(57)【要約】【課題】より広い運転範囲において、燃費や排気エミッションに優れた成層燃焼運転を行う。【解決手段】燃焼室の上面の略中心位置に、燃料噴射弁が設けられ、これに隣接して点火プラグが配置される。ピストンの冠面の中心位置に、略円筒状のキャビティが形成される。成層燃焼モードとして、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第１の成層運転モード（モード１）と、燃料噴射終了後ピストンを経由した燃料に点火する第２の成層運転モード（モード２）と、の２つの成層燃焼モードを有している。機関回転速度が低く、かつ機関負荷が高い領域では、モード２による運転、機関回転速度が高く、かつ機関負荷の低い領域では、モード１による運転を行う。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室上部に点火プラグと燃料噴射弁とを有し、かつピストン冠面の略中心付近に略円筒状のキャビティを有する筒内直接噴射式内燃機関において、
燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第１の成層運転モードと、燃料噴射終了後、ピストンを経由した燃料に点火する第２の成層運転モードと、を有し、
これらの２つの成層運転モードを、機関回転速度に応じて切り換えることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項２】
機関回転速度が所定値よりも低い場合に、上記第２の成層運転モードとし、機関回転速度が所定値よりも高い場合に、上記第１の成層運転モードとすることを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項３】
２つの成層運転モードの切換を、上記機関回転速度と機関負荷とに応じて行い、機関負荷が高いほど、運転モードを切り換える機関回転速度が高くなることを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項４】
２つの成層運転モードの切換を、上記機関回転速度と機関負荷とに応じて行うとともに、所定の機関負荷以上では、機関回転速度に拘わらず第２の成層運転モードとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項５】
２つの成層運転モードの切換を、上記機関回転速度と機関負荷とに応じて行うとともに、所定の機関負荷以下では、機関回転速度に拘わらず第１の成層運転モードとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項６】
２つの成層運転モードの切換を、上記機関回転速度と機関負荷とに応じて行うとともに、所定の機関回転速度以上では、機関負荷に拘わらず第１の成層運転モードとすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項７】
２つの成層運転モードの切換時に、燃料噴射時期、点火時期、吸気弁閉時期、燃料噴射圧力、の少なくとも１つを同時に切り換えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項８】
第１の成層運転モードにおける燃料噴射時期は、第２の成層運転モードにおける燃料噴射時期に対し、相対的に遅角側に設定されることを特徴とする請求項７に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項９】
第１の成層運転モードにおける吸気弁閉時期は、第２の成層運転モードにおける吸気弁閉時期に対し、相対的に遅角側に設定されることを特徴とする請求項７または８に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１０】
第１の成層運転モードにおける燃料噴射圧力は、第２の成層運転モードにおける燃料噴射圧力に対し、相対的に低く設定されることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１１】
第１の成層運転モードにおける燃料噴射開始時期と点火時期との間隔は、第２の成層運転モードにおける燃料噴射開始時期と点火時期との間隔に対し、相対的に短く設定されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、筒内に燃料を噴射することにより成層燃焼を実現するようにした筒内直接噴射式内燃機関の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、筒内直接噴射式内燃機関の一例が開示されている。この特許文献１の内燃機関は、ピストン冠面にキャビティつまりピストンボウルを凹設するとともに、燃料噴射弁をピストンボウルの真上近傍に配置し、燃料噴霧をピストンボウル周壁面に衝突させ、ピストンボウル中心部へ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ており、これによって燃料消費の低減を図っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−８２０２８公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成においては、ピストンを経由（換言すればピストンと衝突）して形成される成層混合気の大きさは、おおむねピストンキャビティの形状すなわちキャビティ容積によって定まる。
