(57)【要約】  【課題】気筒内壁面への燃料付着量を低減しつつ、電極回りのリッチ化をより確実に確保する。  【解決手段】燃料噴射弁１８における一部の噴口（その軸心がＬ１〜Ｌ３）が点火プラグ１６の電極Ｅ近傍に指向され、ピストン側噴口となる他の噴口（その軸心がＬ４〜ｌ６）がピストン５の頂面方向に指向される。燃料噴射弁１８は、圧縮行程中において分割噴射を行う。ピストン５の頂面に、燃料噴射弁１８に近い側の第１凹部６１と、遠い側の第２凹部６２とが形成される。ピストン側噴口からの燃料噴霧は、前段噴射では第２凹部６２に指向され、後段噴射では第１凹部６１に指向される。第１凹部６１の底面が、第２凹部６２に向かうにつれ徐々に高くなる傾斜面６１ａを有する。【選択図】図１２
2007092633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の噴口を有するマルチホール型の燃料噴射弁が、燃焼室の周縁部に配設され、
前記複数の噴口として、燃焼室の中央部付近に配設された点火プラグの電極近傍に指向された電極側噴口と、該電極側噴口よりも下方に位置されて電極から遠い部分となるピストン頂面方向に指向された複数のピストン側噴口と、が設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域での高負荷域において、前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、圧縮行程の途中で複数回に分けて行われる分割噴射となるように設定され、
前記ピストン頂面に、前記燃料噴射弁に近い側に位置される容積部としての第１凹部と該燃料噴射弁から遠い側に位置されると共に該第１凹部に連通された容積部としての第２凹部とを有する頂面凹部が形成され、
前記分割噴射のうち早い時期に燃料噴射が行われる前段噴射のときに、前記ピストン側噴口からの燃料噴霧が少なくとも前記第２凹部に向けて噴射される一方、該前段噴射よりも遅い時期に燃料噴射が行われる後段噴射のときに、該ピストン側噴口からの燃料噴霧が少なくとも前記第１凹部に向けて噴射されるように設定され、
前記第１凹部の底面のうち前記第２凹部の境界付近が、該第２凹部に向かうにつれて徐々に高くなるように傾斜された傾斜面を有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２】
請求項１において、
前記所定運転領域での低負荷域においては、前記燃料噴射弁の燃料噴射が、分割噴射を行うことなく前記後段噴射のタイミングでもって一括して行う一括噴射となるように設定され、
前記所定運転領域では、エンジン負荷の増大に応じて、全燃料噴射量に対する前段噴射での燃料噴射量の割合が増大される、
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、
燃焼室の天井壁面の断面形状が、吸気弁が位置される一方側傾斜面と排気弁が位置される他方側傾斜面とを有して全体的に山形形状とされたペントルーフ型とされ、
前記頂面凹部の開口縁部の断面形状が、燃焼室のペントルーフ型形状に対応して山形形状とされている、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項４】
請求項１において、
前記頂面凹部の形状が、気筒軸線方向から見たときに略ひょうたん形状とされている、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項５】
請求項１において、
前記第１凹部の底面が、前記第２凹部の底面よりも浅くされている、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において、
前記電極側噴口として、前記電極近傍の左側に指向された左側噴口と、該電極近傍の右側に指向された右側噴口とを有し、
前記ピストン側噴口からの燃料噴霧のペネトレーションが、前記左側噴口および右側噴口からの各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において、
前記第２凹部の底面のうち前記第１凹部の境界付近が、該第１凹部に向かうにつれて徐々に高くなるように傾斜された傾斜面を有するように設定され、
前記第１凹部の傾斜面と前記第２凹部の傾斜面との境界部位の断面形状が山形形状とされている、
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いずれか１項において、
１つの燃焼室に対して、２つの吸気弁が設けられ、
前記点火プラグが燃焼室の略中心に配設され、
前記燃料噴射弁が、前記２つの吸気弁の間に配設され、
前記第１凹部の底面における前記傾斜面のうちもっとも前記電極に近い位置となるもっとも高い部分が、気筒軸線方向から見たときに該電極近傍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、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。さらに、特許文献１には、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。
