(57)【要約】【課題】燃料噴射弁の構造を複雑化することなく、運転条件に応じた混合気を形成して着火性、燃焼安定性を向上させる。【解決手段】燃料噴射弁１１は異なる噴霧角で燃料を噴射することができ、この燃料噴射弁１１の噴孔近傍には、燃焼室４に向かって広がる略円錐状に形成された噴霧ガイド壁１３が設けられている。そして、ＥＣＵ１４は、成層燃焼モードにおける低負荷時には、噴霧角を大きくして燃料噴霧と噴霧ガイド壁１３との間でコアンダ効果を利用して、点火プラグ１２近傍にコンパクトな可燃混合気を形成するようにする。一方、成層燃焼モードにおける高負荷時は、噴射される燃料が多いので、コアンダ効果の影響がでないように噴霧角を小さくして、ピストンボウル３ａを利用して燃焼室４内の比較的広い範囲にストイキ近傍の混合気を形成するようにする。【選択図】図１
2004239176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁と、
この燃料噴射弁の噴孔近傍に設けられたガイド壁と、
機関運転条件に応じて、前記燃料噴射弁からの燃料噴霧と前記ガイド壁との距離を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記調整手段は、燃料の噴霧角を大きくすることで前記燃料噴霧と前記ガイド壁との距離を小さくし、前記噴霧角を小さくすることで前記燃料噴霧と前記ガイド壁との距離を大きくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料噴射弁が渦巻き噴射弁であって、
前記調整手段は、燃料圧力を上昇させることで前記噴霧角を大きくし、燃料圧力を低下させることで前記噴霧角を小さくすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記燃料噴射弁が燃料と空気とを噴射可能な２流体噴射弁であって、
前記調整手段は、噴射される空気に対する燃料の質量割合を大きくすることで前記噴霧角を大きくし、噴射される空気に対する燃料の質量割合を小さくすることで前記噴霧角を小さくすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記調整手段は、背圧を上昇させることで前記噴霧角を大きくし、背圧を低下させることで前記噴霧角を小さくすることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記調整手段は、吸気バルブの閉時期を早くすることで前記背圧を上昇させ、吸気バルブの閉時期を遅くすることで前記背圧を低下させることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記調整手段は、燃料噴射パルス幅を変更することで前記燃料噴霧と前記ガイド壁との距離を調整することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記調整手段は、燃料噴射方向を変化させることで前記燃料噴霧と前記ガイド壁との距離を調整することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項９】
前記調整手段は、前記燃料噴射弁を移動させることで前記燃料噴霧と前記ガイド壁との距離を調整することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項１０】
前記ガイド壁は、前記燃料噴射弁から離れる方向に広がる略円錐状に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項１１】
前記燃料噴射弁は、機関の燃焼室内に燃料を直接噴射することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項１２】
前記調整手段は、圧縮行程中に燃料を噴射する成層燃焼時において、機関の負荷が低い条件では、前記燃料噴霧と前記ガイド壁との距離を小さくし、機関の負荷が高い条件では、前記燃料噴霧と前記ガイド壁との距離を大きくすることを特徴とする請求項１１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関し、特に、燃料噴射弁の構造を複雑化することなく、適切な濃度、大きさの混合気塊を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火花点火燃焼を行うに際し、燃料噴射弁から筒内に燃料を直接噴射して成層化した混合気を形成することで希薄燃焼を行う内燃機関では、特に低・中負荷域において燃料消費を大幅に低減できることが知られている。
