(57)【要約】【課題】エンジンの運転状態に応じて、混合気層の燃料濃度の分布を最適化する。【解決手段】エンジン１は、エンジン本体と、インジェクタ３３と、インジェクタ３３の噴射態様を制御する制御部（エンジン制御器１００）とを備える。エンジン制御器１００は、インジェクタ３３に多段噴射を行わせ、エンジン本体の運転状態に応じて、燃焼室１７内の中央部における燃料濃度と、当該中央部を囲む周辺部における燃料濃度とが実質的に等しい均質な混合気層、又は、燃焼室内の中央部における燃料濃度と、中央部を囲む周辺部における燃料濃度とが異なる不均質な混合気層を形成するように、インジェクタの噴射態様を変更する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に設けられたピストンを有し、該気筒及び該ピストンによって燃焼室が区画されるエンジン本体と、
少なくともガソリンを含む燃料を上記燃焼室内に噴口を介して噴射するインジェクタと、
上記インジェクタの噴射態様を制御する制御部と、を備え、
上記制御部は、上記インジェクタに多段噴射を行わせ、
上記制御部はまた、上記エンジン本体の運転状態に応じて、上記燃焼室内の中央部における燃料濃度と、当該中央部を囲む周辺部における燃料濃度とが実質的に等しい均質な混合気層、又は、上記燃焼室内の中央部における燃料濃度と、当該中央部を囲む周辺部における燃料濃度とが異なる不均質な混合気層を形成するように、上記インジェクタの噴射態様を変更する直噴エンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記多段噴射は、上記噴口を通じて噴射した燃料噴霧の進行方向への飛散距離が短くかつ、上記インジェクタの中心軸に直交する径方向に広がった噴霧となる第１噴射群、及び、上記燃料噴霧の進行方向への飛散距離が長くかつ、上記径方向への広がりが抑制された噴霧となる第２噴射群を含んでおり、
上記制御部は、上記多段噴射において、上記第１噴射群により噴射する燃料量と、上記第２噴射群により噴射する燃料量との割合を変更することによって、上記径方向に対して燃料濃度が均質な混合気層、又は、上記径方向に対して燃料濃度が不均質な混合気層を形成する直噴エンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記インジェクタは、上記噴口が形成されたノズル本体と、該噴口を開閉する弁体とを有し、該弁体のリフト量が大きいほど該噴口の有効断面積が大きくなるように構成され、
上記第１噴射群は、上記噴口の有効断面積を所定にしかつ、所定の噴射間隔で複数回の燃料噴射を行い、
上記第２噴射群は、上記噴口の有効断面積を上記第１噴射群よりも小さく、及び／又は、燃料の噴射間隔を上記第１噴射群よりも狭くした複数回の燃料噴射を行う直噴エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記制御部は、上記気筒内の圧力が所定圧力以上のときに、上記インジェクタに燃料を噴射させることで、上記燃焼室内に、上記混合気層と、当該混合気層の周囲のガス層とを形成する直噴エンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記エンジン本体は、上記混合気層を圧縮自己着火により燃焼させ、
上記制御部は、上記エンジン本体の運転状態に応じて、混合気の着火遅れ時間が変化するように、均質な混合気層、又は、不均質な混合気層を形成する直噴エンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記制御部は、上記エンジン本体の回転数が高いほど、上記混合気層における上記中央部の燃料濃度と上記周辺部の燃料濃度との差が大きい不均質な混合気層を形成する直噴エンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記制御部は、上記エンジン本体が所定回転数以上の高回転状態にあるときには、上記混合気層における上記中央部の燃料濃度を、上記周辺部の燃料濃度よりもリッチにする直噴エンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項６に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記制御部は、上記エンジン本体が所定回転数以上の高回転状態にあるときには、上記混合気層における上記周辺部の燃料濃度を、上記中央部の燃料濃度よりもリッチにする直噴エンジンの制御装置。
【請求項９】
請求項６に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記制御部は、
上記エンジン本体が第１回転数以上の状態にあるときには、上記混合気層における上記中央部の燃料濃度を、上記周辺部の燃料濃度よりもリッチにし、
上記エンジン本体が第２回転数以上の状態（但し、第１回転数＜第２回転数）にあるときには、上記混合気層における上記周辺部の燃料濃度を、上記中央部の燃料濃度よりもリッチにする直噴エンジンの制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記制御部は、上記エンジン本体の運転状態に応じて、上記インジェクタの中心軸方向に燃料濃度が均質な混合気層、又は、上記中心軸方向に燃料濃度が不均質な混合気層を形成する直噴エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示された技術は、直噴エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧縮自己着火エンジンにおいて、燃焼室を区画する壁面を断熱材で構成することによって、燃焼室の壁面における冷却損失を低減することが記載されている。冷却損失の低減によって、熱効率が向上する。
【０００３】
特許文献２には、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する外開弁式のインジェクタが記載されている。外開弁式のインジェクタは、弁本体のリフト量を変えることによって、燃料が噴射するノズル口の有効断面積が変化する。また、特許文献３には、ＶＣＯ（Valve Covered Orifice）ノズルタイプのインジェクタが記載されている。ＶＣＯノズルタイプのインジェクタは、ニードル弁が、ノズル口が開口しているシート部に直接着座して、ノズル口を閉鎖するように構成されており、ニードル弁のリフト量に応じて、ノズル口の内周面に発生するキャビテーション領域の大きさが変化する。その結果、ＶＣＯノズルタイプのインジェクタでは、外開弁式のインジェクタと同様に、ニードル弁のリフト量に応じて、ノズル口の有効断面積が変化することになる。
【０００４】
特許文献４には、気筒中心軸上に配置されかつ、コーン状に燃料を噴射する外開弁式のインジェクタを備えたエンジンにおいて、圧縮行程の後期に気筒内に燃料を噴射することで、燃焼室内に混合気層と、その周囲のガス層（新気を含むガス層）とを形成することが記載されている。この特許文献４に記載されたエンジンでは、混合気層を形成する混合気の燃焼時に、周囲のガス層を断熱層として機能させることで、冷却損失を低減する。特許文献４にはまた、燃料を継続して噴射している途中で、外開弁のリフト量を変更することによって、燃料の噴射方向について燃料濃度を均質化することも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４３３５５号公報
【特許文献２】特開２００８−１５１０４３号公報
【特許文献３】特許第４１９４５６４号公報
【特許文献４】特開２０１３−５７２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献４に記載されているように、燃焼室内に混合気層を形成する構成において、当該混合気層における燃料濃度の分布は、常に均質化が好ましいとは限らず、燃料濃度の分布を不均質にすることが有利な場合がある。例えば、エンジン回転数が高くなると、クランク角変化に対する実時間が短くなるため、燃料の噴射後、着火までに確保できる実時間（以下、この時間を着火遅れ時間と呼ぶ場合がある）が短くなってしまう。これは、圧縮自己着火の着火性を低下させ、燃焼安定性が低くなる。尚、十分な着火遅れ時間を確保するために、燃料の噴射時期を、例えば吸気行程や圧縮行程の前半に進角することが考えられるが、燃料の噴射時期を進角した場合は、圧縮行程中に、燃料を含んだ比熱比の高いガスを圧縮することになるから、圧縮端温度の低下を招き、この場合も、着火性が低下し得る。燃料濃度の分布を不均質にした場合、相対的にリッチな混合気部分は、圧縮自己着火の着火性が高まるため、着火遅れ時間が短くなり、高回転領域でも適正なタイミングで着火及び燃焼することが可能になる。
【０００７】
また、混合気層において、燃焼室を区画する区画壁に近い周辺部の燃料濃度を高くしたのでは、当該周辺部で発生する熱量が多くなる分、冷却損失の増大を招き得る。そのため、混合気層における、中央部の燃料濃度が相対的に高くなり、周辺部の燃料濃度が相対的に低くなるように、燃料濃度を不均質にすることが冷却損失の低減の観点からは好ましい。しかしながら、エンジンの負荷が高くなって、燃料噴射量が増えたときには、燃料濃度が相対的高い部分においては、燃料濃度が高くなりすぎて、煤が発生したり、未燃物質が発生したりする可能性がある。従って、燃料噴射量が増大するような負荷の高い領域では、混合気層の燃料濃度を、不均質にするよりも均質にすることが好ましい。
【０００８】
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの運転状態に応じて、混合気層の燃料濃度の分布を最適化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここに開示された技術は、直噴エンジンの制御装置を対象としている。この装置は、気筒内に設けられたピストンを有し、該気筒及び該ピストンによって燃焼室が区画されるエンジン本体と、少なくともガソリンを含む燃料を上記燃焼室内に噴口を介して噴射するインジェクタと、上記インジェクタの噴射態様を制御する制御部と、を備える。
【００１０】
上記制御部は、上記インジェクタに多段噴射を行わせ、上記制御部はまた、上記エンジン本体の運転状態に応じて、上記燃焼室内の中央部における燃料濃度と、当該中央部を囲む周辺部における燃料濃度とが実質的に等しい均質な混合気層、又は、上記燃焼室内の中央部における燃料濃度と、当該中央部を囲む周辺部における燃料濃度とが異なる不均質な混合気層を形成するように、上記インジェクタの噴射態様を変更する。
【００１１】
混合気層は、燃焼室内に、可燃混合気によって構成及び形成される層である。可燃混合気は、例えば当量比φ＝０．１以上の混合気であると定義してもよい。また、燃料の噴射開始から時間が経過すればするほど、燃料噴霧は拡散することから、混合気層の大きさ及び燃料濃度は、着火時点での大きさ及び濃度としてもよい。従って、着火時点において、燃焼室内で当量比φ＝０．１以上となった空間領域を、混合気層と定義することが可能であり、その着火時点での混合気層における燃料濃度を特定することが可能である。さらに、着火とは、例えば、燃料の燃焼質量割合が１％以上となることをもって判定することができる。
【００１２】
上記の構成によると、制御部は、エンジン本体の運転状態に応じて、燃焼室内に、均質な混合気層又は不均質な混合気層を形成する。均質な混合気層は、燃焼値内の中央部における燃料濃度と、その中央部を囲む周辺部における燃料濃度とが実質的に等しく、不均質な混合気層は、中央部における燃料濃度と周辺部における燃料濃度とが異なる。インジェクタの噴射態様を変更することによって、均質な混合気層又は不均質な混合気層が形成される。
【００１３】
これにより、エンジン本体の運転状態に対応して、燃費の向上や、排気エミッション性能の向上の点で最適な混合気層が、燃焼室内に形成される。
【００１４】
上記多段噴射は、上記噴口を通じて噴射した燃料噴霧の進行方向への飛散距離が短くかつ、上記インジェクタの中心軸に直交する径方向に広がった噴霧となる第１噴射群、及び、上記燃料噴霧の進行方向への飛散距離が長くかつ、上記径方向への広がりが抑制された噴霧となる第２噴射群を含んでおり、上記制御部は、上記多段噴射において、上記第１噴射群により噴射する燃料量と、上記第２噴射群により噴射する燃料量との割合を変更することによって、上記径方向に対して燃料濃度が均質な混合気層、又は、上記径方向に対して燃料濃度が不均質な混合気層を形成する、としてもよい。