【特許文献１】特開２００５−９８１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、直噴式の燃料噴射弁によって燃料噴射を行う場合、気筒内壁面に少なからず燃料が噴射されてしまうことになるが、気筒内壁面への燃料付着は、ＨＣやＣＯを増大させる等の要因となって好ましくない。前述した特許文献１に記載のように、燃料噴射弁の一部の噴口をピストン頂面側に指向させたとき、エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域での低負荷域では、ピストン頂面側に指向される燃料噴射量が少量であるために、気筒内壁面への燃料付着が少量ですむことになるが、所定運転領域での高負荷域では燃料噴射量が多くなるため、気筒内壁面への燃料付着量がどうしても多くなってしまうという問題がある。
【０００５】
一方、電極周りに濃混合気層を形成する成層化を行う場合、この成層化されている状態をいかに確実に確保するかが、成層ロバスト性向上の上で重要となる。しかしながら、電極近傍に指向された一部の噴口からの燃料噴霧のみによっては、成層ロバスト性を向上させるには限界がある。
【０００６】
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、エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域での高負荷域において、気筒内壁面への燃料付着量を低減しつつ、電極周りに濃混合気層を形成する成層化をより確実に確保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】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明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、
複数の噴口を有するマルチホール型の燃料噴射弁が、燃焼室の周縁部に配設され、
前記複数の噴口として、燃焼室の中央部付近に配設された点火プラグの電極近傍に指向された電極側噴口と、該電極側噴口よりも下方に位置されて電極から遠い部分となるピストン頂面方向に指向された複数のピストン側噴口と、が設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域での高負荷域において、前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、圧縮行程の途中で複数回に分けて行われる分割噴射となるように設定され、
前記ピストン頂面に、前記燃料噴射弁に近い側に位置される容積部としての第１凹部と該燃料噴射弁から遠い側に位置されると共に該第１凹部に連通された容積部としての第２凹部とを有する頂面凹部が形成され、
前記分割噴射のうち早い時期に燃料噴射が行われる前段噴射のときに、前記ピストン側噴口からの燃料噴霧が少なくとも前記第２凹部に向けて噴射される一方、該前段噴射よりも遅い時期に燃料噴射が行われる後段噴射のときに、該ピストン側噴口からの燃料噴霧が少なくとも前記第１凹部に向けて噴射されるように設定され、
前記第１凹部の底面のうち前記第２凹部の境界付近が、該第２凹部に向かうにつれて徐々に高くなるように傾斜された傾斜面を有するように設定されている、
ようにしてある。上記解決手法によれば、所定運転領域での高負荷域では、電極側噴口からの燃料噴霧によって電極周りに濃混合気層が形成されるばかりでなく、後段噴射時に第１凹部に噴射されたピストン側噴口からの燃料噴霧が第１凹部の傾斜面にガイドされて電極周りに供給されることになり、電極周りに濃混合気層を確実に形成して、成層ロバスト性を向上させることができる。また、ピストン側噴口からの燃料噴霧は極力頂面凹部にとどめられるので、気筒内壁面への燃料付着量を低減することができる。
【０００８】
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以下に記載のとおりである。すなわち、
前記所定運転領域での低負荷域においては、前記燃料噴射弁の燃料噴射が、分割噴射を行うことなく前記後段噴射のタイミングでもって一括して行う一括噴射となるように設定され、
前記所定運転領域では、エンジン負荷の増大に応じて、全燃料噴射量に対する前段噴射での燃料噴射量の割合が増大される、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、燃料噴射量が元々少ない低負荷域では、後段噴射のタイミングでの一括噴射を行うので、前段噴射をも行う場合に比して、気筒内壁面への燃料付着量を低減することができ、また全燃料噴射量のうち多くの割合の燃料量を電極周りに供給することができる。
【０００９】
燃焼室の天井壁面の断面形状が、吸気弁が位置される一方側傾斜面と排気弁が位置される他方側傾斜面とを有して全体的に山形形状とされたペントルーフ型とされ、
前記頂面凹部の開口縁部の断面形状が、燃焼室のペントルーフ型形状に対応して山形形状とされている、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、頂面凹部の必要容積確保と高圧縮比の確保とを共に満足させる上で好ましいものとなる。また、特に自動車用エンジンとして広く普及しているペントルーフ側燃焼室を有するエンジンに本発明を適用することができる。
【００１０】
前記頂面凹部の形状が、気筒軸線方向から見たときに略ひょうたん形状とされている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、頂面凹部の必要容積確保と高圧縮比の確保とを共に満足させる上で好ましいものとなる。また、頂面凹部を形成するのに極力角部を有しないようにして、耐ノッキング性を確保する上でも好ましいものとなる。
【００１１】