【０００３】
このような直噴火花点火式内燃機関において、混合気を確実に点火・燃焼させるためには、機関の回転・負荷に応じて、筒内に適切な大きさ・空燃比の混合気塊を成層化した状態で形成することが重要となる。
【０００４】
そのため、燃料噴射弁を、ピストン上面の一部をボウル状に形成したピストンボウルの真上近傍に配置し、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧をピストンボウル周壁面に衝突させて、ピストンボウル中心部に向かう噴霧循環流を形成することにより、筒内に適切な成層混合気を形成するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、燃料の噴霧角（燃料噴霧角）を可変する燃料噴射弁を用いて、広い負荷範囲において適切な混合気塊を形成するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−８２０２８号公報
【特許文献２】
特開平８−１７７６８４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機関の負荷の増減に対して、混合気塊の空燃比をいわゆる理論空燃比近傍に維持するためには、混合気塊の大きさを適切に制御する必要があるが、特許文献１に記載のもののように、ピストンボウルを用いて混合気の成層化を行う場合には、ピストンボウル容積を負荷に応じて可変とすることが困難であるため、低負荷時においては混合気塊の空燃比が希薄になりすぎ、高負荷時においては混合気塊の空燃比が濃くなりすぎるという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献２に記載のものは、適切な大きさの混合気塊を形成できるものの、燃料噴射弁自体の構造が複雑なものとなるため、性能安定性やコスト面等の多くの課題を抱えている。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、燃料噴射弁の構造を複雑化することなく、機関の運転条件に応じて適切な濃度・大きさの混合気塊を形成することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射弁の噴孔近傍にガイド壁を設け、機関の運転条件に応じて燃料噴霧とガイド壁との距離を調整するようにした。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置によれば、燃料噴霧とガイド壁との距離を小さくすることによりコアンダ効果を利用して噴霧角をより大きくできるので、従来に比べて広範囲での噴霧角を制御できることになる。このため、機関の運転条件に応じて燃料噴霧とガイド壁との距離を調整し、コアンダ効果の利用／非利用を選択することにより、広い範囲の運転条件において適切な大きさの混合気塊を形成することができる。これにより、各運転条件において、安定した着火・燃焼を実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の構成を示すものである。図に示すように、この内燃機関は、シリンダヘッド１、シリンダブロック２及びピストン３により構成される燃焼室４を有する。燃焼室４内には、吸気バルブ５を介して吸気ポート６から新気が導入され、燃焼排気は、排気バルブ７を介して排気ポート８へと排出される。吸気バルブ５を開閉駆動する吸気カム軸の端部には、燃料ポンプ９が設けられている。この燃料ポンプ９により加圧された燃料は、燃料配管１０を介して燃料噴射弁１１に供給され、燃料噴射弁１１により燃焼室４内に直接噴射される。
【００１３】
燃料噴射弁１１は、少なくとも２つの異なる噴霧角で燃料を噴射でき、これらの燃料噴霧角を適宜選択できるようになっている。このような燃料噴射弁としては、例えば特開２０００−３０３９３６号公報に記載されているように、燃料噴射時にその針弁のリフト位置によって噴射に用いる燃料供給通路を切り換えて燃料噴霧角を変更できるようにしたものがあるが、同様の機能を有するものであればよく、これに限られるものではない。
【００１４】
ピストン３の上面の燃料噴射弁１１に対面する部分には、ボウル状に形成されたピストンボウル３ａが設けられている。燃料噴射弁１１から噴射された燃料は、主としてこのピストンボウル３ａ内に成層化された混合気塊を形成し、この混合気は、点火プラグ１２により点火されて燃焼する。
