(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒毎に、燃焼室内に電極が突出された点火プラグと燃焼室内に直接燃料噴射を行う複数の噴口を有するマルチホール型の燃料噴射弁とが設けられ、
各気筒において、前記複数の噴口のうち一部の特定噴口の軸線が、前記電極の先端近傍でかつその延長線付近を通るように指向され、
低回転・低負荷域となる所定運転領域において、少なくとも圧縮行程後半で燃料噴射を行って成層燃焼を行うようにした火花点火式直噴エンジンにおいて、
各気筒について、前記電極と前記特定噴口からの燃料噴霧との間の距離に関連した値となる距離データを把握する距離データ把握手段と、
上記所定運転領域での高負荷域において、前記距離データ把握手段によって把握される距離が相対的に小さくなっている気筒の燃料噴射時期を他の気筒に比して相対的に進角させる噴射時期補正手段と、
を備え、
前記所定運転領域での高負荷域において、燃料噴射を圧縮行程後半の他に圧縮行程前半でも行うように設定されて、前記距離が相対的に小さくなっている気筒の圧縮行程前半での燃料噴射時期が他の気筒に比して進角される、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項２】
請求項１において、
前記所定運転領域での高負荷域において、各気筒間において圧縮工程後半の燃料噴射時期が略同じに設定される、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項３】
請求項１において、
前記所定運転領域での低負荷域では、各気筒間において燃料噴射時期および点火時期が略同じに設定されて、前記距離が大きくなっている気筒の空燃比がリッチ補正されると共に、該距離が小さくなっている気筒の空燃比がリーン補正される、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項４】
請求項１において、
前記噴射時期補正手段は、上記所定運転領域での高負荷域において、前記距離が相対的に大きくなっている気筒の燃料噴射時期を他の気筒に比して相対的に遅角させる、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
前記距離データ把握手段が、前記電極を通して流れるイオン電流を検出する電流検出手段を備えて、検出されたイオン電流の大きさに基づいて前記距離を判別するように設定されている、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
前記距離データ把握手段が、前記電極の絶縁抵抗を検出する抵抗検出手段を備えて、検出された絶縁抵抗の大きさに基づいて前記距離を判別するように設定されている、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、
前記電極が燃焼室の略中央部に配設され、
前記燃料噴射弁が、燃焼室周縁部に配設されて、前記複数の噴口として、前記特定噴口の他に、ピストン頂面方向に指向される他の噴口を有し、
各気筒について、それぞれ２つの吸気弁が設けられ、
前記燃料噴射弁が前記２つの吸気弁間に位置されている、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、
前記電極近傍に指向される噴口として、前記特定噴口の他に、該電極の左側方に指向された左側方噴口と、該電極の右側方に指向された右側方噴口とを有し、
前記特定噴口、左側方噴口および右側方噴口の各噴口から前記電極までの距離が２０ｍｍ以上に設定され、
前記特定噴口と前記左側方噴口とのなす開き角が１５度〜２５の度の範囲に設定されて、エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域で該特定噴口からの燃料噴霧と該左側方噴口からの燃料噴霧が相互干渉効果によって互いに連続したものとなるように設定され、
前記特定噴口と前記右側方噴口とのなす開き角が１５度〜２５の度の範囲に設定されて、前記所定運転領域で該特定噴口からの燃料噴霧と該右側方噴口からの燃料噴霧が相互干渉効果によって互いに連続したものとなるように設定されている、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の噴口を有する燃料噴射弁を備えた火花点火式直噴エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、点火プラグを備えるとともに、燃料を燃焼室内に直接供給する燃料噴射弁（インジェクタ）を備え、成層燃焼を行うことによって燃費改善を図るようにして火花点火式直噴エンジンが知られている。成層燃焼のために、燃料噴射弁の噴口を直接電極に指向させた場合は、電極に燃料が液滴となって付着し易く、着火性が悪化するという問題がある。このため、下記特許文献１に示すように、燃焼室周縁部に配設した燃料噴射弁を、例えば８つの噴口を有するマルチホール型として、そのうちの３つの噴口を、点火プラグの電極近傍の下方に指向された下側噴口（特定噴口）、電極近傍で左方に指向された左側噴口、電極近傍で右方に指向された右側噴口として、この３つの噴口からの燃料噴霧によって電極近傍に濃混合気層を形成する成層化を得るようにしたものが開示されている。
【０００３】
また、特許文献１には、上記３つの噴口以外の５つの噴口を、均一燃焼のために、電極から離れた部分となるピストン頂面に指向させたものが開示されている。そして、特許文献１のものでは、燃料噴射弁の軸心にもっとも近い軸線（軸心）を有する噴口が、ピストン側が噴口のうち下側噴口の真下方向に位置される噴口となるように設定されたものが開示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、さらに次のような技術内容も開示されている。すなわち、エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域において、成層燃焼のために、圧縮行程途中で燃料噴射を行って電極周りにリッチな混合気を生成する一方、その他の運転領域では吸気行程中に燃料噴射を行って均一燃焼を行うことが開示されている。また、複数の噴口から噴射された燃料噴霧同士の相互干渉効果を利用して、点火プラグの電極周りに効果的にリッチとすることも提案されている。なお、特許文献２にも、特許文献１と同様なマルチホール型の燃料噴射弁を燃焼室周縁部に設けたものが開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、マルチホール型燃料噴射弁を、点火プラグと同様に燃焼室の略中央部に設けたものが開示されている。この特許文献３のものは、燃料噴射弁からの燃料噴霧をピストン頂面に指向させて、ピストン頂面で反射されて上昇される燃料噴霧が電極近傍を通過するようにしたものとなっている。
【特許文献１】特開２００５−９８１１９号公報
【特許文献２】特開２００５−２７３５５４号公報
【特許文献３】特開２００５−２５６７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
成層燃焼のために、燃料噴射弁の噴口を電極近傍に指向させた場合、電極近傍の下方（電極先端の延長方向）に指向される下側噴口からの燃料噴霧がもっとも重要となる。この下側噴口（特定噴口）からの燃料噴霧が、電極から上下方向（気筒軸線方向）に大きく位置ずれしてしまうことは、電極周りに適正な濃混合気層を形成する上で、また燃料噴霧が直接電極に当接しないようにする上で重要となる。
【０００７】
ところで、燃料噴射弁は製造誤差を有するものであり、例えば燃料噴射弁の軸線と各噴口の軸線との間の開き角等に若干の製造誤差例えば±３．５度程度の誤差を有するものである。また、点火プラグについては、その製造誤差によって、燃焼室内への突出量が相違するものであり、特に絶縁碍子部分を極めて精度よく仕上げるのが難しいために、燃焼室内への電極の突出量というものについてもある程度の誤差（例えば±０．７ｍｍ）は避けられないものとなる。
【０００８】
上述のように、点火プラグおよび燃料噴射弁の双方の製造誤差によって、各気筒間において、電極先端と特定噴口（下側噴口）との距離にかなりの相違を生じることになる。とりわけ、上記距離が近い気筒においては、特定噴口からの燃料噴霧によって電極周りがリッチになり易くて、特に成層燃焼域での高負荷域においてくすぶりを生じ易くなって、スモークやＮＯｘ発生の大きな原因となる。このスモークやＮＯｘを低減するために、燃料噴射量を低減することも考えられるが、高負荷域であることから出力確保が強く要請されることもあって、燃料噴射量を低減することは事実上困難となる。
【０００９】
