(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内の燃焼室に直接噴射した燃料の挙動をタンブル流によって制御するエンジンの燃料制御装置であって、
上記燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
上記燃焼室内にタンブル流を生成するタンブル流生成手段と、
上記気筒の吸気行程中に設定された第１の噴射時期に、上記燃料噴射弁から燃料を噴射させると共に、上記気筒の圧縮工程後半に設定された第２の噴射時期に、上記燃料噴射弁から、上記第１の噴射時期における燃料噴射量よりも少量の燃料を噴射させる燃料噴射弁制御手段とを有し、
上記燃料噴射弁は、上記燃焼室の天井の周縁部の上記吸気ポート側に配置され、上記エンジンの吸気ポート側から排気ポート側へ向かって斜め下方に燃料を噴射し、
上記エンジンのピストン冠面には、このピストン冠面における上記燃料噴射弁から離間した側の端部から上記燃料噴射弁側へ斜め上方に延びる斜面が形成され、
上記第２の噴射時期は、上記ピストン冠面の斜面の延長線上に、上記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の下端部分が位置する時期に設定されることにより、上記第２の噴射時期に上記燃料噴射弁から噴射された燃料は、上記ピストン冠面の斜面に沿って上記燃料噴射弁側へ斜め上方に流れるタンブル流の下部と対向する方向へ噴射される、
ことを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【請求項２】
上記燃料噴射弁制御手段は、圧縮上死点前５０°乃至９０°の期間内に設定された上記第２の噴射時期に、上記燃料噴射弁から燃料を噴射させる請求項１に記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項３】
上記燃料噴射弁制御手段は、上記第２の噴射時期に、全燃料噴射量の１０％乃至２０％の燃料を上記燃料噴射弁から噴射させる請求項１又は２に記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項４】
上記タンブル流生成手段は、上記エンジンの吸気ポートであり、
上記エンジンの点火プラグは、上記燃焼室の天井の中央部に設けられている、請求項１乃至３の何れか１項に記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項５】
上記燃料噴射弁による燃料の噴射方向と、上記ピストン冠面の斜面が上記燃料噴射弁側へ斜め上方に延びる方向とが平行である請求項４に記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項６】
上記燃料噴射弁制御手段は、温間時の上記エンジンの運転状態が相対的に高負荷側且つ低回転側の領域内である場合、上記第２の噴射時期に上記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、温間時の上記エンジンの運転状態が相対的に高負荷側且つ低回転側の領域外である場合、又は冷間時、上記第２の噴射時期に上記燃料噴射弁から燃料を噴射させない、請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃料制御装置に係わり、特に、気筒内の燃焼室に直接噴射した燃料の挙動をタンブル流によって制御するエンジンの燃料制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの運転状態が高負荷側且つ低回転側の領域内にある場合、燃焼室内における混合気の不均質性や火花点火後の火炎伝播の遅さにより、ノッキングやプリイグニッションのような異常燃焼が発生しやすくなる。このノッキング等の異常燃焼を抑制する手法として、点火時期を圧縮上死点後まで大幅に遅角させることが知られている。しかしながら、点火時期を圧縮上死点後まで遅角させると、燃焼室内の燃焼圧力が低下するので、エンジンの出力トルクが低下する。
【０００３】
そこで、燃焼室内への燃料の噴射を複数回に分割することにより、ノッキングを抑制しつつ高トルクを確保する技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載されたエンジンの制御方法では、エンジンの運転状態が相対的に低速の第１回転域にあるときには、点火時期の遅角量を、高速側の第２回転域にあるときの点火時期の遅角量よりも大きく設定し、燃料の噴射態様を、少なくとも２回噴射する分割噴射にし、分割噴射の最終段の噴射時期を圧縮行程前半に設定する。圧縮工程前半において燃焼室内に噴射された燃料は、気化潜熱により燃焼室内の混合気の温度を低下させるので、ノッキングを抑制することができ、その分点火時期を進角させてトルクを向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９２４７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、火花点火後の火炎伝播速度を増大させると、ノッキングの発生前に混合気を正常燃焼させることができるので、耐ノック性が向上することが知られている。