【００１５】
第１噴射群により噴射した燃料は、インジェクタの中心軸に直交する径方向に広がった噴霧となるのに対し、第２噴射群により噴射した燃料は、径方向への広がりが抑制された噴霧となるため、第１噴射群により噴射する燃料量が相対的に多くかつ、第２噴射群により噴射する燃料量が相対的に少ないときには、径方向の外側の燃料濃度が相対的に高くかつ、径方向の内側の燃料濃度が相対的に低い、不均質な混合気層が形成される。逆に、第１噴射群により噴射する燃料量が相対的少なくかつ、第２噴射群により噴射する燃料量が相対的に多いときには、径方向の外側の燃料濃度が相対的に低くかつ、径方向の内側の燃料濃度が相対的に高い、不均質な混合気層が形成される。また、第１噴射群により噴射する燃料量と、第２噴射群により噴射する燃料量とが同量又はほぼ同量のときには、径方向の外側の燃料濃度及び径方向の内側の燃料濃度が同程度になり、均質な混合気層が形成される。
【００１６】
こうして、第１噴射群により噴射する燃料量と、第２噴射群により噴射する燃料量との割合を変更することによって、径方向に対して燃料濃度が均質な混合気層、径方向の外側が相対的にリッチとなった不均質な混合気層、又は、径方向の内側が相対的にリッチとなった不均質な混合気層をそれぞれ形成することが可能になる。
【００１７】
上記インジェクタは、上記噴口が形成されたノズル本体と、該噴口を開閉する弁体とを有し、該弁体のリフト量が大きいほど該噴口の有効断面積が大きくなるように構成され、上記第１噴射群は、上記噴口の有効断面積を所定にしかつ、所定の噴射間隔で複数回の燃料噴射を行い、上記第２噴射群は、上記噴口の有効断面積を上記第１噴射群よりも小さく、及び／又は、燃料の噴射間隔を上記第１噴射群よりも狭くした複数回の燃料噴射を行う、としてもよい。
【００１８】
噴口を通じて燃焼室内に燃料が噴射されたときには、コアンダ効果によって噴口の近傍には負圧になる領域が発生する。多段噴射の噴射間隔が広いときには、次の燃料が噴射されるまでの間に負圧領域の圧力が回復し得るため、負圧領域は小さくなる。負圧領域が小さい場合には、燃料噴霧は、負圧にあまり引き寄せられず、拡散しやすくなる。それに対し、噴射間隔が狭いときには、燃料が次々と噴射されることで、負圧領域の負圧が維持され、負圧領域は大きくなる。負圧領域が大きい場合には、燃料噴霧は、負圧に引き寄せられ、広がりが抑制される。つまり、噴射間隔が広いほど、燃焼室内で燃料噴霧が拡散しやすく、噴射間隔が狭いほど、燃料噴霧の広がりが抑制される。
【００１９】
一方、噴口の有効断面積が大きいときには、当該噴口を通じて燃焼室内に噴射される燃料噴霧の粒径が大きくなり、噴口の有効断面積が小さいときには、当該噴口を通じて燃焼室内に噴射される燃料噴霧の粒径が小さくなる。粒径が変化することに伴い、燃料噴霧の運動量が変化する。つまり、噴口の有効断面積が大きいほど、燃料噴霧の運動量が大きくなり、その結果、燃料噴霧の飛散距離は長くなる。
【００２０】
また、噴口の有効断面積は、燃料噴霧の負圧領域からの影響の受けやすさにも影響する。つまり、噴口の有効断面積が大きいと、燃料噴霧の粒径が大きいので、燃料噴霧は負圧領域からの影響を受けにくい。粒径の大きい燃料噴霧は、負圧領域にあまり引き寄せられず、負圧領域により減速される程度も小さい。それに対し、噴口の有効断面積が小さいと、燃料噴霧の粒径が小さいので、燃料噴霧は負圧領域からの影響を受けやすい。粒径の小さい燃料噴霧は、負圧領域に引き寄せられやすく、また、負圧領域により減速されやすい。
【００２１】
第１噴射群は、第２噴射群との比較において、噴口の有効断面積が相対的に大きく、及び／又は、噴射間隔が相対的に広い。従って、第１噴射群は、進行方向への飛散距離が相対的に長くかつ拡散して広がった燃料噴霧を形成する。
【００２２】
それに対し、第２噴射群は、噴口の有効断面積が相対的に小さく、及び／又は、噴射間隔が相対的に狭いので、進行方向への飛散距離が相対的に短くかつ広がりが抑制された燃料噴霧を形成する。
【００２３】
上記制御部は、上記気筒内の圧力が所定圧力以上のときに、上記インジェクタに燃料を噴射させることで、上記燃焼室内に、上記混合気層と、当該混合気層の周囲のガス層とを形成する、としてもよい。
【００２４】
「気筒内の圧力が所定圧力以上のとき」とは、圧縮行程の進行に伴い気筒内の圧力が高まって所定圧力以上となったときの他にも、過給圧が高いことによって、圧縮行程の初期から吸気行程中においても、気筒内の圧力が所定圧力以上になったときを含む。
【００２５】
気筒内の圧力が比較的高いときに燃焼を噴射することによって、燃料噴霧の飛散が制限される。その結果、燃焼室内に、所定当量比以上の混合気によって混合気層を形成しつつ、その混合気層の周囲に、ガス層を形成することが可能になる。ガス層は、燃料を実質的に含まない層であり、新気や排気ガスを含んで構成される。ガス層に多少の燃料が含まれることは許容される。
【００２６】
混合気層を形成する混合気が燃焼をするときには、その周囲のガス層は、混合気層と燃焼室を区画する壁面との間に介在する断熱層として機能をする。この構成は、冷却損失を大幅に低減する。
【００２７】
上記エンジン本体は、上記混合気層を圧縮自己着火により燃焼させ、上記制御部は、上記エンジン本体の運転状態に応じて、混合気の着火遅れ時間が変化するように、上記均質な混合気層、又は、上記不均質な混合気層を形成する、としてもよい。
【００２８】
燃焼室内に不均質な混合気層を形成することによって、その混合気層において燃料濃度が相対的に高い箇所は、着火性が高まる。つまり、不均質な混合気層を形成したときには、均質な混合気層を形成したときと比較して、着火遅れ時間を短くすることが可能になる。エンジン本体の運転状態に応じて、均質な混合気層を形成することと、不均質な混合気層を形成することとを切り換えることにより、エンジン本体の運転状態に応じて、着火遅れ時間が最適化する。
【００２９】
上記制御部は、上記エンジン本体の回転数が高いほど、上記混合気層における上記中央部の燃料濃度と上記周辺部の燃料濃度との差が大きい不均質な混合気層を形成する、としてもよい。
【００３０】
エンジン本体の回転数が高いほど、燃料の噴射開始から着火までの実時間が短くなり、十分な着火遅れ時間を確保することができずに、着火性の低下や燃焼安定性の低下を招く。その一方で、燃料の噴射時期を進角することは、圧縮端温度の低下を招き、圧縮自己着火の着火性には不利になる。
【００３１】
これに対し、混合気層における中央部の燃料濃度と周辺部の燃料濃度との差が大きいほど、相対的にリッチな箇所の燃料濃度が高くなるため、着火遅れ時間が短くなる。
【００３２】
従って、エンジン本体の回転数が高いほど、燃料濃度差の大きい不均質な混合気層を形成することによって、燃料の噴射開始から着火までの実時間が短くなることに対応して、着火遅れ時間を短くすることができ、圧縮自己着火の着火性の向上、ひいては燃焼安定性が向上する。
【００３３】
上記制御部は、上記エンジン本体が所定回転数以上の高回転状態にあるときには、上記混合気層における上記中央部の燃料濃度を、上記周辺部の燃料濃度よりもリッチにする、としてもよい。
【００３４】
中央部の燃料濃度を周辺部の燃料濃度よりもリッチにすることで、周辺部の燃料濃度は相対的にリーンになる。これにより、混合気層を構成する混合気が燃焼をしたときに、周辺部における熱量を抑制することが可能になる。周辺部は中央部と比較して、燃焼室を区画する壁面に近いため、その周辺部における熱量を抑制することは、冷却損失の増大を回避する上で有利になる。また、混合気層の燃料濃度を不均質にしていることで、上述の通り、着火遅れ時間が短くなる。従って、エンジン本体の運転状態が高回転領域にあるときに、燃焼安定性を高めることが可能になる。
【００３５】
上記制御部は、上記エンジン本体が所定回転数以上の高回転状態にあるときには、上記混合気層における上記周辺部の燃料濃度を、上記中央部の燃料濃度よりもリッチにする、としてもよい。
【００３６】
混合気層における外周部を構成する周辺部の燃料濃度を相対的にリッチにすることで、その周辺部の混合気が先に圧縮自己着火して燃焼を開始するため、燃焼濃度を不均質にした混合気層の攪拌が促進される。これは、煤や未燃物質の発生を抑制すると共に、燃焼期間の短縮に有利になる。
【００３７】
上記制御部は、上記エンジン本体が第１回転数以上の状態にあるときには、上記混合気層における上記中央部の燃料濃度を、上記周辺部の燃料濃度よりもリッチにし、上記エンジン本体が第２回転数以上の状態（但し、第１回転数＜第２回転数）にあるときには、上記混合気層における上記周辺部の燃料濃度を、上記中央部の燃料濃度よりもリッチにする、としてもよい。
【００３８】
第１回転数以上の状態にあるときに、混合気層における中央部の燃料濃度を、周辺部の燃料濃度よりもリッチにすることで、上述したように、高回転側の領域において、燃焼安定性の確保と冷却損失の低減とが図られる。
【００３９】
第２回転数以上の状態にあるときに、混合気層における周辺部の燃料濃度を、中央部の燃料濃度よりもリッチにすることは、相対的にリッチな範囲が広くなるから、着火性の向上、ひいては着火遅れ時間の短縮に、より一層、有利になる。従って、さらに高回転側の領域において、燃焼安定性の確保と、上述したように、排気エミッション性能の向上とが図られる。
【００４０】
尚、第１回転数及び第２回転数は、エンジンの運転領域を回転数方向に、低回転、中回転及び高回転の３つの領域に区分したときの、各領域の境界に相当するとしてもよい。また、第１回転数を、エンジンの運転領域を回転数方向に、低回転及び高回転の２つの領域に区分したときの境界に相当するとした上で、第２回転数は、その高回転領域内における高回転側の領域を区分する回転数として定義してもよい。
【００４１】
上記制御部は、上記エンジン本体の運転状態に応じて、上記インジェクタの中心軸方向に燃料濃度が均質な混合気層、又は、上記中心軸方向に燃料濃度が不均質な混合気層を形成する、としてもよい。
【００４２】
混合気層における燃料濃度の分布としては、上述したように、インジェクタの中心軸に直交する径方向について、均質及び不均質を切り換える他にも、中心軸方向について、均質及び不均質を切り換えることも可能である。
【００４３】
インジェクタの噴口から噴射された燃料噴霧は、噴口から次第に遠ざかるため、噴口から離れた箇所の燃料濃度が高くなる。そのため、中心軸方向については、着火時点の燃焼室におけるピストンの近傍や気筒内壁面の近傍の燃料濃度が高くなり得る。この状態で燃焼が行われると、ピストン近傍や気筒内壁面近傍において大きな熱量が発生する。その結果、ピストン又は気筒内壁を通じた冷却損失が増大する。
【００４４】
これに対し、インジェクタの中心軸方向に対し、燃焼室の中央部の燃料濃度が、ピストン近傍や気筒内壁面近傍に対応する周辺部の燃料濃度よりも高くなる不均質な混合気層を形成すれば、上述した冷却損失の増大を回避することが可能になる。
【００４５】
また、エンジン本体の負荷が高まり、燃料噴射量が増えたときには、インジェクタの中心軸方向に対し、燃焼室の中央部の燃料濃度が相対的に高い不均質な混合気層を形成すると、その中央部において煤や未燃物質が発生してしまう虞がある。この場合、インジェクタの中心軸方向に対し均質な混合気層を形成することが好ましい。
【００４６】
このように、エンジン本体の運転状態に応じて、混合気層の、インジェクタの中心軸方向に対する均質及び不均質を切り換えることによって、燃費の向上や排気エミッション性能の向上が図られる。
【発明の効果】
【００４７】
以上説明したように、上記の直噴エンジンの制御装置によれば、エンジンの運転状態に応じて、混合気層の燃料濃度の分布を最適化することによって、燃費の向上や、排気エミッション性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】直噴ガソリンエンジンを示す概略構成図である。
【図２】インジェクタの内部構成を示す断面図である。
【図３】エンジンの運転マップを例示する図である。
【図４】燃焼室内に形成する混合気層の形状を概念的に示す断面図である。
【図５】インジェクタから噴射する燃料噴霧の広がり方向を説明する図である。
