(57)【要約】    【課題】  均質度をより高めた混合気を形成し、安定した高効率の燃焼を実現するとともに、ＮＯｘ排出量を低減することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供する。    【解決手段】  吸気通路２内に配置されるスロットル弁３の直ぐ下流側に装着され、燃料を微粒化して噴射可能なシングルポイントインジェクタ４を用いて、吸気通路２内に燃料を噴射し、かつ必要な燃料量を複数回に分割して噴射する。シングルポイントインジェクタ４は、一対の燃料噴射弁４ａ，４ｂによって構成し、さらにタンブル流動制御弁６を用いて、混合気の流動を生成する。混合気の空燃比は３０程度の希薄空燃比とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内の混合気の火花点火を行う火花点火手段と、該火花点火手段を制御する点火制御手段とを備える、内燃機関の燃焼制御装置において、
前記燃焼室内に均質かつ希薄な混合気を形成する均質希薄混合気形成手段を備え、
前記均質希薄混合気形成手段は、燃料を微粒化して噴射可能な燃料インジェクタであって、前記機関の吸気通路内に配置されるスロットル弁の直ぐ下流側に装着されたシングルポイント燃料インジェクタを用いて、前記吸気通路内に燃料を噴射し、かつ必要な燃料量を複数回に分割して噴射することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記シングルポイント燃料インジェクタは、燃料を微粒化して噴射可能な複数の燃料噴射弁によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記燃焼室内に吸入された混合気の流動を生成する流動生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記火花点火手段は、点火プラグと、該点火プラグに放電を発生させるための複数の点火コイル対とを備え、前記点火プラグにおける放電の開始時期及び継続時間を変更可能なものであり、
前記点火制御手段は、前記点火プラグにおける放電開始時期及び前記放電継続時間を制御することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記燃焼室内の混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段をさらに備え、
前記空燃比制御手段は、前記空燃比を理論空燃比よりリーン側の所定リーン空燃比よりさらにリーン側の空燃比に制御し、
前記点火制御手段は、前記所定リーン空燃比よりリーン側の空燃比範囲において、前記空燃比が増加するほど、前記放電開始時期を進角させるとともに前記放電継続時間を長く設定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記均質希薄混合気形成手段は、前記燃焼室に連通する吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート燃料インジェクタをさらに備え、前記機関の特定運転状態においては、前記シングルポイント燃料インジェクタとともに前記吸気ポート燃料インジェクタを使用して燃料の噴射を行うことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、特に均質かつ希薄な混合気を火花点火することによって燃焼させる燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１おいては、均質かつ希薄な混合気を火花点火することによって燃焼させ、安定した燃焼を確保しつつＮＯｘ排出量を低減することができる均質希薄混合気の火花点火燃焼が提案されている。この非特許文献１では、空燃比「３０」程度の均質希薄混合気を確実に燃焼させるための手法として、点火時の混合気温度を所望の温度まで高めるように圧縮比設定を行うこと、微粒化型の燃料噴射弁を使用することなどが提案されている。
【０００３】