前記第１凹部の底面が、前記第２凹部の底面よりも浅くされている、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、第１凹部に噴射された燃料噴霧を十分に電極周りに供給するようにする上で好ましいものとなる。
【００１２】
前記電極側噴口として、前記電極近傍の左側に指向された左側噴口と、該電極近傍の右側に指向された右側噴口とを有し、
前記ピストン側噴口からの燃料噴霧のペネトレーションが、前記左側噴口および右側噴口からの各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されている、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合、電極側噴口からの燃料噴霧を、極力気筒内壁面に付着（到達）させないようにしつつ、電極周りに滞留させる上で好ましいものとなる。また、ピストン側噴口からの燃料噴霧の気化、霧化促進を図る上で好ましいものとなる。
【００１３】
前記第２凹部の底面のうち前記第１凹部の境界付近が、該第１凹部に向かうにつれて徐々に高くなるように傾斜された傾斜面を有するように設定され、
前記第１凹部の傾斜面と前記第２凹部の傾斜面との境界部位の断面形状が山形形状とされている、
ようにしてある（請求項７対応）。この場合、第２凹部の傾斜面によって、第２凹部内に噴射された燃料噴霧をも電極周りに供給することが可能となり、また頂面凹部の底面が極力角部を有しないようにして、耐ノッキング性向上の上でも好ましいものとなる。
【００１４】
１つの燃焼室に対して、２つの吸気弁が設けられ、
前記点火プラグが燃焼室の略中心に配設され、
前記燃料噴射弁が、前記２つの吸気弁の間に配設され、
前記第１凹部の底面における前記傾斜面のうちもっとも前記電極に近い位置となるもっとも高い部分が、気筒軸線方向から見たときに該電極近傍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、第１凹部に噴射された燃料噴霧を十分に電極周りにガイドする上でも好ましいものとなる。また、特に自動車用エンジン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。さらに、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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域での高負荷域において、気筒内壁面への燃料付着量を低減しつつ、電極周りに濃混合気層を形成する成層化をより確実に確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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）
【００１８】
各吸気ポート１０は、吸気通路３０が接続されている。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）。
【００１９】
各排気ポート１１は、排気通路３１が接続されている。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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も制御される。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等が入力される。
【００２４】
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８０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。
【００２５】
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）。
【００２６】
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。すなわち、所定運転領域では、エンジン負荷の増大に応じて、前段噴射される燃料量の割合が増大されることになる。
【００２７】
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、８０度）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。
【００２８】
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。
【００２９】
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の軸心を中心に燃料噴射方向先端側を見た時の軸心に対する各噴口の軸心との三次元傾斜角を模式的に示した図である。
【００３０】
図１１において、ＬＢはマルチホール型の燃料噴射弁１８の軸心、Ｌ１ないしＬ６は第１噴口〜第６噴口の各軸心、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、軸心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、軸心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。
【００３１】