しかしながら、上述した特許文献１のエンジンの制御方法では、圧縮工程前半において燃焼室内に噴射された燃料が圧縮工程中に燃焼室内に概ね均等に拡散した状態で点火時期を迎えるので、燃料の分割噴射を行わない場合と比較して点火プラグ周りの混合気の空燃比に変わりはなく、火炎伝播速度に大きな差異は生じない。
即ち、上述したような従来のエンジンの制御方法には、火炎伝播速度の増大によって耐ノック性をさらに向上させ、点火時期を進角させてトルクを向上する余地がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ノッキング等の異常燃焼が発生しやすい運転領域においても、ノッキングを抑制しつつ高トルクを達成することができる、エンジンの燃料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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明のエンジンの燃料制御装置は、気筒内の燃焼室に直接噴射した燃料の挙動をタンブル流によって制御するエンジンの燃料制御装置であって、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内にタンブル流を生成するタンブル流生成手段と、気筒の吸気行程中に設定された第１の噴射時期に、燃料噴射弁から燃料を噴射させると共に、気筒の圧縮工程後半に設定された第２の噴射時期に、燃料噴射弁から、第１の噴射時期における燃料噴射量よりも少量の燃料を、燃焼室内のタンブル流に対向する方向へ噴射させる燃料噴射弁制御手段とを有し、燃料噴射弁は、燃焼室の天井の周縁部の吸気ポート側に配置され、エンジンの吸気ポート側から排気ポート側へ向かって斜め下方に燃料を噴射し、エンジンのピストン冠面には、このピストン冠面における燃料噴射弁から離間した側の端部から燃料噴射弁側へ斜め上方に延びる斜面が形成され、第２の噴射時期は、ピストン冠面の斜面の延長線上に、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の下端部分が位置する時期に設定されることにより、第２の噴射時期に燃料噴射弁から噴射された燃料は、ピストン冠面の斜面に沿って燃料噴射弁側へ斜め上方に流れるタンブル流の下部と対向する方向へ噴射されることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、燃料噴射弁制御手段は、第１の噴射時期に燃料噴射弁から燃料を噴射させると共に、第２の噴射時期に、燃料噴射弁から、第１の噴射時期における燃料噴射量よりも少量の燃料を、燃焼室内のタンブル流に対向する方向へ噴射させるので、第２の噴射時期の燃料噴射においては、燃料噴射弁から噴射された燃料の運動エネルギーを、燃料の噴射方向に対向して流れるタンブル流の運動エネルギーによって相殺させることで、燃料がタンブル流を貫徹することなく、タンブル流内にリッチな領域を形成することができ、このリッチな領域をタンブル流に伴って流動させて点火時期に点火プラグの先端の周辺に位置させることにより、点火プラグによる着火性を向上させると共に、火炎伝播速度の増大によって耐ノック性を向上させることができる。また、第１の噴射時期に大部分の燃料を噴射することによって、燃料の気化を促進して気化潜熱による混合気の冷却を図り、耐ノック性をより向上させることができる。これにより、ノッキング等の異常燃焼が発生しやすい運転領域においても、ノッキングを確実に抑制することができ、その分点火時期を進角させてトルクを向上させることができる。また、第１の噴射時期に大部分の燃料を噴射することにより、燃料を燃焼室内に均等に分布させて均質燃焼を実現することができ、これにより、エミッション性能を向上させることもできる。
また、ピストン冠面における燃料噴射弁から離間した側の端部から燃料噴射弁側へ斜め上方に延びる斜面に沿って燃料噴射弁側へ斜め上方に流れるタンブル流の下部と対向する方向へ燃料を噴射させることができ、これにより、燃料がリッチな領域をタンブル流内に形成して、このリッチな領域をタンブル流に伴って流動させて点火時期に点火プラグの先端の周辺に確実に位置させることができ、火炎伝播速度を確実に増大させることができる。
【０００８】
また、本発明において、好ましくは、燃料噴射弁制御手段は、圧縮上死点前５０°乃至９０°の期間内に設定された第２の噴射時期に、燃料噴射弁から燃料を噴射させる。
このように構成された本発明においては、燃料の噴射方向がタンブル流に対向するタイミングで確実に燃料を噴射させることができ、これにより、燃料がリッチな領域をタンブル流内に形成して、このリッチな領域をタンブル流に伴って流動させて点火時期に点火プラグの先端の周辺に確実に位置させることができ、火炎伝播速度を確実に増大させることができる。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、燃料噴射弁制御手段は、第２の噴射時期に、全燃料噴射量の１０％乃至２０％の燃料を燃料噴射弁から噴射させる。