【００１５】
また、燃料噴射弁１１（の噴孔）の周囲には、燃焼室４に向かって広がる略円錐形状をなす噴霧ガイド壁１３が形成されている。
なお、上記燃料ポンプ９は、機械式のものに限らず、別に設けられた電気モータ等によって駆動されるものであってもよい。
【００１６】
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１４には、図示しないクランク角センサ、冷却水温度を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等の各種センサからの検出信号が入力されるようになっており、ＥＣＵ１４は、これらの信号に基づいて内燃機関を統合的に制御する。
【００１７】
また、この内燃機関では、燃焼形態として、圧縮行程中（特に圧縮行程後半）に燃料噴射を行うことにより、リーン運転を実現して燃費を向上させる成層燃焼モードと、吸気行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行ってストイキ運転（理論空燃比運転）を実現する均質燃料モードと、が設けられており、運転条件に応じて適宜選択できるようになっている。
【００１８】
このような構成において、本実施形態における燃料噴射制御について図２及び図３を参照しつつ説明する。
図２は、本実施形態における「運転負荷と燃料噴射弁１１より噴射される燃料噴霧角θとの関係」を示し、図３（ａ）〜（ｃ）は、「各運転負荷における燃焼室４内の混合気分布」を示すものである。
【００１９】
成層燃焼モードにおける低負荷時（図２においてＡ１で示す）は、噴射される燃料量が少ないため、燃料噴霧角が小さいと、噴射された燃料がピストンキャビティ（ピストンボウル３ａ）及びその上部で高拡散されて、着火及び燃焼安定性の悪い希薄混合気が形成されることになる。そのため、かかる低負荷時においては、図３（ａ）に示すように、燃料噴霧角を大きくしてθａとし、噴霧ガイド壁１３と燃料噴霧との距離を小さくする。これにより、コアンダ効果によって噴霧角が更に広がるので、点火プラグ１２のプラグギャップ１２ａ近傍にコンパクトな可燃混合気を形成でき、優れた着火性及び燃焼安定性が実現できる。
【００２０】
一方、成層燃焼モードにおける高負荷時（図２においてＢ１で示す）は、噴射される燃料が多いため、コアンダ効果が現れると、噴射された燃料は燃焼室４上部で過濃混合気を形成してしまい、プラグのかぶりやくすぶりの原因となる。そのため、かかる高負荷時においては、図３（ｂ）に示すように、コアンダ効果の影響がでないように燃料噴霧角を小さくしてθｂ（＜θａ）とし、ピストンボウル３ａを利用して、噴霧をピストンボウル３ａ及びその上部で高拡散させるようにすることにより、着火性及び燃焼安定性に優れるストイキ近傍の混合気を形成することができる。
【００２１】
なお、図３（ｃ）は、均質燃焼モード（図２においてＤ１で示す）における燃焼室４内混合気の分布を示したものである。
図４は、ＥＣＵ１４によって行われる上記燃料噴射制御（第１実施形態）の制御フローを示したものである。本実施形態は、燃料噴霧のコアンダ効果の有無及び燃焼室４内における混合気塊の大きさを制御するものであるが、かかる制御は、あらかじめ運転条件に対して割り付けた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び燃料噴霧角の各テーブルを参照することで容易に実現可能である。尚、これらのテーブルはあらかじめ実験等により求めておく。
【００２２】
図４において、まず、ステップ１１（図ではＳ１１と記す。以下同様）では、クランク角センサ、アクセル開度センサ等からの入力信号に基づいて機関の回転速度、負荷を検出する。
【００２３】
次に、ステップ１２では、機関の運転条件に基づいた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び燃料噴霧角をあらかじめ記憶してテーブルを参照して読み込む。ここで、これらテーブルの設定によって、機関の負荷に応じて、燃焼室４上部にコンパクトな混合気を形成するか、ピストン冠面（すなわち、ピストンボウル３ａ）に一旦衝突させた後に可燃混合気を形成させるか、が選択される。
【００２４】
なお、燃焼室４上部にコンパクトな混合気を形成する場合には、燃料噴霧角を大きくしてコアンダ効果を利用し、ピストン冠面に一旦衝突させた後に可燃混合気を形成する場合には、燃料噴霧角を小さくしてコアンダ効果を利用しないことは言うまでもない。