【０００５】
この場合、ある１つの成層運転条件において、安定燃焼を行い、かつ良好な燃費や排気エミッションを実現させようとすると、機関回転速度および負荷の異なる他の成層運転条件においては、良好な燃焼が成立せず、いわゆる跳ね返りが生じる懸念がある。
【０００６】
例えば、機関回転速度が高い場合は、機関回転速度が低い場合と比べて、混合気形成時間に対するクランク角度の進行（ピストン上昇）が相対的に早くなり、仮に同一の燃料噴射時期、燃料噴射期間（これは機関負荷に比例する）では、点火プラグ近傍に可燃混合気が到達しないうちに、所定の点火時期を迎えることになる。機関回転速度が高くなるほど噴射時期を進角側に設定することで上記問題を回避することが考えられるが、早期の噴射では、ピストンキャビティにより燃料噴霧を受け止めることが難しくなる。特に、全負荷領域において吸気行程噴射により均一混合気による燃焼を行うことを考慮すると、ある程度以上の噴霧角（傘角）で噴射される燃料噴霧を用いる必要があり、従って、成層燃焼時に過早な噴射時期に設定することはできない。
【０００７】
また、噴霧を受け止め易いようにキャビティを大開口にした場合には、圧縮比の観点からキャビティの深さが制約されることとなり、十分な深さがないために逆に燃料噴霧を受け止めることが難しくなる。
【０００８】
つまり、上記従来のように、成層燃焼時に常にピストンキャビティを経由した燃料に点火するようにした構成では、機関回転速度の高低に対して、安定かつ良好な燃費，排気の運転を行うことが難しい。
【０００９】
一方、機関負荷の高低について検討すると、常に同一の混合気形成プロセスでは、低い負荷での成層運転においては、点火プラグ近傍の成層混合気がリーンとなり易く、燃焼安定性が悪くなり燃費が悪化する傾向となる。また、高い負荷での成層運転においては、点火プラグ近傍の成層混合気が過濃となり、スモークやＨＣが増加する懸念がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような問題を解決するために、成層運転条件の中において、機関回転速度や機関負荷に応じて、さらに２種類の燃焼方式に切り換えるようにしたものである。
【００１１】
すなわち本発明の筒内直接噴射式内燃機関は、燃焼室上部に点火プラグと燃料噴射弁とを有し、かつピストン冠面の略中心付近に略円筒状のキャビティを有している。そして、成層燃焼を行う運転モードとして、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第１の成層運転モードと、燃料噴射終了後、ピストンを経由した燃料に点火する第２の成層運転モードと、を有している。
【００１２】
請求項１の発明は、これらの２つの成層運転モードを、機関回転速度に応じて切り換えることを特徴としている。
【００１３】
従って、機関回転速度によって、混合気形成に要する時間を切り換えることができ、機関回転速度に拘わらず、常に安定した成層燃焼を行うことが可能となる。
【００１４】
ここで、第２の成層運転モードとして燃料噴射終了後にピストンを経由して形成される混合気は、キャビティを経由することにより、十分な気化と混合がなされたのち、キャビティ上空に比較的均一な混合気分布を形成する。これにより、過濃な混合気からのスモークやＣＯの排出の懸念がなく、混合気分布のサイクル変動の影響を受けづらいという利点がある。
【００１５】
しかしながら、機関回転速度の上昇に伴って、均一な混合気形成を十分に行うには、時間が不足となることが懸念される。また、機関回転速度の上昇とともに、筒内流動が強くなることで、混合気が過拡散となり、点火プラグ近傍が過薄となる恐れがある。
【００１６】
一方、第１の成層運転モードとして燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の飛翔中の燃料噴霧は、噴射後直ちに噴霧軸の周囲から、周辺空気と混合および気化により混合気を形成する。このピストンを経由しない混合気は、機関回転速度に拘わらず燃料噴射弁直下に速やかにコンパクトな混合気として形成されるため、機関回転速度に拘わらず安定した成層燃焼を行うことができる。
【００１７】
しかしながら、噴射中または噴射終了直後の燃料は、大きな分布を持ち、過濃な混合気からスモークが排出されることが懸念される。