このように構成された本発明においては、タンブル流内に形成したリッチな領域が点火時期に点火プラグの先端の周辺まで流動したときに、点火プラグの先端周辺の混合気を適度にリッチにして火炎伝播速度を確実に増大させることができると共に、点火プラグから遠い領域の混合気が過度にリーンとなって燃焼が不安定になることを防止することができる。
【００１０】
また、本発明において、好ましくは、タンブル流生成手段は、エンジンの吸気ポートであり、エンジンの点火プラグは、燃焼室の天井の中央部に設けられている。
このように構成された本発明においては、燃料がリッチな領域をタンブル流内に形成して、このリッチな領域をタンブル流に伴って流動させて点火時期に点火プラグの先端の周辺に確実に位置させることができ、火炎伝播速度を確実に増大させることができる。
【００１１】
また、本発明において、好ましくは、燃料噴射弁による燃料の噴射方向と、ピストン冠面の斜面が燃料噴射弁側へ斜め上方に延びる方向とが平行である。
このように構成された本発明においては、燃料の噴射方向を、ピストン冠面の斜面に沿って燃料噴射弁側へ斜め上方に流れるタンブル流の流動方向に確実に対向させることができ、これにより、燃料がリッチな領域をタンブル流内に形成して、このリッチな領域をタンブル流に伴って流動させて点火時期に点火プラグの先端の周辺により確実に位置させることができ、火炎伝播速度を確実に増大させることができる。
【００１２】
また、本発明において、好ましくは、燃料噴射弁制御手段は、温間時のエンジンの運転状態が相対的に高負荷側且つ低回転側の領域内である場合、第２の噴射時期に燃料噴射弁から燃料を噴射させ、温間時のエンジンの運転状態が相対的に高負荷側且つ低回転側の領域外である場合、又は冷間時、第２の噴射時期に燃料噴射弁から燃料を噴射させない。
このように構成された本発明においては、温間時のエンジンの運転状態がノッキングの生じやすい第１又は第２の領域内である場合には、第２の噴射時期に燃料噴射を行い、点火時期において点火プラグ周辺にリッチ領域を形成することによって火炎伝播速度を増大させて耐ノック性を向上させる一方、エンジンの運転状態がノッキングの生じにくい第３の領域内または冷間時である場合には、第１の噴射時期に燃料を一括噴射して、燃料の気化を促進すると共に燃料を燃焼室内に均等に分布させることにより、エミッション性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるエンジンの燃料制御装置によれば、ノッキング等の異常燃焼が発生しやすい運転領域においても、ノッキングを抑制しつつ高トルクを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態によるエンジンの燃料制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態によるエンジンのインジェクタ及び点火プラグの詳細構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態によるエンジンのピストンを示す図であり、図３（ａ）はピストンの平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図である。
【図４】本発明の実施形態によるエンジンの運転領域の説明図である。
【図５】本発明の実施形態によるエンジンの燃料制御装置による燃料噴射タイミングを示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施形態による燃料制御装置によって吸気行程中に燃料が噴射されたときの燃焼室内の状態を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態による燃料制御装置によって下死点近傍で燃料が噴射されたときの燃焼室内の状態を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態による燃料制御装置によって圧縮工程後半に燃料が噴射されたときの燃焼室内の状態を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態による燃料制御装置による点火時期における燃焼室内の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの燃料制御装置を説明する。
【００１６】
［装置構成］
まず、図１により、本発明の実施形態によるエンジンの燃料制御装置が適用されたエンジンの装置構成を説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの燃料制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
【００１７】
図１において、符号１は本発明の実施形態によるエンジンの燃料制御装置が適用されたエンジンを示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、気筒２が設けられたシリンダブロック４（なお、図１では、１つの気筒２のみを図示するが、例えば４つの気筒２が直列に設けられる）と、このシリンダブロック４上に配設されたシリンダヘッド６と、シリンダブロック４の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン８とを有している。各気筒２内には、コンロッド１０を介してクランクシャフト１２と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。シリンダヘッド６と、気筒２と、ピストン１４とは、燃焼室１６を画定する。