本発明は、以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、成層燃焼域での高負荷域において、出力を確保しつつスモークおよびＮＯｘを低減できるようにした火花点火式直噴エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明における火花点火式直噴エンジンにあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
各気筒毎に、燃焼室内に電極が突出された点火プラグと燃焼室内に直接燃料噴射を行う複数の噴口を有するマルチホール型の燃料噴射弁とが設けられ、
各気筒において、前記複数の噴口のうち一部の特定噴口の軸線が、前記電極の先端近傍でかつその延長線付近を通るように指向され、
低回転・低負荷域となる所定運転領域において、少なくとも圧縮行程後半で燃料噴射を行って成層燃焼を行うようにした火花点火式直噴エンジンにおいて、
各気筒について、前記電極と前記特定噴口からの燃料噴霧との間の距離に関連した値となる距離データを把握する距離データ把握手段と、
上記所定運転領域での高負荷域において、前記距離データ把握手段によって把握される距離が相対的に小さくなっている気筒の燃料噴射時期を他の気筒に比して相対的に進角させる噴射時期補正手段と、
を備え、
前記所定運転領域での高負荷域において、燃料噴射を圧縮行程後半の他に圧縮行程前半でも行うように設定されて、前記距離が相対的に小さくなっている気筒の圧縮行程前半での燃料噴射時期が他の気筒に比して進角される、
ようにしてある。上記解決手法によれば、電極と特定噴口からの燃料噴霧との距離が小さいということは、距離が大きい場合に比して電極周りが相対的にリッチになっていて、スモークやＮＯｘ発生の大きな原因となる。しかしながら、上記距離が小さくなっている気筒の燃料噴射時期を進角させるので、進角させない場合に比して点火時期での燃料噴霧の広がり角が大きくなっていて電極周りの空燃比がリーン化されることになり、スモークやＮＯｘが低減されることになる。勿論、燃料噴射量そのものを低減する必要がないので、出力確保の上でも問題のないものとなる。なお、成層燃焼域での高負荷域であるので、低負荷域に比して成層ロバスト性も高い（良い−広い）ので、つまり燃焼安定性を確保できる範囲での燃料噴射時期や点火時期の変更余裕代が大きいので、燃料噴射時期を進角させても燃焼安定性確保の点で特に問題とならないものである。また、成層化にあまり大きな影響を与えない圧縮行程前半での燃料噴射時期を進角させることにより、成層化を確実に確保しつつ前記効果を得る上で好ましいものとなる。
【００１１】
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２〜請求項８に記載のとおりである。すなわち、
【００１２】
前記所定運転領域での高負荷域において、各気筒間において圧縮工程後半の燃料噴射時期が略同じに設定される、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、成層化に大きな影響を与える圧縮行程後半での燃料噴射時期を各気筒間で略同じに設定して、各気筒において成層化を確実に確保する上で好ましいものとなる。
【００１３】
前記所定運転領域での低負荷域では、各気筒間において燃料噴射時期および点火時期が略同じに設定されて、前記距離が大きくなっている気筒の空燃比がリッチ補正されると共に、該距離が小さくなっている気筒の空燃比がリーン補正される、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、燃料噴射時期や点火時期の変更余裕代の小さくなる成層ロバスト性が悪い低負荷域において、燃料噴射量の全体的な増大を防止あるいは抑制しつつ、空燃比の補正制御によって各気筒での燃焼安定性を確保することができる。
【００１４】
前記噴射時期補正手段は、上記所定運転領域での高負荷域において、前記距離が相対的に大きくなっている気筒の燃料噴射時期を他の気筒に比して相対的に遅角させる、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、各気筒での燃焼状態が極力均一になるように、つまり出力（燃焼トルク）、排出されるスモークやＮＯｘが各気筒間で極力均等にする上で好ましいものとなる。また、距離が大きい気筒の電極周りは相対的にリーンになっているので、燃料噴射時期を遅角させることによりリッチ化に補正されることとなって、着火性向上ひいては燃焼安定性向上の点でも好ましいものとなる。
【００１５】
前記距離データ把握手段が、前記電極を通して流れるイオン電流を検出する電流検出手段を備えて、検出されたイオン電流の大きさに基づいて前記距離を判別するように設定されている、ようにしてある（請求項５対応）。
前記距離データ把握手段が、前記電極の絶縁抵抗を検出する抵抗検出手段を備えて、検出された絶縁抵抗の大きさに基づいて前記距離を判別するように設定されている、ようにしてある（請求項６対応）。
請求項５、請求項６の場合に、距離を把握するための具体的な手法が提供される。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
前記電極が燃焼室の略中央部に配設され、
前記燃料噴射弁が、燃焼室周縁部に配設されて、前記複数の噴口として、前記特定噴口の他に、ピストン頂面方向に指向される他の噴口を有し、
各気筒について、それぞれ２つの吸気弁が設けられ、
前記燃料噴射弁が前記２つの吸気弁間に位置されている、
ようにしてある（請求項７対応）。この場合、燃料噴射弁を燃焼室周縁部に設けたいわゆるサイド噴射とされる。そして、一部の噴口はピストン頂面に指向されているので、もっぱら電極回りをリッチ化する成層燃焼の他に、気筒内に極力均一に燃料分布させた均一燃焼を行う場合にも対応できる噴射態様を得ることが可能となる。また、特に自動車用として広く普及している吸気２弁式のエンジンに本発明を適用する上で好ましいものとなると共に、燃料噴射弁を、２つの吸気弁の間という大きな空間を有効に利用して配設することができる。
【００１９】
前記電極近傍に指向される噴口として、前記特定噴口の他に、該電極の左側方に指向された左側方噴口と、該電極の右側方に指向された右側方噴口とを有し、
前記特定噴口、左側方噴口および右側方噴口の各噴口から前記電極までの距離が２０ｍｍ以上に設定され、
前記特定噴口と前記左側方噴口とのなす開き角が１５度〜２５の度の範囲に設定されて、エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域で該特定噴口からの燃料噴霧と該左側方噴口からの燃料噴霧が相互干渉効果によって互いに連続したものとなるように設定され、
前記特定噴口と前記右側方噴口とのなす開き角が１５度〜２５の度の範囲に設定されて、前記所定運転領域で該特定噴口からの燃料噴霧と該右側方噴口からの燃料噴霧が相互干渉効果によって互いに連続したものとなるように設定されている、
ようにしてある（請求項８対応）。この場合、電極周りでの成層化状態が、燃料噴射弁から電極を見たとき、濃混合気が略Ｖ字状となって電極の下方および左右側方を囲んだ状態となって、成層化として極めて好ましい状態が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、出力を確保しつつ、スモークやＮＯｘを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明するが、まず全体の概要について説明し、その後、燃焼室内への電極突出量に応じた特定噴口の軸線位置の設定（燃料噴射弁の選択）の点、および成層燃焼域でのエンジン負荷に応じた詳細な燃料噴射制御の点について説明する。
【００２２】
図１は、火花点火式直噴エンジン１を示し、このエンジン１は、紙面直角方向に直列に複数の気筒２を有する直列多気筒（実施形態では４気筒）エンジンとされている（図１では１つの気筒のみが示される）。各気筒２は、シリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配置されたシリンダヘッド４とを有しており、気筒２内にはピストン５が上下方向に往復動可能に嵌挿されている。このピストン５とシリンダヘッド４との間の気筒２内には燃焼室６が区画されている。燃焼室６は、気筒２の天井部における略中央部からシリンダヘッド４の下端面付近まで延びる２つの傾斜面を有するいわゆるペントルーフ型燃焼室とされている。
【００２３】