【図６】燃料の噴射間隔を示す図である。
【図７】外開弁式のインジェクタのリフト量を示す図である。
【図８】（Ａ）燃料の噴射間隔が長いときの燃料噴霧の広がりを示す概念図、（Ｂ）燃料の噴射間隔が短いときの燃料噴霧の広がりを示す概念図である。
【図９】（Ａ）インジェクタのリフト量が小さいときの燃料噴霧の広がりを示す概念図、（Ｂ）インジェクタのリフト量が大きいときの燃料噴霧の広がりを示す概念図である。
【図１０】低負荷かつ低回転領域における噴射態様を示す図である。
【図１１】低負荷かつ低回転領域における燃焼室の燃料濃度分布を示す図である。
【図１２】低負荷かつ中回転領域における噴射態様を示す図である。
【図１３】低負荷かつ中回転領域における燃焼室の燃料濃度分布を示す図である。
【図１４】低負荷かつ高回転領域における噴射態様を示す図である。
【図１５】低負荷かつ高回転領域における燃焼室の燃料濃度分布を示す図である。
【図１６】中負荷領域における噴射態様を示す図である。
【図１７】中負荷領域における燃焼室の燃料濃度分布を示す図である。
【図１８】その他の実施形態に係るインジェクタの内部構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５０】
図１は、直噴エンジン１（以下、単にエンジン１という）を概略的に示す。エンジン１は、エンジン本体に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、及び、該センサからの信号に基づきアクチュエータを制御するエンジン制御器１００を含む。
【００５１】
エンジン１は、自動車等の車両に搭載され、その出力軸は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン１の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。エンジン１のエンジン本体は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ（気筒）１１が形成されている（図１では、シリンダ１１を１つのみ示す）。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の内部には、図示は省略するが冷却水が流れるウォータージャケットが形成されている。
【００５２】
ここで、エンジン１の燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよく、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。
【００５３】
各シリンダ１１内には、ピストン１５が摺動自在にそれぞれ嵌挿されている。ピストン１５は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。図例では、燃焼室１７は所謂ペントルーフ型であり、その天井面（つまり、シリンダヘッド１３の下面）は吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。ピストン１５の冠面は、上記天井面に対応した凸形状をなしていて、冠面の中心部には、凹状のキャビティ（凹部）１５ａが形成されている。尚、上記天井面及びピストン１５の冠面の形状は、後述の、高い幾何学的圧縮比が実現するのであれば、どのような形状であってもよい。例えば、天井面及びピストン１５の冠面（つまり、キャビティ１５ａを除く部分）の両方が、シリンダ１１の中心軸に対して垂直な面で構成されていてもよく、天井面が上記のように三角屋根状をなす一方、ピストン１５の冠面（つまり、キャビティ１５ａを除く部分）がシリンダ１１の中心軸に対して垂直な面で構成されていてもよい。
【００５４】
図１には１つのみ示すが、シリンダ１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（つまり、燃焼室１７の天井面における吸気側の傾斜面）に開口することで燃焼室１７に連通している。同様に、シリンダ１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（つまり、燃焼室１７の天井面の排気側の傾斜面）に開口することで燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、シリンダ１１内に導入される新気が流れる吸気通路（図示省略）に接続されている。吸気通路には、吸気流量を調整するスロットル弁２０が介設しており、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、スロットル弁２０の開度が調整される。一方、排気ポート１９は、各シリンダ１１からの既燃ガス（つまり、排気ガス）が流れる排気通路（図示省略）に接続されている。排気通路には、図示は省略するが、１つ以上の触媒コンバータを有する排気ガス浄化システムが配置される。触媒コンバータは、三元触媒を含む。
【００５５】
シリンダヘッド１３には、吸気弁２１及び排気弁２２が、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構により、排気弁２２は排気弁駆動機構により、それぞれ駆動される。吸気弁２１及び排気弁２２は所定のタイミングで往復動して、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、シリンダ１１内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、図示は省略するが、それぞれ、クランクシャフトに駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、これらのカムシャフトはクランクシャフトの回転と同期して回転する。また、少なくとも吸気弁駆動機構は、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式、電動式又は機械式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）２３を含んで構成されている。尚、ＶＶＴ２３と共に、弁リフト量を連続的に変更可能なリフト可変機構（ＣＶＶＬ（Continuous VariableValve Lift））を備えるようにしてもよい。
【００５６】
また、シリンダヘッド１３には、点火プラグ３１が配設されている。この点火プラグ３１は、例えば、ねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に取付固定されている。点火プラグ３１は、図例では、シリンダ１１の中心軸に対し、排気側に傾斜した状態で取付固定されており、その先端部は燃焼室１７の天井部に臨んでいる。この点火プラグ３１の先端部は、後述のインジェクタ３３のノズル口４１の近傍に位置する。尚、点火プラグ３１の配置はこれに限定されるものではない。本実施形態では、点火プラグ３１は、プラズマ点火式のプラグであり、点火システム３２はプラズマ発生回路を備える。そして、点火プラグ３１は、点火システム３２によって放電でプラズマを発生させ、そのプラズマを点火プラグ３１の先端から気筒内にジェット状に噴射させて、燃料の点火を行う。点火システム３２は、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、点火プラグ３１が所望の点火タイミングでプラズマを発生するよう、それに通電する。尚、点火プラグ３１は、プラズマ点火式のプラグに限らず、一般によく使用されている火花点火式のプラグであってもよい。
【００５７】
シリンダヘッド１３におけるシリンダ１１の中心軸上には、気筒内（つまり、燃焼室１７内）に燃料を直接噴射するインジェクタ３３が配設されている。このインジェクタ３３は、例えばブラケットを使用する等の周知の構造でシリンダヘッド１３に取付固定されている。インジェクタ３３の先端は、燃焼室１７の天井部の中心に臨んでいる。
【００５８】
図２に示すように、インジェクタ３３は、シリンダ１１内に燃料を噴射するノズル口４１が形成されたノズル本体４０と、ノズル口４１を開閉する外開弁４２とを有する、外開弁式のインジェクタである。インジェクタ３３は、所定の中心軸Ｓに対して傾斜する方向であって該中心軸Ｓを中心とする径方向外側へ広がる方向へ燃料を噴射すると共に、ノズル口４１の有効断面積を調整可能に構成されている。ノズル口４１は、噴口の一例であり、外開弁４２は、弁体の一例である。
【００５９】
ノズル本体４０は、中心軸Ｓに沿って延びる管状の部材であって、その内部を燃料が流通する。ノズル口４１の開口縁は、ノズル本体４０の先端部において、先端側ほど径が大きくなるテーパ状に形成されている。ノズル本体４０の基端側の端部は、内部にピエゾ素子４４が配設されたケース４５に接続されている。外開弁４２は、弁本体４２ａと、弁本体４２ａからノズル本体４０内を通ってピエゾ素子４４に接続された連結部４２ｂとを有している。弁本体４２ａは、ノズル本体４０の先端においてノズル本体４０から外側に露出している。弁本体４２ａの連結部４２ｂ側の部分が、ノズル口４１の開口縁と略同じ形状を有しており、該部分がノズル口４１の開口縁に当接（つまり、着座）しているときには、ノズル口４１が閉状態となる。
【００６０】
インジェクタ３３は、中心軸Ｓがシリンダ１１の中心軸Ｘ（つまり、気筒中心軸Ｘ）と一致し、ノズル口４１が燃焼室１７の天井部に臨む状態で配置されている。
【００６１】
ピエゾ素子４４は、電圧の印加による変形により、外開弁４２を中心軸方向に押圧してノズル本体４０のノズル口４１の開口縁からリフトさせることによって、ノズル口４１を開放する。このとき、燃料がノズル口４１から中心軸Ｓに対して傾斜した方向であって中心軸Ｓを中心とする半径方向へ広がる方向へ噴射される。具体的には、燃料は、中心軸Ｓを中心とするコーン状（詳しくはホローコーン状）に噴射される。そのコーンのテーパ角は、本実施形態では、９０°〜１００°である（ホローコーンにおける内側の中空部のテーパ角は７０°程度である）。そして、ピエゾ素子４４への電圧の印加が停止すると、ピエゾ素子４４が元の状態に復帰することで、外開弁４２がノズル口４１を再び閉状態とする。このとき、ケース４５内における連結部４２ｂの周囲に配設された圧縮コイルバネ４６がピエゾ素子４４の復帰を助長する。
【００６２】
ピエゾ素子４４に印加する電圧が大きいほど、外開弁４２の、ノズル口４１を閉じた状態からのリフト量（以下、単にリフト量という）が大きくなる（図７も参照）。このリフト量が大きいほど、ノズル口４１の開度（つまり、有効断面積）が大きくなってノズル口４１から気筒内に噴射される燃料噴霧の粒径が大きくなる。逆に、リフト量が小さいほど、ノズル口４１の開度が小さくなってノズル口４１から気筒内に噴射される燃料噴霧の粒径が小さくなる。ピエゾ素子４４の応答は速く、例えば１サイクル中に２０回程度の多段噴射が可能である。但し、外開弁４２を駆動する手段としては、ピエゾ素子４４には限られない。
【００６３】
燃料供給システム３４は、外開弁４２（ピエゾ素子４４）を駆動するための電気回路と、インジェクタ３３に燃料を供給する燃料供給系とを備えている。エンジン制御器１００は、所定のタイミングで、リフト量に応じた電圧を有する噴射信号を上記電気回路に出力することで、該電気回路を介してピエゾ素子４４及び外開弁４２を作動させて、所望量の燃料を、気筒内に噴射させる。上記噴射信号の非出力時（つまり、噴射信号の電圧が０であるとき）には、外開弁４２によりノズル口４１が閉じられた状態となる。このようにピエゾ素子４４は、エンジン制御器１００からの噴射信号によって、その作動が制御される。こうしてエンジン制御器１００は、ピエゾ素子４４の作動を制御して、インジェクタ３３のノズル口４１からの燃料噴射及び該燃料噴射時におけるリフト量を制御する。
【００６４】
上記燃料供給系には、図示省略の高圧燃料ポンプやコモンレールが設けられており、その高圧燃料ポンプは、低圧燃料ポンプを介して燃料タンクより供給されてきた燃料をコモンレールに圧送し、コモンレールは、その圧送された燃料を、所定の燃料圧力で蓄える。そして、インジェクタ３３が作動する（つまり、外開弁４２がリフトされる）ことによって、上記コモンレールに蓄えられている燃料がノズル口４１から噴射される。
【００６５】