【００１８】
シリンダヘッド６には、気筒２毎に、各々独立した２つの吸気ポート１８及び２つの排気ポート２０が形成されていると共に、これら吸気ポート１８及び排気ポート２０には、燃焼室１６側の開口を開閉する吸気バルブ２２及び排気バルブ２４がそれぞれ配設されている。吸気ポート１８は、燃焼室１６内に縦方向の渦流（タンブル流）を生成するタンブル流生成手段として機能する。
また、シリンダヘッド６の下面は、燃焼室１６の天井２６を形成している。この天井２６は、中央部からシリンダヘッド６下端まで延びる２つの対向する傾斜面を有する、いわゆるペントルーフ型となっている。
【００１９】
シリンダヘッド６にはまた、気筒２毎に、気筒２内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ２８が取り付けられている。インジェクタ２８は、その噴口３０が、燃焼室１６の天井２６の周縁部において２つの吸気ポート１８の間から斜め下方に向かってその燃焼室１６内に臨むように配設されている。このインジェクタ２８は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１６内に直接噴射する。このインジェクタ２８の詳細構造については、後述する。
【００２０】
シリンダヘッド６にはまた、気筒２毎に、燃焼室１６内の混合気に強制点火する点火プラグ３２が取り付けられている。点火プラグ３２は、燃焼室１６の天井２６の中央部から下方へ延びるように、シリンダヘッド６内を貫通して配置されている。点火プラグ３２には、点火プラグ３２に電圧を供給する点火回路３４が接続されている。
【００２１】
シリンダヘッド６にはまた、各気筒２の吸気バルブ２２及び排気バルブ２４をそれぞれ駆動するバルブ駆動機構３６が設けられている。このバルブ駆動機構３６は、例えば、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４のリフト量を変更することが可能な図外の可変バルブリフト機構（ＶＶＬ）、及び、クランクシャフト１２に対するカムシャフトの回転位相を変更することが可能な図外のバルブ位相可変機構（ＶＶＴ）を備えている。
【００２２】
図外の燃料タンクとインジェクタ２８との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、インジェクタ２８に所望の燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム３８が介設されている。インジェクタ２８に供給される燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更される。
【００２３】
エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒２の吸気ポート１８に連通するように吸気通路４０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒２の燃焼室１６からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４２が接続されている。
【００２４】
エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）４４によって制御される。ＰＣＭ４４は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ４４が制御器を構成する。
【００２５】
ＰＣＭ４４には、各種センサからの検出信号が入力される。具体的には、ＰＣＭ４４には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、クランクシャフト１２の回転角を検出するクランク角センサ、車両のアクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ等（何れも図示省略）の検出信号が入力される。
ＰＣＭ４４は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ２８、点火回路３４、バルブ駆動機構３６、燃料供給システム３８等へ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ４４は、エンジン１を運転する。詳細は後述するが、ＰＣＭ４４は、本発明におけるエンジン１の燃料制御装置に相当し、燃料噴射弁制御手段として機能する。
【００２６】
［ピストン、インジェクタ及び点火プラグの詳細構造］
次に、図２及び図３を参照して、本発明の実施形態によるエンジン１のピストン１４、インジェクタ２８及び点火プラグ３２の詳細構造を説明する。図２は、本発明の実施形態によるエンジン１のインジェクタ２８及び点火プラグ３２の詳細構造を示す斜視図である。また、図３は、本発明の実施形態によるエンジン１のピストン１４を示す図であり、図３（ａ）はピストン１４の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図である。
