイミングＩＯにて吸気弁３２を開弁させる（（３）を参照。）。これにより、吸気が開始する。このように、排気が終了した時点から吸気が開始する時点までの期間である負のオーバーラップ期間が設けられている。成層火花点火運転時においては、混合気に含ませるための燃焼ガスを後述する自着火運転時ほど必要としないため、負のオーバーラップ期間は自着火運転時における同期間より短くなるように設定される。
【００８０】
そして、成層火花点火運転実行手段Ｆ１１は、吸気弁駆動機構３２ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた火花点火用吸気弁閉弁タイミングＩＣにて吸気弁３２を閉弁させる（（４）を参照。）。火花点火用吸気弁閉弁タイミングＩＣは、混合気が大きく圧縮されることにより発生しやすいノッキングを回避するため、後述する自着火用吸気弁閉弁タイミングＩＣよりも遅角側となるように設定される。これにより、吸気が終了するとともに燃焼室２５内に導入された空気の圧縮が開始する。
【００８１】
その後、クランク角がＢＴＤＣ９０°となる（ピストン２２の位置が燃焼室分割ピストン位置となる）タイミングにて、燃焼室２５は高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割される。
【００８２】
次に、成層火花点火運転実行手段Ｆ１１は、燃料噴射弁３７を開弁させることにより、クランク角がＢＴＤＣ４５°となる圧縮行程の後半（少なくとも、火花点火用吸気弁閉弁タイミングＩＣとピストン２２の位置が上死点位置となるタイミングとの中間のタイミングより遅角側）のタイミング（図７のＡが付された一点破線により示されたタイミング）θinjにて燃料を噴射させる（（５）を参照。）。このとき噴射される燃料の量は、低部燃焼室２５ｂ内の混合気の空燃比をリーンな空燃比（希薄空燃比）とするように、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定まる量である。
【００８３】
この時点では、上述したように、燃焼室２５は高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割されている。従って、噴射された燃料は、図８の（Ａ）に示したように、ピストン頂部縦壁面２２ｃの近傍に滞留する。このように、燃焼室２５が２つの空間に分割されない場合と比較して、点火プラグ３５の近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない軽負荷運転領域において成層火花点火運転を行える領域を拡大することができ、燃費を良好にすることができる。
【００８４】
その後、クランク角がＢＴＤＣ３０°となると、図８の（Ｂ）に示したように、低部燃焼室２５ｂにおいて燃料密度が点火プラグ３５の近傍の領域にて他の領域より高い成層混合気が形成される。
【００８５】
そして、成層火花点火運転実行手段Ｆ１１は、ピストン２２の位置が上死点位置の近傍の位置となる火花点火タイミングθigにて点火プラグ３５の先端部から火花を発生させ、低部燃焼室２５ｂにて成層混合気を火花により点火して（火花点火により）燃焼させる（（６）を参照。）。このとき、成層火花点火運転実行手段Ｆ１１は、火花点火タイミングθigを、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定する。
【００８６】
このように、ガスの温度がより高くなる低部燃焼室２５ｂ（第１空間）にて混合気を確実に燃焼させることができる。更に、圧縮行程の後半の燃料噴射タイミングθinjから火花点火タイミングθigまでの間の時間が極めて短いので、形成された成層混合気に含まれる燃料が拡散することにより同成層混合気の燃料密度が空間的に一様となる前に、同成層混合気に点火することができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない極軽負荷運転領域においても成層火花点火運転をより一層確実に行うことができる。
【００８７】
その後、火花点火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。
このようにして、上記成層火花点火運転領域Ａにて、内燃機関１０は成層火花点火運転される。
【００８８】
（内燃機関１０が上記自着火運転領域Ｂにて運転されるとき）
一方、内燃機関１０が上記自着火運転領域Ｂにて運転されるとき（自着火運転時）、運転切換え手段Ｇ１１は運転領域マップに従って自着火運転実行手段Ｆ１２を選択する。これにより、内燃機関１０は自着火運転実行手段Ｆ１２によって運転される。
【００８９】
自着火運転実行手段Ｆ１２は、燃焼室２５に導入された空気と燃料密度が空間的に一様となるように燃料噴射弁３７から噴射された燃料と燃焼ガスとを含む均質混合気を同燃焼室２５にて形成し同形成された均質混合気をピストン２２が圧縮することにより高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂにて自着火させて燃焼させる。より具体的に述べると、自着火運転実行手段Ｆ１２は、図９に示したように、吸気弁駆動機構３２ａ、排気弁駆動機構３４ａ及び燃料噴射弁３７をそれぞれ作動させて内燃機関１０の運転を行う。
【００９０】
先ず、自着火運転実行手段Ｆ１２は、排気弁駆動機構３４ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた自着火用排気弁開弁タイミングＥＯにて排気弁３４を開弁させる（（１）を参照。）。これにより、前回の燃焼サイクルにおける燃焼により生成された燃焼ガスの排気が開始する。次いで、自着火運転実行手段Ｆ１２は、排気弁駆動機構３４ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた自着火用排気弁閉弁タイミングＥＣにて排気弁３４を閉弁させる（（２）を参照。）。これにより、排気が終了する。
【００９１】
その後、自着火運転実行手段Ｆ１２は、吸気弁駆動機構３２ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた自着火用吸気弁開弁タイミングＩＯにて吸気弁３２を開弁させる（（３）を参照。）。これにより、吸気が開始する。自着火運転時においては、混合気に含ませるための燃焼ガスを成層火花点火運転時より多く必要とするため、負のオーバーラップ期間は成層火花点火運転時における同期間より長くなるように設定される。このため、自着火用吸気弁開弁タイミングＩＯは、上記火花点火用吸気弁開弁タイミングＩＯより遅角側となるように設定される。この結果、燃焼室２５内に成層火花点火運転時と比較して多量の燃焼ガスが残留する。
【００９２】
次に、自着火運転実行手段Ｆ１２は、吸気弁駆動機構３２ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた自着火用吸気弁閉弁タイミングＩＣにて吸気弁３２を閉弁させる（（４）を参照。）。これにより、吸気が終了するとともに空気と燃焼ガスとからなるガスの圧縮が開始する。
【００９３】
そして、自着火運転実行手段Ｆ１２は、燃料噴射弁３７を開弁させることにより、クランク角がＢＴＤＣ１３５°となる圧縮行程の前半（少なくとも、自着火用吸気弁閉弁タイミングＩＣとピストン２２の位置が上死点位置となるタイミングとの中間のタイミングより進角側）のタイミングθinjにて燃料を噴射させる（（５）を参照。）。このとき噴射される燃料の量は、燃焼室２５内の混合気の空燃比を極めてリーンな空燃比（超希薄空燃比）とするように、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定まる量である。