シリンダヘッド４には、図２に示すように、２つの吸気ポート１０（２つの吸気ポートを区別するときは符合１０Ａ、１０Ｂでもって示すこととする）と、２つの排気ポート１１とが形成されている（図１ではいずれも１つのみ開示）。この２つの吸気ポート１０は、その各一端が各気筒２天井部における傾斜面の一方から燃焼室６に開口され、その各他端側が燃焼室６から斜め上方に延びて、エンジン１の一側面（図１中右側面）に互いに独立して開口されている。各吸気ポート１０の燃焼室６側の開口端には、それぞれ所定のタイミングで開閉作動される吸気弁１２が配置されている（図１ではいずれも１つのみ開示）。２つの排気ポート１１には、その各一端が各気筒２の天井部における傾斜面の他方から燃焼室６に開口され、その各他端側は、途中で１つに合流した後略水平に延びてエンジン１の他端面（図１中左側面）に開口されている。各排気ポート１１の燃焼室６側の開口端には、それぞれ所定のタイミングで開閉作動される排気弁１３が配置されている（図１ではいずれも１つのみ開示）。
【００２４】
各吸気ポート１０は、吸気通路３０に接続されている。この吸気通路３０には、それぞれ図示を略すが、その上流側から下流側へ順次、エアクリーナ、吸入空気量センサ、スロットル弁、サージタンク等が配設されている。なお、上記スロットル弁は、実施形態では、アクセルペダルとは機械的な連係が遮断されて、アクセル開度に応じて電子的にその開度が変更制御されるようになっている。また、上記サージタンクは、各気筒毎に対して個々独立した独立分岐管によって接続されている（図２で示す吸気通路３０はこの独立分岐管が示される）。
【００２５】
各排気ポート１１は、排気通路３１に接続されている。この排気通路３１には、それぞれ図示を略すが、その上流側から下流側へ順次、リニア酸素センサ、三元触媒、ＮＯｘ吸収剤が配設されている。なお、上記リニア酸素センサは、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するために用いられるもので、理論空燃比を含む所定範囲において酸素濃度に対してリニアな出力が得られるようになっている。また、ＮＯｘ吸収剤は、排気中の酸素濃度の高い雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下に伴い吸収したＮＯｘを放出し、その放出ＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯ等により還元浄化するＮＯｘ吸収還元タイプのものとされている。
【００２６】
燃焼室６の上部には、４つの吸排気ポート１０，１１（４つの吸排気弁１２、１３）に囲まれた燃焼室６の略中心に、点火プラグ１６が配設されている（図２をも参照）。この点火プラグ１６の先端の電極Ｅは、燃焼室６の天井部から所定距離だけ突出した位置にある。また、燃焼室６の周縁部には、２つの吸気ポート１０間で、その各吸気ポート１０下方において、燃料噴射弁１８が配設されている。この燃料噴射弁１８は、複数の噴口、具体的には６つの噴口を備えたマルチホール型の燃料噴射弁とされている。各噴口は、当該各噴口から噴射される燃料噴霧が後述するよう点火プラグ１６の電極Ｅ近傍及びピストン５上方側に指向するよう、その燃料噴射弁１８の燃料噴射方向が設定されている。
【００２７】
図２において、一方の吸気ポート１０Ａに関連して、スワール弁４０が設けられている。すなわち、２つの吸気ポート１０Ａと１０Ｂとは、シリンダヘッド４内において隔壁４ａによって互いに個々独立されている一方、吸気通路３０の下流端部（独立分岐管の下流端部）には、隔壁４ａに連なる隔壁３０ａが形成されて、２つの吸気ポート１０Ａと１０Ｂとは、燃焼室６側から上流側に向けて所定距離だけ互いに独立した通路となるように構成されている。そして、隔壁３０ａには、一方の吸気ポート１０Ａの開度変更を行うスワール弁４０が配設され、このスワール弁４０の駆動が電磁式のアクチュエータ４０ａによって行われる。これにより、スワール弁４０を全開としたときは、２つの吸気ポート１０Ａ、１０Ｂからほど同量の吸気が導入されて、燃焼室６内でのスワールの生成は実質的に行われないことになる。スワール弁４０を全閉とすることにより、他方の吸気ポート１０Ｂからのみ燃焼室６内に吸気が供給されて、燃焼室６内には図２矢印で示すように吸気のスワールが生成されることになる。スワール弁４０の開度を調整することにより、スワールの強さが変更される。
【００２８】
図３に示すように、燃料噴射弁１８の基端部には、全気筒２に共通の燃料分配管１９が接続されており、その燃料分配管１９は、燃料供給系２０から供給される高圧の燃料を各気筒２に分配供給するようになっている。この燃料供給系２０は、燃料分配管１９と燃料タンク２１とを接続する燃料通路２２を有し、この燃料通路２２には、その上流側から下流側に向けて順次、低圧燃料ポンプ２３、低圧レギュレータ２４、燃料フィルタ２５、高圧燃料ポンプ２６及び燃圧を調節可能とされる高圧レギュレータ２７が接続されている。高圧燃料ポンプ２６及び高圧レギュレータ２７は、リターン通路２９により燃料タンク２１側に接続されている。なお、符合２８は、燃料タンク２１側に戻す燃料の圧力状態を整える低圧レギュレータである。これにより、低圧燃料ポンプ２３により燃料タンク２１から吸い上げられた燃料は、低圧レギュレータ２４により調圧された後、燃料フィルタ２５を介して高圧燃料ポンプ２６に圧送される。そして、高圧燃料ポンプ２６によって昇圧した燃料の一部を高圧レギュレータ２７により流量調節しながらリターン通路２９によって燃料タンク２１側に戻すことで、燃料分配管１９へ供給する燃料の圧力状態を適正値、例えば、１２ＭＰａ〜２０ＭＰａに調整する。
【００２９】
図４には、エンジン１を制御するための制御系統が示される。この図４において、５０は、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラ５０によって、点火回路１７（点火時期制御用）、燃料噴射弁１８（燃料噴射量および燃料噴射タイミング制御用）、燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７（燃圧調整用）、スワール弁４０（のアクチュエータ４０ａ）が制御される他、前述した吸気通路３０に配設された電子制御式のスロットル弁が制御される。このコントローラ５０には、エンジン回転数センサＳ１からのエンジン回転数信号、アクセル開度センサＳ２からのアクセル開度信号、温度センサＳ３からのエンジン冷却水温度信号が、クランク角センサＳ４からのクランク角信号、排気通路に設けた空燃比センサ（前述したリニア酸素センサで構成される）Ｓ６、後述するイオン電流検出回路４２で検出されたイオン電流の大きさが入力される。
【００３０】
次に、コントローラ５０による制御の内容について説明する。
１．燃料噴射制御
燃料噴射制御は、エンジン温度に応じて燃料噴射制御マップが切換えられ、その切換えられたマップに従ってその制御が行われる。燃料噴射制御マップは、エンジン温度が所定値（例えば６０度Ｃ）以上の温間時は、図５に示す温間時のマップが選択される。温間時のマップは、エンジンの運転状態が低負荷・低回転の所定運転領域にある時、成層燃焼領域とされ、その他の運転領域では均一燃焼領域とされる。また、冷間時の燃料噴射制御マップは、図示を略すが、全ての運転領域において均一燃焼領域とされる。
【００３１】
成層燃焼領域では、燃料噴射弁１８による燃料噴射時期を圧縮行程の所定時期、例えば、一括噴射の場合、圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）０°〜６０°の範囲に燃料を噴射させて、点火プラグ１６の近傍に混合気が層状に偏在する状態で燃焼させる成層燃焼が行われる。この成層燃焼領域では、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側になるように、燃料噴射量やスロットル開度が制御される。また、成層燃焼領域以外の領域は、均一燃焼領域とされており、吸気行程において燃料噴射弁１８から燃料を噴射させて吸気と十分に混合し、燃焼室６内に均一な混合気を形成した上で燃焼させる均一燃焼が行われる。この均一燃焼領域では、大部分の運転領域で混合気の空燃比が略理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）になるように、燃料噴射量やスロットル開度が制御されるが、全負荷運転状態では、空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比（Ａ／Ｆ＝１３程度）に制御して、高負荷に対応した大出力が得られるようになっている。なお、エンジン冷間時は、前述したように、全運転領域において均一燃焼が行われる（空燃比は理論空燃比あるいはそれよりもリッチ）。
【００３２】
また、上記低回転・低負荷域となる所定運転領域での高負荷域では、図７に示すように、例えば２段階での分割噴射が実行される。図７に示す分割噴射では、遅い時期に燃料噴射が行われる後段噴射の開始は、例えばＢＴＤＣ３０度〜４０度の範囲に設定され、早い時期に燃料噴射が行われる前段噴射は、後段噴射時期よりも例えばクランク角で４０度程度早い時期に噴射が開始される。上記所定運転領域での高負荷域において、要求される燃料噴射量のうち、後段噴射で噴射される燃料量はほぼ一定量とされて、燃料噴射量の変更は、前段噴射での燃料噴射量の変更によって行われる。