【００２７】
図２に示すように、インジェクタ２８は、複数の噴口３０を有する多噴口型のインジェクタである。このインジェクタ２８は、インジェクタ２８の軸線方向が水平方向から傾斜角αだけ下方に傾斜するように設けられている。これにより、インジェクタ２８の各噴口３０から噴射された燃料噴霧は、燃焼室１６の天井２６の周縁部から斜め下方に向かって放射状に広がる。
【００２８】
図２及び図３に示すように、ピストン１４の頂部を形成するピストン冠面４６は、その中央に向かって隆起するように凸型に形成されている。具体的には、ピストン冠面４６は、ピストン冠面４６のインジェクタ２８側の端部からピストン冠面４６の中央に向かって斜め上方に延びるインジェクタ側斜面４８と、ピストン冠面４６のインジェクタ２８から離間した側（以下、必要に応じて「反インジェクタ側」）の端部からピストン冠面４６の中央に向かって斜め上方に延びる反インジェクタ側斜面５０とを備えている。これらのインジェクタ側斜面４８及び反インジェクタ側斜面５０は、燃焼室１６の天井２６に沿うように形成されている。
特に、反インジェクタ側斜面５０は、インジェクタ２８の軸線方向（即ち、インジェクタ２８による燃料の噴射方向）と、反インジェクタ側斜面５０がピストン冠面４６の反インジェクタ側の端部から中央に向かって斜め上方に延びる方向（即ちインジェクタ２８側へ斜め上方に延びる方向）とがほぼ平行となるように、その傾斜角θが設定されている。即ち、インジェクタ２８の傾斜角αと反インジェクタ側斜面５０の傾斜角θとはほぼ等しい。
【００２９】
また、ピストン冠面４６のインジェクタ２８側の端部及び反インジェクタ２８側の端部には、ピストン冠面４６の基準面となる水平面５２が形成されている。
さらに、ピストン冠面４６のインジェクタ２８側の端部には、ピストン１４と吸気バルブ２２との接触を回避するように窪んだ吸気バルブリセス５４が形成され、反インジェクタ側斜面５０には、ピストン１４と排気バルブ２４との接触を回避するように窪んだ排気バルブリセス５６が形成されている。
【００３０】
また、ピストン冠面４６の中央には、平面視でほぼ円形に窪んだキャビティ５８が形成されている。このキャビティ５８は、平面視でほぼ円形の水平な底面６０と、その底面６０の外周から上方へ拡がるように傾斜して延びる側面６２とによって形成される。ピストン１４が上死点に位置した場合、点火プラグ３２の先端がキャビティ５８内に臨んで配置され、これにより、点火プラグ３２の先端を中心とした略球状の燃焼空間が構成される。
【００３１】
［燃料噴射タイミング］
次に、図４乃至図９を参照して、本発明の実施形態によるエンジン１の燃料制御装置による燃料噴射タイミングの制御を説明する。図４は、本発明の実施形態によるエンジン１の運転領域の説明図であり、図４における横軸はエンジン回転数を示し、縦軸はエンジン負荷を示す。図５は、本発明の実施形態によるエンジン１の燃料制御装置による燃料噴射タイミングを示すタイムチャートであり、図５における横軸は圧縮上死点前のクランク角（ｄｅｇ  ＢＴＤＣ）を示す。また、燃料噴射時期を示すバーの上の数字は、１サイクルにおける全燃料噴射量を１０とした場合における各燃料噴射時期の燃料噴射量を表している。また、図６は、本発明の実施形態による燃料制御装置によって吸気行程中に燃料が噴射されたときの燃焼室１６内の状態を示す断面図であり、図７は、本発明の実施形態による燃料制御装置によって下死点近傍で燃料が噴射されたときの燃焼室１６内の状態を示す断面図であり、図８は、本発明の実施形態による燃料制御装置によって圧縮工程後半に燃料が噴射されたときの燃焼室１６内の状態を示す断面図であり、図９は、本発明の実施形態による燃料制御装置による点火時期における燃焼室１６内の状態を示す断面図である。
【００３２】
まず、図４に示すように、ＰＣＭ４４は、水温センサ、クランク角センサ、アクセル開度センサ等から入力された検出信号に基づき、温間時においてエンジン負荷が相対的に高く且つエンジン回転数が相対的に低い領域（図４における第１の領域）では、ノッキングの抑制や出力トルクの向上を目的として、１サイクルにおける燃料の噴射を３回に分割して実施する。
また、温間時において第１の領域よりもエンジン負荷が相対的に低い領域及びエンジン回転数が相対的に高い領域（温間時においてエンジン負荷が相対的に中程度且つエンジン回転数が低い領域、及び、エンジン負荷が相対的に高く且つエンジン回転数が相対的に中程度の領域。図４における第２の領域）では、ノッキングの抑制や出力トルクの向上を目的として、１サイクルにおける燃料の噴射を２回に分割して実施する。
さらに、温間時において第２の領域よりもエンジン負荷が相対的に低い領域及びエンジン回転数が相対的に高い領域（温間時においてエンジン負荷が相対的に低い領域及びエンジン負荷が相対的に高い領域。図４における第３の領域）では、各サイクルにおいて燃料を一括噴射させる。また、冷間時においてもＰＣＭ４４は各サイクルにおいて燃料を一括噴射させる。このように、ＰＣＭ４４は、エンジン１の運転状態に応じて、１サイクルにおける燃料の噴射回数を切り替えるように構成されている。但し、燃料噴射回数切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。