また特許文献１には、吸気通路が吸気マニホールドに分岐する箇所より上流側に燃料噴射弁を配置するシングルポイント噴射方式を採用した内燃機関の燃料噴射システムが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２１８８６１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】自動車技術会学術講演会前刷集, No.121-12(2012/10)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示された燃料噴射システムでは、吸気系に設けられる過給機のロータに向けて燃料を噴射することにより、燃料の微粒化が促進される。したがって、このシステムの構成は、過給機を備えていない機関には適用できない。また、非特許文献１に示される微粒化型の燃料噴射弁をシングルポイント噴射方式に採用することによって、燃料の微粒化を促進することは可能であるが、希薄混合気の高効率の燃焼を確実に実現するために、混合気の均質度合（混合気内の空燃比分布の均質性）をより高めることが望まれている。
【０００７】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、均質度をより高めた混合気を形成し、安定した高効率の燃焼を実現するとともに、ＮＯｘ排出量を低減することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の燃焼室内の混合気の火花点火を行う火花点火手段（７，８）と、該火花点火手段を制御する点火制御手段とを備える、内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃焼室（１ａ）内に均質かつ希薄な混合気を形成する均質希薄混合気形成手段を備え、前記均質希薄混合気形成手段は、燃料を微粒化して噴射可能な燃料インジェクタであって、前記機関の吸気通路内に配置されるスロットル弁の直ぐ下流側に装着されたシングルポイント燃料インジェクタ（４ａ，４ｂ）を用いて、前記吸気通路内に燃料を噴射し、かつ必要な燃料量を複数回に分割して噴射することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、吸気通路内に配置されるスロットル弁の直ぐ下流側に装着され、燃料を微粒化して噴射可能なシングルポイント燃料インジェクタを用いて、吸気通路内に燃料が噴射され、かつ必要な燃料量が複数回に分割して噴射される。シングルポイント燃料インジェクタをスロットル弁の直ぐ下流側に配置することで、スロットル弁直下の空気流の乱れによる混合気の均質化効果が得られ、さらに複数回に分割した噴射を行うことによって、燃焼室内の混合気の均質度合をより高めて安定した高効率の燃焼を実現するとともに、ＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記シングルポイント燃料インジェクタ（４ａ，４ｂ）は、燃料を微粒化して噴射可能な複数の燃料噴射弁によって構成されることを特徴とする。
この構成によれば、シングルポイント燃料インジェクタが、燃料を微粒化して噴射可能な複数の燃料噴射弁によって構成されるので、混合気の均質度合をより高めることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃焼室（１ａ）内に吸入された混合気の流動を生成する流動生成手段（２ｂ，６）をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、燃焼室内において、吸入された混合気の流動が生成されるので、点火プラグの放電継続時間の設定と混合気流動とによって強力な初期火炎核を形成し、高効率の燃焼を実現することが可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記火花点火手段は、点火プラグ（８）と、該点火プラグに放電を発生させるための複数の点火コイル対（７１，７２）とを備え、前記点火プラグにおける放電の開始時期（ＣＡＩＧ）及び継続時間（ＴＳＰＫ）を変更可能なものであり、前記点火制御手段は、前記点火プラグにおける放電開始時期（ＣＡＩＧ）及び前記放電継続時間（ＴＳＰＫ）を制御することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、点火プラグにおける放電開始時期及び放電継続時間が変更可能であるため、放電開始時期及び放電継続時間を適切に設定することにより、すなわち、成層希薄混合気に点火する場合の放電開始時期より進角側に放電開始時期を設定することによって、放電継続時間を長く設定することを可能とし、均質かつ希薄な混合気を確実に着火させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃焼室内の混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