【００９４】
この時点では、ピストン頂部縦壁面２２ｃの上端部と、シリンダヘッド縦壁面３０ｃの下端部と、の間の距離は、比較的大きくなっている。従って、噴射された燃料の略半分は、図１０の（Ａ）に示したように、ピストン頂部縦壁面２２ｃに遮られることによりピストン低部上面２２ｂの上方の空間に滞留する。一方、噴射された燃料の残りの略半分は、ピストン高部上面２２ａの上方の空間に到達する。
【００９５】
その後、図１０の（Ｂ）に示したように、クランク角がＢＴＤＣ９０°となる（ピストン２２の位置が燃焼室分割ピストン位置となる）タイミングにて、燃焼室２５は高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割される。これにより、高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂにおいて、空間的に一様な燃料密度であって略同一の燃料密度を有する混合気（空燃比が超希薄空燃比である混合気）がそれぞれ形成される。
【００９６】
そして、ピストン２２が上死点位置に近づくと、より大きく圧縮される低部燃焼室２５ｂにおける混合気がより早く高温状態となるので、高部燃焼室２５ａにおける混合気より先に自着火される。その後、ピストン２２が更に上死点位置に近づくと、高部燃焼室２５ａにおいて混合気が自着火される。
【００９７】
図１１の実線により示した曲線Ｃ１は、このような運転がなされる場合におけるクランク角に対する発生熱エネルギーの変化を示している。発生熱エネルギーは、混合気の燃焼により単位時間あたりに発生する熱エネルギーである。この曲線Ｃ１により示されるように、発生熱エネルギーは、互いに異なる２つのクランク角にて、低部燃焼室２５ｂにおける燃焼に起因するピークと、高部燃焼室２５ａにおける燃焼に起因するピークと、をそれぞれ有するように変化する。
【００９８】
これにより、燃焼室２５を構成するピストン２２、シリンダブロック部２０及びシリンダヘッド部３０等の部材が燃焼により発生した熱エネルギーにより単位時間当たりに受ける衝撃の力の大きさは、燃焼室２５内の混合気が一時に（極めて短い期間内に）自着火されて燃焼する場合（図１１の破線により示した曲線Ｃ２を参照。）と比べて小さくなる。この結果、高負荷運転領域において過大となりやすい同衝撃に伴って発生する騒音を低減することができる。
【００９９】
その後、自着火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。
このようにして、上記自着火運転領域Ｂにて、内燃機関１０は自着火運転される。これにより、燃費を良好にすることができるとともに、燃焼に伴い生成されるＮＯｘの量を低減させることができる。
【０１００】
（内燃機関１０が上記均質火花点火運転領域Ｃにて運転されるとき）
また、内燃機関１０が上記均質火花点火運転領域Ｃにて運転されるとき（均質火花点火運転時）、運転切換え手段Ｇ１１は運転領域マップに従って均質火花点火運転実行手段Ｆ１３を選択する。これにより、内燃機関１０は均質火花点火運転実行手段Ｆ１３によって運転される。
【０１０１】
均質火花点火運転実行手段Ｆ１３は、低部燃焼室２５ｂにおいて、燃料の空間的分布密度（燃料密度）が空間的に一様となるように燃料噴射弁３７から燃料を噴射させて均質混合気を形成し、同形成された均質混合気を点火プラグ３５が発生する火花により点火して燃焼させる。均質火花点火運転実行手段Ｆ１３は、上記成層火花点火運転実行手段Ｆ１１に対し、燃料を噴射させるタイミングを進角させる点においてのみ相違する。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
【０１０２】
均質火花点火運転実行手段Ｆ１３は、吸気弁３２を閉弁させることにより、吸気が終了するとともに空気の圧縮が開始した後であって、クランク角がＢＴＤＣ１００°となる圧縮行程の前半（少なくとも、火花点火用吸気弁閉弁タイミングＩＣとピストン２２の位置が上死点位置となるタイミングとの中間のタイミングより進角側）のタイミング（図７のＣが付された一点破線により示されたタイミング）θinjにて、燃料噴射弁３７を開弁させることにより燃料を噴射させる（（５）を参照。）。このとき噴射される燃料の量は、低部燃焼室２５ｂ内の混合気の空燃比を理論空燃比とするように、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定まる量である。
【０１０３】
この時点では、ピストン頂部縦壁面２２ｃの上端部は、シリンダヘッド縦壁面３０ｃの下端部に略到達している。従って、噴射された燃料は、図１２の（Ａ）に示したように、ピストン頂部縦壁面２２ｃに遮られることにより、ピストン低部上面２２ｂの上方の空間に滞留する。
【０１０４】
その後、クランク角がＢＴＤＣ９０°となる（ピストン２２の位置が燃焼室分割ピストン位置となる）タイミングにて、燃焼室２５は高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割される。
【０１０５】
次に、クランク角がＢＴＤＣ３０°となると、図１２の（Ｂ）に示したように、低部燃焼室２５ｂにおいて混合気に含まれる燃料密度が空間的に一様な均質混合気が形成される。このように、噴射された燃料は圧縮行程の期間内に低部燃焼室２５ｂにて十分に拡散する。この結果、燃焼ガスに含まれる未燃成分を減少させるとともに、ノッキングの発生を防止することができる。
【０１０６】
そして、均質火花点火運転実行手段Ｆ１３は、ピストン２２の位置が上死点位置の近傍の位置となる火花点火タイミングθigにて点火プラグ３５の先端部から火花を発生させ、低部燃焼室２５ｂにて混合気を火花により点火して（火花点火により）燃焼させる（（６）を参照。）。このとき、均質火花点火運転実行手段Ｆ１３は、火花点火タイミングθigを、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定する。
【０１０７】
このように、より大きく圧縮される低部燃焼室２５ｂ（第１空間）内の混合気が燃焼する。これにより、実質的に高圧縮比下で混合気が燃焼するので、等容度を向上させることができる。この結果、燃費を向上させることができる。
【０１０８】
このようにして、上記均質火花点火運転領域Ｃにて、内燃機関１０は均質火花点火運転される。この結果、自着火運転される場合と比較して過大な音の発生を防止することができる。
【０１０９】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の第１実施形態は、ピストンが燃焼室分割ピストン位置より上死点位置側にあるとき、燃焼室２５が互いに独立した高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割されるように構成されている。これにより、燃焼室２５が分割されている期間においては、燃焼室が２つの空間に分割されない場合と比較して、低部燃焼室２５ｂ内の燃料が拡散できる領域が狭くなる。
【０１１０】