【００３３】
２．燃圧制御
燃圧制御は、エンジン温度に応じて燃圧制御マップが切換えられ、その切換えられたマップに従ってその制御が行われる。燃圧制御マップは、エンジン温度が所定値（例えば、６０度Ｃ）以上の温間時は、図６に示す温間時のマップが選択される。この図６のマップでは、成層燃焼領域では、エンジン回転数の増大に応じて燃圧が徐々に大きくなるように変化され（最低燃圧ａ１が例えば１２ＭＰａとされ、最高燃圧ａ２が例えば２０ＭＰａとされる）。また、均一燃焼領域では、常時、成層燃焼領域での最高燃圧ａ２という一定値とされて、エンジン回転数上昇に伴う燃圧上昇が抑制された状態となる。なお、エンジン温度が所定値よりも低い冷間時は、常時、成層燃焼領域での最高燃圧ａ２に相当する燃圧とされる。また、エンジン始動時の燃圧は、高圧燃料ポンプ２６がカム軸によって駆動される関係で燃圧が十分に上がらないことから、例えば、０．５ＭＰａ程度になっている。
【００３４】
３．スワール制御
エンジン低回転・低負荷域となる所定運転領域では、スワール弁４０が開かれて、燃焼室６内に吸気のスワールが生成される。この場合、スワール弁４０の開度は、上記所定運転領域においては、エンジン負荷の大小にかかわらず例えば常に全閉としてもよいが、低負荷域では開度が大きくされ（全開に近い）、エンジン負荷の増大に伴って徐々に開度が小さくされ、高負荷域で全閉となるように設定することもできる。
【００３５】
次に、図８〜図１１を参照しつつ、燃料噴射弁１８の各噴口について詳述する。まず、図８〜図１０は、燃料噴射弁１８の各噴口から噴射された燃料噴霧の状態を互いに異なる方向から見た状態を示すものである。また、図１１は、マルチホール型の燃料噴射弁１８の軸線を中心に燃料噴射方向先端側を見た時の軸線に対する各噴口の軸線との三次元傾斜角を模式的に示した図である。
【００３６】
図１１において、ＬＢはマルチホール型の燃料噴射弁１８の軸線、Ｌ１ないしＬ６は第１噴口〜第６噴口の各軸線、Ａ１〜Ａ６は第１噴口〜第６噴口から噴射された燃料の噴霧角、Ｅは点火プラグの電極を示している。全噴口の噴口径は同一とされており、例えば、０．１５ｍｍに設定されている。ピストン軸線方向から見たとき、点火プラグ１６の電極Ｅを通る気筒２の直径方向延長線上に、燃料噴射弁１８の軸線ＬＢが位置するように、燃料噴射弁１８が配設されている。図１１において、軸線ＬＢを中心とする径方向の目盛りは、１目盛りが５度の開き角を示しており、また、軸線ＬＢを中心とする周方向の目盛りは、１目盛りが１５度の開き角を示している。
【００３７】
各噴口の軸線の位置関係について説明すると、まず、点火プラグ１６の電極Ｅ周りに濃混合気を成層化するための噴口が、第１噴口〜第３噴口とされている。この第１噴口は下側噴口あるいは特定噴口となるもので、その軸線Ｌ１は、軸線ＬＢから電極Ｅ近傍で下方の所定位置に指向するよう配置されている。なお、第１噴口の軸線Ｌ１、噴霧角Ａ１は、２つの吸気弁１２の最大リフト位置の間に位置、つまり、吸気弁の可動範囲外に位置されている。また、第２噴口は、左側噴口となるもので、その軸線Ｌ２は、軸線ＬＢから電極Ｅ近傍で側方（図中左側）の所定位置に指向するよう配置されている。さらに、第３噴口は右側噴口となるもので、その軸線Ｌ３は、軸線ＬＢから電極Ｅ近傍で側方（図中右側）の所定位置に指向するよう配置されている。なお、第２噴口の軸線Ｌ２、噴霧角Ａ２、第３噴口の軸線Ｌ３、噴霧角Ａ３は、ともに吸気弁１２の最大リフト位置の可動範囲内に位置されている。このように、第１噴口と第２噴口と第３噴口との各軸線は、電極Ｅの近傍を指向しつつ、しかも下方および左右側方から電極Ｅを取り囲むように設定されている。
【００３８】
第４噴口〜第６噴口は、それぞれピストン側噴口となるもので、電極Ｅ近傍以外となるピストン頂面に向けて燃料噴射を行うものである。第４噴口の軸線Ｌ４は、軸線ＬＢからピストン側（図中下方側）でピストン下死点位置よりも上方側の所定位置（図中左側）に指向するよう配置されている。第５噴口の軸線Ｌ５は、軸線ＬＢからピストン側（図中下方側）で、ピストン下死点位置よりも上方側の所定位置（図中センター位置で、第１噴口の軸線Ｌ１の真下位置）に指向するよう配置されている。第６噴口の軸線Ｌ６は、軸線ＬＢからピストン側（図中下方側）でピストン下死点位置よりも上方側の所定位置（図中右側）に指向するよう配置されている。なお、全噴口から噴射された全体の燃料噴霧は、軸線ＬＢを中心とする７０°以下の円錐空間内に収まるように設定されている。
【００３９】
電極Ｅ周りに燃料噴霧を噴射する３つの噴口、つまり下側噴口、左側噴口、右側噴口のうち、下側噴口の燃料噴霧のペネトレーションが左側噴口と右側噴口からのペネトレーションよりも大きくなるように、下側噴口の軸長が左側噴口の軸長および右側噴口の軸長よりも長く設定されている。なお、電極Ｅ周り以外に燃料噴霧を噴射する各ピストン側噴口の軸長は、左側噴口の軸長および右側噴口の軸長と同一に設定されている。以上に加えて、全噴口のうち下側噴口の軸線Ｌ１が、燃料噴射弁１８の軸線ＬＢにもっとも近い位置となるように設定されており、しかも軸線Ｌ１の軸線ＬＢに対する開き角も、他の噴口における軸線Ｌ２〜Ｌ６の軸線ＬＢに対する開き角よりも小さくなるように設定されている。
【００４０】
以上説明したように、点火プラグの電極Ｅの下方及び両側方に、第１噴口〜第３噴口の軸線Ｌ１〜Ｌ３が配置されているため、成層燃焼時、点火プラグの電極Ｅ近傍に微粒化された混合気を集めることができ、着火性を向上することができる。また、軸線ＬＢよりもピストン側に第４噴口〜第６噴口の軸線Ｌ４〜Ｌ６が配置されているため、燃焼室６全体に混合気を存在させることができ、均一燃焼時における混合気の均質化を向上することができる。また、第１噴口と第４噴口〜第６噴口の各軸線Ｌ１、Ｌ４〜Ｌ６は、吸気弁１２の可動範囲外に配置されるため、多噴口としながらも大半の噴口を吸気弁１２の可動範囲外に配置でき、各噴口から噴射される燃料噴霧が吸気弁１２に衝突することを抑制することができる。
【００４１】
ここで、点火プラグの電極Ｅ近傍に配置される第１噴口〜第３噴口の各軸線Ｌ１〜Ｌ３とは、相互干渉効果を得るために、次のような関係に設定されている。すなわち、第１噴口〜第３噴口（第４噴口〜第６噴口についても同じ）は、電極Ｅに対して２０ｍｍ以上離間した距離とされている。また、第１噴口の軸線Ｌ１と第２噴口の軸線Ｌ２との開き角が１５度〜２５度の範囲（実施形態では２０度）となるように設定され、かつ、第１噴口の軸線Ｌ１と第３噴口の軸線Ｌ３との開き角が１５度〜２５度の範囲（実施形態では２０度）となるように設定されている。これにより、第１噴口からの燃料噴霧と第２噴口からの燃料噴霧とが相互干渉効果によって電極Ｅ近傍で互いに連続したものとなり、同様に、第１噴口からの燃料噴霧と第３噴口からの燃料噴霧とが相互干渉効果によって電極Ｅ近傍で互いに連続したものとなる。この相互干渉効果が得られた状態では、図１１において、電極Ｅ近傍において、軸線Ｌ１からＬ２に向けて伸びる連続した燃料噴霧が生成され、かつ軸線Ｌ１から軸線Ｌ３に向けて伸びる連続した燃料噴霧が生成されることになる（図１１において連続した燃料噴霧の形状が略Ｖ字形状となる）。下側噴口からの燃料噴霧のペネトレーションが、左側噴口および右側噴口からの燃料噴霧のペネトレーションよりも大きくなるように設定することにより、相互干渉効果によって、軸線Ｌ１が電極Ｅに対して下方から接近する方向へと大きく移動されてしまう事態が防止あるいは抑制されることになる。
【００４２】
ここで、エンジン低回転・低負荷域での高負荷域では、筒内圧力が大きくなるため、各噴口から噴射された燃料噴霧のペネトレーションが小さくなる。このペネトレーションが小さくなるということは、特に成層化に関連した第１噴口〜第３噴口から噴射された燃料噴霧が、電極Ｅを通りすぎて反対側のシリンダ壁に向かう割合が減少して、電極Ｅ付近に留まる割合が大きくなることを意味する。したがって、成層化を行う所定運転領域において、特に所定運転領域の高負荷域において、スワールを生成することにより、電極Ｅ周りの濃混合気層が、気筒軸線方向から見たとき、電極Ｅを通って燃料噴射弁の軸線と直交する方向のうち、スワールに乗る側に移動、拡散されるので、この高負荷域において電極Ｅ周りが過度にリッチになりすぎるのを防止する上で好ましいものとなる。
【００４３】