【００１８】
上記の２つ成層運転モードのうち、第１の成層運転モード、つまり燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する運転モードを、機関回転速度が高い場合に利用することにより、機関回転速度によらず点火に適切な濃度の混合気を点火栓近傍に配することができるほか、機関回転速度とともに増大する筒内流動によって、燃料噴射から火炎伝播の過程において、燃料の混合を促進し、過濃混合気の形成を回避することが可能となる。
【００１９】
従って、請求項２に記載のように、機関回転速度が所定値よりも低い場合に、上記第２の成層運転モードとし、機関回転速度が所定値よりも高い場合に、上記第１の成層運転モードとすることが望ましい。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第１の成層運転モードと、燃料噴射終了後、ピストンを経由した燃料に点火する第２の成層運転モードと、を機関回転速度に応じて切り換えることにより、機関回転速度に拘わらず、常に安定した成層燃焼を行うことが可能となり、広い運転領域において、燃費および排気エミッションを良好なものとすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関の一実施例の機械的構成を示している。図示するように、シリンダヘッド１と、シリンダブロック２のシリンダ３と、ピストン４と、によって燃焼室５が形成されている。この燃焼室５は、吸気弁６を介して吸気ポート７と連通し、排気弁８を介して排気ポート９と連通している。吸気弁６は、図示しない吸気弁用カムシャフトによって開閉駆動され、排気弁８は、同じく図示しない排気弁用カムシャフトによって開閉駆動される。ここで、吸気弁６側の動弁機構については、後述するように、少なくとも吸気弁閉時期を遅進させることができるように、適宜な可変動弁機構を備えていることが望ましい。この可変動弁機構としては、例えば、カムシャフトとクランクシャフトとの間の相対的な位相を変化させる公知の機構を利用できる。
【００２２】
上記燃焼室５の上面つまりシリンダヘッド１側の天井面の略中心位置に、ピストン４ヘ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁１１が設けられている。この燃料噴射弁１１の噴霧中心線は、シリンダ中心線とほぼ一致している。そして、この燃料噴射弁１１に隣接して点火プラグ１２が配置されており、そのスパークギャップ１２ａが燃焼室５中央付近に位置している。上記の燃料噴射弁１１および点火プラグ１２は、図示しないエンジンコントロールユニットからの信号に基づいて制御され、機関運転条件に応じた時期に、燃料噴射および点火が行われる。
【００２３】
また、上記燃料噴射弁１１と対向するように、ピストン４の冠面の中心位置に、略円筒状のキャビティ１３が形成されている。このキャビティ１３は、例えばリエントラント型をなし、成層燃焼時には、主としてキャビティ１３内およびその上空に、成層混合気が形成される。
【００２４】
このように構成された本発明の内燃機関では、燃焼形態として、主に圧縮行程中（特に、圧縮行程後半）に燃料噴射を行うことでリーン運転を実現し、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）に燃料噴射を行い理論空燃比運転を実現する均質燃焼モードと、が設けられており、運転状態に応じて選択されるようになっている。
【００２５】
さらに、上記の成層燃焼モードの中に、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストン４に衝突する以前の燃料に点火する第１の成層運転モード（モード１）と、燃料噴射終了後ピストン４を経由した燃料に点火する第２の成層運転モード（モード２）と、の２つの成層燃焼モードを有しており、機関回転速度と機関負荷とに応じて両者を切り換えるように、機関の制御が行われる。
【００２６】
まず始めに、本発明における上記２つの成層運転モードにおける混合気形成過程の概略を説明する。
【００２７】
図２は、第１の成層運転モード、つまり、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストン４に衝突する以前の燃料に点火する成層運転モードでの混合気形成過程を示す。この第１の成層運転モードでは、燃料噴射時期は圧縮上死点近くに設定される。スパークギャップ１２ａは、燃料噴射弁１１先端付近に設置されており、燃料噴射開始直後または燃料噴射終了直後に点火を行う。噴射された燃料のうち、ピストン４に衝突する以前の飛翔中の燃料に点火を行うためである。ここで、図２の（ａ），（ｂ），（ｃ）の順に示すように、噴射された燃料噴霧は噴霧軸の先端および周辺から、周囲空気との混合により、混合気を形成する。