更に、第１実施形態は、低部燃焼室２５ｂに臨むように配置された燃料噴射弁３７及び点火プラグ３５を備えるとともに、同燃料噴射弁３７により燃料を圧縮行程の後半にて噴射させ低部燃焼室２５ｂ内に成層混合気を形成する。以上により、点火プラグ３５の近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない軽負荷運転領域において成層火花点火運転を行える領域を拡大することができ、燃費を良好にすることができる。
【０１１１】
加えて、第１実施形態は、ピストン２２が上死点位置にあるときの低部燃焼室２５ｂの容積VL1に対する同ピストン２２が同燃焼室分割ピストン位置にあるときの同低部燃焼室２５ｂの容積VL0の比（第１空間容積比）VL0／VL1が、同ピストン２２が上死点位置にあるときの高部燃焼室２５ａの容積VH1に対する同ピストン２２が燃焼室分割ピストン位置にあるときの同高部燃焼室２５ａの容積VH0の比（第２空間容積比）VH0／VH1より大きくなるように構成されている。
【０１１２】
これにより、低部燃焼室２５ｂ内の混合気の温度は、高部燃焼室２５ａ内の混合気の温度より高くなる。この結果、極軽負荷運転領域においても低部燃焼室２５ｂにて混合気を確実に燃焼させることができる。
【０１１３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関について説明する。第２実施形態に係る内燃機関は、高負荷運転領域及び極高負荷運転領域にて自着火誘発均質火花点火運転を行う点において第１実施形態に係る内燃機関と相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。
【０１１４】
この内燃機関１０は、図１３に示したように、火花点火運転実行手段の一部を構成する成層火花点火運転実行手段Ｆ２１、火花点火運転実行手段の一部を構成する自着火誘発均質火花点火運転実行手段Ｆ２２及び運転切換え手段Ｇ２１等の手段を含んでいる。これらの手段の機能は、電気制御装置７０のＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより達成される。従って、以下、ＣＰＵによる各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する。
【０１１５】
運転切換え手段Ｇ２１は、図１４に示した運転領域マップを電気制御装置７０のＲＯＭに記憶している。運転領域マップは、内燃機関１０の負荷及びエンジン回転速度（回転速度）ＮＥと、運転方式と、の関係を規定するマップである。
【０１１６】
この運転領域マップにおいては、運転方式として成層火花点火方式と、自着火誘発均質火花点火方式と、が指定されている。この運転領域マップにおいては、成層火花点火方式が指定されている運転領域である成層火花点火運転領域Ａは、全運転領域のうちの所定の高負荷閾値より小さい負荷の領域である。更に、自着火誘発均質火花点火方式が指定されている運転領域である自着火誘発均質火花点火運転領域Ｂは、上記高負荷閾値以上の負荷の領域（成層火花点火運転領域Ａよりも高負荷側の領域）である。
【０１１７】
運転切換え手段Ｇ２１は、上記運転領域マップと、内燃機関１０の負荷及びエンジン回転速度ＮＥと、に基づいて運転方式を決定し、同決定された運転方式により運転を行う。内燃機関１０の負荷は、アクセルペダルの操作量Accpとエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定される要求トルクTqtgtであってもよく、単にアクセルペダルの操作量Accpであってもよい。
【０１１８】
（内燃機関１０が上記成層火花点火運転領域Ａにて運転されるとき）
内燃機関１０が上記成層火花点火運転領域Ａにて運転されるとき（成層火花点火運転時）、運転切換え手段Ｇ２１は運転領域マップに従って成層火花点火運転実行手段Ｆ２１を選択する。これにより、内燃機関１０は成層火花点火運転実行手段Ｆ２１によって運転される。
【０１１９】
成層火花点火運転実行手段Ｆ２１は、上記第１実施形態に係る内燃機関が含む成層火花点火運転実行手段Ｆ１１と同一である。従って、成層火花点火運転実行手段Ｆ２１は、図７に示したように、吸気弁駆動機構３２ａ、排気弁駆動機構３４ａ、点火プラグ３５及び燃料噴射弁３７をそれぞれ作動させて内燃機関１０の運転を行う。これにより、上記成層火花点火運転領域Ａにて、内燃機関１０は成層火花点火運転される。
【０１２０】
（内燃機関１０が上記自着火誘発均質火花点火運転領域Ｂにて運転されるとき）
一方、内燃機関１０が上記自着火誘発均質火花点火運転領域Ｂにて運転されるとき（自着火誘発均質火花点火運転時）、運転切換え手段Ｇ２１は運転領域マップに従って自着火誘発均質火花点火運転実行手段Ｆ２２を選択する。これにより、内燃機関１０は自着火誘発均質火花点火運転実行手段Ｆ２２によって運転される。
【０１２１】
自着火誘発均質火花点火運転実行手段Ｆ２２は、低部燃焼室２５ｂにおける燃料密度が空間的に一様な第１の燃料密度となるとともに、高部燃焼室２５ａにおける燃料密度が空間的に一様な第１の燃料密度より低い第２の燃料密度となるように燃料噴射弁３７から燃料を噴射させて高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂのそれぞれにて均質混合気を形成する。更に、自着火誘発均質火花点火運転実行手段Ｆ２２は、同低部燃焼室２５ｂにて形成された均質混合気を点火プラグ３５が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同高部燃焼室２５ａにて形成された均質混合気を低部燃焼室２５ｂにおける燃焼により生成された燃焼ガスが圧縮することにより自着火させて燃焼させる。
【０１２２】
自着火誘発均質火花点火運転実行手段Ｆ２２は、上記第１実施形態に係る内燃機関が含む均質火花点火運転実行手段Ｆ１３に対し、燃料を噴射させるタイミングを進角させる点においてのみ相違する。従って、以下、係る相違点を中心として、より具体的に説明する。
【０１２３】
自着火誘発均質火花点火運転実行手段Ｆ２２は、吸気弁３２を閉弁させることにより、吸気が終了するとともに空気の圧縮が開始した後であって、クランク角がＢＴＤＣ１１０°となるタイミング（図１５のＢが付された一点破線により示されたタイミング）θinjにて、燃料噴射弁３７を開弁させることにより燃料を噴射させる（（５）を参照。）。このとき噴射される燃料の量は、低部燃焼室２５ｂ内の混合気の空燃比を理論空燃比とするとともに、高部燃焼室２５ａ内の混合気の空燃比を極めてリーンな空燃比（超希薄空燃比）とするように、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定まる量である。
【０１２４】
この時点では、ピストン頂部縦壁面２２ｃの上端部と、シリンダヘッド縦壁面３０ｃの下端部と、の間の距離は、かなり小さくなっている。従って、噴射された燃料の大部分は、図１６の（Ａ）に示したように、ピストン頂部縦壁面２２ｃに遮られることにより、ピストン低部上面２２ｂの上方の空間に滞留する。残りの少量の燃料は、ピストン高部上面２２ａの上方の空間に到達する。
【０１２５】
その後、図１６の（Ｂ）に示したように、クランク角がＢＴＤＣ９０°となる（ピストン２２の位置が燃焼室分割ピストン位置となる）タイミングにて、燃焼室２５は高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割される。これにより、低部燃焼室２５ｂにて、燃料密度が空間的に一様な第１の燃料密度である均質混合気（空燃比が理論空燃比である均質混合気）が形成されるとともに、高部燃焼室２５ａにて、燃料密度が空間的に一様な上記第１の燃料密度より低い第２の燃料密度である均質混合気（空燃比が超希薄空燃比である均質混合気）が形成される。
