(57)【要約】【課題】コンプレッサに対し噴射する燃料が気化し易く、かつ、コンプレッサの効率が高い過給機付き内燃機関を提供する。【解決手段】吸気管３は、エンジン２の燃焼室２３に吸気を導く。過給機４は、吸気管３内に回転可能に設けられる軸部４１１、および軸部４１１の外周に設けられる羽根部４１２からなるコンプレッサ４１を有している。過給機４は、コンプレッサ４１を、軸部４１１を中心として回転させることにより吸気の圧力を高めることが可能である。インジェクタ５は、吸気の流れ方向においてコンプレッサ４１の上流側の、コンプレッサ４１から所定の距離離れた位置に設けられている。インジェクタ５は、コンプレッサ４１の軸部４１１に向けてホローコーン状の燃料を噴射可能である。ＥＣＵ６は、インジェクタ５からの燃料の噴射を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有する内燃機関と、
前記燃焼室に吸気を導く吸気管と、
前記吸気管内に回転可能に設けられる軸部、および当該軸部の外周に設けられる羽根部からなるコンプレッサを有し、当該コンプレッサを前記軸部を中心として回転させることにより前記吸気の圧力を高めることが可能な過給機と、
前記吸気の流れ方向において前記コンプレッサの上流側の、前記コンプレッサから所定の距離離れた位置に設けられ、前記軸部に向けてホローコーン状の燃料を噴射可能な第１燃料噴射装置と、
前記第１燃料噴射装置からの燃料の噴射を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関。
【請求項２】
前記吸気管は、前記吸気の流れ方向において前記コンプレッサの上流側に位置し管軸が前記軸部の回転軸と略平行の関係または略一致する関係となる第１直状部、当該第１直状部の管軸と相異なる方向の管軸をもつ第２直状部、および前記第１直状部と前記第２直状部とを接続する曲がり部を有し、
前記第１燃料噴射装置は、前記曲がり部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１燃料噴射装置からの燃料が連続的に噴射されるよう制御することを特徴とする請求項１または２に記載の過給機付き内燃機関。
【請求項４】
前記制御部は、前記内燃機関の負荷状態に応じて前記第１燃料噴射装置から噴射する燃料の量を調節することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の過給機付き内燃機関。
【請求項５】
前記吸気の流れ方向において前記コンプレッサの下流側に設けられ、前記制御部によって燃料の噴射が制御される第２燃料噴射装置をさらに備え、
前記制御部は、前記燃焼室に供給される燃料として、前記第２燃料噴射装置から噴射される燃料が主の燃料となるよう、前記第１燃料噴射装置から噴射される燃料が補助的な燃料となるよう、燃料の噴射を制御しつつ、前記内燃機関の前記負荷状態が所定の状態のとき、前記第１燃料噴射装置からの燃料の噴射を停止することを特徴とする請求項４に記載の過給機付き内燃機関。
【請求項６】
前記内燃機関の回転数を検出可能な回転数検出手段と、
前記吸気管を流れる吸気の量を検出可能な吸気量検出手段と、
前記吸気の流れ方向において前記コンプレッサの下流側の吸気の圧力を検出可能な過給圧検出手段と、をさらに備え、
前記制御部は、前記回転数検出手段、前記吸気量検出手段、および前記過給圧検出手段により検出された値のうち、少なくとも１つの値に基づいて前記負荷状態を判定することを特徴とする請求項４または５に記載の過給機付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、特に過給機を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、出力の向上、実用回転域でのトルクの向上、あるいは燃費の向上等を目的として、過給機を備える内燃機関が公知である。
特許文献１には、過給機のコンプレッサに対し補助燃料を散布する補助燃料供給装置を備えたディーゼルエンジンが開示されている。この過給機付き内燃機関では、回転するコンプレッサの羽根により補助燃料を粉砕気化させて内燃機関の燃焼室に供給する。これにより、膨張行程での燃焼時間の短縮、高負荷時の排ガスの清浄化および出力向上を図っている。
【０００３】
一方、特許文献２には、過給機のコンプレッサに対し燃料を噴射する１つの燃料噴射弁を備えたガソリンエンジンが開示されている。この過給機付き内燃機関では、回転するコンプレッサの羽根により燃料噴霧と吸気との混合気を攪拌し、均質かつ等量の混合気をコンプレッサ下流の複数の燃焼室に分配している。この構成により、低コストで製造可能なＳＰＩ（シングルポートインジェクション）方式の内燃機関において、各燃焼室への燃料の分配性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６４９３２号公報