圧縮上死点に近い、比較的遅い噴射時期に設定することにより、燃料噴射時の筒内温度は高く、噴射後の燃料は速やかに気化、混合がなされる。そして、この第１の成層運転モードにおいては、燃料噴射中または直後の、急速に行われる気化・混合の過程において、可燃混合気が形成される噴霧軸周辺の燃料に点火を行う。従って、機関回転速度が高く、燃焼室５上部の燃料噴射弁１１からピストン４を経由して再度燃焼室５上部の点火プラグ１２へと燃料が進むような混合気形成では時間が不足し点火プラグ１２への確実な可燃混合気の輸送が行えない場合や、機関負荷が低く燃料噴射量が少ないためにピストン４に衝突してキャビティ１３内に広がった混合気では混合気濃度が薄すぎるものとなるような場合でも、この第１の成層運転モードによれば、安定した燃焼を実現可能である。
【００２８】
一方、上述のような気化、混合の過程に点火する場合、燃料噴射量が多い条件では、火炎伝播中にも過濃混合気が存在し、燃焼効率や排気エミッションの悪化の恐れがある。
【００２９】
ここで、機関回転速度が高い場合には、機関回転速度に略比例的に増大する筒内のガス流動によって燃料の拡散、混合が相対的に早く進むが、機関回転速度が比較的低く、かつ機関負荷が高い領域では、燃料噴霧が十分に気化、混合する時間を設けることが望ましい。
【００３０】
次に、第２の成層運転モード、つまり燃料噴射終了後ピストン４を経由した燃料に点火する成層運転モードの混合気形成について図３を用いて説明する。図３では、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）の順に混合気形成過程が進行する。また、（ｄ１）は、最後の過程（ｄ）について、負荷が高い場合の様子を示し、（ｄ２）は、負荷が低い場合の様子を示している。
【００３１】
この第２の成層運転モードでは、燃料噴射時期は、燃料噴霧がピストンキャビティ１３に受け止められるように設定され、噴射された燃料噴霧はキャビティ１３底面に衝突する。その後噴霧は、図（ｂ）のように噴霧の貫徹力によってピストンキャビティ１３底面に沿って進行し、燃焼室上空へと向かう。その後、燃焼室５上空をうずのように旋回しつつ、周囲の空気を巻き込みながら、点火プラグ１２近傍のキャビティ１３上空に比較的均質な成層混合気が生成される。
【００３２】
機関負荷が高い場合は、図（ｄ１）のようにキャビティ１３上空に比較的濃い均質混合気が形成され、機関負荷が低くなるほど、図（ｄ２）のようにキャビティ１３上空に形成される混合気濃度が薄くなる。
【００３３】
ここで、形成される混合気濃度は、可燃空燃比の範囲内で、かつ排気エミッションが悪化しないように制御される。つまり、キャビティ１３上空に形成される均質混合気濃度が、排気エミッションが悪化するほどに濃くなる高負荷領域では、キャビティ１３の外に混合気が適量はみ出すように燃料噴射時期および点火時期を制御する。また、キャビティ１３上空に形成される均質混合気濃度が、失火を引き起こす恐れがあるほどにリーンになる場合、キャビティ１３上空全域に混合気が行き渡る以前に、緩やかな空燃比分布を有する混合気に点火を行うように、燃料噴射時期および点火時期を制御する。
【００３４】
機関回転速度および機関負荷に対する燃焼モードの切換を図４に示す。
【００３５】
基本的に、機関回転速度が低く、かつ機関負荷が高い領域では、第２の成層運転モード（モード２）による運転を行い、機関回転速度が高く、かつ機関負荷の低い領域では、第１の成層運転モード（モード１）による運転を行う。なお、所定の機関負荷以上の高負荷域ならびに所定の機関回転速度以上の高速域では、吸気行程噴射による均質燃焼を行う。
【００３６】
第１の成層運転モードと第２の成層運転モードとの切換は、機関負荷が高いほど、運転モードを切り換える機関回転速度が高くなるように設定されている。
【００３７】
また、機関負荷がある一定値を超えて大きくなると、総燃料噴射量が大きくなるため、第１の成層運転モード、つまり燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストン４に衝突する以前の燃料に点火する成層燃焼モードでは、機関回転速度増大による流動強化作用によっても十分な混合が行えなくなり、過濃な混合気が部分的に形成される恐れが大きくなる。そのため、図５に示すように、所定の機関負荷以上では、機関回転速度に拘わらず、ピストン４を経由した燃料に点火する第２の成層運転モード（モード２）にて運転を行うように設定されている。
【００３８】
さらに、機関負荷がある一定値以下となる場合、燃料噴射量が少ないため、ピストン４を経由した燃料に点火しようとすると、混合気濃度が過薄となる恐れがある。
【００３９】
そこで、所定の機関負荷以下では、機関回転速度に拘わらず、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストン４に衝突する以前の燃料に点火する第１の成層運転モード（モード１）にて運転を行うように設定されている。