【０１２６】
そして、自着火誘発均質火花点火運転実行手段Ｆ２２は、ピストン２２の位置が上死点位置の近傍の位置となる火花点火タイミングθigにて点火プラグ３５の先端部から火花を発生させ、低部燃焼室２５ｂ内の均質混合気を火花により点火して（火花点火により）燃焼させる（（６）を参照。）。このとき、自着火誘発均質火花点火運転実行手段Ｆ２２は、火花点火タイミングθigを、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定する。
【０１２７】
次に、ピストン２２が燃焼室分割ピストン位置より下死点位置側に移動すると、高部燃焼室２５ａと低部燃焼室２５ｂとが連通する。このとき、低部燃焼室２５ｂにて生成された高温且つ高圧の燃焼ガスが膨張することにより、燃料密度が上記第１の燃料密度より低い第２の燃料密度である高部燃焼室２５ａ内の均質混合気が圧縮されるとともに加熱される。これにより、高部燃焼室２５ａにおける同均質混合気は自着火されて燃焼する。この結果、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるＮＯｘの量を低減させることができる。
【０１２８】
このようにして、上記自着火誘発均質火花点火運転領域Ｂにて、内燃機関１０は自着火誘発均質火花点火運転される。
【０１２９】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の第２実施形態は、高負荷運転領域及び極高負荷運転領域にて自着火誘発均質火花点火運転を行う。この結果、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるＮＯｘの量を低減させることができる。
【０１３０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関について説明する。第３実施形態に係る内燃機関は、燃料噴射手段としての燃料噴射弁及び火花点火手段としての点火プラグが高部燃焼室２５ａに臨むように配置されるとともに、高負荷運転領域及び極高負荷運転領域にて自着火自発均質火花点火運転を行う点において第１実施形態に係る内燃機関と相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。
【０１３１】
この内燃機関は、図１７に示したように、点火プラグ３５に代わる火花点火手段としての点火プラグ１０１及び燃料噴射弁３７に代わる燃料噴射手段としての燃料噴射弁１０２を備えている。
【０１３２】
点火プラグ１０１は、シリンダヘッド部３０の下面を燃焼室２５側から見た図１８に示したように、２つの排気ポート３３（従って、２つの排気弁３４）の間の位置にてシリンダヘッド部３０に配設されている。点火プラグ１０１は、火花（点火用火花）を発生する先端部を備え、同先端部が燃焼室２５（燃焼室２５が２つの空間に分割されている期間においては、高部燃焼室２５ａ）に露呈するようになっている。
【０１３３】
燃料噴射弁１０２は、図１７及び図１８に示したように、燃焼室２５のシリンダヘッド高部下面３０ａ側の側壁面であって、シリンダヘッド縦壁面３０ｃが構成する平面に直交し、且つ、シリンダ２１の中心軸線を通過する直線上の位置に配設されている。燃料噴射弁１０２は、燃焼室２５の略中央に向けて燃料を噴射する先端部を備え、同先端部が燃焼室２５（燃焼室２５が２つの空間に分割されている期間においては、高部燃焼室２５ａ）に露呈するようになっている。燃料噴射弁１０２には、図示しない燃料圧力調整手段及び燃料ポンプにより図示しない燃料タンク内の燃料が供給されるようになっている。
【０１３４】
このような構成により、燃料噴射弁１０２から燃料を噴射させたとき、ピストン２２の位置が上死点位置側にあると、噴射された燃料は、ピストン高部上面２２ａ及びシリンダヘッド縦壁面３０ｃにより遮られピストン低部上面２２ｂの上方の空間に到達しにくくなる。換言すると、燃料を噴射させるタイミング（燃料噴射タイミング）におけるピストン２２の位置が下死点位置側にあるほど、ピストン低部上面２２ｂの上方の空間に到達する燃料の量が多くなる。
【０１３５】
この内燃機関１０は、図１９に示したように、火花点火運転実行手段の一部を構成する成層火花点火運転実行手段Ｆ３１、火花点火運転実行手段の一部を構成する自着火自発均質火花点火運転実行手段Ｆ３２及び運転切換え手段Ｇ３１等の手段を含んでいる。これらの手段の機能は、電気制御装置７０のＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより達成される。従って、以下、ＣＰＵによる各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する。
【０１３６】
運転切換え手段Ｇ３１は、図２０に示した運転領域マップを電気制御装置７０のＲＯＭに記憶している。運転領域マップは、内燃機関１０の負荷及びエンジン回転速度（回転速度）ＮＥと、運転方式と、の関係を規定するマップである。
【０１３７】
この運転領域マップにおいては、運転方式として成層火花点火方式と、自着火自発均質火花点火方式と、が指定されている。この運転領域マップにおいては、成層火花点火方式が指定されている運転領域である成層火花点火運転領域Ａは、全運転領域のうちの所定の高負荷閾値より小さい負荷の領域である。更に、自着火自発均質火花点火方式が指定されている運転領域である自着火自発均質火花点火運転領域Ｂは、上記高負荷閾値以上の負荷の領域（成層火花点火運転領域Ａよりも高負荷側の領域）である。
【０１３８】
運転切換え手段Ｇ３１は、上記運転領域マップと、内燃機関１０の負荷及びエンジン回転速度ＮＥと、に基づいて運転方式を決定し、同決定された運転方式により運転を行う。内燃機関１０の負荷は、アクセルペダルの操作量Accpとエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定される要求トルクTqtgtであってもよく、単にアクセルペダルの操作量Accpであってもよい。
【０１３９】
（内燃機関１０が上記成層火花点火運転領域Ａにて運転されるとき）
内燃機関１０が上記成層火花点火運転領域Ａにて運転されるとき（成層火花点火運転時）、運転切換え手段Ｇ３１は運転領域マップに従って成層火花点火運転実行手段Ｆ３１を選択する。これにより、内燃機関１０は成層火花点火運転実行手段Ｆ３１によって運転される。
【０１４０】
成層火花点火運転実行手段Ｆ３１は、高部燃焼室２５ａにおいて、燃料の空間的分布密度（燃料密度）が点火プラグ１０１の近傍の領域にて他の領域より高くなるように燃料噴射弁１０２から燃料を噴射させて成層混合気を形成し、同形成された成層混合気を同点火プラグ１０１が発生する火花により点火して燃焼させる。より具体的に述べると、成層火花点火運転実行手段Ｆ３１は、図２１に示したように、吸気弁駆動機構３２ａ、排気弁駆動機構３４ａ、点火プラグ１０１及び燃料噴射弁１０２をそれぞれ作動させて内燃機関１０の運転を行う。
【０１４１】
成層火花点火運転実行手段Ｆ３１は、上記第１実施形態に係る内燃機関が含む成層火花点火運転実行手段Ｆ１１と同様に、排気弁３４及び吸気弁３２のそれぞれを開弁及び閉弁させる（（１）〜（４）を参照。）。
【０１４２】