【００３３】
具体的には、図５に示すように、ＰＣＭ４４は、エンジン１の運転状態が図４に示した第１の領域内である場合、気筒２の吸気行程中、より詳細には２７０［ｄｅｇ  ＢＴＤＣ］付近に設定された吸気行程噴射時期（第１の噴射時期）と、下死点（１８０［ｄｅｇ  ＢＴＤＣ］）近傍に設定された下死点噴射時期と、気筒２の圧縮工程後半、より詳細には５０乃至９０［ｄｅｇ  ＢＴＤＣ］の期間内に設定された圧縮工程後半噴射時期（第２の噴射時期）との３つの時期に分割して、インジェクタ２８から燃料を噴射させる。各噴射時期における燃料噴射量の比率は、１サイクルにおける全燃料噴射量を１０とした場合、吸気行程噴射時期：下死点噴射時期：圧縮工程後半噴射時期＝５：４：１である。即ち、ＰＣＭ４４は、圧縮工程後半噴射時期に、全燃料噴射量の１０％の燃料をインジェクタ２８から噴射させる。なお、１サイクルにおける全燃料噴射量は、混合気が全体として理論空燃比よりも薄いリーン状態となるように設定される。
【００３４】
また、ＰＣＭ４４は、エンジン１の運転状態が図４に示した第２の領域内である場合、気筒２の吸気行程中、より詳細には２７０［ｄｅｇ  ＢＴＤＣ］付近に設定された吸気行程噴射時期（第１の噴射時期）と、気筒２の圧縮工程後半、より詳細には５０乃至９０［ｄｅｇ  ＢＴＤＣ］の期間内に設定された圧縮工程後半噴射時期（第２の噴射時期）との２つの時期に分割して、インジェクタ２８から燃料を噴射させる。各噴射時期における燃料噴射量の比率は、１サイクルにおける全燃料噴射量を１０とした場合、吸気行程噴射時期：圧縮工程後半噴射時期＝９：１である。即ち、ＰＣＭ４４は、圧縮工程後半噴射時期に、全燃料噴射量の１０％の燃料をインジェクタ２８から噴射させる。
【００３５】
さらに、ＰＣＭ４４は、エンジン１の運転状態が図４に示した第３の領域内である場合、または、エンジン１が冷間時である場合、気筒２の吸気行程中、より詳細には２７０［ｄｅｇ  ＢＴＤＣ］付近に設定された吸気行程噴射時期に、インジェクタ２８から燃料を一括噴射させる。
【００３６】
まず、吸気行程噴射時期においては、図６に示すように、吸気バルブ２２の開弁及びピストン１４の下降に応じて吸気ポート１８から燃焼室１６内に流入した吸気により、タンブル流Ｔ（縦方向の渦流）が発生している。ＰＣＭ４４がインジェクタ２８及び燃料供給システム３８を制御して、吸気行程噴射時期に燃料をインジェクタ２８から噴射させると、インジェクタ２８から噴射された燃料は、このタンブル流Ｔに伴って燃焼室１６内を流動する。特に、吸気行程噴射時期の２７０［ｄｅｇ  ＢＴＤＣ］付近はピストン１４の下降速度が最も速い時期であり、燃焼室１６内の流動が最も大きい時期なので、燃焼室１６内に噴射された燃料の気化をより促進することができ、る。また、この吸気行程噴射時期から点火時期が到来するまでの時間が長いので、吸気行程噴射時期に噴射された燃料が気化する時間を確保できると共に、燃料を燃焼室１６内に均等に分布させることができる。
【００３７】
次に、下死点噴射時期においては、図７に示すように、吸気行程において発生したタンブル流Ｔが、ピストン１４の下降に伴って上下方向に拡大されている。このタイミングで、ＰＣＭ４４がインジェクタ２８及び燃料供給システム３８を制御して、燃料をインジェクタ２８から噴射させると、燃料はタンブル流Ｔの上端付近に向かって噴射される。このタンブル流Ｔの上端付近では、タンブル流Ｔは吸気ポート１８から排気ポート２０へ向かう方向、即ちインジェクタ２８から離れる方向へ流れている。従って、インジェクタ２８から噴射された燃料は、タンブル流Ｔの上端付近の流れ方向と同じ方向へ噴射されるので、この燃料噴射によりタンブル流Ｔが強化され、これにより、点火時期が到来するまで燃焼室１６内の混合気流動の乱れを維持することができ、火炎伝播速度の向上及び均質な燃焼を得ることができる。
【００３８】
さらに、圧縮工程後半噴射時期においては、図８に示すように、吸気行程において発生したタンブル流Ｔが、ピストン１４の上昇に伴って上下方向につぶされている。そして、タンブル流Ｔの下部は、ピストン冠面４６の反インジェクタ側斜面５０に沿って、インジェクタ２８側へ斜め上方に流れている。特に、圧縮工程後半噴射時期の５０乃至９０［ｄｅｇ  ＢＴＤＣ］の期間では、ピストン冠面４６の反インジェクタ側斜面５０の延長線上に、インジェクタ２８から斜め下方へ放射状に噴射された燃料噴霧の下端部分が位置しており、インジェクタ２８による燃料の噴射方向と、ピストン冠面４６の反インジェクタ側斜面５０がインジェクタ２８側へ斜め上方に延びる方向とが対向している。従って、ＰＣＭ４４がインジェクタ２８及び燃料供給システム３８を制御して、圧縮工程後半噴射時期に燃料をインジェクタ２８から噴射させると、インジェクタ２８から噴射された燃料は、ピストン冠面４６の反インジェクタ側斜面５０に沿ってインジェクタ２８側へ斜め上方に流れるタンブル流Ｔの下部と対向する方向へ噴射されることになる。この場合、インジェクタ２８から噴射された燃料の運動エネルギーは、燃料の噴射方向に対向して流れるタンブル流Ｔの運動エネルギーによって相殺されるので、燃料がタンブル流Ｔを貫徹せず、タンブル流Ｔの下部に燃料がリッチな領域（図８において斜線で示す領域）が形成される。