【特許文献２】特開昭５８−１８５９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１および特許文献２の過給機付き内燃機関では、いずれも、燃料が気化しにくい低温かつ低負荷の条件では、コンプレッサに対し散布または噴射した燃料がコンプレッサの軸部分に付着すると、燃料が液滴になることがある。この場合、十分に気化していない燃料が燃焼室に供給されるおそれがある。また、これらの過給機付き内燃機関では、例えばエンジン停止前の低負荷の条件のときにも燃料を散布または噴射するため、エンジン停止時、燃焼室に多くの未燃焼の燃料が残ったり、多くのエバポガスが排出されたりするおそれがある。
【０００６】
また、特許文献１の過給機付き内燃機関では、補助燃料供給装置の燃料噴出孔が吸気管の内側、すなわち吸気通路に大きく突出している（図１〜３参照）。さらに、特許文献２の過給機付き内燃機関では、吸気通路のうち、コンプレッサによる圧縮過程の吸気が通過する部分に、燃料噴射弁からの燃料を吸気通路に噴射するための開口が形成されている（第２図参照）。このような構成では、吸気に乱れや圧損が生じ、コンプレッサの効率の低下を招くおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンプレッサに対し噴射する燃料が気化し易く、かつ、コンプレッサの効率が高い過給機付き内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、内燃機関と吸気管と過給機と第１燃料噴射装置と制御部とを備える。吸気管は、内燃機関の燃焼室に吸気を導く。過給機は、吸気管内に回転可能に設けられる軸部、および当該軸部の外周に設けられる羽根部からなるコンプレッサを有している。過給機は、コンプレッサを、軸部を中心として回転させることにより吸気の圧力を高めることが可能である。第１燃料噴射装置は、吸気の流れ方向においてコンプレッサの上流側の、コンプレッサから所定の距離離れた位置に設けられている。第１燃料噴射装置は、コンプレッサの軸部に向けてホローコーン状の燃料を噴射可能である。制御部は、第１燃料噴射装置からの燃料の噴射を制御する。
【０００９】
本発明では、コンプレッサから所定の距離離れた位置に設けられた第１燃料噴射装置からホローコーン状の燃料が噴射される。ホローコーン状の燃料噴霧の内部には、略円錐状の空間が形成される。そのため、コンプレッサの軸部に向けて噴射された燃料の大部分は、軸部に付着することなく、軸部外周の羽根部に付着する。回転するコンプレッサの羽根部に付着した燃料は、比較的容易に気化する。これにより、十分に気化した燃料を内燃機関の燃焼室に供給することができる。その結果、燃焼室内の燃料は良好に燃焼し、未燃焼の燃料が燃焼室内に残留することや外部に排出されることが抑制される。
また、本発明では、コンプレッサに付着した燃料の気化熱により圧縮過程の吸気が冷却される。これにより、コンプレッサによる圧縮に必要な仕事を低減することができる。したがって、コンプレッサの効率を向上することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、吸気管は、吸気の流れ方向においてコンプレッサの上流側に位置し管軸が軸部の回転軸と略平行の関係または略一致する関係となる第１直状部、当該第１直状部の管軸と相異なる方向の管軸をもつ第２直状部、および第１直状部と第２直状部とを接続する曲がり部を有している。本発明では、第１燃料噴射装置は、吸気管の曲がり部に設けられている。このような構成では、例えば略円柱状の第１燃料噴射装置の軸をコンプレッサの軸部の回転軸と略一致させて、第１燃料噴射装置を吸気管に設けるのが容易である。この第１燃料噴射装置として、軸と燃料の噴射方向とが略一致するものを用いれば、「噴射された燃料の大部分をコンプレッサの羽根部に付着させることが可能な」構成を容易に実現することができる。また、この場合、第１燃料噴射装置の先端（燃料噴射口の部分）を吸気管の内側に突出させることなく、第１燃料噴射装置を吸気管に設けることができる。これにより、吸気の乱れや圧損によるコンプレッサの効率の低下を抑制することができる。このように、本発明では、簡単な構成で、噴射した燃料の十分な気化、およびコンプレッサの効率の向上を達成することができる。
【００１１】
第１燃料噴射装置からの燃料が所定の期間において間欠的に噴射される場合、圧縮過程の吸気の冷却効果は、所定の期間において間欠的、すなわち不連続なものとなる。この場合、所定の期間においてコンプレッサの効率が変動し、コンプレッサの回転が不安定になるおそれがある。そこで、請求項３に記載の発明では、制御部は、第１燃料噴射装置からの燃料が連続的に噴射されるよう制御する。これにより、圧縮過程の吸気の冷却効果を連続的（所定の期間において一定）にすることができる。したがって、コンプレッサの効率および回転を安定にすることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、制御部は、内燃機関の負荷状態に応じて第１燃料噴射装置から噴射する燃料の量を調節する。