その後、成層火花点火運転実行手段Ｆ３１により吸気弁３２が閉弁させられることにより、吸気が終了するとともに空気の圧縮が開始した後であって、クランク角がＢＴＤＣ９０°となる（ピストン２２の位置が燃焼室分割ピストン位置となる）タイミングにて、燃焼室２５は高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割される。
【０１４３】
次に、成層火花点火運転実行手段Ｆ３１は、燃料噴射弁１０２を開弁させることにより、クランク角がＢＴＤＣ４５°となる圧縮行程の後半のタイミング（図２１のＡが付された一点破線により示されたタイミング）θinjにて燃料を噴射させる（（５）を参照。）。このとき噴射される燃料の量は、高部燃焼室２５ａ内の混合気の空燃比をリーンな空燃比（希薄空燃比）とするように、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定まる量である。
【０１４４】
この時点では、上述したように、燃焼室２５は高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割されている。従って、噴射された燃料は、図２２の（Ａ）に示したように、シリンダヘッド縦壁面３０ｃの近傍に滞留する。このように、燃焼室２５が２つの空間に分割されない場合と比較して、点火プラグ１０１の近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない軽負荷運転領域において成層火花点火運転を行える領域を拡大することができ、燃費を良好にすることができる。
【０１４５】
その後、クランク角がＢＴＤＣ３０°となると、図２２の（Ｂ）に示したように、高部燃焼室２５ａにおいて燃料密度が点火プラグ１０１の近傍の領域にて他の領域より高い成層混合気が形成される。
【０１４６】
そして、成層火花点火運転実行手段Ｆ３１は、ピストン２２の位置が上死点位置の近傍の位置となる火花点火タイミングθigにて点火プラグ１０１の先端部から火花を発生させ、高部燃焼室２５ａにて均質混合気を火花により点火して（火花点火により）燃焼させる（（６）を参照。）。このとき、成層火花点火運転実行手段Ｆ３１は、火花点火タイミングθigを、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定する。
【０１４７】
このように、燃料噴射タイミングθinjから火花点火タイミングθigまでの間の時間が極めて短いので、形成された成層混合気に含まれる燃料が拡散することにより同成層混合気の燃料密度が空間的に一様となる前に、同成層混合気に点火することができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない極軽負荷運転領域においても成層火花点火運転をより一層確実に行うことができる。
【０１４８】
その後、火花点火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。
このようにして、上記成層火花点火運転領域Ａにて、内燃機関１０は成層火花点火運転される。
【０１４９】
（内燃機関１０が上記自着火自発均質火花点火運転領域Ｂにて運転されるとき）
一方、内燃機関１０が上記自着火自発均質火花点火運転領域Ｂにて運転されるとき（自着火自発均質火花点火運転時）、運転切換え手段Ｇ３１は運転領域マップに従って自着火自発均質火花点火運転実行手段Ｆ３２を選択する。これにより、内燃機関１０は自着火自発均質火花点火運転実行手段Ｆ３２によって運転される。
【０１５０】
自着火自発均質火花点火運転実行手段Ｆ３２は、高部燃焼室２５ａにおける燃料密度が空間的に一様な第１の燃料密度となるとともに、低部燃焼室２５ｂにおける燃料密度が空間的に一様な第１の燃料密度より低い第２の燃料密度となるように燃料噴射弁１０２から燃料を噴射させて高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂのそれぞれにて均質混合気を形成する。更に、自着火自発均質火花点火運転実行手段Ｆ３２は、同高部燃焼室２５ａにて形成された均質混合気を同点火プラグ１０１が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同低部燃焼室２５ｂにて形成された均質混合気をピストン２２が圧縮することにより自着火させて燃焼させる。
【０１５１】
自着火自発均質火花点火運転実行手段Ｆ３２は、上記成層火花点火運転実行手段Ｆ３１に対し、燃料を噴射させるタイミングを進角させる点においてのみ相違する。従って、以下、係る相違点を中心として、より具体的に説明する。
【０１５２】
自着火自発均質火花点火運転実行手段Ｆ３２は、吸気弁３２を閉弁させることにより、吸気が終了するとともに空気の圧縮が開始した後であって、クランク角がＢＴＤＣ１００°となるタイミング（図２１のＢが付された一点破線により示されたタイミング）θinjにて、燃料噴射弁１０２を開弁させることにより燃料を噴射させる（（５）を参照。）。このとき噴射される燃料の量は、低部燃焼室２５ｂ内の混合気の空燃比を極めてリーンな空燃比（超希薄空燃比）とするとともに、高部燃焼室２５ａ内の混合気の空燃比を理論空燃比とするように、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定まる量である。
【０１５３】
この時点では、ピストン頂部縦壁面２２ｃの上端部は、シリンダヘッド縦壁面３０ｃの下端部に略到達している。従って、噴射された燃料の大部分は、図２３の（Ａ）に示したように、ピストン高部上面２２ａ及びシリンダヘッド縦壁面３０ｃに遮られることにより、ピストン高部上面２２ａの上方の空間に滞留する。残りの少量の燃料は、ピストン低部上面２２ｂの上方の空間に到達する。
【０１５４】
その後、図２３の（Ｂ）に示したように、クランク角がＢＴＤＣ９０°となる（ピストン２２の位置が燃焼室分割ピストン位置となる）タイミングにて、燃焼室２５は高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割される。これにより、高部燃焼室２５ａにて、燃料密度が空間的に一様な第１の燃料密度である均質混合気（空燃比が理論空燃比である均質混合気）が形成されるとともに、低部燃焼室２５ｂにて、燃料密度が空間的に一様な上記第１の燃料密度より低い第２の燃料密度である均質混合気（空燃比が超希薄空燃比である均質混合気）が形成される。
【０１５５】
そして、自着火自発均質火花点火運転実行手段Ｆ３２は、ピストン２２が上死点位置に到達する直前の火花点火タイミングθigにて点火プラグ１０１の先端部から火花を発生させ、高部燃焼室２５ａ内の均質混合気を火花により点火して（火花点火により）燃焼させる（（６）を参照。）。このとき、自着火自発均質火花点火運転実行手段Ｆ３２は、火花点火タイミングθigを、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定する。
【０１５６】
その後、ピストン２２が上死点位置に近づくと、低部燃焼室２５ｂにおいて混合気が自着火される。このように、より大きく圧縮される低部燃焼室２５ｂ内の混合気の温度は、高部燃焼室２５ａと低部燃焼室２５ｂとが連通して高部燃焼室２５ａにて生成された燃焼ガスにより圧縮及び加熱されなくとも、ピストン２２により同混合気が圧縮されることにより十分に高い温度となる。従って、燃焼室２５が分割されている期間において低部燃焼室２５ｂにて混合気が自着火される。