上述した電極Ｅ周りでの過度なリッチ化防止のために、前述のように、スワール生成が行われると共に、圧縮行程中での分割噴射が実行される。スワール生成により、電極Ｅを取り囲んでいた濃混合気層はスワールの勢いによって、全体的に電極Ｅからシリンダ壁面方向へと移動されて、電極Ｅ周辺のうち、濃混合気層の移動方向とは反対側には濃混合気層が位置されない状態となる。これにより、初期燃焼割合が低減されて、燃費向上となる。とりわけ、エンジン低回転・低負荷域での低負荷域から、エンジン負荷の増大に伴って徐々にスワールの強さを強くする（スワール弁の開度をエンジン負荷の増大に応じて徐々に小さくする）ことにより、燃料噴射量の増大に応じた適切な強さのスワールとして、電極Ｅ周りに生成される濃混合気層を、着火性を確保しつつ燃費向上を図ることのできる最適な状態に設定することができる。
【００４４】
以上に加えて、前述した分割噴射を行うことによって、一括噴射（例えば図７後段噴射時期で全ての燃料噴射量を実行する噴射）を行う場合に比して、電極Ｅ周りの濃混合気層生成をより一層促進することができる。すなわち、同じ量の燃料噴射を行う場合であっても、分割噴射の場合は、前段噴射された分の燃料噴霧は、電極Ｅへの通電（点火）実行までの期間に燃焼室６内においてかなりの割合が拡散されてしまい、電極Ｅ周りでの濃混合気層生成には殆ど寄与しないこととなる（後段噴射された燃料噴霧のみが実質的に電極Ｅ周りでの濃混合気層生成に寄与する）。エンジン低回転・低負荷域となる所定運転領域での電極Ｅ周りの混合気濃度は、該所定運転領域での低負荷域での電極Ｅ周りの混合気濃度とほぼ同程度となるように設定するのが好ましいものである。
【００４５】
図１２，図１３は、燃料噴射弁１８のシリンダヘッド４に対する取付例を示すものである。図中、４５はシリンダヘッド４に形成された取付孔であり、図１２では、取付孔４５がシリンダヘッド４の外部への開口端面に開口されている様子が示される。シリンダヘッド４の外側端面には、取付孔４５の周縁部において、２つの位置決め用の突起部４ｃ、４ｄが形成されている。この２つの突起部４ｃと４ｄとの間の距離（相対向する面の間の距離）は、所定寸法となるように精度よく仕上げられている。
【００４６】
燃料噴射弁１８は、前記取付孔４５にがたつきなく挿入される筒部１８ｃと、筒部１８ｃの基端部からほぼ径方向に伸びる突起部１８ｄとを有し、この突起部１８ｄの先端部が、外部からの通電用のカプラが着脱自在に接続される接続端子部１８ｅとされている。なお、実施形態では、筒部１８ｃと突起部１８ｄとが一体成形されているが（電気的接続部分は除く）、突起部１８ｄを筒部１８ｃとは別体に形成して、後に互いに周方向および筒部１８ｃの軸線方向に移動しないように規制された状態で一体に組付するようにしてもよい。
【００４７】
燃料噴射弁１８のシリンダヘッド４に対する取付けは、その筒部１８ｃを所定深さまで取付孔４５に挿入することにより行われる。このとき、燃料噴射弁１８の突起部１８ｃが、シリンダヘッド４に形成された一対の突起部４ｃと４ｄとの間に位置される（挟まれる）。燃料噴射弁１８のｃ突起部１８ｃの幅は、一対の突起部４ｃと４ｄとの間の寸法に対応して精度よく仕上げられて、突起部１８ｃが、一対の突起部４ｃと４ｄとの間にがたつきなく挿入される状態とされる（この状態が図１３の状態である）。そして、図１３の取付状態においては、各噴口の電極Ｅに対する位置関係が図１１の状態となるように設定されている。このように、燃料噴射弁１８の突起部１８ｃは、シリンダヘッド４に形成された一対の突起部４ｃ、４ｄと共に、燃料噴射弁１８を所定の取付角度（回動角度）でもってシリンダヘッド４に取付けるための位置決め（用の治具）の機能をも果たすようになっている。前述したように、下側噴口の軸線Ｌ１が燃料噴射弁１８の軸線ＬＢにもっとも近い位置にあるため、燃料噴射弁１８をエンジンへの取付状態からその周方向に回動させたときに、軸線Ｌ１の電極Ｅに対する上下方向の距離の変動量が、他の軸線Ｌ２〜Ｌ６に比して軸線Ｌ１がもっとも小さいものとなる。すなわち、軸線Ｌ１と電極Ｅとの上下方向距離が極力一定値となるようにする上で好ましい設定となっている。
【００４８】
次に、燃焼室内への電極突出量に応じた特定噴口の軸線の位置設定（燃料噴射弁の選択）の点について、図１４〜図２１を参照しつつ説明する。まず、図１４は、シリンダヘッド４に実際に点火プラグ１６を取付けて、電極Ｅの燃焼室６（の上面）からの突出量を計測する一例を示している。なお、使用される点火プラグとしては、あらかじめの検査によって、点火プラグ１６のシリンダヘッド取付孔（の内面に設けられている係止段差面）に対する着座面から中央電極を覆う絶縁碍子先端までの長さの誤差が例えば±０．７ｍｍ以下のものを用いるようにしてある。このような誤差範囲の設定によって、特に大気圧状態（吸気行程および圧縮行程前半での気筒内の圧力状態に相当）において、特定噴口からの燃料噴霧が電極Ｅに直接当接しない態様とされ、しかも電極Ｅから離れすぎない態様とされる。シリンダヘッド４は、各気筒（実施形態では４気筒）に点火プラグ１６が取付けられた状態で、シリンダブロック側の合わせ面４ｇ側を上向にした状態で、基台Ｋ上に載置される。この状態で、例えばレーザ計測器ＬＳによって、各電極Ｅの先端（図１４では上端）の上記合わせ面４ｇからの距離が計測される。この計測結果が、コントローラ５０に内蔵されている記憶手段（メモリ）ＭＲに記憶される。なお、シリンダヘッド４は、その燃焼室形状等を含めて極めて精度よく仕上げられており、シリンダヘッド４そのものの製造誤差は、点火プラグ１６や燃料噴射弁１８（の噴口）の製造誤差に比して、無視できるものとなっている。なお、ＬＳ１はレーザ計測器ＬＳの発光部であり、ＬＳ２はレーザ計測器ＬＳの受光部である。
【００４９】
図１４で示す手法によって得られた計測データは、例えば図１５のようにされる。レーザ計測器ＬＳで得られるデータは、合わせ面４ｇと電極Ｅ先端とのなす距離であるので、この距離が小さいほど、電極Ｅ先端の燃焼室内からの突出量Ｙが大となる。図１５では、電極Ｅ先端の燃焼室内からの突出量が大きい方から小さい方へ順に、３番（ＮＯ３）気筒、１番（ＮＯ１）気筒、２番（ＮＯ２）気筒、４番（ＮＯ４）気筒となっている。
【００５０】
図１６は、燃料噴射弁１８の軸線ＬＢと特定噴口（第１噴口）の軸線Ｌ１とのなす角度θを示すものであり、あらかじめの検査によって、θの所定値からの誤差が例えば±３．５度以下とされた燃料噴射弁１８を用いるようにしてある。４気筒分となる合計４本の燃料噴射弁１８のθが計測されて、そのデータがＩＣタグ等によって各燃料噴射弁１８に付される。実際の計測値を、小さい方から多き方へ順に、θ１、θ２、θ３、θ４とされる。特に図１６から明確なように、θが大きいほど、特定噴口の軸線Ｌ１が、電極Ｅに接近した状態となる。
【００５１】
前述のように計測された電極Ｅの燃焼室内への突出量Ｙ（計測データはＹ１〜Ｙ４）と、角度θ（計測データはθ１〜θ４）とを照合して、その組み合わせが決定される。すなわち、突出量がもっとも大きいＹ１のデータ値を有する点火プラグ１６に対しては、もっとも小さい角度θ１を有する燃料噴射弁１８が対応付けられ、突出量が２番目に大きいＹ２のデータ値を有する点火プラグ１６に対しては、２番目に小さい角度θ２を有する燃料噴射弁１８が対応付けられ、突出量が３番目に大きいＹ３のデータ値を有する点火プラグ１６に対しては、３番目に小さい角度θ３を有する燃料噴射弁１８が対応付けられ、突出量がもっとも小さいＹ４のデータ値を有する点火プラグ１６に対しては、もっとも大きい角度θ４を有する燃料噴射弁１８が対応付けられる。そして、このようにして対応付けられた関係となるように、シリンダヘッド４に対して燃料噴射弁１８が選択的に組付けられ。組付完了状態が図１７に示される。なお、大気圧状態において、特定噴口からの燃料噴霧が電極と干渉しないようにされるが、特定噴口からの燃料噴霧の直径は電極Ｅ近傍において２ｍｍ程度である。
【００５２】
図１７の組付後において、各気筒における電極Ｅと特定噴口の軸線Ｌ１との距離Ｘが、大きい方から小さい方へ順にＸ１〜Ｘ４で示されるが、このＸ１〜Ｘ４は、Ｙ１〜Ｙ４とθ１〜θ４とに基づいて演算により算出される（例えばＸ１はＹ１とθ１とに基づいて参照されるということ）。このように、実施形態では、もっとも大きい距離Ｘ１とされた気筒が３番気筒とされ、２番目に大きい距離Ｘ２とされた気筒が４番気筒とされ、３番目に大きい距離Ｘ３とされた気筒が２番気筒とされ、もっとも小さい距離Ｘ４とされた気筒が１番気筒とされる。そして、前記記憶手段ＭＲには、上記距離Ｘ（Ｘ１〜Ｘ４）とこれに対応する気筒との関係が記憶されるが、少なくとも、もっとも大きい距離Ｘ１を有する気筒（３番気筒）、およびもっとも小さい距離Ｘ４を有する気筒（１番気筒）が記憶される。
【００５３】