例えば制御部は、内燃機関の負荷状態が高負荷のときは第１燃料噴射装置から噴射する燃料の量を増大させ、内燃機関の負荷状態が低負荷のときは第１燃料噴射装置から噴射する燃料の量を減少させる。これにより、圧縮過程の吸気の温度が上昇する高負荷のときは冷却効果を増大させることができるとともに、圧縮過程の吸気の温度が低い低負荷のときには第１燃料噴射装置から噴射する燃料を節約することができる。その結果、第１燃料噴射装置から噴射する燃料によって吸気を効果的に冷却することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、吸気の流れ方向においてコンプレッサの下流側に設けられ、制御部によって燃料の噴射が制御される第２燃料噴射装置をさらに備える。制御部は、燃焼室に供給される燃料として、第２燃料噴射装置から噴射される燃料が主の燃料となるよう、第１燃料噴射装置から噴射される燃料が補助的な燃料となるよう、燃料の噴射を制御しつつ、内燃機関の負荷状態が所定の状態のとき、第１燃料噴射装置からの燃料の噴射を停止する。本発明では、第２燃料噴射装置から噴射される燃料により内燃機関の回転が継続されるため、第１燃料噴射装置からの燃料の噴射を停止することが可能である。そのため、例えば制御部が、内燃機関の負荷状態が低負荷のときには第１燃料噴射装置からの燃料の噴射を停止する、すなわち噴射する燃料の量をゼロにするよう制御する構成とした場合、第１燃料噴射装置から噴射する燃料、および当該噴射に係るエネルギーを節約することができる。さらに、この場合、内燃機関の負荷状態が低負荷となった直後に内燃機関が停止しても、燃焼室に未燃焼の燃料が残ったり、エバポガスが排出されたりするのを抑制することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、内燃機関の回転数を検出可能な回転数検出手段と、吸気管を流れる吸気の量を検出可能な吸気量検出手段と、吸気の流れ方向においてコンプレッサの下流側の吸気の圧力を検出可能な過給圧検出手段と、をさらに備える。制御部は、回転数検出手段、吸気量検出手段、および過給圧検出手段により検出された値のうち、少なくとも１つの値に基づいて内燃機関の負荷状態を判定する。これにより、内燃機関の負荷状態を精度よく判定することができ、結果、コンプレッサの効率を効果的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による過給機付き内燃機関を適用したガソリンエンジンシステムの概略を示す模式図。
【図２】（Ａ）は本発明の一実施形態による過給機付き内燃機関の第１燃料噴射装置およびその近傍を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部分の拡大断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図３】（Ａ）は本発明の一実施形態による過給機付き内燃機関の第１燃料噴射装置から噴射される燃料を示す模式的断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】本発明の一実施形態による過給機付き内燃機関のコンプレッサの上流側の吸気の圧力およびコンプレッサの下流側の吸気の圧力、ならびに、それぞれのエンタルピーおよびエントロピーの関係を示した図。
【図５】コンプレッサの効率の変化に関し、本発明の一実施形態と比較例との違いについて説明するための図であって、（Ａ）は比較例の第１燃料噴射装置の燃料噴射量を示す図、（Ｂ）は比較例のコンプレッサの効率の変化を示す図、（Ｃ）は本発明の一実施形態の第１燃料噴射装置の燃料噴射量を示す図、（Ｄ）は本発明の一実施形態のコンプレッサの効率の変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による過給機付き内燃機関を適用したガソリンエンジンシステムをを図１に示す。ガソリンエンジンシステム１０は、車両に搭載されている。ガソリンエンジンシステム１０の過給機付き内燃機関１は、内燃機関（以下、「エンジン」という）２、吸気管３、過給機４、第１燃料噴射装置としてのインジェクタ５、および電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）６などを備えている。
【００１７】
エンジン２は、略円筒状のシリンダ２１を複数有し、当該シリンダ２１の内側にピストン２２を収容している。ピストン２２は、シリンダ２１の内側に軸方向へ往復移動可能に設けられ、シリンダ２１の内壁との間に燃焼室２３を形成している。エンジン２には、第２燃料噴射装置としてのインジェクタ７、および点火プラグ８が設けられている。
【００１８】
インジェクタ７および点火プラグ８は、先端が燃焼室２３に突出するようにして設けられている。インジェクタ７には、図示しない燃料タンクから燃料としてのガソリンが供給される。インジェクタ７は、先端の燃料噴射口７１から燃焼室２３に燃料を噴射する。点火プラグ８は、先端部分に放電による火花を生じさせる。これにより、燃焼室２３内の燃料が燃焼する。
【００１９】