【０１５７】
これにより、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるＮＯｘの量を低減させることができる。更に、低部燃焼室２５ｂ内の混合気が自着火されるタイミングと、高部燃焼室２５ａ内の混合気が火花により点火されるタイミングと、を低部燃焼室２５ｂと高部燃焼室２５ａとが連通する前の（ピストン２２が燃焼室分割ピストン位置より上死点位置側にあるときの）互いに近しいタイミングとすることができる。この結果、等容度を向上させることができるので、燃費を良好にすることができる。
【０１５８】
このようにして、上記自着火自発均質火花点火運転領域Ｂにて、内燃機関１０は自着火自発均質火花点火運転される。
【０１５９】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の第３実施形態は、高部燃焼室２５ａに臨むように配置された点火プラグ１０１及び燃料噴射弁１０２を備えるとともに、高負荷運転領域及び極高負荷運転領域にて自着火自発均質火花点火運転を行う。
【０１６０】
この結果、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるＮＯｘの量を低減させることができる。更に、高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂにおける着火タイミングを互いに近しいタイミングとすることができるので、等容度を向上させることができ、燃費を良好にすることができる。
【０１６１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る内燃機関について説明する。第４実施形態に係る内燃機関は、火花点火手段として、低部燃焼室２５ｂに臨むように配置された第１の点火プラグと、高部燃焼室２５ａに臨むように配置された第２の点火プラグと、からなる２つの点火プラグを備えるとともに、極高負荷運転領域にて両室均質火花点火運転を行う点において第１実施形態に係る内燃機関と相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。
【０１６２】
この内燃機関は、図２４に示したように、点火プラグ３５に代わる第１火花点火手段としての第１点火プラグ１１１と、第２火花点火手段としての第２点火プラグ１１２と、を備えている。
【０１６３】
第１点火プラグ１１１は、シリンダヘッド部３０の下面を燃焼室２５側から見た図２５に示したように、２つの吸気ポート３１（従って、２つの吸気弁３２）の間の位置にてシリンダヘッド部３０に配設されている。第１点火プラグ１１１は、火花（点火用火花）を発生する先端部を備え、同先端部が燃焼室２５（燃焼室２５が２つの空間に分割されている期間においては、低部燃焼室２５ｂ）に露呈するようになっている。
【０１６４】
第２点火プラグ１１２は、２つの排気ポート３３（従って、２つの排気弁３４）の間の位置にてシリンダヘッド部３０に配設されている。第２点火プラグ１１２は、火花（点火用火花）を発生する先端部を備え、同先端部が燃焼室２５（燃焼室２５が２つの空間に分割されている期間においては、高部燃焼室２５ａ）に露呈するようになっている。
【０１６５】
この内燃機関１０は、図２６に示したように、火花点火運転実行手段の一部を構成する成層火花点火運転実行手段Ｆ４１、自着火運転実行手段Ｆ４２、火花点火運転実行手段の一部を構成する両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３及び運転切換え手段Ｇ４１等の手段を含んでいる。これらの手段の機能は、電気制御装置７０のＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより達成される。従って、以下、ＣＰＵによる各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する。
【０１６６】
運転切換え手段Ｇ４１は、図２７に示した運転領域マップを電気制御装置７０のＲＯＭに記憶している。運転領域マップは、内燃機関１０の負荷及びエンジン回転速度（回転速度）ＮＥと、運転方式と、の関係を規定するマップである。
【０１６７】
この運転領域マップにおいては、運転方式として成層火花点火方式と、予混合圧縮自着火方式と、両室均質火花点火方式と、が指定されている。この運転領域マップにおいては、成層火花点火方式が指定されている運転領域である成層火花点火運転領域Ａは、全運転領域のうちの所定の高負荷閾値より小さい負荷の領域である。
【０１６８】
更に、予混合圧縮自着火方式が指定されている運転領域である自着火運転領域Ｂは、上記高負荷閾値以上の負荷の領域（成層火花点火運転領域Ａよりも高負荷側の領域）であって、上記高負荷閾値より大きい所定の極高負荷閾値より小さい負荷の領域である。加えて、両室均質火花点火方式が指定されている運転領域である両室均質火花点火運転領域Ｃは、上記極高負荷閾値以上の負荷の領域（自着火運転領域Ｂよりも高負荷側の領域）である。
【０１６９】
運転切換え手段Ｇ４１は、上記運転領域マップと、内燃機関１０の負荷及びエンジン回転速度ＮＥと、に基づいて運転方式を決定し、同決定された運転方式により運転を行う。内燃機関１０の負荷は、アクセルペダルの操作量Accpとエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定される要求トルクTqtgtであってもよく、単にアクセルペダルの操作量Accpであってもよい。
【０１７０】
（内燃機関１０が上記成層火花点火運転領域Ａにて運転されるとき）
内燃機関１０が上記成層火花点火運転領域Ａにて運転されるとき（成層火花点火運転時）、運転切換え手段Ｇ４１は運転領域マップに従って成層火花点火運転実行手段Ｆ４１を選択する。これにより、内燃機関１０は成層火花点火運転実行手段Ｆ４１によって運転される。
【０１７１】
成層火花点火運転実行手段Ｆ４１は、上記第１実施形態に係る内燃機関が含む成層火花点火運転実行手段Ｆ１１と同一である。従って、成層火花点火運転実行手段Ｆ４１は、図７に示したように、吸気弁駆動機構３２ａ、排気弁駆動機構３４ａ、点火プラグ３５に代わる第１点火プラグ１１１及び燃料噴射弁３７をそれぞれ作動させて内燃機関１０の運転を行う。これにより、上記成層火花点火運転領域Ａにて、内燃機関１０は成層火花点火運転される。
【０１７２】
（内燃機関１０が上記自着火運転領域Ｂにて運転されるとき）
また、内燃機関１０が上記自着火運転領域Ｂにて運転されるとき（自着火運転時）、運転切換え手段Ｇ４１は運転領域マップに従って自着火運転実行手段Ｆ４２を選択する。これにより、内燃機関１０は自着火運転実行手段Ｆ４２によって運転される。
【０１７３】
自着火運転実行手段Ｆ４２は、上記第１実施形態に係る内燃機関が含む自着火運転実行手段Ｆ１２と同一である。従って、自着火運転実行手段Ｆ４２は、図９に示したように、吸気弁駆動機構３２ａ、排気弁駆動機構３４ａ及び燃料噴射弁３７をそれぞれ作動させて内燃機関１０の運転を行う。これにより、上記自着火運転領域Ｂにて、内燃機関１０は自着火運転される。
【０１７４】
（内燃機関１０が上記両室均質火花点火運転領域Ｃにて運転されるとき）