【００４０】
さらに、機関回転速度が大きくなると、ピストン４を経由した燃料に点火するには混合気形成のための時間が不足する恐れがあり、燃料をキャビティ１３で確実に受け止めるように燃料噴射時期を設定すると、適切な点火時期に点火プラグ１２に燃料が到達しない場合が想定される。そこで、所定の機関回転速度以上では、機関負荷に拘わらず燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第１の成層運転モード（モード１）にて運転を行うように設定されている。
【００４１】
上記の第１の成層運転モードと第２の成層運転モードとの切換の際には、図６、図７に示すように、燃料噴射時期（噴射開始時期）、点火時期、吸気弁閉時期および燃料噴射圧力（燃圧）が、同時に切換制御される。なお、図６は、負荷の変化に対する各パラメータの変化を示し、図７は、機関回転速度の変化に対する各パラメータの変化を示す。
【００４２】
これらの図に示すように、第１の成層運転モード（モード１）における燃料噴射時期は、第２の成層運転モード（モード２）における燃料噴射時期に対して、相対的に遅角側に設定される。第１の成層運転モードおよび第２の成層運転モードの各々の中では、燃料噴射時期は、機関負荷の増加、あるいは機関回転速度の増加に伴って、進角する特性を有する。
【００４３】
また、第１の成層運転モードにおける点火時期は、第２の成層運転モードにおける点火時期に対して相対的に遅角するが、上記の第１の成層運転モードと第２の成層運転モードとの間での切換に伴う燃料噴射時期の変化量に比べて、点火時期の変化量は小さく制御される。つまり、燃料噴射時期と点火時期との間隔Ｔ１，Ｔ２は、第１の成層運転モードでの間隔Ｔ１の方が、第２の成層運転モードでの間隔Ｔ２に比較して短くなるように設定されている。これにより、第１の成層運転モードにおいて、飛翔中の燃料に対して確実に点火を行う。
【００４４】
なお、点火時期は、図では簡略して略一定に示しているが、各運転条件において、燃費および排気が最良となるように予め設定される。
【００４５】
また、吸気弁閉時期は、第２の成層運転モードに対して第１の成層運転モードでは、相対的に遅角側に設定される。このように遅角側に設定することにより、燃料噴射時期における筒内圧力を低下させ、燃料噴霧の実際の噴霧角（傘角）を広げることで、点火プラグ１２近傍に確実に燃料を配し、安定した燃焼を実現する。
【００４６】
さらに、燃料噴射圧力（燃圧）は、第２の成層運転モードに比較して、第１の成層運転モードでは、より低圧側に設定される。このように燃料噴射圧力を低下させることで、噴霧の進行速度の低下を図り、燃料噴霧主軸周辺に形成される混合気を点火プラグ１２付近に滞留させ、より確実に安定した燃焼を行う。
【００４７】
以下に、本発明をより具体化した各請求項に特有の作用効果について、まとめて記載する。
【００４８】
請求項３の発明では、２つの成層運転モードの切換を、上記機関回転速度と機関負荷とに応じて行い、機関負荷が高いほど、運転モードを切り換える機関回転速度が高くなるようにした。そのため、燃料噴射量が多く、過濃混合気が形成され易い機関負荷が高い場合ほど、より機関回転速度が高速側で第１の成層運転モードとなり、スモーク排出の恐れがない。また、機関負荷が高い場合、燃料噴射量が多いため、ピストンを経由した燃料に点火する第２の成層運転モードにおいても、筒内流動により混合が促進されることで、点火プラグ近傍が過薄となることがない。
【００４９】
一方、機関負荷がある一定値を超えて大きくなると、総燃料噴射量が大きくなるため、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第１の成層運転モードにおいては、機関回転速度増大による流動強化作用によっても十分な混合が行えなくなり、過濃な混合気が部分的に形成される恐れが大きくなる。
【００５０】
そこで、請求項４の発明では、２つの成層運転モードの切換を、上記機関回転速度と機関負荷とに応じて行うとともに、所定の機関負荷以上では、機関回転速度に拘わらず第２の成層運転モードとする。つまり、機関負荷の増大により燃料噴射量が所定値を超えた場合、ピストンを経由し、十分に燃料の気化、混合を行うことで、スモークの排出を抑制しつつ、良好な燃焼を行うことができる。
【００５１】
また、機関負荷がある一定値以下となる場合、燃料噴射量が少ないために、ピストンを経由した燃料に点火しようとすると、混合気濃度が過薄となる恐れがある。
【００５２】
そこで、請求項５の発明では、２つの成層運転モードの切換を、上記機関回転速度と機関負荷とに応じて行うとともに、所定の機関負荷以下では、機関回転速度に拘わらず第１の成層運転モードとする。これにより、機関負荷が小さい場合でも、混合、拡散する以前の混合気に点火を行うことが可能となり、低負荷時の燃焼安定性の悪化を防ぐことができる。