段をさらに備え、前記空燃比制御手段は、前記空燃比を理論空燃比よりリーン側の所定リーン空燃比（ＡＦＬ１）よりさらにリーン側の空燃比に制御し、前記点火制御手段は、前記所定リーン空燃比（ＡＦＬ１）よりリーン側の空燃比範囲において、前記空燃比が増加するほど、前記放電開始時期（ＣＡＩＧ）を進角させるとともに前記放電継続時間（ＴＳＰＫ）を長く設定することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、所定リーン空燃比よりリーン側の空燃比範囲において、空燃比が増加するほど、放電開始時期を進角させるとともに放電継続時間を長く設定する制御が行われ、空燃比の変更に対応して安定した燃焼を実現できる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の燃焼制御装置において、前記均質希薄混合気形成手段は、前記燃焼室に連通する吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート燃料インジェクタ（５）をさらに備え、前記機関の特定運転状態においては、前記シングルポイント燃料インジェクタ（４）とともに前記吸気ポート燃料インジェクタ（５）を使用して燃料の噴射を行うことを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、機関の特定運転状態、例えば過渡運転状態や高負荷運転状態においては、シングルポイント燃料インジェクタとともに吸気ポート燃料インジェクタを使用して燃料の噴射が行われるので、混合気の均質度合を維持しつつ特定運転状態に対応した適切な燃料供給量制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の構成を模式的に示す図である。
【図２】吸気マニホールドに設けられるタンブル流動制御弁（６）の配置を説明するための図である。
【図３】図１に示す内燃機関の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】１つの気筒に対応する点火回路ユニット（７）の構成を示す回路図である。
【図５】燃料噴射弁による燃料の噴射状態を説明するための図である。
【図６】シングルポイントインジェクタ（４）による燃料噴射を説明するためのタイムチャートである。
【図７】空燃比（ＡＦ）と排気中のＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘ）との関係を示す図である。
【図８】超希薄混合気の目標空燃比（ＡＦＣＭＤ）に応じて点火プラグの放電開始時期（ＣＡＩＧ）及び放電継続時間（ＴＳＰＫ）を設定するテーブルを示す図である。
【図９】シングルポイントインジェクタ（４）による分割燃料噴射を行った場合の図示熱効率（ηi）、リーン限界空燃比（ＡＦＬＬ）、及び排気中のＮＯｘ濃度（ＣＮＯｘ）を示す図である。
【図１０】燃焼室内における検出空燃比（ＡＦＤＥＴ）の度数分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）の構成を模式的に示す図であり、４気筒のエンジン１の吸気通路２の途中にはスロットル弁３が配置されている。吸気通路２のスロットル弁３の直ぐ下流側には、一対の燃料噴射弁４ａ，４ｂからなるシングルポイントインジェクタ４が設けられており、さらに＃１気筒〜＃４気筒に連通する吸気マニホールド２ａには、一対の燃料噴射弁５ａ，５ｂからなるポートインジェクタ５が各気筒に対応して設けられている。シングルポイントインジェクタ４及びポートインジェクタ５には図示しない燃料供給通路を介して、燃料ポンプによって加圧された燃料が供給される。
【００２１】
図２に示すように、吸気マニホールド２ａの、吸気弁１１の直ぐ上流側には、隔壁２ｂと、隔壁２ｂによって形成される一方の流路に配置されたタンブル流動制御弁６とが設けられており、タンブル流動制御弁６はアクチュエータ６ａによって開閉駆動可能に構成されている。タンブル流動制御弁６によって、燃焼室１ａ内に混合気のタンブル流動が生成される。
【００２２】
エンジン１の各気筒には点火プラグ８が装着されており、点火プラグ８は点火回路ユニット７を介してその作動が制御される。
エンジン１の排気通路９には、排気浄化用の三元触媒１０が設けられている。三元触媒１０の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、比例型酸素濃度センサ２７（以下「ＬＡＦセンサ２７」という）が装着されている。ＬＡＦセンサ２７は排気中の酸素濃度（空燃比ＡＦ）にほぼ比例した検出信号を出力する。