一方、内燃機関１０が上記両室均質火花点火運転領域Ｃにて運転されるとき（両室均質火花点火運転時）、運転切換え手段Ｇ４１は運転領域マップに従って両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３を選択する。これにより、内燃機関１０は両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３によって運転される。
【０１７５】
両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、高部燃焼室２５ａにおける燃料密度が空間的に一様となるとともに、低部燃焼室２５ｂにおける燃料密度が空間的に一様となるように燃料噴射弁３７から燃料を噴射させて高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂのそれぞれにて均質混合気を形成する。更に、両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、同高部燃焼室２５ａにて形成された均質混合気を第１の火花点火タイミングにて第２点火プラグ１１２が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同低部燃焼室２５ｂにて形成された均質混合気を第１の火花点火タイミングより遅角側の第２の火花点火タイミングにて第１点火プラグ１１１が発生する火花により点火して燃焼させる。
【０１７６】
より具体的に述べると、両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、図２８に示したように、吸気弁駆動機構３２ａ、排気弁駆動機構３４ａ、第１点火プラグ１１１、第２点火プラグ１１２及び燃料噴射弁３７をそれぞれ作動させて内燃機関１０の運転を行う。
【０１７７】
先ず、両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、排気弁駆動機構３４ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた火花点火用排気弁開弁タイミングＥＯにて排気弁３４を開弁させる（（１）を参照。）。これにより、前回の燃焼サイクルにおける燃焼により生成された燃焼ガスの排気が開始する。次いで、両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、排気弁駆動機構３４ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた火花点火用排気弁閉弁タイミングＥＣにて排気弁３４を閉弁させる（（２）を参照。）。これにより、排気が終了する。
【０１７８】
その後、両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、吸気弁駆動機構３２ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた火花点火用吸気弁開弁タイミングＩＯにて吸気弁３２を開弁させる（（３）を参照。）。これにより、吸気が開始する。
【０１７９】
そして、両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、燃料噴射弁３７を開弁させることにより、火花点火用吸気弁開弁タイミングＩＯから後述する火花点火用吸気弁閉弁タイミングＩＣまでの吸気行程の初期及び／又は中期のタイミングθinjにて燃料を噴射させる（（４）を参照。）。このとき噴射される燃料の量は、燃焼室２５内の混合気の空燃比を理論空燃比とするように、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定まる量である。噴射された燃料は、燃焼室２５内に続いて吸入される空気の流れにより同燃焼室２５内に均質に（一様に）分布する。
【０１８０】
次に、両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、吸気弁駆動機構３２ａを駆動させることにより、内燃機関１０の負荷に応じた火花点火用吸気弁閉弁タイミングＩＣにて吸気弁３２を閉弁させる（（５）を参照。）。火花点火用吸気弁閉弁タイミングＩＣは、混合気が大きく圧縮されることにより発生しやすいノッキングを回避するため、上記自着火用吸気弁閉弁タイミングＩＣ（図９を参照。）よりも遅角側となるように設定される。これにより、吸気が終了するとともに燃料と空気とを含む混合気の圧縮が開始する。
【０１８１】
その後、クランク角がＢＴＤＣ９０°となる（ピストン２２の位置が燃焼室分割ピストン位置となる）タイミングにて、燃焼室２５は高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割される。これにより、高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂにおいて、空間的に一様な燃料密度であって略同一の燃料密度を有する混合気（空燃比が理論空燃比である混合気）がそれぞれ形成される。
【０１８２】
そして、両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、ピストン２２の位置が上死点位置の近傍の位置となる第１の火花点火タイミングθig１にて第２点火プラグ１１２の先端部から火花を発生させ、高部燃焼室２５ａにて混合気を火花により点火して（火花点火により）燃焼させる（（６）を参照。）。更に、両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、第１の火花点火タイミングθig１より遅角側の（後の）第２の火花点火タイミングθig２にて第１点火プラグ１１１の先端部から火花を発生させ、低部燃焼室２５ｂにて混合気を火花により点火して燃焼させる（（７）を参照。）。このとき、両室均質火花点火運転実行手段Ｆ４３は、第１の火花点火タイミングθig１及び第２の火花点火タイミングθig２を、内燃機関１０の負荷とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて決定する。
【０１８３】
次いで、ピストン２２が上死点位置に極めて近づくと、略同時に、高部燃焼室２５ａにおける発生熱エネルギーと、低部燃焼室２５ｂにおける発生熱エネルギーと、がそれぞれ各空間における最大の発生熱エネルギーとなる。このように、高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂの２つの空間における火花点火タイミングを互いに等しいタイミングとする場合と比較すると、２つの空間のそれぞれにおける最大熱エネルギータイミングは互いに近しいタイミングとなる。この結果、熱効率を向上させることができ、内燃機関の最大出力を向上させることができる。
【０１８４】
その後、火花点火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。
このようにして、上記両室均質火花点火運転領域Ｃにて、内燃機関１０は両室均質火花点火運転される。この結果、自着火運転される場合と比較して過大な音の発生を防止することができる。
【０１８５】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の第４実施形態は、火花点火手段として、低部燃焼室２５ｂに臨むように配置された第１点火プラグ１１１と、高部燃焼室２５ａに臨むように配置された第２点火プラグ１１２と、からなる２つの点火プラグを備えるとともに、極高負荷運転領域にて両室均質火花点火運転を行う。
【０１８６】