【００５３】
前述したように、機関回転速度が大きくなると、ピストンを経由した燃料に点火するには混合気形成のための時間が不足する恐れがある。負荷の増大に伴う燃料噴射量の増加によって、形成される混合気場が相対的に濃くなることによって、機関回転速度が高くなった場合でも、ピストンを経由した燃料に点火をすることで成層燃焼を行うことは可能だが、燃料噴射圧力やピストン形状によって決定される混合気形成時間に対して、機関回転速度が著しく大きい場合には、燃料自体が点火プラグ近傍に到達しない場合が想定される。
【００５４】
そこで、請求項６項記載の発明では、２つの成層運転モードの切換を、上記機関回転速度と機関負荷とに応じて行うとともに、所定の機関回転速度以上では、機関負荷に拘わらず第１の成層運転モードとする。これにより、機関回転速度が高い場合でも、点火プラグ近傍に確実に可燃混合気を配することが可能となる。
【００５５】
請求項７の発明では、２つの成層運転モードの切換時に、燃料噴射時期、点火時期、吸気弁閉時期、燃料噴射圧力、の少なくとも１つを同時に切り換える。これらのパラメータは、特別な装置を用いることなく瞬時に制御可能であるため、コストを増加させることなく、適切なものとすることができ、急激な運転条件の変更が運転者によって行われた場合でも、運転性の悪化を伴わずに、運転モードの切換が可能である。
【００５６】
ここで、運転条件によらず良好な燃費および排気を達成するためには、点火後の熱発生時期を最適化する必要がある。つまり、運転条件毎に最適な熱発生時期となるように点火時期を設定する必要があり、運転モードの変更に対して、点火時期を調整する場合でも、ある一定値を超えて変化させることはできない。
【００５７】
そこで、上記パラメータの中で、燃料噴射時期は、第２の成層運転モードにおいては、噴射後、ピストンを経由して十分な混合を行う必要があり、一方、第１の成層運転モードにおいては、噴射後速やかに点火を行う必要があるため、請求項第８項のように、第１の成層運転モードにおける燃料噴射時期は、第２の成層運転モードにおける燃料噴射時期に対し、相対的に遅角側に設定することが望ましい。
【００５８】
また、燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第１の成層運転モードにおいては、点火プラグ近傍に確実に混合気を配するために、噴霧の進行方向を点火プラグに近づけることが必要である。この場合、噴霧の進行方向を予め点火プラグを指向するように設定すると、特に高負荷時に点火プラグのくすぶり等が懸念される。
【００５９】
そこで、請求項９の発明では、第１の成層運転モードにおける吸気弁閉時期が、第２の成層運転モードにおける吸気弁閉時期に対し、相対的に遅角側に設定されるものとした。燃料噴射中または燃料噴射終了直後のピストンに衝突する以前の燃料に点火する第１の成層運転モードでは、吸気弁閉時期の遅角化により、燃料噴射時期における筒内圧力を低下させ、噴霧角（傘角）を増大させることで、点火プラグ近傍に確実に可燃混合気を配し、また、燃料噴射終了後ピストンを経由した燃料に点火する第２の成層運転モードでは、吸気弁を早期に閉じることで筒内圧力を上昇させ、噴霧角の低下により、より確実に噴霧をピストン方向に指向させて混合気形成を行う。
【００６０】
請求項１０の発明では、第１の成層運転モードにおける燃料噴射圧力が、第２の成層運転モードにおける燃料噴射圧力に対し、相対的に低く設定される。これにより、噴霧の貫徹力を低下させ、飛翔中により多くの気化を図り、かつ混合気分布をコンパクトにすることで、確実な点火を行うことができる。
【００６１】
また請求項１１の発明では、第１の成層運転モードにおける燃料噴射開始時期と点火時期との間隔が、第２の成層運転モードにおける燃料噴射開始時期と点火時期との間隔に対し、相対的に短く設定される。これにより、飛翔中の噴霧に確実に点火が可能となり、コンパクトな混合気形成により排気の悪化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る筒内直接噴射式内燃機関の一実施例を示す断面図。
【図２】第１の成層運転モードの混合気形成過程を示す説明図。
【図３】第２の成層運転モードの混合気形成過程を示す説明図。
【図４】運転条件に対する燃焼モードを示す特性図。
【図５】おなじくその詳細を示す特性図。
【図６】機関負荷の変化に対するパラメータの変化を示す特性図。
【図７】機関回転速度の変化に対するパラメータの変化を示す特性図。
【符号の説明】
４…ピストン
５…燃焼室
１１…燃料噴射弁
１２…点火プラグ
１３…キャビティ
【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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