【００２３】
図３は、エンジン１の制御系の構成を示すブロック図であり、上述したシングルポイントインジェクタ４、ポートインジェクタ５、アクチュエータ６ａ、及び点火回路ユニット７は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に接続されており、シングルポイントインジェクタ４、ポートインジェクタ５、タンブル流動制御弁６、及び点火プラグ８の作動は、ＥＣＵ２０によって制御される。ＥＣＵ２０は、後述するように各インジェクタ４，５の作動を制御するとともに、点火プラグ８における放電開始時期ＣＡＩＧ及び放電継続時間ＴＳＰＫの制御を行い、さらにタンブル流動制御弁６の開度を調整して、タンブル流動の強度（流速）の制御を行う。
【００２４】
ＥＣＵ２０には、エンジン１の吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ２１、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２２、スロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ２３、吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ２４、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２５、クランク角度位置センサ２６、ＬＡＦセンサ２７、及び図示しない他のセンサが接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ２０に供給される。クランク角度位置センサ２６は、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出し、クランク軸の回転角度に応じた複数のパルス信号を出力する。クランク角度位置センサ１６から出力されるパルス信号は、燃料噴射時期、点火時期（点火プラグ８の放電開始時期）等の各種タイミング制御、及びエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、インジェクタ４，５，点火回路ユニット７、アクチュエータ６ａなどに駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００２６】
エンジン１への燃料供給は、基本的にはシングルポイントインジェクタ４によって行われ、ポートインジェクタ５はエンジン１の過渡運転状態や高負荷運転状態などの特定運転状態において、燃料供給量の補正を行うために使用される。
【００２７】
シングルポイントインジェクタ４による燃料噴射量は、吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて算出される基本燃料量を、ＬＡＦセンサ２７により検出される空燃比ＡＦに応じた空燃比補正係数ＫＡＦによって補正することによって制御される。空燃比補正係数ＫＡＦは、検出される空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＣＭＤと一致するように算出される。
【００２８】
図４は、１つの気筒に対応する点火回路ユニット７の構成を示す回路図であり、点火回路ユニット７は、一次コイル７１ａ及び二次コイル７１ｂからなる第１コイル対７１と、一次コイル７２ａ及び二次コイル７２ｂからなる第２コイル対７２と、バッテリ３０の出力電圧ＶＢＡＴを昇圧して昇圧電圧ＶＵＰを出力する昇圧回路７３と、一次コイル７１ａ，７２ａの通電制御を行うトランジスタＱ１，Ｑ２と、二次コイル７１ｂ，７２ｂと点火プラグ８との間に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とを備えている。
【００２９】
トランジスタＱ１，Ｑ２のベースはＥＣＵ２０に接続されており、ＥＣＵ２０によってオンオフ制御（一次コイルの通電制御）が行われる。２つの一次コイルの通電期間の一部を重複させて交互に通電を行うことによって、点火プラグ８における放電の継続時間（放電継続時間）ＴＳＰＫをエンジン１の運転状態に応じて変更することができる。また一次コイルの最初の通電終了時期が放電開始時期ＣＡＩＧに相当し、放電開始時期ＣＡＩＧもエンジン１の運転状態に応じて変更可能である。
【００３０】