これにより、２つの空間のそれぞれにおける最大熱エネルギータイミングを互いに近しいタイミングとすることができる。この結果、熱効率を向上させることができ、内燃機関の最大出力を向上させることができる。
【０１８７】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の各実施形態は、ピストン２２が燃焼室分割ピストン位置より上死点位置側にあるとき、燃焼室２５が互いに独立した高部燃焼室２５ａ及び低部燃焼室２５ｂからなる２つの空間に分割されるように構成されている。これにより、燃焼室２５が分割されている期間においては、燃焼室が２つの空間に分割されない場合と比較して、各空間内の燃料が拡散できる領域が狭くなる。これにより、点火プラグの近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない軽負荷運転領域において成層火花点火運転を行える領域を拡大することができ、燃費を良好にすることができる。
【０１８８】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態は、燃料が１回だけ噴射されるように構成されていたが、２回以上の複数回噴射されるように構成されていてもよい。
【０１８９】
更に、上記各実施形態におけるピストン頂部縦壁面２２ｃ及びシリンダヘッド縦壁面３０ｃは平面であったが、曲面であってもよい。また、上記各実施形態における過給機９１はターボチャージャであったが、機械式過給機（スーパーチャージャ）であってもよい。更に、自着火運転時において、点火用火花を補助的に発生させることにより、より安定した燃焼を確保してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示した内燃機関の燃焼室近傍の部分拡大断面図である。
【図３】図１に示した燃焼室の変化をクランク角に対して模式的に示した図である。
【図４】図１に示したシリンダヘッド部の下面を燃焼室側から見た概略図である。
【図５】図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するプログラムを示した機能ブロック図である。
【図６】図１に示した電気制御装置のＣＰＵが参照する運転領域マップを示した図である。
【図７】図１に示した内燃機関が火花点火方式により運転される場合におけるある気筒の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングと燃料噴射タイミングと火花点火タイミングとを概念的に示した説明図である。
【図８】図７に示した燃料噴射タイミングにて噴射された燃料の空間的な分布を概念的に示した説明図である。
【図９】図１に示した内燃機関が予混合圧縮自着火方式により運転される場合におけるある気筒の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングと燃料噴射タイミングとを概念的に示した説明図である。
【図１０】図９に示した燃料噴射タイミングにて噴射された燃料の空間的な分布を概念的に示した説明図である。
【図１１】燃焼室における発生熱エネルギーをクランク角に対して示したグラフである。
【図１２】図７に示した燃料噴射タイミングにて噴射された燃料の空間的な分布を概念的に示した説明図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る内燃機関のＣＰＵが実行するプログラムを示した機能ブロック図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る内燃機関のＣＰＵが参照する運転領域マップを示した図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る内燃機関が火花点火方式により運転される場合におけるある気筒の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングと燃料噴射タイミングと火花点火タイミングとを概念的に示した説明図である。
【図１６】図１５に示した燃料噴射タイミングにて噴射された燃料の空間的な分布を概念的に示した説明図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る内燃機関が備える燃料噴射手段と、火花点火手段と、を模式的に示した図である。
【図１８】図１７に示したシリンダヘッド部の下面を燃焼室側から見た概略図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る内燃機関のＣＰＵが実行するプログラムを示した機能ブロック図である。
【図２０】本発明の第３実施形態に係る内燃機関のＣＰＵが参照する運転領域マップを示した図である。
【図２１】本発明の第３実施形態に係る内燃機関が火花点火方式により運転される場合におけるある気筒の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングと燃料噴射タイミングと火花点火タイミングとを概念的に示した説明図である。
【図２２】図２１に示した燃料噴射タイミングにて噴射された燃料の空間的な分布を概念的に示した説明図である。
【図２３】図２１に示した燃料噴射タイミングにて噴射された燃料の空間的な分布を概念的に示した説明図である。
【図２４】本発明の第４実施形態に係る内燃機関が備える火花点火手段を模式的に示した図である。
【図２５】図２４に示したシリンダヘッド部の下面を燃焼室側から見た概略図である。
【図２６】本発明の第４実施形態に係る内燃機関のＣＰＵが実行するプログラムを示した機能ブロック図である。
【図２７】本発明の第４実施形態に係る内燃機関のＣＰＵが参照する運転領域マップを示した図である。
【図２８】本発明の第４実施形態に係る内燃機関が火花点火方式により運転される場合におけるある気筒の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングと燃料噴射タイミングと火花点火タイミングとを概念的に示した説明図である。
【符号の説明】
【０１９１】
１０…内燃機関、２０…シリンダブロック部、２１…シリンダ、２２…ピストン、２２ａ…ピストン高部上面、２２ａ１…ピストン高部用リング、２２ｂ…ピストン低部上面、２２ｃ…ピストン頂部縦壁面、２２ｄ…ピストンリング、２３…コンロッド、２４…クランク軸、２５…燃焼室、２５ａ…高部燃焼室、２５ｂ…低部燃焼室、３０…シリンダヘッド部、３０ａ…シリンダヘッド高部下面、３０ｂ…シリンダヘッド低部下面、３０ｃ…シリンダヘッド縦壁面、３１…吸気ポート、３２…吸気弁、３２ａ…吸気弁駆動機構、３３…排気ポート、３４…排気弁、３４ａ…排気弁駆動機構、３５…点火プラグ、３６…イグナイタ、３７…燃料噴射弁、３８…駆動回路、６１…クランクポジションセンサ、６２…アクセル開度センサ、７０…電気制御装置、１０１…点火プラグ、１０２…燃料噴射弁、１１１…第１点火プラグ、１１２…第２点火プラグ。
【図１】
2006299851.tif 000003
【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】
2006299851.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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