図１８は、前述した点火プラグ１６と燃料噴射弁１８とを対応づけて組付ける手順をまとめて示すものである。すなわち、ステップＱ１において、実機用としてそのまま使用されるべきシリンダヘッド４に点火プラグ１６を取付け、次いでステップＱ２において、図１４に示すように各点火プラグ１６における電極Ｅの燃焼室内からの突出量を計測して、その計測結果（Ｙ１〜Ｙ４）を記憶手段ＭＲに記憶させる。ステップＱ２の後は、ステップＱ３において、点火プラグ１６が取付けられたシリンダヘッド４をシリンダブロックに組み付け、通常のエンジンの組立が行われる（クランクシャフト等の組付けも行われる）。
【００５４】
上記ステップＱ１〜Ｑ３とは並行して、ステップＱ５において、全気筒分の燃料噴射弁１８について、軸線ＬＢと特定噴口の軸線Ｌ１との角度θが計測される（θ１〜θ４の計測値を得る）。このステップＱ５で得られた計測値は、各燃料噴射弁１８にタグ等を利用して各燃料噴射弁１８特有のデータとして付される。なお、実施形態では、計測データθ（ステップＱ５での処理）は、エンジン組立工場とは別の場所、より具体的的には燃料噴射弁１８を製造する工場において得るようにしてあり、エンジン組立工場には、あらかじめ計測データθが付された燃料噴射弁１８が納入されるようになっている。
【００５５】
ステップＱ４では、シリンダブロック等に組付けられると共に既に点火プラグ１６が取付けられているシリンダヘッド４に対して、燃料噴射弁１８が取付けられる。この燃料噴射弁１８の取付の際には、電極Ｅの燃焼室内からの突出量Ｙ（Ｙ１〜Ｙ４）に応じて、角度θ（θ１〜θ４）の大きさを対応付けて行われる。
【００５６】
なお、ステップＱ２とステップＱ３との間で、シリンダヘッド４から各点火プラグ１６を全て取外して、ステップＱ４において再びシリンダヘッド４に各点火プラグ１６を取付けるようにしてもよい。この場合、シリンダヘッド４のシリンダブロック等への組付けを、従来同様に、点火プラグ１６が取付けられていない状態で行うことができる。また、ステップＱ２で得られた計測データとステップＱ５の計測で得られたデータとに基づいて、点火プラグ１６と燃料噴射弁１８とを対応付けておき（例えば１つの点火プラグ１６と１つの燃料噴射弁１８とからなる１気筒分のセット体を、全気筒分となる４セットに分けておく）、ステップＱ４において、１つの気筒毎にセット関係にある点火プラグ１６と燃料噴射弁１８とを取付けるようにすることもできる。
【００５７】
図１９は、図１８の変形例を示すものである。本実施形態では、図１８のステップＱ１に対応するステップＱ１１において、用いられるシリンダヘッドが、実際にエンジン組立に使用される実機用ではなくて、エンジンの組立には使用されないダミー用（計測用）とされ、このダミー用シリンダヘッドとしては計測用としての専用品を別途用意してもよいが、実施形態では実機用のものをそのまま流用するようにしてある。ステップＱ１２において、各点火プラグ１６について燃焼室内からの突出量Ｙ（Ｙ１〜Ｙ４）が計測され、その後ステップＱ１３において、ダミー用シリンダヘッドから各点火プラグ１６が取外される。Ｑ１４においては、シリンダヘッド（実機用）がシリンダブロック等に組付けられる。このステップＱ１４は、図１８のステップＱ３に対応するが、シリンダヘッド４には点火プラグ１６が取付けられていない状態である。上記ステップＱ１１〜Ｑ１４と並行して、ステップＱ１６（ステップＱ５対応）において、各燃料噴射弁１８の角度θ（θ１〜θ４）が計測される。そして、最後に、ステップＱ１５において、突出量Ｙと角度θとを対応づけるようにして点火プラグ１６と燃料噴射弁１８との組み合わせせが選択されて、この選択された組み合わせの状態でもって点火プラグ１６と燃料噴射弁１８とがシリンダヘッドに取付けられる。
【００５８】
図２０、図２１は、シリンダヘッド４に点火プラグ１６を実際に取付けることなく、点火プラグ１６の燃焼室内からの突出量Ｙ（に関するデータ）を得るようにしたものである。この点を詳述すると、図２０において、点火プラグ１６の先端部付近の構造は、電極Ｅのうちその中心電極Ｅ１の周囲が絶縁碍子１６ａによって囲まれて、中心電極Ｅ１はその先端部のみが絶縁碍子１６ａから若干露出しており、この露出された中心電極Ｅ１を、複数の周辺電極Ｅ２が取り囲むようになっている。点火プラグ１６には、シリンダヘッド４の取付孔（の内周面）に形成された係止面に当接される着座面１６ｂを有するが、例えばこの着座面１６ｂを基準位置として絶縁碍子１６ａ先端面までの長さ（距離）Ｚが、各点火プラグ１６毎に計測される。絶縁碍子１６ａ先端面からの中心電極Ｅ１の突出長さが一定となるように管理されているが、上記長さＺにはかなりの誤差（例えば±０．７ｍｍ）を有することになり、この長さＺの誤差が、電極Ｅの燃焼室内からの突出量Ｙに誤差を与える極めて大きな要因となる。したがって、上記長さＺを計測することにより、電極Ｅの燃焼室内からの突出量Ｙが推定されることになる。なお、長さＺが大きいほど、突出量Ｙが大きくなる関係にある。
【００５９】
図２１において、ステップＱ２１において、上記長さＺを、全気筒分の点火プラグ１６（実施形態では４気筒なので４個の点火プラグとなる）について計測して、そのデータＺ１〜Ｚ４を得る。そして、Ｚ１〜Ｚ４のうち最大値をＺｍａｘ、最小値をＺｍｉｎ、中間値（２つあり）をＺｘとして分類する。この後、Ｑ２２において、シリンダヘッド４をシリンダブロック等に組付ける通常のエンジン組立が行われる（図１９のＱ１４対応）。
【００６０】
一方、ステップＱ２１、Ｑ２２と並行して、ステップＱ２４において、全気筒分（実施形態では４気筒分）の各燃料噴射弁１８について、その角度θ（θ１〜θ４）を計測する。そして、そして、θ１〜θ４のうち最大値をθｍａｘ、最小値をθｍｉｎ、中間値（２つあり）をθｘとして分類する。
【００６１】
ステップＱ２３では、Ｚｍａｘの点火プラグ１６に対してθｍｉｎの燃料噴射弁１８を対応付け、Ｚｍｉｎの点火プラグ１６に対してθｍａｘの燃料噴射弁１８を対応付け、Ｚｘの点火プラグ１６に対してθｘの燃料噴射弁１８を対応付ける（Ｚｘとθｘとが対応付けられる組数は２組である）。そして、この対応付けの状態でもって、点火プラグ１６と燃料噴射弁１８とがシリンダヘッド４に組付けられる。図２１の実施形態によれば、燃料噴射弁１８については勿論のこと、点火プラグ１６についてもシリンダヘッド４等への組付けを行うことなく突出量Ｙ（に関連した値）を計測して、点火プラグ１６と燃料噴射弁１８との対応付けをエンジン組立工程とは全く別工程でもって行うことができる。なお、ステップＱ２３においては、対応付けされた点火プラグ１６と燃料噴射弁１８との２個セット体として組付工程に供給することにより、取付作業者は、組付に際して点火プラグ１６と燃料噴射弁１８との対応付けを意識することなくその取付作業を行うことができる。
【００６２】
図２２〜図２４は、本発明の別の実施形態を示すもので、燃料噴射弁１８Ｂを燃焼室略中央部に設けた場合（センター噴射の場合）を示す。すなわち、燃焼室略中央部には、点火プラグ１６が気筒軸線に対してかなり傾いた状態で配設されると共に、燃料噴射弁１８Ｂが気筒軸線にほぼ沿うようにして配設されている。燃料噴射弁１８Ｂは、図２４に示すように、周方向等間隔に複数（実施形態では６個）の噴口６１ａ〜６１ｆを有する。各噴口６１ａ〜６１ｆの軸線はそれぞれ、燃料噴射弁１８Ｂの軸線に対して同角度を有するように設定されて、各噴口６１ａ〜６１ｆからの燃料噴霧はそれぞれピストン頂面に向かうように指向されている。そして、１つの特定噴口６１ａが、電極Ｅ近傍の下方を通った後に、ピストン頂面に向かうように設定されている。本実施形態においては、点火プラグ１６の電極Ｅの燃焼室内への突出量が大きいほど、燃料噴射弁１８Ｂの軸線ＬＢと特定噴口６１ａの軸線Ｌ１とのなす角度θが小さい燃料噴射弁１８Ｂが対応付けられる。
【００６３】
図２５、図２６は、電極Ｅと特定噴口の軸線との距離Ｘを検出する別の手法を示すもので、電極（中心電極Ｅ１と周辺電極Ｅ２）を通して流れるイオン電流の大きさに応じて距離Ｘを判別する手法を示すものである。まず、点火プラグ１６は、既知のように、その周辺電極Ｅ２がエンジン１を介してグランドされ、その中心電極Ｅ１が点火回路１７に接続されている。点火回路１７と点火プラグ１６との間に、イオン電流を検出する電流検出回路４２が設けられている。この電流検出回路４２は、点火回路１７から点火プラグ１６へ向けての電流の流れのみを許容する逆流防止ダイオード４２ａを有する。また、電流検出回路４２は、逆流防止ダイオード４２ａよりも点火プラグ１６側において、互いに直列に接続された逆流防止ダイオード４２ｂ、基準電圧源４２ｃ、抵抗器４２ｄを有して、これらの構成要素４２ｂ〜４２ｄを介して点火プラグ１６がグランドされている。さらに、電流検出回路４２は、抵抗器４２ｃ間での電圧を検出する電圧計４２ｅを有している。
【００６４】