エンジン制御器１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。エンジン制御器１００は、制御部の一例である。
【００６６】
エンジン制御器１００は、少なくとも、エアフローセンサ７１からの吸気流量に関する信号、クランク角センサ７２からのクランク角パルス信号、アクセル・ペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７３からのアクセル開度信号、及び、車速センサ７４からの車速信号をそれぞれ受ける。エンジン制御器１００は、これらの入力信号に基づいて、例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等といった、エンジン１の制御パラメータを計算する。そして、エンジン制御器１００は、それらの信号を、スロットル弁２０（正確には、スロットル弁２０を動かすスロットルアクチュエータ）、燃料供給システム３４（正確には、上記電気回路）、点火システム３２、及び、ＶＶＴ２３等に出力する。
【００６７】
また、図示は省略するが、このエンジン１は、吸気通路と排気通路とをつなぐＥＧＲ通路が設けられており、排気ガスの一部を吸気に還流させるＥＧＲシステムを備えている。エンジン制御器１００は、ＥＧＲシステムを通じた排気ガスの還流量を、エンジン１の運転状態に応じて調整する。
【００６８】
このエンジン１の幾何学的圧縮比εは、１５以上４０以下とされている。本実施形態では、エンジン１は圧縮比＝膨張比となる構成から、高圧縮比と同時に、比較的高い膨張比を有するエンジン１でもある。幾何学的圧縮比を高くすることによって、熱効率の向上を図る。
【００６９】
燃焼室１７は、図１に示すように、シリンダ１１の壁面と、ピストン１５の冠面と、シリンダヘッド１３の下面（つまり、天井面）と、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成されている。そして、このエンジン１では、冷却損失を低減するべく、これらの各面に、断熱層６１，６２，６３，６４，６５を設けることによって、燃焼室１７を断熱化している。尚、以下において、これらの断熱層６１〜６５を総称する場合は、断熱層に符号「６」を付す場合がある。断熱層６は、これらの区画面の全てに設けてもよいし、これらの区画面の一部に設けてもよい。また、図例では、シリンダ壁面の断熱層６１は、ピストン１５が上死点に位置した状態で、そのピストンリング１４よりも上側の位置に設けられており、これにより断熱層６１上をピストンリング１４が摺動しない構成としている。但し、シリンダ壁面の断熱層６１はこの構成に限らず、断熱層６１を下向きに延長することによって、ピストン１５のストロークの全域、又は、その一部に断熱層６１を設けてもよい。また、燃焼室１７を直接区画する壁面ではないが、吸気ポート１８や排気ポート１９における、燃焼室１７の天井面側の開口近傍のポート壁面に断熱層を設けてもよい。尚、図１に図示する各断熱層６１〜６５の厚みは実際の厚みを示すものではなく単なる例示であると共に、各面における断熱層の厚みの大小関係を示すものでもない。
【００７０】
燃焼室１７の断熱構造について、さらに詳細に説明する。燃焼室１７の断熱構造は、上述の如く、燃焼室１７を区画する各区画面に設けた断熱層６１〜６５によって構成されるが、これらの断熱層６１〜６５は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、区画面を通じて放出されることを抑制するため、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低く設定される。ここで、シリンダ１１の壁面に設けた断熱層６１については、シリンダブロック１２が母材であり、ピストン１５の冠面に設けた断熱層６２についてはピストン１５が母材であり、シリンダヘッド１３の天井面に設けた断熱層６３については、シリンダヘッド１３が母材であり、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッド面に設けた断熱層６４，６５については、吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ母材である。したがって、母材の材質は、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１３及びピストン１５については、アルミニウム合金や鋳鉄となり、吸気弁２１及び排気弁２２については、耐熱鋼や鋳鉄等となる。
【００７１】
また、断熱層６は、冷却損失を低減する上で、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、燃焼室１７内のガス温度は燃焼サイクルの進行によって変動するが、燃焼室１７の断熱構造を有しない従来のエンジンは、シリンダヘッドやシリンダブロック内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、燃焼室１７を区画する面の温度は、燃焼サイクルの進行にかかわらず、概略一定に維持される。
【００７２】
一方で、冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−区画面の温度）によって決定されることから、ガス温度と壁面の温度との差温が大きくなればなるほど冷却損失は大きくなってしまう。冷却損失を抑制するためには、ガス温度と区画面の温度との差温は小さくすることが望ましいが、冷却水によって燃焼室１７の区画面の温度を概略一定に維持した場合、ガス温度の変動に伴い差温が大きくなることは避けられない。そこで、断熱層６の熱容量を小さくして、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化するようにすることが好ましい。
【００７３】
上記断熱層６は、例えば、母材上にＺｒＯ２等のセラミック材料をプラズマ溶射によってコーティングして形成すればよい。このセラミック材料の中には、多数の気孔を含んでいてもよい。このようにすれば、断熱層６の熱伝導率及び容積比熱をより低くすることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、図１に示すように、熱伝導率が非常に低くて断熱性に優れかつ耐熱性にも優れたチタン酸アルミニウム製のポートライナ１８１を、シリンダヘッド１３に一体的に鋳ぐるむことによって、吸気ポート１８に断熱層を設けている。この構成は、新気が吸気ポート１８を通過するときに、シリンダヘッド１３から受熱して温度が上がることを抑制乃至回避し得る。これによってシリンダ１１内に導入する新気の温度（初期のガス温度）が低くなるため、燃焼時のガス温度が低下し、ガス温度と燃焼室１７の区画面との差温を小さくする上で有利になる。燃焼時のガス温度を低下させることは熱伝達率を低くし得るから、そのことによる冷却損失の低減にも有利になる。尚、吸気ポート１８に設ける断熱層の構成は、ポートライナ１８１の鋳ぐるみに限定されない。
【００７５】
このエンジン１では、上述の通り幾何学的圧縮比εを１５≦ε≦４０に設定している。理論サイクルであるオットーサイクルにおける理論熱効率ηｔｈは、ηｔｈ＝１−１／（εκ−１）であり、圧縮比εを高くすればするほど、理論熱効率ηｔｈは高くなる。しかしながら、エンジン（正確には、燃焼室の断熱構造を有しないエンジン）の図示熱効率は、所定の幾何学的圧縮比ε（例えば１５程度）でピークになり、幾何学的圧縮比εをそれ以上に高めても図示熱効率は高くならず、逆に、図示熱効率は低下することになる。これは、燃料量及び吸気量を一定のままで幾何学的圧縮比を高くした場合、圧縮比が高くなればなるほど、燃焼圧力及び燃焼温度が高くなることに起因している。上述したように、燃焼圧力及び燃焼温度が高くなることは、冷却損失を増大させることになるためである。
【００７６】
これに対し、このエンジン１では、高い幾何学的圧縮比εにおいて図示熱効率が高まるように、上述の通り、燃焼室１７の断熱構造を組み合わせている。つまり、燃焼室１７の断熱化により冷却損失を低減させ、それによって図示熱効率を高める。
【００７７】
一方で、燃焼室１７を断熱化して冷却損失を低減させるだけでは、その冷却損失の低減分が排気損失に転換されて図示熱効率の向上にはあまり寄与しないところ、このエンジン１では、上述したように、高圧縮比化に伴う高膨張比化によって、冷却損失の低減分に相当する燃焼ガスのエネルギを、機械仕事に効率よく変換している。すなわち、このエンジン１は、冷却損失及び排気損失を共に低減させる構成を採用することによって、図示熱効率を大幅に向上させているということができる。
【００７８】
このエンジン１では、上記の燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造に加えて、気筒内（燃焼室１７内）においてガス層による断熱層を形成することで、冷却損失をさらに低減するようにしている。以下、このことについて詳細に説明する。
【００７９】
図３は、エンジン１の温間時の運転マップを例示している。このエンジン１は、基本的には、運転領域の全域において、燃焼室１７内の混合気を圧縮自己着火によって燃焼させるように構成されている。図３に示す運転マップにおいて、所定負荷よりも低い低負荷領域、及び、低負荷領域よりも負荷の高い中負荷領域において、燃焼室１７内にガス層による断熱層を形成する。つまり、エンジン負荷が比較的低くかつ、それによって燃料噴射量が比較的少ない運転状態においては、燃焼室１７内にガス層による断熱層を形成することによって、冷却損失を低減し、熱効率の向上を図る。ここで、低負荷領域及び中負荷領域はそれぞれ、エンジンの負荷領域を低、中、及び高の３つの領域に区分（例えば、三等分）したときの、低領域及び中領域に相当する、と定義してもよい。また、特に中負荷領域は、例えば全開負荷に対する所定負荷以下（例えば７０％負荷以下）の領域としてもよい。
【００８０】
図４は、低負荷及び中負荷領域において、燃焼室１７内に形成する混合気層の形状を概念的に示している。燃焼室１７内にガス層による断熱層を形成するとは、同図に示すように、燃焼室１７内の中央部に混合気層を形成すると共に、その周囲に新気を含むガス層を形成することである。
【００８１】
ここでいう混合気層は、可燃混合気（例えば当量比φ＝０．１以上の混合気）によって構成される層と定義している。また、燃料の噴射開始から時間が経過すればするほど、燃料噴霧は拡散することから、混合気層の大きさは、着火時点での大きさである。さらに、着火とは、例えば、燃料の燃焼質量割合が１％以上となることをもって判定することができる。
【００８２】
また、ガス層は、新気のみであってもよく、新気に加えて、既燃ガス（つまり、ＥＧＲガス）を含んでいてもよい。尚、後述の通り、ガス層が断熱層の役割を果たす限度において、ガス層に少量の燃料が混じることは許容される。
【００８３】
混合気層の表面積（Ｓ）と体積（Ｖ）との比（Ｓ／Ｖ比）を小さくすることによって、燃焼時に周囲のガス層との伝熱面積が小さくなると共に、混合気層とシリンダ１１の壁面との間のガス層により、混合気層の火炎がシリンダ１１の壁面に接触することがなく、また、ガス層自体が断熱層となって、シリンダ１１の壁面からの熱の放出を抑えることができるようになる。この結果、冷却損失を大幅に低減することができる。
【００８４】
エンジン制御器１００は、燃焼室１７内の中央部に混合気層が形成されかつ、その周囲にガス層が形成されるように、圧縮行程後半から膨張行程初期の期間にインジェクタ３３のノズル口４１からシリンダ１１内に燃料を噴射させるべく、燃料供給システム３４の電気回路に噴射信号を出力する。ここで、圧縮行程後半は、圧縮行程を、前半と後半とに二分したときの後半である。また、膨張行程初期は、膨張行程を、初期、中期及び終期に三分したときの初期である。
【００８５】