【００２５】
そして、ステップ１３では、読み込んだ各噴射パラメータに従って、燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１に所定の駆動信号を出力することによって、所定圧力に調整された燃料を燃焼室４内に噴射する。
【００２６】
以上説明したように、機関の負荷に応じて燃料噴射弁１１より噴射される燃料噴霧角θを制御し、それにより、燃料噴霧のコアンダ効果を利用するか否かを選択することにより、成層燃焼モードにおいて、幅広い機関運転条件下で良好な燃焼を確保できる。
【００２７】
この実施形態によれば、燃料の噴霧角θを大きくすることで燃料噴霧と噴霧ガイド壁１３との距離を小さくし、燃料の噴霧角θを小さくすることで燃料噴霧と噴霧ガイド壁１３との距離を大きくするので、噴霧角θの変更によってコアンダ効果の利用／非利用の選択が容易に行うことができる。
【００２８】
また、噴霧ガイド壁１３は、燃料噴射弁１１から離れる方向に広がる略円錐形状に形成されているので、燃料噴霧の周方向全体でコアンダ効果を利用することができる。これにより、噴霧角の制御範囲を効果的に拡大できる。
【００２９】
また、燃料噴射弁１１は、燃焼室４内に燃料を直接噴射するので、機関の運転条件に応じた成層混合気を形成することができる。具体的には、成層燃焼モードにおける低負荷時は、燃料噴霧と噴霧ガイド壁１３との距離を小さくし、成層燃焼モードにおける高負荷時は、燃料噴霧と噴霧ガイド壁１３との距離を大きくするので、噴射される燃料量が少ない低負荷時には、コアンダ効果を利用して燃焼室４上部のプラグキャップ近傍にコンパクトな成層混合気を形成することでき、噴射される燃料が多い高負荷時には、ピストンボウル３ａを利用して噴霧を高拡散させて、燃焼室４の広い範囲で可燃混合気を形成することができる。これにより、成層燃焼時における着火性及び燃焼安定性を確保できる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
この実施形態の構成については、基本的に前記第１実施形態（図１）の構成に類似しているので詳細な説明は省略するが、前記第１実施形態に対して、燃料ポンプ９が燃圧センサを有し、かかる燃圧センサの検出信号に基づくフィードバック制御により任意の燃料圧力に制御可能となっている。また、燃料噴射弁１１がいわゆる渦巻き噴射弁となっている。
【００３１】
図５は、本実施形態における「運転負荷と燃料噴射圧力との関係」を示し、図６（ａ）〜（ｄ）は、「各運転負荷における燃焼室４内の混合気分布」を示すものである。
【００３２】
渦巻き噴射弁は、燃圧を高めると噴霧角が大きくなり、燃圧を低下させると噴霧角も小さくなるという特性を有している。そのため、噴射される燃料量が少ない成層燃焼モードにおける低負荷時（図５においてＡ２で示す）は、図６（ａ）に示すように、燃圧を高めて大きな燃料噴霧角θａとする。これにより、噴霧ガイド壁１３と燃料噴霧との間でコアンダ効果を利用し、燃焼室４上部に燃焼安定性の優れたコンパクトな可燃混合気の形成が可能となる。
【００３３】
また、噴射される燃料量がやや多くなる成層燃焼モードにおける中負荷時（図５においてＣ２で示す）においては、図６（ｂ）に示すように、低負荷時よりも燃圧を低下させて小さな燃料噴霧角θｃ（＜θａ）とすることで、コアンダ効果が現れないように燃料噴射を行う。これにより、ピストンボウル３ａの周壁面からその中心方向へと成長する燃料噴霧を形成させて、適度な大きさの可燃混合気が形成可能となる。
【００３４】
更に、噴射される燃料量が多い成層燃焼モードにおける高負荷時（図５においてＢ２で示す）においては、図６（ｃ）に示すように、中負荷時よりも更に燃圧を低下させてより小さな燃料噴霧角θｂ（＜θｃ）とすることで、コアンダ効果が現れないように燃料噴射を行う。これにより、ピストンボウル３ａの中心からその周壁面方向へと成長する燃料噴霧を形成させて、適度な大きさの可燃混合気が形成可能となる。
【００３５】
なお、図６（ｄ）は、均質燃焼モード（図５においてＤ２で示す）における燃焼室４内混合気の分布を示したものである。