各噴口の軸心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噴口は下側噴口となるもので、その軸心Ｌ１は、軸心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噴口の軸心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、その軸心Ｌ２は、軸心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、その軸心Ｌ３は、軸心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噴口の軸心Ｌ２、噴霧角Ａ２、第３噴口の軸心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噴口との各軸心は、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。
【００３２】
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噴口の軸心Ｌ４は、軸心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噴口の軸心Ｌ５は、軸心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噴口の軸心Ｌ１の真下位置）に指向するよう配置されている。第６噴口の軸心Ｌ６は、軸心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、軸心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。
【００３３】
ピストン頂面側に指向されたピストン側噴口からの燃料噴霧のペネトレーションが、電極Ｅ周りに燃料噴霧を噴射する３つの噴口（下側噴口、左側噴口、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されている。このペネトレーションの相違は、例えば、噴口の口径あるいは軸長を相違させることにより得ることができる。以上に加えて、全噴口のうち下側噴口の軸心Ｌ１が、燃料噴射弁１８の軸心ＬＢにもっとも近い位置となるように設定されており、しかも軸心Ｌ１の軸心ＬＢに対する開き角も、他の噴口における軸心Ｌ２〜Ｌ６の軸心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。
【００３４】
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噴口の軸心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、軸心ＬＢよりもピストン側に第４噴口〜第６噴口の軸心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噴口の各軸心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。
【００３５】
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噴口の各軸心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噴口の軸心Ｌ１と第２噴口の軸心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噴口の軸心Ｌ１と第３噴口の軸心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、軸心Ｌ１からＬ２に向けて伸びる連続した燃料噴霧が生成され、かつ軸心Ｌ１から軸心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されているので、相互干渉効果によって、軸心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。
【００３６】
次に、図１２〜図１４を参照しつつ、ピストン５の頂面に形成される頂面凹部６０について説明する。なお、頂面凹部６０の断面形状等は、図１２、図１４が正しく示すもので、図１等においては簡略的に示されている。まず、頂面凹部６０は、それぞれ容積部となる２つの凹部６１、６２からなる。すなわち、燃料噴射弁１８に近い側において第１凹部６１が形成され、燃料噴射弁１８と遠い側に第２凹部６２が形成され、この２つの凹部６１と６２とは、その上部付近において互いに連通されている。図１３に示すように、ピストン５の上方から見たとき（気筒軸線方向から見たとき）、各凹部６１，６２はそれぞれ略円形形状とされて、頂面凹部６０は全体的に略ひょうたん形状とされている。そして、第１凹部６１と第２凹部６２との境界付近が、電極Ｅのほぼ直下方に位置するように設定されている。このような頂面凹部６０の開口縁部の断面形状は、燃焼室がペントルーフ型とされているのに対応して、ペントルーフ型の山形形状とされている。これにより、ピストン５を燃焼室の天井壁面と干渉させることなく十分に上死点側へ変位させることができ、頂面凹部６０の容積確保と高圧縮比の確保との両立が図られている。
【００３７】
第１凹部６１の底面は、燃料噴射弁１８に近い側から第２凹部６２に向かうにつれて徐々に高くなるように（電極Ｅに近づくように）傾斜された傾斜面６１ａとされている。同様に、第２凹部６２の底面は、燃料噴射弁１８とは反対側から第１凹部６１に向かうにつれて徐々に高くなるように（電極Ｅに近づくように）傾斜された傾斜面６２ａとされている。そして、２つの傾斜面６１ａと６２ａとによって、第１凹部６１と第２凹部６２との境界部位の断面形状が全体的に、頂部が滑らかに湾曲された山形形状とされている。このように、頂面凹部６０内の形状として極力角部を有しないようにされて、耐ノッキング性向上の上でも好ましいものとなっている。