エンジン１を運転したとき、点火直前において、電極回りに存在する燃料噴霧によって中心電極Ｅ１と周辺電極Ｅ２との間にイオン電流が流れ、このイオン電流の大きさに応じた電圧が電圧計４２ｅによって検出される（検出電圧が大きいほどイオン電流が大）。イオン電流は、電極Ｅ回りの混合気の空燃比の変化によって図２６に示すように変化する。なお、検出されるイオン電流（記憶されるイオン電流または電圧）は微妙にその大きさが変化されるが、検出値の中での最大値を検出、記憶するようにしてある。混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであることを前提とすると、検出されるイオン電流が大きいほど空燃比がリッチであり（空燃比が理論空燃比よりもリッチな場合はこの逆）、空燃比がリッチであるということは、電極Ｅと特定噴口の軸線との距離Ｘが小さいということになる。このようにして、各気筒についてそれぞれイオン電流（つまり距離Ｘ）が検出、記憶されることになる（少なくとも距離Ｘが最大となる気筒と最小となる気筒が記憶される）。なお、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるかリッチであるかは、例えば空燃比を現在値よりもリーン側に補正したとき（燃料噴射量を減量補正したとき）に、検出されるイオン電流値が小さくなれば現在の空燃比が理論空燃比よりもリーンであり、検出されるイオン電流値が大きくなれば現在の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるということが理解される。なお、イオン電流検出は、エンジンの定常運転状態のときに行えばよい。
【００６５】
上述した電流検出回路４２は、各気筒（各点火プラグ１６）毎に個々に設けてよいが、イオン電流検出回路４２を各気筒共通用として使用することもできる（イオン電流を検出するタイミングが各気筒間において相違するので共通化が可能）。また、イオン電流検出回路４２が搭載された状態でエンジンを出荷することなく、例えばエンジン組立工場での最終検査段階で、イオン電流検出回路４２をエンジンに組み込んで、前述したイオン電流の検出、記憶を行わせた後、イオン電流検出回路４２をエンジンから除去するようにしてもよい（コストの大幅低減となる）。
【００６６】
図２７は、電流検出回路４２に代えて、抵抗検出回路４３を用いたものであり、図２５と同一構成要素には同一符合を付してその重複した説明は省略する。本実施形態では、抵抗器４２ｄ等に対して直列に電流計４３ａを組み込んで、点火直前のタイミング（電極周りに混合気が存在する状態）で、電流計４３ａで電流を検出すればよい。検出される電流は、中心電極Ｅ１と周辺電極Ｅ２との間の絶縁抵抗に相当するが、この絶縁抵抗は、電極周りの混合気の空燃比がリッチであるほど小さくなる。なお、電流計４３ａでの検出電流が大きいほど、絶縁抵抗が小さくなって、電極Ｅと燃料噴霧との間の距離が小さいということになる。
【００６７】
次に、成層燃焼域での燃料噴射制御等の詳細について説明する。
（１）アイドル域
アイドル域では、成層ロバスト性が悪くて、燃焼安定性が確保できる範囲での点火時期や燃料噴射時期の変更幅が小さいものとなる。また、各気筒に着目したとき、電極周りが相対的にリッチとなる距離Ｘが大きい気筒については燃焼安定性が相対的に悪く、距離Ｘが小さい気筒については燃焼安定性が相対的に良いものとなる。よって、アイドル域では、距離Ｘが最大となる気筒（図１７の例では３番気筒）について空燃比をリッチ化する補正を行って、燃焼安定性を確保するようにしてある。このとき、燃焼安定性に余裕のある距離Ｘが最小の気筒（図１７の例では１番気筒）の空燃比をリーン化する補正を行うようにしてある（距離Ｘが中間値にある気筒については空燃比の補正なし）。アイドル域では、実際のエンジン回転数が目標アイドル回転数（例えば５５０ｒｐｍ）となるように空燃比がフィードバック制御されるが、上記リッチ化の補正、リーン化の補正は、このフィードバック補正値を補正することによって行うようにしてある。なお、例えばエンジン回転数が所定回転数以下でかつアクセル開度が０であるときに、アイドル域であると判定するようにしてある。
【００６８】
（２）アイドル域以外の低負荷域
成層燃焼域での低負荷域であっても、アイドル域以外の領域では、アイドル域に比して燃焼安定性の余裕がある領域となる。このような領域にあるときは、空燃比センサＳ６で検出される実際の空燃比が目標空燃比（目標空燃比は理論空燃比よりもリーン）となるように、空燃比フィードバック制御が行われる。このとき、距離Ｘが最小の気筒についてはフィードバック補正値をリーン化補正し、距離Ｘが最大となっている気筒についてはフィードバック補正値がリッチ化補正される。なお、実際の空燃比は、空燃比センサＳ６で検出される検出値数回分（少なくとも全気筒分の排気ガスを検出できる回数）の平均値とされる。
（３）高負荷域
空燃比センサＳ６で検出される空燃比が目標空燃比（目標空燃比は理論空燃比よりもリーン）となるように、空燃比フィードバック制御が行われる。また、距離Ｘが最小となっている気筒の燃料噴射時期が進角されると共に、距離Ｘが最大となっている気筒の燃料噴射時期が遅角される。燃料噴射は、圧縮行程後半と前半での分割噴射とされるが、圧縮行程後半での燃料噴射時期は各気筒間で略同一（実施形態では完全一致）とされて、圧縮行程前半の燃料噴射時期が上述のように距離Ｘに応じて変更される。なお、点火時期は各気筒間において略同一（実施形態では完全一致）とされる。なお、距離Ｘが中間の気筒については、燃料噴射時期の補正は行われないが、距離Ｘについて進角補正用のしきい値と遅角補正用のしきい値とを設定して、このしきい値を境にして、進角させるか遅角させるかを決定するようにしてもよく、また距離Ｘのしきい値からの偏差度合いに応じて進角量あるいは遅角量を変更するようにしてもよい。なお、圧縮行程前半での燃料噴射時期の進角補正量あるいは遅角補正量は、例えば図７の設定状態から１０ｄｅｇ〜２０ｄｅｇ分の補正量とすることができる。
（４）中負荷域
空燃比センサＳ６で検出される空燃比が目標空燃比（目標空燃比は理論空燃比よりもリーン）となるように、空燃比フィードバック制御が行われる。燃料噴射時期や点火時期は各気筒間で相違がなく、基本通りの制御（通常制御）とされる。
【００６９】
上述した成層燃焼域での低負荷域における燃料噴射制御の制御例（コントローラ５０による制御例）を、図２８に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下の説明でＲはステップを示す。まず、Ｒ３１において、エンジン回転数等がデータ入力された後、Ｒ３２において、現在の運転状態が、図５に示すマップに照合して成層燃焼域域であるか否かが判別される。このＲ３２の判別でＹＥＳのときは、Ｒ３３において、図５に示す低負荷域であるか否かが判別される。このＲ３３の判別でＹＥＳのときは、Ｒ３４において、アイドル域であるか否かが判別される。
【００７０】
上記Ｒ３４の判別でＹＥＳのときは、Ｒ３５において、実際のエンジン回転数が目標アイドル回転数となるように、空燃比がフィードバック制御される。フィードバック制御で得られるフィードバック補正値（の基本値）が△ＦＢとされる。次いで、Ｒ３６において、距離Ｘが最大となっている気筒（図１７の例では３番気筒）についてのフィードバック補正値が、Ｒ３５で得られたフィードバック補正値△ＦＢに対してリッチ化用の補正値△ｆ（△ｆ＞０）が加算されて、最終的なフィードバック補正値△Ｆとされる。上記リッチ化用の補正値△ｆは、ある一定値に設定することもできるが、例えば△ＦＢの所定割合（例えば３０％）の大きさの値とすることが好ましい。また、全気筒への燃料噴射量が増大するのを抑制するために、距離Ｘが最小となっている気筒（図１７の例では１番気筒）のフィードバック補正値が、Ｒ３５で得られたフィードバック補正値△ＦＢに対してリーン化用の補正値△ｆ（△ｆ＞０）が減算されて、最終的なフィードバック補正値△Ｆとされる。リッチ化用の補正量とリーン化用の補正量とがそれぞれ等しい値△ｆに設定される。なお、中間の距離Ｘとなっている気筒（図１７の例では２番気筒と４番気筒）については、フィードバック補正値はＲ３５で得られた値△ＦＢがそのまま用いられる。このようにして、全気筒を合わせたトータル的なフィードバック補正量に変動はないものとなる。なお、リッチ化用の補正量とリーン化用の補正量とを相違させた設定とすることも可能であるが、この場合は、リッチ化用の補正量をリーン化用の補正量よりも大きい値に設定しておくのが、燃焼安定性確保の上で好ましいものとなるが、燃費の観点からは、リッチ化用の補正量よりもリーン化用の補正量を大きくするほうが好ましいものとなる。
【００７１】
上記Ｒ３６の後は、各気筒について、Ｒ３６での補正後の燃料噴射量が圧縮行程後半に噴射されて、点火が行われる。Ｒ３７後は、Ｒ３８において、成層燃焼域での定常運転状態のときに、前述したように、イオン電流検出等を利用した距離Ｘの検出、記憶が行われる。
【００７２】