【００３９】
圧縮工程後半噴射時期の燃料噴射によりタンブル流Ｔの下部に形成されたリッチな領域は、タンブル流Ｔに伴って燃焼室１６内を流動する。そして点火時期が到来すると、図９に示すように、点火プラグ３２の先端の周辺にリッチな領域が形成されるようになる。これにより、点火プラグ３２による着火性が向上すると共に、火炎伝播速度の増大によって耐ノック性が向上する。
【００４０】
上述したように、ＰＣＭ４４は、温間時のエンジン１の運転状態が図４に示した第１の領域内である場合、燃料噴射時期を、吸気行程噴射時期、下死点噴射時期、及び圧縮工程後半噴射時期との３つの時期に分割すると共に、各噴射時期における燃料噴射量の比率が、吸気行程噴射時期：下死点噴射時期：圧縮工程後半噴射時期＝５：４：１となるように、インジェクタ２８から燃料を噴射させる。
即ち、温間時のエンジン１の運転状態がノッキングの生じやすい第１の領域内である場合には、吸気行程噴射時期及び下死点噴射時期に大部分の燃料を噴射することによって、燃料の気化を促進して気化潜熱による混合気の冷却を図り、下死点噴射時期の燃料噴射によりタンブル流Ｔを強化して混合気流動の乱れを維持し、さらに、圧縮工程後半噴射時期の燃料噴射により点火時期において点火プラグ３２周辺にリッチ領域を形成することにより、火炎伝播速度を増大させて耐ノック性を向上させている。また、吸気行程噴射時期の燃料噴射及び下死点噴射時期の燃料噴射によって燃料を燃焼室１６内に均等に分布させることにより、エミッション性能の向上も実現している。
【００４１】
また、ＰＣＭ４４は、温間時のエンジン１の運転状態が図４に示した第２の領域内である場合、燃料噴射時期を、吸気行程噴射時期及び圧縮工程後半噴射時期の２つの時期に分割すると共に、各噴射時期における燃料噴射量の比率が、吸気行程噴射時期：圧縮工程後半噴射時期＝９：１となるように、インジェクタ２８から燃料を噴射させる。
即ち、温間時のエンジン１の運転状態が、第１の領域と比較するとノッキングが生じにくいが、第３の領域や冷間時と比較するとノッキングの生じやすい第２の領域内である場合には、吸気行程噴射時期に大部分の燃料を噴射することによって、燃料の気化を促進して気化潜熱による混合気の冷却を図ると共に、圧縮工程後半噴射時期の燃料噴射により点火時期において点火プラグ３２周辺にリッチ領域を形成することにより、火炎伝播速度を増大させて耐ノック性を向上させている。また、吸気行程噴射時期に大部分の燃料を噴射することによって燃料を燃焼室１６内に均等に分布させ、エミッション性能の向上も実現している。
【００４２】
また、ＰＣＭ４４は、エンジン１の運転状態が図４に示した第３の領域内である場合、または、エンジン１が冷間時である場合、吸気行程噴射時期に、インジェクタ２８から燃料を一括噴射させる。
即ち、エンジン１の運転状態がノッキングの生じにくい第３の領域内または冷間時である場合には、吸気行程噴射時期に燃料を一括噴射して、燃料の気化を促進すると共に燃料を燃焼室１６内に均等に分布させることにより、エミッション性能の向上を図っている。
【００４３】
次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。
まず、上述した実施形態では、シリンダヘッド６には、気筒２毎に、各々独立した２つの吸気ポート１８及び２つの排気ポート２０が形成されていると説明したが、これとは異なる数の吸気ポート１８及び排気ポート２０が形成されていてもよい。
【００４４】
また、上述した実施形態では、ＰＣＭ４４は、水温センサ、クランク角センサ、アクセル開度センサ等から入力された検出信号に基づいてエンジン１の運転状態を特定すると説明したが、これら以外のセンサから入力された検出信号（例えば排気ガスの浄化を行う触媒の温度を検出する触媒温度センサから入力された検出信号）を用いてエンジン１の運転状態を特定してもよい。
【００４５】
また、上述した実施形態では、１サイクルにおける全燃料噴射量は、混合気が全体として理論空燃比よりも薄いリーン状態となるように設定されると説明したが、混合気が全体として理論空燃比に等しい状態となるように全燃料噴射量を設定してもよい。
【００４６】
また、上述した実施形態では、エンジン１の運転状態が図４に示した第１の領域内又は第2の領域内である場合、ＰＣＭ４４は、圧縮工程後半噴射時期に、全燃料噴射量の１０％の燃料をインジェクタ２８から噴射させると説明したが、圧縮工程後半噴射時期に、全燃料噴射量の１０％乃至２０％の燃料をインジェクタ２８から噴射させることにより、点火時期における点火プラグ３２の先端周辺の混合気を適度にリッチにして火炎伝播速度を確実に増大させることができると共に、点火プラグ３２から遠い領域の混合気（いわゆるエンドガス）が過度にリーンとなって燃焼が不安定になることを防止することができる。
【００４７】
次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例によるエンジン１の燃料制御装置の作用効果を説明する。
【００４８】