吸気管３は、エンジン２に接続している。また、エンジン２には、排気管９が接続している。吸気管３は、エンジン２に空気を導入する。排気管９は、エンジン２から排出される排気を外部へ導く。吸気管３は、一方の端部が吸気口３１を形成し、他方の端部がエンジン２に接続している。吸気管３は、内側に、吸気口３１とエンジン２の燃焼室２３とを接続する吸気通路３２を形成している。吸気管３は、他方の端部が分岐し、それぞれが各燃焼室２３に接続している。吸気口３１から吸入された空気（吸気）は、吸気通路３２を通じてエンジン２の各燃焼室２３へ導かれる。
【００２０】
吸気管３には、吸気口３１側から順にエアクリーナ３３、インジェクタ５、過給機４、インタークーラ３４、およびスロットル３５等が設けられている。以下、吸気通路３２の吸気の流れは、吸気口３１側を上流とし、燃焼室２３側を下流とする。エンジン２には、吸気通路３２と燃焼室２３との間を開閉する吸気弁２４が設けられている。
【００２１】
排気管９は、一方の端部がエンジン２に接続し、他方の端部が排気口９１を形成している。排気管９は、エンジン２の燃焼室２３と排気口９１とを接続する排気通路９２を形成している。排気管９には、エンジン２の燃焼室２３側から順に過給機４および排気浄化部９３が設けられている。以下、排気通路９２の排気の流れは、燃焼室２３側を上流とし、排気口９１側を下流とする。エンジン２には、排気通路９２と燃焼室２３との間を開閉する排気弁２５が設けられている。
【００２２】
エアクリーナ３３は、吸気に含まれる異物を捕集することで吸気を浄化する。インジェクタ５は、エアクリーナ３３の下流側に設けられている。インジェクタ５には、図示しない燃料タンクから燃料としてのガソリンが供給される。インジェクタ５は、先端の燃料噴射口５１から燃料を吸気通路３２に噴射する。これにより、燃料を含んだ空気を燃焼室２３に供給することが可能である。
【００２３】
過給機４は、コンプレッサ４１およびタービン４２を有している。コンプレッサ４１とタービン４２とは、シャフト４３によって接続されている。そのため、タービン４２とコンプレッサ４１とは、同期して回転する。タービン４２は、排気通路９２に設けられている。排気が排気通路９２を流れることにより、タービン４２は回転する。コンプレッサ４１は、吸気通路３２に設けられている。タービン４２の回転にともなってコンプレッサ４１が回転することにより、吸気通路３２を流れる空気は、圧力が高められ、エンジン２の燃焼室２３へ過給される。コンプレッサ４１により圧縮されて温度が上昇した吸気は、コンプレッサ４１の下流側に設けられたインタークーラ３４により冷却される。これにより、吸気の空気密度が高まり、より多くの量の吸気を燃焼室２３に供給することができる。インジェクタ５および過給機４については、後に詳述する。
【００２４】
スロットル３５は、インタークーラ３４の下流側に設けられている。スロットル３５は、吸気通路３２を開閉する。これにより、スロットル３５は、エンジン２の燃焼室２３に吸入される空気の流量を調整する。スロットル３５を通過した空気は、エンジン２の各燃焼室２３へ分配される。
【００２５】
排気浄化部９３は、排気通路９２において過給機４の下流側に設けられている。本実施形態のようなガソリンエンジンシステム１０の場合、排気浄化部９３は、例えばモノリス三元触媒を有している。これにより、排気通路９２を流れる排気は、浄化されて外部へ排出される。
【００２６】
ＥＣＵ６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータによって構成されている。ＥＣＵ６は、ＲＯＭに記録されているコンピュータプログラムにしたがってガソリンエンジンシステム１０を搭載する車両の各部を制御する。ＥＣＵ６は、特許請求の範囲における制御部を構成している。
【００２７】
図１に示すように、ＥＣＵ６は、第１燃料噴射装置としてのインジェクタ５、スロットル３５、第２燃料噴射装置としてのインジェクタ７、および点火プラグ８のそれぞれに接続している。インジェクタ５は、ＥＣＵ６からの指令に基づき、燃料を吸気通路３２に噴射する。スロットル３５は、ＥＣＵ６からの指令に基づき、吸気通路３２を開閉する。インジェクタ７は、ＥＣＵ６からの指令に基づき、燃料を所定のタイミングで間欠的に燃焼室２３に噴射する。点火プラグ８は、ＥＣＵ６からの指令に基づき、所定のタイミングで、先端部分に放電による火花を生じさせる。
【００２８】
過給機付き内燃機関１は、回転数検出手段としてのエンジン回転数センサ６１、吸気量検出手段としてのエアフローメータ６２、および過給圧検出手段としての過給圧センサ６３を備えている。エンジン回転数センサ６１、エアフローメータ６２、および過給圧センサ６３のそれぞれは、ＥＣＵ６に接続している。
【００２９】