図７は、ＥＣＵ１４によって行われる上記燃料噴射制御（第２実施形態）の制御フローを示したものである。本実施形態は、燃焼室内における燃料混合気塊の大きさを制御するものであるが、その制御は以下に示すように、あらかじめ運転条件に対して割り付けた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び燃料噴射圧力の各テーブルを参照することで、容易に実現可能である。尚、これらのテーブルはあらかじめ実験等により求めておく。
【００３６】
図７において、まず、ステップ２１では、クランク角センサ、アクセル開度センサ等からの入力信号に基づいて機関の回転速度、負荷を検出する。
次に、ステップ２２では、機関の運転条件に基づいた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び燃料噴射圧力をあらかじめ記憶してテーブルを参照して読み込む。ここで、これらのテーブルの設定によって、機関負荷に応じて、コアンダ効果を利用して燃焼室４上部にコンパクトな可燃混合気を形成するか、ピストンボウル３ａの周壁面からその中心方向へと成長する燃料噴霧を形成するか、ピストンボウル３ａの中心からその周壁面方向へと成長する燃料噴霧を形成するか、が選択される。
【００３７】
そして、ステップ２３では、読み込んだ各噴射パラメータに従って、燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１に所定の駆動信号を出力することによって、所定圧力に調整された燃料を燃焼室４内に噴射する。
【００３８】
この実施形態によれば、燃料噴射弁として渦巻き噴射弁を用い、燃料圧力を上昇させることで噴霧角を大きくし、燃料圧力を低下させることにより噴霧角を小さくするので、燃料噴射弁の構造を複雑化することなく、容易に噴霧角を変更できる。これにより、コアンダ効果の利用／非利用を選択しつつ、運転条件に応じた適切な大きさの可燃混合気を形成できる。
【００３９】
更に、本発明の第３実施形態について説明する。
図８は、本発明の第３実施形態の構成を示すものである。尚、図８において、前記第１実施形態（図１）と同一部分については同一の符号とし、その説明は省略する。この実施形態では、前記第１実施形態に対して、燃料噴射弁１１が燃料と空気とを噴射可能ないわゆる２流体噴射弁となっており、また、排気カム軸端には空気ポンプ１５が配置されている。この空気ポンプ１５により加圧された空気は、空気配管１６を介して２流体噴射弁１１の供給され、燃料と共に燃焼室４へ噴射可能になっている。
【００４０】
図９は、本実施形態における「運転負荷と噴射する空気に対する燃料の質量割合との関係」を示し、図１０（ａ）〜（ｃ）は「各運転負荷における燃焼室４内の混合気分布」を示すものである。
【００４１】
成層燃焼モードにおける低負荷時（図９においてＡ３で示す）は、図１０（ａ）に示すように、噴射される空気に対する燃料の質量割合を大きくすることによって、大きな燃料噴霧角θａとする。これにより、噴霧ガイド壁１３と噴霧との間でコアンダ効果を利用し、燃焼室４上部に燃焼安定性の優れたコンパクトな可燃混合気の形成が可能となる。
【００４２】
一方、成層燃焼モードにおける高負荷時（図９においてＢ３で示す）は、図１０（ｂ）に示すように、噴射される空気に対する燃料の質量割合を小さくすることによって小さな燃料噴霧角θｂ（＜θａ）とする。これにより、コアンダ効果の発生を抑制し、燃料噴霧をピストンボウル３ａ底面へ衝突させて噴霧の拡散・混合を促進して、ピストンボウル３ａ内から外部に至る比較的大きな混合気塊を形成することが可能となる。尚、噴射される空気に対する燃料の質量割合は、噴射する空気量を変化させることにより容易に変更可能である。
【００４３】
また、図１０（ｃ）は、均質燃焼モード（図９においてＤ３で示す）における燃焼室４内混合気の分布を示したものである。
図１１は、ＥＣＵ１４によって行われる上記燃料噴射制御（第３実施形態）の制御フローを示したものである。本実施形態は、コアンダ効果を利用するか否かにより、燃焼室４内における燃料混合気塊の大きさを制御するものであるが、その制御は以下に示すように、あらかじめ運転条件に対して割り付けた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び燃料質量割合の各テーブルを参照することで、容易に実現可能である。尚、これらのテーブルはあらかじめ実験等により求めておく。
【００４４】
図１１において、まず、ステップ３１では、クランク角センサ、アクセル開度センサ等からの入力信号に基づいて機関の回転速度、負荷を検出する。