まず、ＰＣＭ４４は、吸気行程噴射時期にインジェクタ２８から燃料を噴射させると共に、圧縮工程後半噴射時期に、インジェクタ２８から、吸気行程噴射時期における燃料噴射量よりも少量の燃料を、燃焼室１６内のタンブル流Ｔに対向する方向へ噴射させるので、圧縮工程後半噴射時期の燃料噴射においては、インジェクタ２８から噴射された燃料の運動エネルギーを、燃料の噴射方向に対向して流れるタンブル流Ｔの運動エネルギーによって相殺させることで、燃料がタンブル流Ｔを貫徹することなく、タンブル流Ｔ内にリッチな領域を形成することができ、このリッチな領域をタンブル流Ｔに伴って流動させて点火時期に点火プラグ３２の先端の周辺に位置させることにより、点火プラグ３２による着火性を向上させると共に、火炎伝播速度の増大によって耐ノック性を向上させることができる。また、吸気行程噴射時期に大部分の燃料を噴射することによって、燃料の気化を促進して気化潜熱による混合気の冷却を図り、耐ノック性をより向上させることができる。これにより、ノッキング等の異常燃焼が発生しやすい運転領域においても、ノッキングを確実に抑制することができ、その分点火時期を進角させてトルクを向上させることができる。また、吸気行程噴射時期に大部分の燃料を噴射することにより、燃料を燃焼室１６内に均等に分布させて均質燃焼を実現することができ、これにより、エミッション性能を向上させることもできる。
【００４９】
特に、ＰＣＭ４４は、圧縮上死点前５０°乃至９０°の期間内に設定された圧縮工程後半噴射時期に、インジェクタ２８から燃料を噴射させるので、燃料の噴射方向がタンブル流Ｔに対向するタイミングで確実に燃料を噴射させることができ、これにより、燃料がリッチな領域をタンブル流Ｔ内に形成して、このリッチな領域をタンブル流Ｔに伴って流動させて点火時期に点火プラグ３２の先端の周辺に確実に位置させることができ、火炎伝播速度を確実に増大させることができる。
【００５０】
また、ＰＣＭ４４は、圧縮工程後半噴射時期に、全燃料噴射量の１０％乃至２０％の燃料をインジェクタ２８から噴射させるので、タンブル流Ｔ内に形成したリッチな領域が点火時期に点火プラグ３２の先端の周辺まで流動したときに、点火プラグ３２の先端周辺の混合気を適度にリッチにして火炎伝播速度を確実に増大させることができると共に、点火プラグ３２から遠い領域の混合気が過度にリーンとなって燃焼が不安定になることを防止することができる。
【００５１】
また、ＰＣＭ４４は、インジェクタ２８による燃料の噴射方向と、ピストン冠面４６の反インジェクタ側斜面５０がインジェクタ２８側へ斜め上方に延びる方向とが対向する時期に設定された圧縮工程後半噴射時期に、インジェクタ２８から燃料を噴射させるので、ピストン冠面４６の反インジェクタ側斜面５０に沿ってインジェクタ２８側へ斜め上方に流れるタンブル流Ｔの下部と対向する方向へ燃料を噴射させることができ、これにより、燃料がリッチな領域をタンブル流Ｔ内に形成して、このリッチな領域をタンブル流Ｔに伴って流動させて点火時期に点火プラグ３２の先端の周辺に確実に位置させることができ、火炎伝播速度を確実に増大させることができる。
【００５２】
特に、インジェクタ２８による燃料の噴射方向と、ピストン冠面４６の反インジェクタ側斜面５０がインジェクタ２８側へ斜め上方に延びる方向とが平行であるので、燃料の噴射方向を、ピストン冠面４６の反インジェクタ側斜面５０に沿ってインジェクタ２８側へ斜め上方に流れるタンブル流Ｔの流動方向に確実に対向させることができ、これにより、燃料がリッチな領域をタンブル流Ｔ内に形成して、このリッチな領域をタンブル流Ｔに伴って流動させて点火時期に点火プラグ３２の先端の周辺により確実に位置させることができ、火炎伝播速度を確実に増大させることができる。
【００５３】
また、ＰＣＭ４４は、温間時のエンジン１の運転状態が第１又は第２の領域内である場合、圧縮工程後半噴射時期にインジェクタ２８から燃料を噴射させ、温間時のエンジン１の運転状態が第１又は第２の領域外である場合（第３の領域内である場合）、又は冷間時、圧縮工程後半噴射時期にインジェクタ２８から燃料を噴射させないので、温間時のエンジン１の運転状態がノッキングの生じやすい第１又は第２の領域内である場合には、圧縮工程後半噴射時期に燃料噴射を行い、点火時期において点火プラグ３２周辺にリッチ領域を形成することによって火炎伝播速度を増大させて耐ノック性を向上させる一方、エンジン１の運転状態がノッキングの生じにくい第３の領域内または冷間時である場合には、吸気行程噴射時期に燃料を一括噴射して、燃料の気化を促進すると共に燃料を燃焼室１６内に均等に分布させることにより、エミッション性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  エンジン
２  気筒
１４  ピストン
１６  燃焼室
１８  吸気ポート
２０  排気ポート
２６  天井
２８  インジェクタ
３０  噴口
３２  点火プラグ
４４  ＰＣＭ
４６  ピストン冠面
５０  反インジェクタ側斜面
Ｔ  タンブル流
【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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