インジェクタ４，５を構成する各燃料噴射弁４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂは、燃料を微粒化して噴射可能なものであり、ＳＭＤ（Sauter Mean Diameter：ザウター平均直径）が３５μｍ程度（燃圧３５０ｋＰａで噴射し、噴射口からの５０ｍｍ下におけるＳＭＤ）の特性を有する。図５（ａ）は、この燃料噴射弁４ａ等による燃料の噴射状態（噴射された燃料の拡散状態）を模式的に示し、図５（ｂ）は比較のために示す通常の燃料噴射弁による燃料の噴射状態を示す。通常の燃料噴射弁では、円錐状に分布する燃料の周辺部の燃料濃度が高くなるのに対し、燃料噴射弁４ａ等では微粒化した燃料の到達距離が短くなり、かつ拡散領域内における濃度分布の均質度が高く（濃度差が少なく）なる。
【００３１】
図６は、本実施形態におけるシングルポイントインジェクタ４による燃料噴射を説明するためのタイムチャート（横軸はクランク角度ＣＡ）であり、実線が本実施形態に対応し、破線は比較のために示すもので、ポートインジェクタ５のみを使用する場合に対応する。本実施形態では１燃焼サイクルにおいて１つの気筒に供給すべき燃料量を２回に分割して噴射する。すなわち、ポートインジェクタ５のみを使用した場合のポート燃料噴射ＰＴＩと比較して、単位時間当たりの噴射量を減少させ、２回の燃料噴射ＳＰＩ１及びＳＰＩ２の噴射時間を長く設定して、燃料噴射が行われる。ポートインジェクタ５によって噴射された燃料は、吸気弁１１が開弁されると直ちに燃焼室内に吸入されるが、シングルポイントインジェクタ４によって噴射された燃料は、例えば２サイクル程度遅れて燃焼室に吸入されるため、シングルポイントインジェクタ４による燃料噴射の実行時期は、図６に示した時期に厳密に制御する必要はない。
【００３２】
このように、必要な燃料量をシングルポイントインジェクタ４によって分割して噴射することにより、検出空燃比ＡＦを目標空燃比ＡＦＣＭＤと一致させるために必要とされる量の燃料を燃焼室に供給し、しかも燃焼室内における空燃比分布がほぼ一様な（均質度の高い）均質希薄混合気を形成することができる。
【００３３】
本実施形態では、暖機完了後の目標空燃比ＡＦＣＭＤは、例えば「２４」から「３５」程度の範囲（以下「超希薄空燃比範囲」という）に設定される。空燃比「２４」（所定空燃比ＡＦＬ１）は、エンジン１からのＮＯｘ排出量（排気中のＮＯｘ濃度）が許容上限値ＣＮＯｘＨＬ（例えば１２０ｐｐｍ）以下となるように設定される。空燃比「３５」は、必要なエンジン出力を得るための限界値として設定される空燃比である。
【００３４】
図７は、空燃比ＡＦと排気中のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘとの関係を示す図であり、空燃比ＡＦが「１６」以上の範囲では、空燃比ＡＦが増加するほど（リーン化するほど）、ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘが低下する。したがって、所定空燃比ＡＦＬ１は、許容上限値ＣＮＯｘＨＬが低下するほど増加するように設定する必要がある。
【００３５】
点火プラグ８における放電開始時期ＣＡＩＧは、超希薄空燃比範囲における目標空燃比ＡＦＣＭＤに対応して、上死点前５０度から１５度の範囲に設定され、放電継続時間ＴＳＰＫは均質希薄混合気を確実に着火させるべく、１．８〜３ｍｓｅｃに設定される。このように放電継続時間ＴＳＰＫを設定したときの放電エネルギが１５０〜６００ｍＪとなるように昇圧電圧ＶＵＰが設定されている。従来の火花点火による希薄混合気燃焼は、点火プラグ近傍の空燃比が相対的に小さくなるように燃焼室内の流動を生成することによって実現される成層混合気燃焼であるのに対し、本実施形態の均質希薄混合気燃焼は、放電継続時間ＴＳＰＫを比較的長く設定し、その放電継続時間ＴＳＰＫを確保できるように放電開始時期ＣＡＩＧは、成層混合気燃焼の点火時期（例えば８．０度）より進角側に設定されている。
【００３６】
さらにエンジン１の幾何学的圧縮比（ピストンが下死点に位置するときの燃焼室容積と、上死点に位置するときの燃焼室容積との比）は、最低実効圧縮比が９．０程度となるように、通常の火花点火エンジンの幾何学的圧縮比より若干大きく設定されている。
【００３７】
またタンブル流動制御弁６の開度を変更することによって、流速５〜１５ｍ／ｓｅｃ程度（エンジン回転数ＮＥが１５００ｒｐｍであるとき流速）のタンブル流動を発生させるタンブル流動生成制御が行われる。
【００３８】