次に、ステップ３２では、機関の運転条件に基づいた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び燃料質量割合をあらかじめ記憶してテーブルを参照して読み込む。ここで、これらテーブルの設定によって、機関負荷に応じて、コアンダ効果を利用して燃焼室４上部にコンパクトな可燃混合気を形成するか、一旦ピストン冠面に衝突させた後に点火プラグ１２のプラグギャップ近傍に可燃混合気を形成させるか、が選択される。
【００４５】
そして、ステップ３３では、読み込んだ各噴射パラメータに従って、燃料ポンプ９、燃料噴射弁１１及び空気ポンプ１５に所定の駆動信号を出力することによって、所定圧力に調整された燃料を燃焼室４内に噴射する。
【００４６】
この実施形態によれば、燃料噴射弁として２流体噴射弁を用い、噴射される空気に対する燃料の質量割合を大きくすることで前記噴霧角を大きくし、噴射される空気に対する燃料の質量割合を小さくすることで前記噴霧角を小さくするので、燃料噴射弁の構造を複雑化することなく、噴射する空気量を変化させることで容易に噴霧角を変更できる。これにより、コアンダ効果の利用／非利用を選択しつつ、運転条件に応じた適切な大きさの可燃混合気を形成できる。
【００４７】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
この実施形態の構成については、基本的に前記第１実施形態（図１）の構成に類似しているので詳細な説明は省略するが、前記第１実施形態に対して、吸気バルブ５のバルブタイミングが任意に変更できるようになっている。なお、バルブタイミングが変更できるようになっていればよく、例えば、カムの位相を変更する構成や複数のカムを切り換える構成とすればよい。
【００４８】
また、燃料噴射弁１１は、背圧の変化によって噴霧角の変化するものであればよく、上記した渦巻き噴射弁や２流体噴射弁であってもよい。この場合、通常は背圧の低下により噴霧角は大きくなる。
【００４９】
図１２は、本実施形態における「運転負荷と吸気バルブの閉時期との関係」を示し、図１３（ａ）〜（ｃ）「各運転負荷における燃焼室４内の混合気分布」を示すものである。
【００５０】
成層燃焼モードにおける低負荷時（図１２においてＡ４で示す）は、図１３（ａ）に示すように、吸気バルブ５の閉時期を遅くして背圧を低下させることによって大きな燃料噴霧角θａとする。これにより、噴霧ガイド壁１３と噴霧との間でコアンダ効果を利用して、燃焼室４上部に燃焼安定性の優れたコンパクトな可燃混合気の形成が可能となる。
【００５１】
一方、成層燃焼モードにおける高負荷時（図１２においてＢ４で示す）は、図１３（ｂ）に示すように、吸気バルブ５の閉時期を早期化して背圧を増加させることによって小さな燃料噴霧角θｂ（＜θａ）とする。これにより、コアンダ効果の発生を抑制し、燃料噴霧をピストンボウル３ａ底面へ衝突させて噴霧の拡散・混合を促進して、ピストンボウル３ａ内からその外部に至る比較的大きな混合気塊を形成することが可能となる。
【００５２】
尚、全開負荷近傍の均質燃焼モード（図１２においてＤ４で示す）においては、より多くの空気量が必要となるため、吸気バルブ５の閉時期を成層燃焼時よりも早期化する。この場合における燃焼室４内の混合気の分布は、図１３（ｃ）に示す通りである。
【００５３】
図１４は、ＥＣＵ１４によって行われる上記燃料噴射制御（第４実施形態）の制御フローを示したものである。本実施形態は、燃焼室４内における燃料混合気塊の大きさを制御するものであるが、その制御は以下に示すように、あらかじめ運転条件に対して割り付けた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び吸気バルブ５閉時期の各テーブルを参照することで、容易に実現可能である。尚、これらのテーブルはあらかじめ実験等により求めておく。
【００５４】
図１４において、まず、ステップ４１では、クランク角センサ、アクセル開度センサ等からの入力信号に基づいて機関の回転速度、負荷を検出する。
次に、ステップ４２では、機関の運転条件に基づいた燃料噴射タイミング、燃料噴射量及び吸気バルブ閉時期をあらかじめ記憶してテーブルを参照して読み込む。ここで、これらテーブルの設定によって、機関負荷に応じて、コアンダ効果を利用して燃焼室４上部にコンパクトな可燃混合気を形成するか、一旦ピストン冠面に衝突させた後に点火プラグ１２のプラグギャップ近傍に可燃混合気を形成させるか、が選択される。
【００５５】