前記Ｒ３４の判別でＮＯのときは、Ｒ３９において、実際の空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御補正値△ＦＢが決定される（Ｒ３５対応）。この後、Ｒ４０において、距離Ｘ最大となっている気筒のフィードバック補正値△ｆ分だけリッチ化補正され、距離最小となっている気筒のフィードバック補正値が△ｆ分だけリーン化補正される（Ｒ３６対応）。なお、距離Ｘが中間の大きさとなっている気筒のフィードバック補正値の変更はない。Ｒ４０の後は、Ｒ４１（Ｒ３７対応）を得た後、Ｒ３８に移行する。
【００７３】
前記Ｒ３３の判別でＮＯのときは、Ｒ４２において、図５に示す成層燃焼域内での高負荷域であるか否かが判別される。このＲ４２の判別でＹＥＳのときは、Ｒ４３において、距離Ｘが最小となっている気筒の燃料噴射時期が進角補正されると共に、距離Ｘが最大となっている気筒の燃料噴射時期が遅角補正される。なお、距離Ｘが中間の大きさとなっている気筒については燃料噴射時期の補正は行われない。この燃料噴射時期の変更は、圧縮行程前半での燃料噴射時期であって、圧縮行程後半での燃料噴射時期は各気筒間で同一とされる。このＲ４３の後は、Ｒ４４（Ｒ３７対応）において燃料噴射が実行された後、Ｒ３８に移行する。
【００７４】
前記Ｒ４２の判別でＮＯのときは、成層燃焼域内での中負荷域となる。このときは、空燃比や燃料噴射時期が各気筒間で相違されることなく、通常の（基本の）制御が行われる。なお、前記Ｒ３２の判別でＮＯのときは、成層燃焼域ではなくて本発明とは直接関係のない領域なので、そのままリターンされる。
【００７５】
図２９は、参考例を示すもので、例えば成層燃焼域での高負荷域において、距離Ｘの代わりに、各気筒間での角速度の相違（変動）を加味して、つまり各気筒での図示平均有効圧力に対応した状態を加味して、燃料噴射の制御を行うようにしたものである。すなわち、ある気筒で点火が行われると、角速度は徐々に大きくなった後、徐々に低下され、次の気筒の点火が行われると角速度が再び徐々に大きくなった後、低下されることになるが、この角速度が変動する様子を重ね合わせて示したのが図２９となる。なお、図２９で示す変動幅は、角速度の最大値同士の偏差としてある。角速度が大きくなる気筒においては燃焼トルクが大きいつまり図示平均有効圧力が大きいということであり、逆に角速度が小さくなる気筒では燃焼トルクが小さいつまり図示平均有効圧力が小さいということである。換言すれば、図示平均有効圧力が小さくなっている気筒ほど、電極Ｅと特定噴口の軸線との距離Ｘが小さい気筒であって、電極周りの空燃比がリッチであってくすぶりを生じやすくて、スモークやＮＯｘが発生しやすいい気筒であると考えることができる。
【００７６】
成層燃焼域での定常運転状態において、各気筒毎に、点火直後に角速度（クランク角の変化速度）を検出して、角速度（の最大値）が最小となる気筒、あるいは角速度があらかじめ設定された所定値よりも小さい気筒が、図示平均有効圧力が小さい気筒であると判定されて、記憶手段ＭＲに記憶される。図示平均有効圧力が小さいと判定された気筒については、燃料噴射時期が進角補正される（図２８のＲ４３対応）。なお、図示平均有効圧力に関連した値の検出手法としては、従来提案されている種々の手法を適宜採択できるものであるが、角速度に基づいて行うのが、特別のセンサ等を別途設けなくてもすむので、コストや実施化等の上で好ましいものとなる。
【００７７】
以上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、特許請求の範囲に記載された範囲において種々の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。燃料噴射弁１８（１８Ｂ）の噴口の数は、５あるいは７以上であってもよい。各噴口の径および長さを互いに同一に設定してもよい。１つの気筒について、吸気ポート（切換弁）の数は１あるいは３以上であってもよい。電極Ｅ周りの濃混合気層生成を抑制するために、スワール生成と圧縮行程での分割噴射との両方を行うことなく、いずれか一方のみを行うようにしてもよく、スワールを生成しないものであってもよい。４気筒エンジンに限らず、２気筒以上の多気筒エンジンに適用できるものである。成層燃焼域での高負荷域において、燃料噴射時期の進角補正量を、距離Ｘ（あるいは図示平均有効圧力）が小さい気筒から大きい気筒へと順次小さくなるようにして、複数気筒について進角補正するようにしてもよく、これ加えて、燃料噴射時期の遅角補正量を、距離Ｘ（あるいは図示平均有効圧力）が大きいほうから小さい方へと順次小さくなるようにして複数気筒について遅角補正するようにしてもよい。距離Ｘの大きさに応じて、燃料噴射時期の進角あるいは遅角の補正量を変更するようにしてもよい。各噴口の設定（径や長さ）は適宜設定できるものであり、全噴口共に同じ設定とすることもできる。成層燃焼域の全域において、圧縮行程後半のみに燃料噴射を行うものであってもよい（この場合、燃料噴射時期の進角補正あるいは遅角補正は、圧縮行程後半での燃料噴射時期の補正となる）。勿論、本発明の目的として、実質的に好ましいあるいは利点として表現された発明を提供することをも暗黙的に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明が適用されたエンジンの一例を示す要部側面断面図。
【図２】スワール生成部分を含む燃焼室付近の簡略平面図。
【図３】燃料系統例を示す系統図。
【図４】制御系統例をブロック図的に示す図。
【図５】成層燃焼領域と均一燃焼領域との設定例を示す図。
【図６】エンジン回転数変化に応じた燃圧変化の設定例を示す図。
【図７】分割噴射の一例を示す図。
【図８】複数噴口から噴射される燃料噴霧の状態を示す斜視図。
【図９】複数噴口から噴射される燃料噴霧の状態を示す側方から見た図。
【図１０】複数噴口から噴射される燃料噴霧の状態を示す燃料噴射弁の反対側から見た図。
【図１１】複数噴口の設定例の詳細を示すもので、燃料噴射弁の軸線方向から見たときの図。
【図１２】シリンダヘッドに対する燃料噴射弁の取付例を示すもので、取付直前の状態を示す斜視図。
【図１３】シリンダヘッドに対する燃料噴射弁の取付例を示すもので、取付完了状態を示す斜視図。
【図１４】燃焼室内への電極突出量を計測する一例を示す簡略側面図。
【図１５】図１４での計測結果の一例を示す図。
【図１６】特定噴口の軸線と燃料噴射弁の軸線とのなす角度θの変化が、特定噴口の軸線と電極との距離の変化に与える状況を示す簡略側面図。
【図１７】電極の燃焼室内への突出量Ｙと角度θとを対応づけて組付けた状態と、そのときの電極と特定噴口からの燃料噴霧との位置関係を示す図。
【図１８】点火プラグと燃料噴射弁との組付工程を示すブロック図。
【図１９】図１８の変形例を示すブロック図。
【図２０】電極の燃焼室内への突出量に関するデータを、点火プラグ単独状態でもって得ることを説明するための要部図。
【図２１】図２０で得られた計測値を用いて点火プラグと燃料噴射弁とのエンジンへの組付工程を示すもので、図１８、図１９に対応したブロック図。
【図２２】燃料噴射弁を燃焼室の略中央部に設けた場合の実施形態を示す要部斜視図。
【図２３】図２２の構造において、電極と燃料噴射弁の噴射方向との関係を示す簡略側面断面図。
【図２４】図２３を下方側（ピストン頂面側）から見たときの図。
【図２５】イオン電流を検出する回路例を示す図。
【図２６】イオン電流と空燃比との関係を示す図。
【図２７】点火プラグ電極の絶縁抵抗を検出する回路例を示す図。
【図２８】本発明の制御例を示すフローチャート。
【図２９】気筒間での角速度の大小関係を示す図。
【符号の説明】
【００７９】
１：エンジン
３：シリンダブロック
４：シリンダヘッド
５：ピストン
６：燃焼室
１０（１０Ａ、１０Ｂ）：吸気ポート
１２：吸気弁
１６：点火フプラグ
１６ａ：絶縁碍子
１６ｂ：着座面（基準位置）
１７：点火回路
１８：燃料噴射弁
１８Ｂ：燃料噴射弁（図２２〜図２４）
４２：イオン電流検出回路
４３。絶縁抵抗検出回路
６１ａ：特定噴口（図２４）
Ｅ：点火プラグの電極
Ｅ１：中心電極
Ｅ２：周辺電極
ＬＢ：燃料噴射弁の軸線
Ｌ１：第１噴口（特定噴口）の軸線
Ａ１：第１噴口（特定噴口）から噴射された燃料の噴霧角
ＬＳ：計測器（電極の燃焼室内からの突出量を計測）
ＭＲ：記憶手段（検出値の記憶用）
Ｙ（Ｙ１〜Ｙ４）：電極の燃焼室内への突出量
θ（θ１〜θ４）：特定噴口の軸線と燃料噴射弁の軸線とのなす角度
Ｘ（Ｘ１〜Ｘ４）：電極と特定噴口の軸線との距離
Ｓ１：エンジン回転数センサ
Ｓ６：空燃比センサ（リニア酸素センサ）
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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