放電継続時間ＴＳＰＫを比較的長く設定するとともに、燃焼室内にタンブル流動を生成することによって、強力な初期火炎核を形成し、その火炎核を成長させることによって、圧縮上死点における未燃混合気の温度を１０００度Ｋ以上の温度まで高めて、燃焼層流速度を支配する素反応を、過酸化水素が分解してＯＨラジカルを生成する反応に変化させ、圧縮上死点後において燃焼を確実に完結させることが可能となる。均質希薄混合気の火花点火による燃焼によって、高効率の安定した燃焼が得られる。
【００３９】
また本実施形態では、エンジン１の暖機完了後は、エンジン１の要求トルクに応じて超希薄空燃比範囲内に目標空燃比ＡＦＣＭＤを設定し、目標空燃比ＡＦＣＭＤに応じて点火プラグ８の放電開始時期ＣＡＩＧ及び放電継続時間ＴＳＰＫを設定する。
【００４０】
具体的には、放電開始時期ＣＡＩＧ（圧縮上死点からの進角量で定義される）は、図８（ａ）に示すように、目標空燃比ＡＦＣＭＤが増加するほど進角するように設定され、放電継続時間ＴＳＰＫは、図８（ｂ）に示すように目標空燃比ＡＦＣＭＤが増加するほど長くなるように設定される。図８（ａ）（ｂ）に示すＡＦＬ１及びＡＦＬ２は、それぞれ例えば「２４」及び「３５」に設定される所定空燃比であり、図８（ａ）に示すＣＡＩＧ１，ＣＡＩＧ２は、それぞれ例えば「１５度」及び「５０度」に設定される所定進角量であり、図８（ｂ）に示すＴＳＰＫ１，ＴＳＰＫ２は、それぞれ例えば「１．８ｍｓｅｃ」及び「３ｍｓｅｃ」に設定される所定放電時間である。
【００４１】
なお、放電開始時期ＣＡＩＧは、上記のように目標空燃比ＡＦＣＭＤに応じて設定するとともに、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど進角させることが望ましい。エンジン回転数ＮＥが高くなるほど、放電継続時間ＴＳＰＫに対応するクランク角度ＣＲＡは増加するので、放電開始時期ＣＡＩＧを進角させることによって、高回転状態においても必要な放電継続時間ＴＳＰＫを確保し、安定した燃焼を得ることができる。
【００４２】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、シングルポイントインジェクタ４による分割噴射を行った場合の図示熱効率ηi、リーン限界空燃比ＡＦＬＬ、及び排気中のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘを示す図であり、図９（ａ）〜図９（ｃ）において白丸（○）で示されている。これらの図に折れ線で示す特性は、ポートインジェクタ５を使用したポート燃料噴射ＰＴＩのみを行った場合（以下「比較対象例」という）に対応する。図９の横軸は、図示平均有効圧ＩＭＥＰである。
【００４３】
図示熱効率ηi、リーン限界空燃比ＡＦＬＬ、及び排気中のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘの何れにおいても、本実施形態における特性値は比較対象例より良好な値を示しており、特にＮＯｘ濃度ＣＮＯｘの低減効果が大きいことが確認できる。
【００４４】
図１０（ａ）（ｂ）は、燃焼室内における検出空燃比ＡＦＤＥＴの度数分布を示す図であり、図１０（ａ）は本実施形態に対応し、図１０（ｂ）は比較対象例に対応する。こららの図において実線及び破線は、クランク角度で示す検出時期がそれぞれ圧縮上死点前３０度である場合及び圧縮上死点前６０度である場合に対応する。横軸が検出空燃比ＡＦＤＥＴであり、縦軸が検出度数ＦＲＱである。本実施形態のシングルポイントインジェクタ４を用いた分割噴射によって、燃焼室内の空燃比変動を低減すること、換言すれば空間的に均質度の高く、かつ燃焼サイクル毎の空燃比変動が小さい混合気を形成することができる。
【００４５】
以上のように本実施形態によれば、吸気通路２内に配置されるスロットル弁３の直ぐ下流側に装着され、燃料を微粒化して噴射可能なシングルポイントインジェクタ４を用いて、吸気通路２内に燃料が噴射され、かつ必要な燃料量が２回に分割して噴射される。シングルポイントインジェクタ４をスロットル弁３の直ぐ下流側に配置することで、スロットル弁３直下の空気流の乱れによる混合気の均質化効果が得られ、さらに２回に分割した噴射を行うことによって、燃焼室内の混合気の均質度合をより高めて安定した高効率の燃焼を実現するとともに、ＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００４６】
またシングルポイントインジェクタ４は、一対の燃料噴射弁４ａ，４ｂによって構成されるので、混合気の均質度合をより高めることができる。
【００４７】