そして、ステップ４３では、読み込んだ各噴射パラメータに従って、吸気バルブ５のバルブタイミングを制御すると共に、燃料ポンプ９及び燃料噴射弁１１に所定の駆動信号を出力することによって、所定圧力に調整された燃料を燃焼室４内に噴射する。
【００５６】
この実施形態によれば、渦巻き噴射弁や２流体噴射弁のように、背圧の低下によって噴霧角が大きくなる燃料噴射弁を用い、吸気バルブの閉時期を早くすることで背圧を上昇させて噴霧角を小さくし、吸気バルブの閉時期を遅くすることで背圧を低下させて噴霧角を大きくするので、燃料噴射弁の構造を複雑化することなく、既存の装置によって吸気バルブのバルブタイミングを変更することで容易に噴霧角を変更できる。これにより、コアンダ効果の利用／非利用を選択しつつ、運転条件に応じた適切な大きさの可燃混合気を形成できる。
【００５７】
なお、以上説明した実施形態の他にも、燃料噴霧と噴霧ガイド壁１３との間の距離を変更できるものであれば、上記各実施形態と同様の効果が得られる。以下にその代表例を示すが、これに限定されるものではない。
（１）燃料噴射パルス幅を変更することで、燃料噴霧と噴霧ガイド壁１３との間でコアンダ効果の利用／非利用を選択するように構成する。
【００５８】
すなわち、燃料噴霧は、噴射開始から成長をはじめて噴霧角度が徐々に大きくなっていくことから、例えば、成層燃焼モードにおける低負荷時にコアンダ効果を利用できるように噴霧ガイド壁１３を配設しておき、成層モードにおける高負荷時には、コアンダ効果が起こる前に噴射を止める短い噴射パルス幅を設定し、これを繰り返して燃料噴射を行うようにする。これにより、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
（２）燃料噴射方向を変更することで、燃料噴霧と噴霧ガイド壁１３との間でコアンダ効果の利用／非利用を選択するように構成する。
【００５９】
例えば、成層燃焼モードにおける低負荷時は、噴霧ガイド壁１３に近づける方向に燃料を噴射し、成層燃焼モードにおける高負荷時は、噴霧ガイド壁１３から遠ざける方向に燃料を噴射する、というように、運転条件に応じて燃料噴射方向を変更する。これにより、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
（３）燃料噴射弁１１を移動させることで、燃料噴霧と噴霧ガイド壁１３との間でコアンダ効果の利用／非利用を選択するように構成する。
【００６０】
例えば、上記各実施形態における噴霧ガイド壁１３は、燃焼室４に向かって（すなわち、下方に）広がる略円錐形状に形成されていることから、この噴霧ガイド壁１３に対して、燃料噴射弁１１を上下方向に移動させるようにすれば、燃料噴霧と噴霧ガイド壁１３との距離を変更できる。これにより、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態における運転負荷と燃料噴霧角との関係を示す図である。
【図３】第１実施形態の各運転負荷における燃焼室内の燃料混合気分布を示す図である。
【図４】第１実施形態の制御内容を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態における運転負荷と燃料噴射圧力との関係を示す図である。
【図６】第２実施形態の各運転負荷における燃焼室内の燃料混合気分布を示す図である。
【図７】第２実施形態の制御内容を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態の構成を示す図である。
【図９】第３実施形態における運転負荷と空気に対する燃料の質量割合との関係を示す図である。
【図１０】第３実施形態の各運転負荷における燃焼室内の燃料混合気分布を示す図である。
【図１１】第３実施形態の制御内容を示すフローチャートである。
【図１２】第４実施形態における運転負荷と吸気バルブの閉時期との関係を示す図である。
【図１３】第４実施形態の各運転負荷における燃焼室内の燃料混合気分布を示す図である。
【図１４】第４実施形態の制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３…ピストン、３ａ…ピストンボウル、４…燃焼室、５…吸気バルブ、９…燃料ポンプ、１１…燃料噴射弁、１３…噴霧ガイド壁、１４…ＥＣＵ、１５…空気ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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