【００３８】
ピストン頂面に指向されたピストン側噴口と頂面凹部６０との関係は、次のようになっている。まず、図１２に示すように、ピストン５が前段噴射が行われるタイミング付近の位置にあるときは、ピストン側噴口からの燃料噴霧は、多くの割合が第２凹部６２に向けて供給（指向）されるが、第１凹部６１にも少なからず供給される。一方、図１４に示すように、ピストン５が後段噴射のタイミング付近に位置したときは、ピストン側噴口からの燃料噴霧の殆ど全量が、第１凹部６１に供給（指向）される。
【００３９】
エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域での燃料噴射と頂面凹部６０との関係について説明する。まず、所定運転領域での高負荷域では、図７に示すような圧縮行程中での分割噴射が行われる。早い時期での燃料噴射となる前段噴射は図１２のような態様となり、遅い時期での燃料噴射は図１４のような態様となる。電極Ｅ周りには、前段噴射および後段噴射のいずれのときも、３つの電極側噴口からの燃料噴霧によって濃混合気層が形成される。これに加えて、後段噴射によってピストン側噴口から第１凹部６１に噴射された燃料噴霧が、その噴射の勢いによって、傾斜面６１ａのガイド機能によって電極Ｅ周りに供給されることになる。このようにして、電極Ｅ周りには、長い時間に渡って濃混合気層が確実に形成されることになる。なお、第２凹部６２内に供給された燃料噴霧の一部も、第２凹部６２の傾斜面６２ａのガイド機能によって、電極Ｅ周りに供給されることが期待されることになる。この一方、電極側噴口からの燃料噴霧のペネトレーションは小さく設定されているので、電極Ｅを通過して燃料噴射弁１８とは反対側の気筒内壁面に到達される割合は小さいものとなる。また、ピストン側噴口からの燃料噴霧は、その殆どが頂面凹部６０内に供給されるので、頂面凹部６０を有しない場合に比して、気筒内壁面への燃料付着が大幅に低減されることになる。
【００４０】
所定運転領域での低負荷域では、後段噴射のみが行われることになる。低負荷域では、全燃料噴射量が少ないものとなるが、電極側噴口からの電極Ｅ周りへの燃料噴霧の供給と、第１凹部６１へ供給された燃料噴霧の電極Ｅ周りへの供給によって、電極Ｅ周りに濃混合気層を長い時間に渡って確実に形成することができる（低負荷域では、全燃料噴射量の殆どが電極Ｅ周りに供給される）。所定運転領域では、エンジン負荷の増大に応じて、前段噴射での燃料噴射量が徐々に増大されて（後段噴射での燃料噴射量そのものはエンジン負荷にかかわらず一定値に設定）、電極Ｅ周りとそれ以外の部分とに対する燃料噴霧の供給割合が、エンジン負荷に応じて適切に設定されることになる（エンジン負荷の増大に応じて、特に第２凹部６２へ供給される燃料噴霧の割合が増大される）。
【００４１】
ここで、図１２，図１４に示す場合では、各凹部６１と６２との深さはほぼ同じに設定してあるが、第１凹部６１の深さを、第２凹部６２の深さに比して小さく（浅く）するように設定してもよい（図１２一点鎖線参照）。この場合、第１凹部６１に供給された燃料噴霧を、電極Ｅ周りに供給する機能をより一層高めることができる（浅くすることにより、第１凹部６１内に燃料噴霧が留まる機能を低減させる）。
【００４２】
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の噴口の数は、５以下あるいは７以上であってもよい。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。スワール生成を行わないようにしてもよい。各噴口からの燃料噴霧のペネトレーションを違い比等しくなるようにしてもよい。燃焼室形状は、ペントルーフ以外の適宜の形状を選択することができ、この場合、頂面凹部６０の開口縁部の形状も燃焼室（の天井壁面）の形状に対応した形状とするのが好ましい。
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】
【００４３】
【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、燃料噴射弁の軸心方向から見たときの図。
【図１２】ピストンが前段噴射のタイミング付近にあるときに、頂面凹部と燃料噴射方向との関係を示す断面図。
【図１３】頂面凹部を上方から見たときの図。
【図１４】ピストンが後段噴射のタイミング付近にあるときに、頂面凹部と燃料噴射方向との関係を示すもので、図１２に対応した断面図。
【符号の説明】
【００４４】
１：エンジン
４：シリンダヘッド
４ｃ、４ｄ：突起部（燃料噴射弁の回り止め用）
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
１８：燃料噴射弁
１８ｃ：筒部
１８ｄ：突起部
１８ｅ：（通電用の）接続部
２７：高圧レギュレータ（燃圧調整手段）
４０：スワール弁（スワール生成手段）
５０：コントローラ（燃料噴射時期制御手段）
６０：頂面凹部
６１：第１凹部
６１ａ：傾斜面
６２：第２凹部
６２ａ：傾斜面
Ｅ：点火プラグの電極
ＬＢ：燃料噴射弁の軸心
Ｌ１：第１噴口（下側噴口）の軸心
Ｌ２：第２噴口（左側噴口）の軸心
Ｌ３：第３噴口（右側噴口）の軸心
Ｌ４〜Ｌ６：ピストン側噴口の軸心
【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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