また燃焼室内において、吸入された混合気の流動が生成されるので、点火プラグ８の放電継続時間ＴＰＳＫの設定と混合気流動とによって、強力な初期火炎核、すなわち圧縮上死点における燃焼混合気温度を１０００度Ｋ以上に高めることができる初期火炎核を形成し、高効率の燃焼を実現することができる。すなわち、本実施形態では、燃焼室内の混合気流動は、点火プラグ近傍の空燃比を相対的に小さくするために生成されるものではなく、燃焼の完結をさせる強力な初期火炎核を形成するために生成されるものである。
【００４８】
また点火プラグ８における放電開始時期ＣＡＩＧ及び放電継続時間ＴＳＰＫが制御可能であるため、放電開始時期ＣＡＩＧ及び放電継続時間ＴＳＰＫを適切に設定することにより、すなわち、成層希薄混合気に点火する場合の放電開始時期より進角側に放電開始時期ＣＡＩＧを設定することによって、放電継続時間ＴＳＰＫを長く設定することを可能として均質希薄混合気を確実に着火させることができる。
【００４９】
また図８に示す所定空燃比ＡＦＬ１からＡＦＬ２までの超希薄空燃比範囲において、目標空燃比ＡＦＣＭＤが増加するほど、点火プラグ８の放電開始時期ＣＡＩＧを進角させるとともに放電継続時間ＴＳＰＫを長く設定する制御が行われるので、目標空燃比ＡＦＣＭＤの変更に対応して安定した燃焼を実現できる。
【００５０】
またエンジン１の特定運転状態、例えば過渡運転状態や高負荷運転状態においては、シングルポイントインジェクタ４とともにポートインジェクタ５を使用して燃料の噴射が行われるので、混合気の均質度合を維持しつつ特定運転状態に対応した適切な燃料供給量制御を行うことが可能となる。
【００５１】
本実施形態では、点火回路ユニット７及び点火プラグ８が火花点火手段に相当し、隔壁２ｂ及びタンブル流動制御弁６が流動生成手段に相当する。またＥＣＵ２０が点火制御手段及び空燃比制御手段を構成し、シングルポイントインジェクタ４、ポートインジェクタ５、及びＥＣＵ２０が均質希薄混合気形成手段を構成する。
【００５２】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、シングルポイントインジェクタ４による、一つの気筒における１回の燃焼に必要な燃料供給量を２つに分割して２回の燃料噴射を行うようにしたが、３つ以上に分割してもよく、またシングルポイントインジェクタ４を連続して開弁可能な電磁弁で構成し、エンジン１の運転中は常に開弁するようにしてもよい。分割数を増加させるほど、混合気の均質度を高めることができると考えられ、常時開弁することによって均質度を最大限に高めることができると考えられる。なお、常時開弁する場合の燃料供給量（空燃比）の制御は、シングルポイントインジェクタ４に供給する燃料の圧力を変更することによって行う。
【００５３】
また上述した実施形態では特定運転状態において燃料供給量の補正を行うために、ポートインジェクタ５を設けたが、例えば負荷がほぼ一定の発電用エンジンのように定常的な運転のみ行うエンジンの場合には設けなくてもよい。また、シングルポイントインジェクタ４及びポートインジェクタ５は、単一の燃料噴射弁で構成するようにしてもよい。
【００５４】
また上述した実施形態では流動生成手段として、タンブル流動を生成する機構を使用したが、スワール流動を生成する機構を採用してもよい。また、燃焼室１ａ及びピストン頂部の形状を、スキッシュ流動が生成されるように構成してもよい。また、点火回路ユニット７のコイル対は、１つの点火プラグに対応して２個設けるようにしたが、３個以上設けるようにしてもよい。
【００５５】
また上述した実施形態では４気筒エンジンの例を示したが、本発明は気筒数に関わらず適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの燃焼制御装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１  内燃機関
２  吸気通路
２ｂ  隔壁（流動生成手段）
４  シングルポイントインジェクタ（均質希薄混合気形成手段）
５  ポートインジェクタ（均質希薄混合気形成手段）
６  タンブル流動制御弁（流動生成手段）
７  点火回路ユニット（火花点火手段）
８  点火プラグ（火花点火手段）
２０  電子制御ユニット（点火制御手段、空燃比制御手段、均質希薄混合気形成手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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