低負荷領域においては、燃料噴射量が相対的に少ないことから、シリンダ１１の中心軸Ｘ上に配設されたインジェクタ３３から、圧縮行程後半から膨張行程初期の期間に、シリンダ１１内に燃料を噴射することによって燃料噴霧の広がりを抑制して、燃焼室１７内の中央部の混合気層と、その周囲のガス層とを形成することが比較的、容易に実現する。しかしながら、燃焼噴射量が増えるに従い、燃料噴射期間が長くなることから、燃料噴霧は特にシリンダ１１の中心軸Ｘの方向に広がるようになり、その結果、混合気層は、例えばピストン１５の冠面に触れるようになる。つまり、混合気層の周囲のガス層が確実に形成されなくなる。上述の通り、このエンジン１は、幾何学的圧縮比が高く、それに伴い燃焼室（つまり、ピストンが圧縮上死点に位置したときのシリンダ内空間）の容積が小さい。そのため、このエンジン１は、燃料噴霧がシリンダ１１の中心軸Ｘの方向に広がったときに、混合気層はピストン１５の冠面に触れやすい。
【００８６】
そこで、このエンジン１は、燃料噴射量が増える中負荷領域においても燃焼室１７内の中心部の混合気層とその周囲のガス層とを確実に形成するために、燃焼室１７内に形成する混合気層の形状をコントロールする。具体的には、図４に白抜きの矢印で示すように、燃料噴射量が増えたときには、燃料噴霧を、シリンダ１１の中心軸Ｘに交差する径方向の外方に広がるようにする。そのことによって、混合気層の中心軸Ｘの方向の長さが長くなることを抑制して混合気層がピストン１５の冠面に触れることを回避しつつ、中心軸Ｘの方向よりも空間的な余裕のある径方向の外方に混合気層を広げることによって、混合気層がシリンダ１１の内壁に触れることも回避する。燃焼室１７内に形成する混合気層の形状をコントロールすることは、燃焼室１７内に形成される混合気層の中心軸方向の長さをＬ、径方向の幅をＷとしたときに、長さＬと幅Ｗとの比（Ｌ／Ｗ）を調整することであり、上述のＳ／Ｖ比を小さくする上で、Ｌ／Ｗ比を所定以上にしつつも、燃料噴射量が増えたときには、Ｌ／Ｗ比を小さくすることになる。
【００８７】
このような混合気層の形状のコントロールを実現するために、エンジン１では、インジェクタ３３による燃料噴射の間隔（図６参照）とリフト量（図７参照）とがそれぞれ調整される。これにより、図５に示すように、燃料噴霧の進行方向への広がりと燃料噴霧の径方向への広がりとが独立して制御される。燃料噴射の間隔は、図６に概念的に示すように、燃料噴射の終了から、次の燃料噴射の開始までの間隔と定義される。上述の通り、このインジェクタ３３は高応答であり、１〜２ｍｓｅｃの間に、２０回程度の多段噴射が可能である。また、インジェクタ３３のリフト量は、図７に概念的に示すように、燃料の噴射開口面積に比例し、上述の通り、リフト量が大きいほど、噴射開口面積（即ち、ノズル口４１の有効断面積）は大きくなり、リフト量が小さいほど、噴射開口面積は小さくなる。
【００８８】
図８は、インジェクタ３３のリフト量を一定にした上で、燃料の噴射間隔を長くしたとき（同図（Ａ））と、噴射間隔を短くしたとき（同図（Ｂ））との燃料噴霧の広がりの違いを、概念的に示している。インジェクタ３３からホローコーン状に噴射された燃料噴霧は、燃焼室１７内を高速で流れる。そのため、コアンダ効果により、ホローコーンの内側においてインジェクタ３３の中心軸Ｓに沿うように、負圧領域が発生する。燃料噴射間隔が長いときには、燃料噴射から次の燃料噴射までの間に、負圧領域の圧力が回復するようになるため、負圧領域は小さくなる。これに対し、燃料噴射間隔が短いときには、間を空けずに燃料噴射が繰り返されるため、負圧領域の圧力が回復することが抑制される。その結果、負圧領域は、図８（Ｂ）に示すように、大きくなる。
【００８９】
燃料噴霧は、この負圧に引き寄せされるようになる。負圧領域は中心軸Ｓを中心とする径方向の中央側に形成されるため、負圧領域が相対的に大きいときには、図８（Ｂ）に示すように、燃料噴霧の径方向への広がりは抑制される。これに対し、負圧領域が相対的に小さいときには、図８（Ａ）に示すように、燃料噴霧は、あまり引き寄せられないため、径方向へ広がりやすくなる。つまり、インジェクタ３３の燃料の噴射間隔を短くすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを抑制することが可能になる一方、その噴射間隔を長くすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを促進することが可能になる。
【００９０】
図９は、燃料の噴射間隔を一定にした上で、インジェクタ３３のリフト量を小さくしたとき（同図（Ａ））と、リフト量を大きくしたとき（同図（Ｂ））との燃料噴霧の広がりの違いを、概念的に示している。この場合、噴射間隔が同じであるため、燃焼室１７内の負圧領域は同じになるものの、リフト量が相違することによって、燃料噴霧の粒径が異なる。つまり、インジェクタ３３のリフト量を小さくしたときには、燃料噴霧の粒径も小さくなるため、燃料噴霧の運動量が小さくなる。このため、燃料噴霧は、負圧によって径方向の中央側に引き寄せられやすくなり、図９（Ａ）に示すように、径方向の外方への広がりが抑制される。これに対し、インジェクタ３３のリフト量を大きくしたときには、燃料噴霧の粒径が大きくなるため、燃料噴霧の運動量が大きくなる。このため、燃料噴霧は、負圧に引き寄せられにくくなり、図９（Ｂ）に示すように、径方向の外方に広がり易くなる。つまり、インジェクタ３３のリフト量を大きくすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを促進することが可能になる一方、そのリフト量を小さくすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを抑制することが可能になる。
【００９１】
また、粒径が大きい燃料噴霧は、運動量が大きいので、進行方向への飛散距離も長くなる。さらに、粒径が大きい燃料噴霧は、負圧領域の影響を受けて減速しにくく、このことによっても飛散距離が長くなる。それに対し、粒径が小さい燃料噴霧は、運動量が小さいので、進行方向への飛散距離が短くなる。さらに、粒径が小さい燃料噴霧は、負圧領域の影響を受けて減速しやすく、このことによっても飛散距離が短くなる。
【００９２】
このように、インジェクタ３３の噴射間隔及びリフト量を変更することによって、燃料噴霧の広がりを、径方向と進行方向との２方向について独立して制御することが可能になる。そこで、このエンジン１では、リフト量が相対的に大きく且つ噴射間隔が相対的に大きい複数回の燃料噴射を含む第１噴射群と、リフト量が相対的に小さく且つ噴射間隔が相対的に小さい複数回の燃料噴射を含む第２噴射群とを組み合わせて、混合気層の形状を制御している。何れの噴射群においても、複数回の燃料噴射を行う多段噴射が実行される。ここで、多段噴射とは、燃料の噴射間隔（燃料噴射の終了から次の燃料噴射の開始までの間隔）が０．５ｍｓ以下の連続的な燃料噴射を意味する。
【００９３】
詳しくは、第１噴射群は、インジェクタ３３のリフト量を第２噴射群よりも大きくし且つ、燃料の噴射間隔を第２噴射群よりも大きくした、所定回数の燃料噴射を含む。噴射間隔を広くすることによって負圧領域が小さくなる。それに加えて、リフト量を大きくして燃料噴霧の粒径を大きくすることによって、燃料噴霧の運動量が大きくなる。その結果、進行方向への飛散距離が相対的に長く且つ径方向へ広がった燃料噴霧が形成される。
【００９４】
第２噴射群は、インジェクタ３３のリフト量を第１噴射群よりも小さくし且つ、燃料の噴射間隔を第１噴射群よりも小さくした、所定回数の燃料噴射を含む。噴射間隔を狭くすることによって負圧領域が拡大される。それに加えて、リフト量を小さくして燃料噴霧の粒径を小さくすることによって、燃料噴霧の運動量が小さくなる。その結果、進行方向への飛散距離が相対的に短く且つ径方向への広がりが抑制された燃料噴霧が形成される。
【００９５】
エンジン制御器１００は、エンジン１の運転状態に応じて第１噴射群と第２噴射群との割合を変更することによって、混合気層をエンジン１の運転状態に応じた形状に制御している。基本的な原理としては、第１噴射群の割合を多くすることによって、径方向外方へ広がった混合気層が形成される一方、第２噴射群の割合を多くすることによって、径方向外側への広がりが抑制された混合気層が形成される。
【００９６】
尚、エンジン１の運転状態によっては、第１噴射群が省略され、第２噴射群だけが実行される場合や、第１噴射群に含まれる燃料噴射が１回だけで、あとは第２噴射群となる場合や、第２噴射群が省略され、第１噴射群だけが実行される場合や、第２噴射群に含まれる燃料噴射が１回だけで、あとは第１噴射群となる場合もある。また、第１噴射群の後に第２噴射群を実行してもよいし、第２噴射群のあとに第１噴射群を実行してもよい。
【００９７】
エンジン制御器１００は、上述の多段噴射を前提として、エンジン１の運転状態に応じて第１噴射群８及び第２噴射群９の噴射態様をさらに細かく制御している。図１０は、低負荷且つ低回転領域における噴射態様を示す図である。図１１は、低負荷且つ低回転領域における燃焼室の燃料濃度分布を示す図である。図１２は、低負荷且つ中回転領域における噴射態様を示す図である。図１３は、低負荷且つ中回転領域における燃焼室の燃料濃度分布を示す図である。図１４は、低負荷且つ高回転領域における噴射態様を示す図である。図１５は、低負荷且つ高回転領域における燃焼室の燃料濃度分布を示す図である。図１６は、中負荷領域における噴射態様を示す図である。図１７は、中負荷領域における燃焼室の燃料濃度分布を示す図である。
【００９８】
具体的には、エンジン制御器１００は、低負荷領域における低回転領域においては、圧縮行程後半から膨張行程初期の間に、第１噴射群８及び第２噴射群９を含む多段噴射をインジェクタ３３に行わせている。この第１噴射群８には、図１０に示すように、所定のリフト量の第１噴射８１と、第１噴射８１よりも後であって且つ第１噴射８１よりもリフト量が大きい第２噴射８２と、第２噴射８２よりも後であって且つ第２噴射８２よりもリフト量が小さい第３噴射８３とが含まれている。尚、第３噴射８３のリフト量は、第１噴射８１のリフト量よりも大きい。このとき、第２噴射群９に含まれる燃料噴射９０のリフト量は一定である。
【００９９】
ここで、第１噴射８１が行われるときは、第２噴射８２が行われるときに比べて、燃焼室１７内は燃料噴霧が飛散しやすい環境にある。つまり、燃焼室１７に燃料が噴射されると、燃焼室１７の雰囲気温度が低下し、空気密度が高くなる。空気密度が高くなると、抵抗が大きくなり、燃料噴霧は飛散しにくくなる。第１噴射８１が行われるときは、第２噴射８２が行われるときと比べて、燃焼室１７に噴射された燃料が存在しないか又は少なく、燃焼室１７の空気密度が比較的低い。そのため、第１噴射８１においては、リフト量を小さくすることによって燃料噴霧の粒径を小さくして、燃料噴霧の運動量を減少させている。これにより、第１噴射８１による燃料噴霧の飛散距離を抑制し、該燃料噴霧は、中心軸方向においてノズル口４１とピストン１５との間に留まりやすくなる。
【０１００】
一方、第２噴射８２が行われるときには、第１噴射８１が行われるときに比べて、燃焼室１７内は燃料噴霧が飛散しにくい環境にある。つまり、燃焼室１７内は、第１噴射８１によって雰囲気温度が低下し、空気密度が高くなっている。そのため、第２噴射８２においては、リフト量を第１噴射８１に比べて大きくすることによって、燃料噴霧の粒径を大きくして、燃料噴霧の運動量を増加させている。これにより、第２噴射８２による燃料噴霧の飛散距離を増大させ、該燃料噴霧がノズル口４１近傍に留まることを防止している。その結果、燃料噴霧は、中心軸方向においてノズル口４１とピストン１５との間に留まりやすくなる。
【０１０１】
また、第３噴射８３が行われるときには、第２噴射８２が行われるときに比べて、燃焼室１７内は燃料噴霧が飛散しやすい環境にある。詳しくは、燃焼室１７内の温度は低下しているものの、ノズル口４１から燃料が噴射される先には、第１噴射８１及び第２噴射８２により噴射された燃料噴霧が存在する。燃料は、空気中に噴射されるよりも、燃料噴霧中に噴射される方が、抵抗が少なく、飛散していきやすい。そこで、第３噴射８３においてはリフト量を第２噴射８２よりも小さくすることによって、燃料噴霧の粒径を小さくして、燃料噴霧の運動量を小さくしている。これにより、第３噴射８３による燃料噴霧の飛散距離を抑制し、該燃料噴霧は、中心軸方向においてノズル口４１とピストン１５との間に留まりやすくなる。
【０１０２】
一方、第２噴射群９の燃料噴射は、リフト量が相対的に小さく、燃料噴射の粒径が小さいので、運動量が小さい。そのため、第２噴射群９の燃料噴霧は、飛散距離が比較的短く、また、負圧の影響を受けて減速しやすい。そのため、第２噴射群９による燃料噴霧は、中心軸方向において、ピストン１５までは到達しにくく、ノズル口４１とピストン１５との間に留まりやすくなっている。