エンジン回転数センサ６１は、エンジン２の図示しないクランクシャフトの近傍に設けられ、クランクシャフトの回転数、すなわちエンジン２の回転数を検出する。エンジン回転数センサ６１は、検出したエンジン２の回転数を電気信号としてＥＣＵ６へ出力する。エアフローメータ６２は、吸気管３のエアクリーナ３３とインジェクタ５との間に設けられ、吸気通路３２を流れる吸気の量を検出する。エアフローメータ６２は、検出した吸気の量を電気信号としてＥＣＵ６へ出力する。過給圧センサ６３は、吸気管３のスロットル３５の下流側に設けられ、過給機４により加圧された吸気の圧力、すなわち過給圧を検出する。過給圧センサ６３は、検出した過給圧を電気信号としてＥＣＵ６へ出力する。
【００３０】
ＥＣＵ６は、エンジン回転数センサ６１、エアフローメータ６２、および過給圧センサ６３により検出された値のうち、少なくとも１つの値に基づいてエンジン２の負荷状態を判定する。例えば、エンジン回転数センサ６１による検出値（エンジン２の回転数を示す値）が高いとき「高負荷状態」、低いとき「低負荷状態」であると判定したり、あるいは過給圧センサ６３による検出値（過給圧を示す値）の高低に応じて「高負荷状態」や「低負荷状態」の判定をするといった具合である。
【００３１】
ＥＣＵ６は、図示しないアクセルペダルに取り付けられたアクセルセンサに接続している。アクセルセンサは、アクセルペダルの踏み込み量を検出し、当該踏み込み量を電気信号としてＥＣＵ６へ出力する。ＥＣＵ６は、アクセルセンサから入力されたアクセルペダルの踏み込み量をもとにアクセル開度を算出する。ＥＣＵ６は、算出したアクセル開度に基づき、スロットル３５の作動を制御する。これにより、吸気通路３２の開閉が制御され、吸気の量が調節される。
【００３２】
ＥＣＵ６は、算出したアクセル開度、検出した吸気の量、および判定したエンジン２の負荷状態等に基づき、目標燃料噴射量を算出する。ＥＣＵ６は、算出した目標燃料噴射量に基づき、インジェクタ７およびインジェクタ５からの燃料の噴射を制御する。本実施形態では、ＥＣＵ６は、燃焼室２３に供給される燃料として、インジェクタ７から噴射される燃料が主の燃料となるよう、インジェクタ５から噴射される燃料が補助的な燃料となるよう、燃料の噴射を制御する。この構成では、インジェクタ５から噴射された補助的な量の燃料を含む混合気が燃焼室２３に吸入されるため、膨張行程でインジェクタ７から燃焼室２３に噴射する燃料の量を低減することができる。これは、インジェクタ７の噴射時間の短縮化につながる。また、インジェクタ７からの燃料と混合気との同時燃焼により、燃焼室２３の圧力を速やかに上昇させることができる。
【００３３】
次に、インジェクタ５および過給機４等について詳述する。
図２（Ａ）に示すように、過給機４のコンプレッサ４１は、軸部４１１および羽根部４１２からなる。軸部４１１は、略円柱状に形成され、その軸を回転軸として、吸気管３内（吸気通路３２）に回転可能に設けられている。羽根部４１２は、軸部４１１の外周に設けられている。軸部４１１は、シャフト４３に対し同軸となるよう、シャフト４３のタービン４２とは反対側の端部に設けられている。そのため、排気通路９２を流れる排気によりタービン４２が回転すると、コンプレッサ４１も回転する。これにより、コンプレッサ４１は、吸気の圧力を高めることが可能である。
【００３４】
インジェクタ５は、略円柱状に形成され、吸気管３のコンプレッサ４１の上流側、コンプレッサ４１から所定の距離離れた位置に設けられている。
吸気管３は、コンプレッサ４１の上流側に位置し管軸Ａｘ１が軸部４１１の回転軸と略一致する関係となる第１直状部３０１、当該第１直状部３０１の管軸Ａｘ１と相異なる方向の管軸Ａｘ２をもつ第２直状部３０２、および第１直状部３０１と第２直状部３０２とを接続する曲がり部３０３を有している。本実施形態では、管軸Ａｘ１と管軸Ａｘ２とは、概ね直角に交わる。曲がり部３０３には、内側と外側とを連通する取付穴３１０が形成されている。
【００３５】
インジェクタ５は、その軸が軸部４１１の回転軸と略一致するようにして、曲がり部３０３の取付穴３１０に挿入されている。また、インジェクタ５は、その先端の燃料噴射口５１の部分が吸気管３の内側、すなわち吸気通路３２に突出しないような状態で曲がり部３０３に設けられている。
【００３６】
図２（Ｂ）に示すように、インジェクタ５の先端には、略円筒状の筒部５２および当該筒部５２の端部を塞ぐ底部５３からなる有底筒状のノズルボディ５４が形成されている。燃料噴射口５１は、底部５３に形成されている。燃料噴射口５１は、ノズルボディ５４の内側と外側とを連通する。底部５３の内壁面５３１は、テーパ状に形成されている。内壁面５３１には、内周縁部、すなわち燃料噴射口５１の開口周りに弁座５３２が形成されている。
【００３７】
ノズルボディ５４の内側には、略円筒状の通路部材５５が設けられている。通路部材５５は、一方の端部が内壁面５３１に当接するようにして設けられている。これにより、筒部５２の内周壁と通路部材５５の外周壁との間に略円筒状の燃料通路５６が形成されている。
【００３８】
通路部材５５の内壁面５３１側端部には、通路部材５５の外側と内側を連通する通路５５１が形成されている。これにより、燃料通路５６は、通路５５１を経由して燃料噴射口５１に連通可能である。本実施形態では、通路５５１は、図２（Ｃ）に示すように、通路部材５５に４つ形成されている。
【００３９】
通路部材５５の内側には、略円柱状のニードル５７が軸方向に往復移動可能に設けられている。ニードル５７の一方の端部の外周縁部には、テーパ状のシート部５７１が形成されている。シート部５７１は、弁座５３２に当接可能である。
【００４０】
ニードル５７は、図示しない電磁駆動部により往復移動される。電磁駆動部は、ＥＣＵ６により、その駆動が制御される。ニードル５７のシート部５７１が弁座５３２から離間したとき、すなわち離座したとき、燃料通路５６の燃料は、通路５５１を経由して燃料噴射口５１から噴射される。一方、シート部５７１が弁座５３２に当接したとき、すなわち着座したとき、燃料通路５６と燃料噴射口５１との間が遮断され、燃料噴射口５１からの燃料の噴射は停止する。
【００４１】
本実施形態では、図２（Ｃ）に示すように、４つの通路５５１は、それぞれの方向が相異なるようにして形成されている。そのため、通路５５１を経由して燃料噴射口５１から噴射された燃料は、霧状となって旋回しながらインジェクタ５の軸方向へ飛んでいく。このときの燃料の旋回の方向は、図２（Ｃ）において反時計回りの方向である。
【００４２】
インジェクタ５から噴射された燃料は、図３（Ａ）に示すように、ホローコーン状の噴霧となる。すなわち、インジェクタ５は、コンプレッサ４１の軸部４１１に向けてホローコーン状の燃料を噴射可能である。図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ホローコーン状の燃料噴霧の内部には、略円錐状の空間Ｓが形成される。そのため、コンプレッサ４１の軸部４１１に向けて噴射された燃料の大部分は、軸部４１１に付着することなく、軸部４１１外周の羽根部４１２に付着する。回転するコンプレッサ４１の羽根部４１２に付着した燃料は、比較的容易に気化する。これにより、十分に気化した燃料をエンジン２の燃焼室２３に供給することができる。
【００４３】
本実施形態では、コンプレッサ４１に付着した燃料の気化熱により圧縮過程の吸気が冷却される。図４は、コンプレッサ４１の上流側の吸気の圧力およびコンプレッサ４１の下流側の吸気の圧力、ならびに、それぞれのエンタルピーおよびエントロピーの関係を示したものである。図中、ｐは圧力、Ｔは温度、ｉはエンタルピー、ｓはエントロピー、ｎはポリトロープ指数を表す。また、Ｐ1はコンプレッサ４１の上流側の吸気の圧力、Ｐ2はコンプレッサ４１の下流側の吸気の圧力を示している。
【００４４】
図４において、「コンプレッサ４１の上流側の吸気のエントロピーをＳ1、エンタルピーをＩ1」で示し、「インジェクタ５から燃料を噴射しない場合のコンプレッサ４１の下流側の吸気のエントロピーをＳ2、エンタルピーをＩ2」で示し、「インジェクタ５から燃料を噴射することでコンプレッサ４１の下流側の吸気が燃料の気化熱により冷却された場合のエントロピーをＳ2’、エンタルピーをＩ2’」で示している。
【００４５】
図４から、インジェクタ５から燃料を噴射して吸気を冷却することにより、コンプレッサ４１の下流側の吸気のエントロピーが減少し、吸気の圧縮に必要な仕事が低減することがわかる。よって、本実施形態のようにインジェクタ５から燃料を噴射して吸気を冷却すれば、吸気の圧縮に必要な仕事が低減するため、コンプレッサ４１の効率を向上することができる。
【００４６】
インジェクタ５から過剰な量の燃料を噴射した場合、「冷却により低減する仕事」以上に「圧縮に必要な仕事」が増大するおそれがある。そのため、本実施形態では、ＥＣＵ６は、「冷却により低減する仕事」以上に「圧縮に必要な仕事」が増大しないよう、インジェクタ５から噴射する燃料の量を制限する。
【００４７】
次に、コンプレッサの効率の変化に関し、本実施形態と比較例との違いについて説明する。
ここで、比較例は、機械的構成は本実施形態と同様であるが、インジェクタ５からの燃料が所定の期間において間欠的に噴射される例である（図５（Ａ）参照）。この場合、圧縮過程の吸気の冷却効果は、所定の期間において間欠的、すなわち不連続なものとなる。そのため、比較例では、図５（Ｂ）に示すように所定の期間においてコンプレッサ４１の効率が変動し、コンプレッサ４１の回転が不安定になるおそれがある。
【００４８】
一方、本実施形態では、ＥＣＵ６は、インジェクタ５からの燃料が連続的に噴射されるよう制御する。よって、本実施形態では、インジェクタ５から噴射される燃料の量は、所定の期間において一定である（図５（Ｃ）参照）。このような制御は、例えば、インジェクタ５から噴射される燃料の量が所定の期間において一定となるよう、インジェクタ５の電磁駆動部をデューティー比に基づいて制御することにより実現可能である。この構成により、本実施形態では、圧縮過程の吸気の冷却効果を連続的（所定の期間において一定）にすることができる。その結果、図５（Ｄ）に示すように所定の期間においてコンプレッサ４１の効率を一定にすることができ、コンプレッサ４１の回転を安定にすることができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、図５（Ｃ）に示すように、ＥＣＵ６は、判定したエンジン２の負荷状態に応じてインジェクタ５から噴射する燃料の量を調節する。例えば、エンジン２の負荷状態が高負荷のときはインジェクタ５から噴射する燃料の量を増大させ、エンジン２の負荷状態が低負荷のときはインジェクタ５から噴射する燃料の量を減少させるといった具合である。