【０１０３】
また、第１噴射群８による全噴射量と、第２噴射群９による全噴射量とは、略同じ量になっている。また、第２噴射群９は、圧縮上死点前に完了している。
【０１０４】
このような第１噴射群８及び第２噴射群９による燃料噴射の結果、着火時（圧縮上死点後の所定のタイミング）には、燃料噴霧は、中心軸方向における中央近傍に集中しやすくなる。詳しくは、図１１に示すように、混合気層のうち燃料濃度が最大となる部分は、ノズル口４１からピストン１５までの空間を中心軸方向の距離に関しノズル口４１からピストン１５に向かって２５％の領域Ａ１、５０％の領域Ａ２、２５％の領域Ａ３に区画した場合の５０％の領域Ａ２内に含まれるようになる。尚、燃料の着火は、例えば、燃料の燃焼質量割合が１％以上となることをもって判定することができる。
【０１０５】
一方、着火時の燃焼室１７の径方向への濃度分布は、図１１に示すように、概ね均等になっている。これは、進行方向への飛散距離が相対的に長く且つ径方向へ広がった燃料噴霧が形成される第１噴射群８の噴射量と、進行方向への飛散距離が相対的に短く且つ径方向への広がりが抑制された燃料噴霧が形成される第２噴射群９の噴射量とが同じ量になっているためである。つまり、第１噴射群８によって径方向の外方に燃料噴霧が到達すると共に、第２噴射群９によって径方向の内方にも燃料噴霧が到達する結果、混合気層における径方向について、燃料濃度がほぼ同じになる。ここで、混合気層の径方向について、当該混合気層の直径に対して、６０％の径の範囲を中央部とし、その周囲の部分を周辺部と定義したときに、その中央部の燃料濃度と、周辺部の燃料濃度との差が所定値以下であることを均質と呼ぶ。図１１に示すように、中央部から周辺部にかけて、燃料濃度（つまり、当量比φ）がほぼ一定である状態は、燃料濃度が径方向に均質である。
【０１０６】
この状態で燃料が燃焼すると、ノズル口４１近傍及びピストン１５近傍には燃料が少ないので、これらの場所において燃焼により発生する熱量が少なくなる。一方、ノズル口４１とピストン１５との中間部分においては、燃料が相対的に多くなり、燃焼による大きな熱量が発生する。その結果、ノズル口４１近傍のシリンダ１１の壁面(天井面)及びピストン１５を介した放熱が抑制され、冷却損失が低減される。
【０１０７】
また、低回転領域であるため、燃料の噴射開始から着火までの実時間は比較的長い時間を確保可能である。そのため、着火性を高める必要性に乏しく、後述の通り、径方向に燃料濃度を不均質にすることは、煤の発生等の不都合を招き得る。そこで、径方向については燃料濃度を均質にすることで、排気エミッション性能の低下が回避される。
【０１０８】
エンジン制御器１００は、低負荷領域の中回転領域においては、図１２に示すように、第１噴射群８に第１噴射８１と第２噴射８２とが含まれることに加えて、第２噴射群９にも、所定のリフト量の第１噴射９１と、第１噴射９１よりも後であって且つ第１噴射９１よりもリフト量が大きい第２噴射９２と、第２噴射９２よりも後であって且つ第２噴射９２よりもリフト量が小さい第３噴射９３とが含まれる。
【０１０９】
このとき、１回のサイクルにおける燃料の全噴射量に対する第２噴射群９の割合は、エンジン１の回転数が高くなるに従い増加する。従って、第２噴射群９の割合は、第１噴射群８の割合よりも多くなる。図１２の例では、図１０の例に比べて、第１噴射群８に含まれる燃料噴射の回数が１回減少し、第２噴射群９に含まれる燃料噴射の回数が２回増加している。具体的には、第１噴射群８においては、第３噴射８３が削除され、第１噴射８１及び第２噴射８２だけになっている。
【０１１０】
また、多段噴射の噴射時期が、低回転領域に比べて進角している。所定のクランク角で燃料を着火させることを想定した場合、エンジン回転数が高くなるほど、燃料の噴射を開始してから該所定のクランク角までの時間が短くなるためである。つまり、燃料噴射を開始してから該所定のクランク角までの間に着火遅れに対応する十分な時間を確保するためである。
【０１１１】
第２噴射群９について詳しく説明すると、第２噴射群９では、４回の第１噴射９１と、３回の第２噴射９２と、４回の第３噴射９３とが含まれている。
【０１１２】
第２噴射群９においても、上述の第１噴射群８の説明と同様に、燃焼室１７における燃料噴霧の飛散しやすさを考慮して、燃料噴射のリフト量を調整している。つまり、多段噴射の初期においては、燃焼室１７の空気密度が低く燃料噴霧が飛散しやすいため、第１噴射９１により燃料噴霧の粒径を小さくすることによって、燃料噴霧を減速しやすい状態とし、燃料噴霧を中心軸方向においてノズル口４１とピストン１５との間に留めている。多段噴射の中期においては、燃焼室１７の空気密度が高く燃料噴霧が飛散しにくいため、第２噴射９２により燃料噴霧の粒径を大きくすることによって、燃料噴霧を減速しにくい状態とし、燃料噴霧を中心軸方向においてノズル口４１とピストン１５との間に留めている。多段噴射の終期においては、燃焼室１７に燃料噴霧が多く燃料噴霧が飛散しやすいため、第３噴射９３により燃料噴霧の粒径を小さくすることによって、燃料噴霧を減速しやすい状態とし、燃料噴霧を中心軸方向においてノズル口４１とピストン１５との間に留めている。
【０１１３】
このように、低負荷領域の中回転領域においては、第１噴射群８による燃料噴霧だけでなく、第２噴射群９による燃料噴霧も、中心軸方向においてノズル口４１とピストン１５との間に留まるようにインジェクタ３３が制御されている。そのため、図１３に示すように、着火時における混合気層は、ノズル口４１からピストン１５までの空間を中心軸方向の距離に関しノズル口４１からピストン１５に向かって２５％の領域Ａ１、５０％の領域Ａ２、２５％の領域Ａ３に区画した場合の５０％の領域Ａ２内で燃料濃度が最大となる。このとき、第２噴射群９にも第１噴射９１、第２噴射９２及び第３噴射９３を含めることによって、低回転側の領域に比べて、燃料噴霧が５０％の領域Ａ２に集中する度合いが高くなっている。
【０１１４】
エンジン１の回転数が高いときには、所定のクランク角で燃料を着火させるためには、燃料の噴射を開始してから着火までの間に着火遅れに対応する十分な時間を確保する必要があり、そのために、燃料噴射時期を回転数が低回転のときに比べて進角させている。しかしながら、燃焼室１７内に燃料が噴射されると燃焼室１７内の比熱比が低くなるので、燃料噴射時期を進角させるほど、圧縮端温度の温度が上がりにくくなり、着火しにくくなる。それに対し、上述の如く、燃料濃度が局所的に高い部分を形成することによって、着火性を向上させることができ、回転数が高い場合であっても所望のクランク角で燃料を着火させることが可能となる。
【０１１５】
それに加えて、低回転側の領域に比べて、全噴射量に対する第２噴射群９の割合が高くなっている。第２噴射群９は、燃料噴霧の粒径が小さく且つ負圧領域が大きいので、燃料噴霧が燃焼室１７の径方向中央付近に集まりやすくなっている。そのため、着火時の燃焼室１７の径方向については、径方向中央部において燃料濃度が最大となっており、周辺部は、中央部よりも燃料濃度が低くなっている。つまり、第２噴射群９の割合を高めることによって、燃焼室１７の径方向においても燃料濃度の分布が不均質になり、燃料濃度が局所的に高い部分を形成することができる。
【０１１６】
こうして、第１噴射群８又は第２噴射群に第１噴射８１（９１）及び第２噴射８２（９２）を設けることに加えて、第２噴射群９の割合を高めることによって、燃焼室１７の燃料濃度分布を中心軸方向と径方向との両方、即ち、三次元的に調整して、燃焼室１７内の燃料濃度を中心軸方向だけでなく径方向においても局所的に高めることができる。その結果、燃料濃度がより高い部分を形成することができ、着火性をより一層向上させることができる。これは、中回転領域において燃焼安定性を高める上で有利である。
【０１１７】
また、第２噴射群９の割合は、エンジン１の回転数が高くなるに従い増加するため、径方向については、高回転側ほど、局所的な燃料濃度が高くなる（つまり、中央部の燃料濃度が高くなる）。混合気層における燃料濃度差を大きくすることは、高回転側において、着火性をより一層向上させる上で有利である。
【０１１８】
そして、この状態で燃料が燃焼すると、ノズル口４１近傍及びピストン１５近傍には燃料が少ないので、これらの場所において燃焼により発生する熱量は少ない。その結果、ノズル口４１近傍のシリンダ１１の壁面（天井面）及びピストン１５を介した放熱が抑制され、冷却損失が低減される。
【０１１９】
エンジン制御器１００は、低負荷領域の高回転領域においては、図１４に示すように、第１噴射群８に、第１噴射８１と第２噴射８２と第３噴射８３とを含めて低回転領域と同様にしつつ、第２噴射群９に、第１噴射９１と第２噴射９２と第３噴射９３とを含めて中回転領域と同様にする。一方で、低回転領域及び中回転領域とは異なり、１回のサイクルにおける燃料の全噴射量に対する第１噴射群８の割合が、エンジン１の回転数が高くなるに従い増加する。従って、第１噴射群８の割合は、第２噴射群９の割合よりも多くなる。図１４の例では、図１０の例に比べて、第１噴射群８に含まれる噴射回数が１回増加している一方、第２噴射群９に含まれる燃料噴射回数が３回減少している。
【０１２０】
また、多段噴射の噴射時期が、中回転領域に比べて進角している。上述したように、燃料噴射を開始してから該所定のクランク角までの間に着火遅れに対応する十分な時間を確保するためである。
【０１２１】
第１噴射群８については、低負荷領域と同様に、第１噴射８１、第２噴射８２及び第３噴射８３を含んでいる。第２噴射群９については、中負荷領域と同様に、第１噴射９１、第２噴射９２及び第３噴射９３を含んでいる。このことにより、図１５に示すように、着火時における混合気層は、ノズル口４１からピストン１５までの空間を中心軸方向の距離に関しノズル口４１からピストン１５に向かって２５％の領域Ａ１、５０％の領域Ａ２、２５％の領域Ａ３に区画した場合の５０％の領域Ａ２内で燃料濃度が最大となる。
【０１２２】
これに対し、高回転領域では、第１噴射群８の噴射量を、第２噴射群９の噴射量よりも多くしている。このことにより、径方向の外方に到達する燃料噴霧が増え、径方向の内方に到達する燃料噴霧が減る。その結果、図１５に示すように、径方向については、中央部において燃料濃度が最低になり、周辺部において燃料濃度が最大になる。これは、中回転領域とは逆の特性である。
【０１２３】
高回転領域においても、中回転領域と同様に、混合気層における燃料濃度を不均質にし、着火性を高めることが有効である。このときに、周辺部に燃料濃度が局所的に高い部分を設けることで、中央部に燃料濃度が局所的に高い部分を設ける場合と比較して、燃料濃度が高い範囲が広くなる。これは着火性をより高める上で有利である。また、その周辺部が先に着火をして燃焼が開始されるが、中央部が先に着火をして燃焼が開始される場合と比較して、混合気層全体の混合気の攪拌が促進されるようになる。これは、燃焼状態を良好にして、煤の発生や、未燃物質の発生を抑制する上で有利になる。また、燃焼期間を短くする上でも有利になる。
【０１２４】
また、高回転領域において、第１噴射群８の割合は、エンジン１の回転数が高くなるに従い増加するため、径方向については、高回転側ほど、局所的な燃料濃度が高くなる（つまり、周辺部の燃料濃度が高くなる）。このように混合気層における燃料濃度差を大きくすることは、高回転側において、着火性をより一層向上させる上で有利である。
【０１２５】
また、ノズル口４１近傍及びピストン１５近傍には燃料が少ないことで、冷却損失が低減する点は、前記と同様である。
【０１２６】
エンジン制御器１００は、中負荷領域においては、第１噴射群８の燃料噴射の噴射間隔が徐々に長くなると共にリフト量が徐々に小さくなるようにインジェクタ３３を制御している。このとき、第２噴射群９に含まれる燃料噴射のリフト量は一定である。また、第２噴射群９は、圧縮上死点前に完了している。
【０１２７】
図１６は、中負荷の、例えば低回転領域における燃料噴射態様を例示している。同図に示すように、第１噴射群８には、４回の燃料噴射が含まれる。１回目の燃料噴射８１のリフト量は、最も大きくなっている。２回目の燃料噴射８２は、１回目の燃料噴射８１から比較的小さい第１間隔ａ１を空けて行われる。２回目の燃料噴射８２のリフト量は、１回目の燃料噴射８１よりも小さい。３回目の燃料噴射８３は、２回目の燃料噴射８２から第１間隔ａ１よりも大きい第２間隔ａ２を空けて行われる。３回目の燃料噴射８３のリフト量は、２回目の燃料噴射８２よりも小さい。４回目の燃料噴射８４は、３回目の燃料噴射８３から第２間隔ａ２よりも大きい第３間隔ａ３を空けて行われる。４回目の燃料噴射８４のリフト量は、３回目の燃料噴射８３よりも小さい。