【００５０】
また、ＥＣＵ６は、例えば判定したエンジン２の負荷状態が低負荷のときにはインジェクタ５からの燃料の噴射を停止する、すなわち噴射する燃料の量をゼロにするよう制御する。ここで、「エンジン２の負荷状態が低負荷のとき」とは、例えば、クランキング時、エンジン始動直後、アイドリング時、エンジン停止直前など、エンジン２の回転数が比較的低いときである。本実施形態では、主にインジェクタ７から燃焼室２３に燃料が供給される構成のため、例えばインジェクタ５からの燃料の噴射を停止しても、エンジン２は運転が継続される。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態では、第１燃料噴射装置としてのインジェクタ５は、コンプレッサ４１の上流側の、コンプレッサ４１から所定の距離離れた位置に設けられている。インジェクタ５は、コンプレッサ４１の軸部４１１に向けてホローコーン状の燃料を噴射可能である。このように、本実施形態では、コンプレッサ４１から所定の距離離れた位置に設けられたインジェクタ５からホローコーン状の燃料が噴射される。ホローコーン状の燃料噴霧の内部には、略円錐状の空間が形成される。そのため、コンプレッサ４１の軸部４１１に向けて噴射された燃料の大部分は、軸部４１１に付着することなく、軸部４１１外周の羽根部４１２に付着する。回転するコンプレッサ４１の羽根部４１２に付着した燃料は、比較的容易に気化する。これにより、十分に気化した燃料をエンジン２の燃焼室２３に供給することができる。その結果、燃焼室２３内の燃料は良好に燃焼し、未燃焼の燃料が燃焼室２３内に残留することや外部に排出されることが抑制される。
【００５２】
また、本実施形態では、コンプレッサ４１に付着した燃料の気化熱により圧縮過程の吸気が冷却される。これにより、コンプレッサ４１による圧縮に必要な仕事を低減することができる。したがって、コンプレッサ４１の効率を向上することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、吸気管３は、コンプレッサ４１の上流側に位置し管軸Ａｘ１が軸部４１１の回転軸と略一致する関係となる第１直状部３０１、当該第１直状部３０１の管軸Ａｘ１と相異なる方向の管軸Ａｘ２をもつ第２直状部３０２、および第１直状部３０１と第２直状部３０２とを接続する曲がり部３０３を有している。本実施形態では、インジェクタ５は、吸気管３の曲がり部３０３に設けられている。このような構成では、略円柱状のインジェクタ５の軸をコンプレッサ４１の軸部４１１の回転軸と略一致させて、第インジェクタ５を吸気管３に設けるのが容易である。本実施形態では、インジェクタ５は軸と燃料の噴射方向とが略一致するため、「噴射された燃料の大部分をコンプレッサ４１の羽根部４１２に付着させることが可能な」構成を容易に実現することができる。また、この場合、インジェクタ５の先端（燃料噴射口５１の部分）を吸気管３の内側に突出させることなく、インジェクタ５を吸気管３に設けることができる。これにより、吸気の乱れや圧損によるコンプレッサ４１の効率の低下を抑制することができる。このように、本実施形態では、簡単な構成で、噴射した燃料の十分な気化、およびコンプレッサ４１の効率の向上を達成することができる。
【００５４】
上述した比較例のようにインジェクタ５からの燃料が所定の期間において間欠的に噴射される場合、圧縮過程の吸気の冷却効果は、所定の期間において間欠的、すなわち不連続なものとなる。この場合、所定の期間においてコンプレッサ４１の効率が変動し、コンプレッサ４１の回転が不安定になるおそれがある。そこで、本実施形態では、ＥＣＵ６は、インジェクタ５からの燃料が連続的に噴射されるよう制御する。これにより、圧縮過程の吸気の冷却効果を連続的（所定の期間において一定）にすることができる。したがって、コンプレッサ４１の効率および回転を安定にすることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、ＥＣＵ６は、エンジン２の負荷状態に応じてインジェクタ５から噴射する燃料の量を調節する。例えばＥＣＵ６は、エンジン２の負荷状態が高負荷のときはインジェクタ５から噴射する燃料の量を増大させ、エンジン２の負荷状態が低負荷のときはインジェクタ５から噴射する燃料の量を減少させる。これにより、圧縮過程の吸気の温度が上昇する高負荷のときは冷却効果を増大させることができるとともに、圧縮過程の吸気の温度が低い低負荷のときにはインジェクタ５から噴射する燃料を節約することができる。その結果、インジェクタ５から噴射する燃料によって吸気を効果的に冷却することができる。
【００５６】