【０１２８】
このように、第１噴射群８では、噴射タイミングが後になるほど、噴射間隔が長くなり、負圧領域の大きさが小さくなる。そのため、第１噴射群８の始めの方の燃料噴射による燃料噴霧は、負圧領域が比較的大きいので、中心軸Ｓを中心とする径方向外側、即ち、燃焼室１７の径方向外側への広がりが抑制される。一方、第１噴射群８の終わりの方の燃料噴射による燃料噴霧は、負圧領域が比較的小さいので、燃焼室１７の径方向外側へ広がっていく（即ち、中心軸Ｓに対する燃料噴霧の進行方向の傾斜角が大きくなる）。
【０１２９】
ここで、燃料噴霧の径方向外側への広がりが大きいほど、中心軸方向への飛散距離は短くなる。つまり、第１噴射群８の始めの方の燃料噴射による燃料噴霧は、径方向への広がりが小さいので、中心軸方向への飛散距離が長くなる。一方、第１噴射群８の終わりの方の燃料噴射による燃料噴霧は、径方向への広がりが大きいので、中心軸方向への飛散距離が短くなる。つまり、中心軸方向において、各燃料噴霧の到達位置を互いに異ならせることができる。その結果、燃料を中心軸方向に分散して噴射することができ、燃料噴霧を中心軸方向に分散させることができる。
【０１３０】
それに加えて、第１噴射群８では、噴射間隔が長くなるほど、リフト量が小さくなっている。リフト量が小さいと、燃料噴霧の粒径が小さく、運動量が小さくなるので、燃料噴霧の進行方向への飛散距離が短くなる。つまり、噴射間隔が長い、即ち、径方向への広がりが大きい燃料噴霧ほど、進行方向への飛散距離が短くなっている。例えば、第１噴射群８の各燃料噴霧の進行方向への飛散距離が一定であるとすると、燃料噴霧の径方向への広がりを調整することによって燃料噴霧を中心軸方向に分散させることができるとしても、燃料噴霧の径方向への飛散距離は中心軸方向で不均一となる。すなわち、燃料噴霧の径方向への広がりが大きいほど、燃料噴霧の径方向への飛散距離は長くなる。それに対し、径方向への広がりが大きい燃料噴霧の進行方向への飛散距離を短くすることによって、各燃料噴霧の径方向への飛散距離の差を小さくすることができる。つまり、混合気層全体としての径方向の広がりを中心軸方向においてできる限り均等にすることができる。
【０１３１】
さらに、燃料噴霧の進行方向への飛散距離が短くなると、燃料噴霧の中心軸方向への飛散距離も短くなる。径方向への広がりが大きい燃料噴霧は、中心軸方向への飛散距離を抑制することによりノズル口４１の近傍に配置したい燃料噴霧である。そのため、径方向への広がりが大きい燃料噴霧の粒径を小さくして、進行方向への飛散距離を短くすることは、燃料噴霧の径方向への飛散距離を均等にできるだけでなく、燃料噴霧を噴口の近傍に配置する観点からも有効である。つまり、燃料噴霧の粒径を調整することによって、燃料噴霧を中心軸方向における所望の位置により配置させやすくなる。
【０１３２】
一方、第２噴射群９の燃料噴射９０，９０，…は、噴射間隔が相対的に短く、負圧領域が大きい。また、第２噴射群９の燃料噴射９０，９０，…は、リフト量が相対的に小さく、燃料噴霧の粒径が小さいので、運動量が小さい。そのため、第２噴射群９による燃料噴霧は、飛散距離が比較的短く、また、負圧の影響を受けて径方向中央に集まりやすい。より詳しくは、燃料噴射９０，９０，…の噴射間隔は、第１噴射群８の１回目の燃料噴射８１と２回目の燃料噴射８２との間の第１間隔ａ１よりも短い。そのため、第２噴射群９による燃料噴霧は、第１噴射群８による燃料噴霧よりも径方向内側へ飛散していく。
【０１３３】
また、第１噴射群８による全噴射量と、第２噴射群９による全噴射量とは、略同じ量になっている。
【０１３４】
このような第１噴射群８及び第２噴射群９による燃料噴射の結果、着火時（圧縮上死点後の所定のタイミング）には、燃料噴霧は、中心軸方向に分散して配置され、燃料濃度分布は中心軸方向において概ね均等となる。
【０１３５】
具体的には、１回目の燃料噴射８１による燃料噴霧（以下、「１回目の燃料噴霧」という）は、比較的自由に飛散していくが、２回目の燃料噴射８２による燃料噴霧（以下、「２回目の燃料噴霧」という）は、大きな負圧領域に引き寄せられ、径方向への広がりが抑制される。そのため、該燃料噴霧は、概ね中心軸Ｓに沿ってピストン１５の近傍まで飛散する。
【０１３６】
３回目の燃料噴射８３のときには、２回目の燃料噴射８２のときと比べて負圧領域が小さくなっている。そのため、３回目の燃料噴射８３による燃料噴霧（以下、「３回目の燃料噴霧」という）は、負圧領域に引き寄せられるものの、２回目の燃料噴霧に比べて中心軸Ｓに対する傾斜角が大きな方向に飛散し、径方向への広がりが大きくなる。また、３回目の燃料噴霧は、２回目の燃料噴霧に比べて粒径が小さいので、その進行方向への飛散距離が短くなっている。径方向への広がりが大きいことと進行方向への飛散距離が短いことが相俟って、３回目の燃料噴霧の中心軸方向への飛散距離は、２回目の燃料噴霧に比べて短くなる。つまり、３回目の燃料噴霧は、中心軸方向において２回目の燃料噴霧よりもノズル口４１に近い位置までしか飛散しない。また、３回目の燃料噴霧は、進行方向への飛散距離が短いので、径方向への飛散距離も短くなっている。そのため、３回目の燃料噴霧は、２回目の燃料噴霧よりも径方向への広がりが大きいものの、径方向への飛散距離は、２回目の燃料噴霧と略同じになっている。
【０１３７】
４回目の燃料噴射８４のときには、３回目の燃料噴射８３のときと比べて負圧領域が小さくなっている。そのため、４回目の燃料噴射８４による燃料噴霧（以下、「４回目の燃料噴霧」という）は、負圧領域に引き寄せられるものの、３回目の燃料噴霧に比べて中心軸Ｓに対する傾斜角が大きな方向に飛散し、径方向への広がりが大きくなる。また、４回目の燃料噴霧は、３回目の燃料噴霧に比べて粒径が小さいので、その進行方向への飛散距離が短くなっている。径方向への広がりが大きいことと進行方向への飛散距離が短いことが相俟って、４回目の燃料噴霧の中心軸方向への飛散距離は、３回目の燃料噴霧に比べて短くなる。つまり、４回目の燃料噴霧は、中心軸方向において３回目の燃料噴霧よりもノズル口４１に近い位置までしか飛散しない。また、４回目の燃料噴霧は、進行方向への飛散距離が短いので、径方向への飛散距離も短くなっている。そのため、４回目の燃料噴霧は、３回目の燃料噴霧よりも径方向への広がりが大きいものの、径方向への飛散距離は、３回目の燃料噴霧と略同じになっている。
【０１３８】
このような第１噴射群８による燃料噴射が行われた結果、例えば着火時には、中心軸方向において２回目の燃料噴霧がピストン１５の近傍に位置し、３回目の燃料噴霧がピストン１５とノズル口４１との中間部分に位置し、４回目の燃料噴霧がノズル口４１の近傍に位置するようになる。こうして、第１噴射群８による燃料噴霧は、中心軸方向に分散される。また、２回目〜４回目の何れの燃料噴霧の径方向への飛散距離も、同じくらいとなっている。
【０１３９】
その後、第１噴射群８による燃料噴霧よりも径方向中央側に、第２噴射群９による燃料噴霧が噴射される。
【０１４０】
その結果、着火時には、燃料噴霧は、中心軸方向において概ね均等に分散した状態となる。つまり、図１１に示すように、中心軸方向の燃料濃度分布が概ね均等となる。
【０１４１】
また、第１噴射群８による全噴射量と、第２噴射群９による全噴射量とが略同じ量になっているので、燃焼室１７の径方向中央に分布する第２噴射群９による燃料噴霧と、該第２噴射群９による燃料噴霧の回りに分布する第１噴射群８による燃料噴霧との割合が同程度となり、燃焼室１７の径方向への燃料濃度分布も、図１７に示すように、概ね均等になっている。
【０１４２】
中負荷領域のように燃料量が多いときには、上述したように、燃焼濃度を局所的に濃くしたときには、煤が発生したり、未燃物質が発生したりする虞がある。これに対し、上述のように燃料の濃度分布を、軸方向及び径方向のそれぞれについて均質化させる場合には、煤の発生や未燃物質の発生を抑制し、排気エミッション性能の向上が図られる。
【０１４３】
このように、エンジン１は、シリンダ１１内に設けられたピストン１５を有し、該シリンダ１１及び該ピストン１５によって燃焼室１７が区画されるエンジン本体と、少なくともガソリンを含む燃料を上記シリンダ１１内にノズル口４１を介して噴射するインジェクタ３３と、上記インジェクタ３３の噴射態様を制御するエンジン制御器１００とを備え、上記エンジン制御器１００は、上記インジェクタ３３に多段噴射を行わせ、上記エンジン制御器１００はまた、上記エンジン１の運転状態に応じて、上記燃焼室１７内の中央部における燃料濃度と、当該中央部を囲む周辺部における燃料濃度と、が実質的に等しい均質な混合気層（図１０の径方向について、並びに、図１６の軸方向及び径方向について）、又は、上記燃焼室１７内の中央部における燃料濃度と、当該中央部を囲む周辺部における燃料濃度とが異なる不均質な混合気層（図１０の軸方向について、並びに、図１３の軸方向及び径方向について）を形成するように、上記インジェクタ３３の噴射態様を変更する。
【０１４４】
これにより、エンジン１の運転状態に対応した、燃費の向上や、排気エミッション性能の向上の点で最適な混合気層が、燃焼室１７内に形成される。
【０１４５】
上記多段噴射は、上記ノズル口４１を通じて噴射した燃料噴霧の進行方向への飛散距離が短くかつ、上記インジェクタ３３の中心軸Ｓに直交する径方向に広がった噴霧となる第１噴射群８、及び、上記燃料噴霧の進行方向への飛散距離が長くかつ、上記径方向への広がりが抑制された噴霧となる第２噴射群９を含んでおり、上記エンジン制御器１００は、上記多段噴射において、上記第１噴射群８により噴射する燃料量と、上記第２噴射群９により噴射する燃料量との割合を変更することによって、上記径方向に対して燃料濃度が均質な混合気層、又は、上記径方向に対して燃料濃度が不均質な混合気層を形成する。
【０１４６】
図１４に示すように、第１噴射群８により噴射する燃料量が相対的多くかつ、第２噴射群９により噴射する燃料量が相対的に少ないときには、径方向の外側の燃料濃度が相対的に高くかつ、径方向の内側の燃料濃度が相対的に低い、不均質な混合気層が形成される（図１５参照）。逆に、図１２に示すように第１噴射群８により噴射する燃料量が相対的少なくかつ、第２噴射群９により噴射する燃料量が相対的に多いときには、径方向の外側の燃料濃度が相対的に低くかつ、径方向の内側の燃料濃度が相対的に高い、不均質な混合気層が形成される（図１３参照）。また、図１０、１６に示すように第１噴射群８により噴射する燃料量と、第２噴射群９により噴射する燃料量とが同量又はほぼ同量のときには、径方向の外側の燃料濃度及び径方向の内側の燃料濃度が同程度になり、均質な混合気層が形成される（図１１，１７参照）。
【０１４７】
上記インジェクタ３３は、上記ノズル口４１が形成されたノズル本体４０と、該ノズル口４１を開閉する外開弁４２とを有し、該外開弁４２のリフト量が大きいほど該ノズル口４１の有効断面積が大きくなるように構成され、上記第１噴射群８は、上記ノズル口４１の有効断面積を所定にしかつ、所定の噴射間隔で複数回の燃料噴射を行い、上記第２噴射群９は、上記ノズル口４１の有効断面積を上記第１噴射群８よりも小さく、及び／又は、燃料の噴射間隔を上記第１噴射群８よりも狭くした複数回の燃料噴射を行う。
【０１４８】
リフト量に応じて有効断面積が変更される外開弁式のインジェクタ３３を用いることによって、燃料の噴射態様が異なる第１噴射群８及び第２噴射群９を設けることが可能になる。
【０１４９】
上記エンジン制御器１００は、圧縮行程後半から膨張行程初期の期間に、上記インジェクタ３３に燃料を噴射させることで、上記燃焼室１７内に、上記混合気層と、当該混合気層の周囲のガス層とを形成する。
【０１５０】
混合気層を形成する混合気が燃焼をするときには、その周囲のガス層は、混合気層と燃焼室１７を区画する区画面との間に介在する断熱層として機能をし、冷却損失の低減に有利になる。
【０１５１】
上記エンジン１は、上記混合気層を圧縮自己着火により燃焼させ、上記エンジン制御器１００は、上記エンジン１の運転状態に応じて、混合気の着火遅れ時間が変化するように、上記均質な混合気層、又は、上記不均質な混合気層を形成する。