また、本実施形態は、コンプレッサ４１の下流側に設けられ、ＥＣＵ６によって燃料の噴射が制御される第２燃料噴射装置としてのインジェクタ７をさらに備える。ＥＣＵ６は、燃焼室２３に供給される燃料として、インジェクタ７から噴射される燃料が主の燃料となるよう、インジェクタ５から噴射される燃料が補助的な燃料となるよう、燃料の噴射を制御しつつ、エンジン２の負荷状態が所定の状態のとき、インジェクタ５からの燃料の噴射を停止する。本実施形態では、インジェクタ７から噴射される燃料によりエンジン２の回転が継続されるため、インジェクタ５からの燃料の噴射を停止することが可能である。ＥＣＵ６は、エンジン２の負荷状態が低負荷のときにはインジェクタ５からの燃料の噴射を停止する、すなわち噴射する燃料の量をゼロにするよう制御する。そのため、インジェクタ５から噴射する燃料、および当該噴射に係るエネルギーを節約することができる。さらに、エンジン２の負荷状態が低負荷となった直後にエンジン２が停止しても、燃焼室２３に未燃焼の燃料が残ったり、エバポガスが排出されたりするのを抑制することができる。
【００５７】
また、本実施形態は、エンジン２の回転数を検出可能なエンジン回転数センサ６１と、吸気管３を流れる吸気の量を検出可能なエアフローメータ６２と、コンプレッサ４１の下流側の吸気の圧力を検出可能な過給圧センサ６３と、をさらに備える。ＥＣＵ６は、エンジン回転数センサ６１、エアフローメータ６２、および過給圧センサ６３により検出された値のうち、少なくとも１つの値に基づいてエンジン２の負荷状態を判定する。これにより、エンジン２の負荷状態を精度よく判定することができ、結果、コンプレッサ４１の効率を効果的に向上することができる。
【００５８】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、タービンの回転によりコンプレッサを回転させる過給機、所謂ターボチャージャーを用いる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、過給機として、例えばクランクシャフトの回転によりコンプレッサを回転させる過給機、または電動モータの力によりコンプレッサを回転させる過給機などの所謂スーパーチャージャーを用いることとしてもよい。本発明では、スーパーチャージャーを用いる場合でも、コンプレッサの効率を向上することができる。
【００５９】
本発明の他の実施形態では、第１燃料噴射装置は、ホローコーン状の燃料を噴射可能であれば、上述の実施形態の形状および構成（図２参照）に限らず、如何なる形状および構成であってもよい。
また、本発明の他の実施形態では、吸気管は、第１直状部、第２直状部および曲がり部を有しない構成としてもよい。また、第１燃料噴射装置は、コンプレッサの上流側の、コンプレッサから所定の距離離れた位置に設けられ、コンプレッサの軸部に向けてホローコーン状の燃料を噴射可能であれば、吸気管に対し如何なる向きで設けられていてもよい。
【００６０】
また、本発明の他の実施形態では、制御部は、第１燃料噴射装置からの燃料が間欠的に噴射されるよう制御することとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、第２燃料噴射装置を、各燃焼室に突出するように設るのでなく、各燃焼室に接続される吸気管（分岐した吸気管）のそれぞれに設けることとしてもよい。あるいは、第２燃料噴射装置を吸気管の分岐部分の上流側に１つのみ設ける構成としてもよい。
【００６１】
また、本発明の他の実施形態では、第２燃料噴射装置を備えない構成としてもよい。このような構成の内燃機関としては、例えばコンプレッサの上流側に１つの燃料噴射装置（第１燃料噴射装置）のみを備える内燃機関（ＳＰＩ方式のガソリンエンジン）を考えることができる。
また、本発明はディーゼルエンジンに適用することもできる。この場合の構成としては、内燃機関は点火プラグを備えず、第１燃料噴射装置から補助的な量の燃料を噴射し、第２燃料噴射装置から内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する構成を考えることができる。
【００６２】
また、本発明の他の実施形態では、制御部は、「回転数検出手段、吸気量検出手段および過給圧検出手段」以外の検出手段（例えばアクセルの踏み込み量を検出可能なアクセルセンサ等）により検出された値に基づき、内燃機関の負荷状態を判定することとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、排気再循環装置（ＥＧＲ）を備える構成としてもよい。
【００６３】
このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１：過給機付き内燃機関、２：エンジン（内燃機関）、２３：燃焼室、３：吸気管、４：過給機、４１：コンプレッサ、４１１：軸部、４１２：羽根部、５：インジェクタ（第１燃料噴射装置）、６：ＥＣＵ（制御部）
【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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