【０１５２】
燃焼室１７内に不均質な混合気層を形成することによって、その混合気層において燃料濃度が相対的に高い箇所は、着火性が高まるから、着火遅れ時間を短くすることが可能になる。エンジン１の運転状態に応じて、均質な混合気層を形成することと、不均質な混合気層を形成することとを切り換えることにより、着火遅れ時間が最適化する。
【０１５３】
上記エンジン制御器１００は、上記エンジン１の回転数が高いほど、上記混合気層における上記中央部の燃料濃度と上記周辺部の燃料濃度との差が大きい不均質な混合気層を形成する。
【０１５４】
エンジン１の回転数が高いほど、燃料の噴射開始から着火までの実時間が短くなり、十分な着火遅れ時間を確保することができずに、着火性の低下や燃焼安定性の低下を招く一方で、混合気層における中央部の燃料濃度と周辺部の燃料濃度との差を大きくすることで、相対的にリッチな箇所の燃料濃度が高くなるため、着火遅れ時間が短くなる。
【０１５５】
上記エンジン制御器１００は、上記エンジン１が所定回転数以上の高回転状態にあるときには、上記混合気層における上記中央部の燃料濃度を、上記周辺部の燃料濃度よりもリッチにする（図１３参照）。これにより、着火性を高めつつ、冷却損失を低減することが可能になる。
【０１５６】
上記エンジン制御器１００は、上記エンジン１が所定回転数以上の高回転状態にあるときには、上記混合気層における上記周辺部の燃料濃度を、上記中央部の燃料濃度よりもリッチにする（図１５参照）。これにより、着火性を高めつつ、煤の発生や未燃物質の発生を抑制して、排気エミッション性能の向上が図られる。
【０１５７】
上記エンジン制御器１００は、上記エンジン１が中回転領域にあるときには、上記混合気層における上記中央部の燃料濃度を、上記周辺部の燃料濃度よりもリッチにし、上記エンジン１が高回転領域にあるときには、上記混合気層における上記周辺部の燃料濃度を、上記中央部の燃料濃度よりもリッチにする。これにより、冷却損失の低減による燃費の向上と、排気エミッション性能の向上とが可能になる。
【０１５８】
上記エンジン制御器１００は、上記エンジン１の運転状態に応じて、上記インジェクタ３３の中心軸Ｓ方向に燃料濃度が均質な混合気層（図１７参照）、又は、上記中心軸Ｓ方向に燃料濃度が不均質な混合気層（図１１、１３、１５）を形成する。
【０１５９】
軸方向について燃料濃度が均質な混合器層、又は、不均質な混合気層を、エンジン１の運転状態に応じて形成することで、燃費の向上及び排気エミッション性能の向上が図られる。
【０１６０】
《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【０１６１】
上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【０１６２】
例えば、第１噴射群８は、図１０，１２，１４，１６に示す噴射態様に限られるものではない。第１噴射群８における燃料噴射の回数は、２回〜４回に限られるものではない。１回や５回以上であってもよい。
【０１６３】
また、第１噴射群８には、第１噴射８１及び第２噴射８２、場合によっては第３噴射８３又は第４噴射８４が含まれているが、第１噴射群８にはこれらの燃料噴射が含まれていなくてもよい。例えば、第１噴射群８の燃料噴射のリフト量が一定であってもよい。
【０１６４】
また、第１噴射群８は、第２噴射群９に比べて、リフト量が大きく且つ噴射間隔が大きいが、リフト量及び燃料間隔の何れか一方だけが大きい構成であってもよい。
【０１６５】
また、第２噴射群９は、図１０，１２，１４，１６に示す噴射態様に限られるものではない。例えば、低負荷且つ低回転領域においても、第２噴射群９に第１噴射９１及び第２噴射９２が含まれるように、さらには第３噴射９３が含まれるようにしてもよい。
【０１６６】
さらに、上記多段噴射では、第１噴射群８の後に第２噴射群９が実行されるが、これを逆にして、第２噴射群９の後に第１噴射群８が実行されてもよい。
【０１６７】
また、第１噴射群８の燃料噴射は、等間隔でなくてもよい。また、第２噴射群９の噴射間隔も、等間隔でなくてもよい。
【０１６８】
さらに、上記実施形態では、多段噴射には、第１噴射群８と第２噴射群９とが含まれているが、何れか一方だけであってもよい。つまり、第１噴射群８と第２噴射群９との割合を変更することには、いずれか一方の噴射群の割合をゼロにし、他方の噴射群の割合を１にすることが含まれる。
【０１６９】
また、上記の例では、エンジン１の回転数領域を、低回転、中回転及び高回転に区分して、それぞれにおいて、インジェクタの態様を異ならせていたが、例えばエンジン１の回転数領域を、低回転及び高回転の２つに区分してもよい。この場合、低回転領域では、図１０に示す噴射態様を採用し、図１１に示すような、混合気層における燃料濃度分布を得るようにすればよい。一方で、高回転領域では、図１２に示す噴射態様を採用し、図１３に示すような混合気層における燃料濃度分布を得るようにしてもよいし、図１４に示す噴射態様を採用し、図１５に示すような混合気層における燃料濃度分布を得るようにしてもよい。また、エンジン１の回転数領域を、低回転及び高回転の２つに区分し、低回転領域では、図１０に示す噴射態様を採用し、図１１に示すような、混合気層における燃料濃度分布を得る一方で、高回転領域では、図１２に示す噴射態様を採用し、図１３に示すような混合気層における燃料濃度分布を得るようにし、さらに、その高回転領域における高回転側においては、図１４に示す噴射態様を採用し、図１５に示すような混合気層における燃料濃度分布を得るようにしてもよい。
【０１７０】
また、インジェクタの構成は、上記実施形態に限られるものではない。噴口の有効断面積を変更できる限り、任意のインジェクタを採用することができる。例えば、図１８に示すような、ＶＣＯ（Valve Covered Orifice）ノズルタイプのインジェクタ２３３であってもよい。図１８は、インジェクタ２３３の内部構成を示す断面図である。
【０１７１】
詳しくは、インジェクタ２３３は、シリンダ１１内に燃料を噴射するノズル口２４１が形成されたノズル本体２４０と、ノズル口２４１を開閉するニードル弁２４２とを有する。ノズル本体２４０は、所定の中心軸Ｓに沿って延びる管状の部材であって、その内部を燃料が流通する。ノズル本体２４０の先端部は、円錐状に形成されている。ノズル本体２４０の先端部の内周面には、すり鉢状のシート部２４３が形成されている。ノズル本体２４０の先端部に、複数のノズル口２４１が貫通形成されている。ノズル口２４１の一端は、シート部２４３に開口している。ノズル口２４１は、中心軸Ｓ回りに等間隔で複数配置されている。ニードル弁２４２の先端部は、円錐状に形成され、ノズル本体２４０のシート部２４３に着座するようになっている。ノズル口２４１は、ニードル弁２４２がシート部２４３に着座することによって閉鎖されるようになっている。ノズル口２４１は、噴口の一例であり、ニードル弁２４２は、弁体の一例である。
【０１７２】
ニードル弁２４２は、インジェクタ３３と同様にピエゾ素子により駆動される。ニードル弁２４２が駆動され、シート部２４３からリフトされると、シート部２４３とニードル弁２４２との間に燃料が流通可能な隙間が形成され、この隙間を流通する燃料がノズル口２４１を介してノズル本体２４０の外部に噴射される。
【０１７３】
このとき、ノズル口２４１の内周面には、燃料が流通する際にキャビテーションが発生する。このキャビテーションの度合い（例えば、キャビテーションが発生する領域の大きさ）は、ニードル弁２４２とシート部２４３との隙間、即ち、ニードル弁２４２のリフト量に応じて変化する。具体的には、ニードル弁２４２のリフト量が小さく、ニードル弁２４２とシート部２４３との隙間が小さいときには、キャビテーションが発生する領域も大きくなる。一方、ニードル弁２４２のリフト量が大きく、ニードル弁２４２とシート部２４３との隙間が大きいときには、キャビテーションが発生する領域も小さくなる。キャビテーションが発生する領域が大きいと、ノズル口２４１の有効断面積は小さくなる。キャビテーションが発生する領域が小さいと、ノズル口２４１の有効断面積は大きくなる。つまり、ニードル弁２４２のリフト量が小さいほど、ノズル口２４１の有効断面積は小さくなり、ニードル弁２４２のリフト量が大きいほど、ノズル口２４１の有効断面積は大きくなる。
【０１７４】
さらに、上記実施形態では、インジェクタ３３のリフト量と燃料噴射間隔とを変更することによって、燃焼室１７内の混合気層の形状を変更することが可能であるが、これに加えて、燃料圧力を高くすることは、インジェクタ３３のリフト量と燃料噴射間隔との変更に伴う、混合気層の形状の変更幅を、さらに拡大する。つまり、燃料圧力を高くすることによって、インジェクタ３３のリフト量を大きくしたときには、燃料噴霧の運動エネルギがより大きくなり、燃料噴射間隔を狭くしたときには、負圧の程度が高くなって負圧領域がより拡大する。その結果、混合気層の形状の変更幅が、さらに拡大する。
【０１７５】
尚、上記の例では、燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造を採用するとともに、気筒内（燃焼室１７内）にガス層による断熱層を形成するようにしたが、ここに開示する技術は、燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造を採用しないエンジンにも適用することができる。
【０１７６】
また、ここに開示する燃料噴射技術は、燃焼室１７内に混合気層とその周囲のガス層とを形成しているが、これに限られるものではない。ガス層が存在せず、混合気層が燃焼室１７の壁面と接触する場合でも、上記燃料噴射技術を採用することができる。例えば、燃焼室１７の容積に対して燃料噴射量が多くなると、混合気層が燃焼室１７の壁面と接触する場合もある。そのような場合であっても、燃焼室１７の中央近傍での熱量の発生を増加させ、壁面近傍での熱量の発生を抑制することによって、燃焼室１７の壁面からの放熱を抑制し、冷却損失を低減することができる。
【０１７７】
また、上記の例では、燃料噴射時期を、圧縮行程後半から膨張行程初期の期間に設定している。これは、シリンダ１１内の圧力が所定圧力以上になった高圧雰囲気中に燃料を噴射して燃料噴霧の広がりを抑制するためである。例えばターボ過給機付きエンジンにおいて、その過給圧が高いときには、圧縮行程前半や、吸気行程中でも、気筒内の圧力が所定圧力以上になり得る。燃料の噴射時期は、気筒内の圧力状態に応じて設定してもよく、その場合、燃料噴射時期を、圧縮行程前半や吸気行程中に設定してもよい。
【符号の説明】
【０１７８】
１        エンジン
１１      シリンダ（気筒）
１５      ピストン
１７      燃焼室
３３      インジェクタ
４０      ノズル本体
４１      ノズル口（噴口）
４２      外開弁（弁体）
８        第１噴射群
９        第２噴射群
１００    エンジン制御器（制御部）
２３３    インジェクタ
２４１    ノズル口（噴口）
２４２    ニードル弁（弁体）
Ｓ        中心軸
Ｘ        気筒中心軸
【図１】
2015145636.tif 000003
【図２】
2015145636.tif 000004
【図３】
2015145636.tif 000005
【図４】
2015145636.tif 000006
【図５】
2015145636.tif 000007
【図６】
2015145636.tif 000008
【図７】
2015145636.tif 000009
【図８】
2015145636.tif 000010
【図９】
2015145636.tif 000011
【図１０】
2015145636.tif 000012
【図１１】
2015145636.tif 000013
【図１２】
2015145636.tif 000014
【図１３】
2015145636.tif 000015
【図１４】
2015145636.tif 000016
【図１５】
2015145636.tif 000017
【図１６】
2015145636.tif 000018
【図１７】
2015145636.tif 000019
【図１８】
2015145636.tif 000020