(57)【要約】  【課題】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、点火プラグの電極周りの混合気濃度がリッチになり過ぎるのを防止する。  【解決手段】燃焼室周縁部に配設された燃料噴射弁１８からの燃料噴霧の一部が、点火プラグの電極Ｅ周りに指向される。低回転・低負荷域における高負荷域では、例えば吸気のワールによって、電極Ｅ周りの濃混合気が燃焼室周縁部に向けて移動されて、初期燃焼が緩慢とされる。【選択図】  図１３
2007092635.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ると共に、一部の噴口が点火プラグの電極近傍に指向され、
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、圧縮行程の途中で前記燃料噴射弁から燃料噴射させて前記電極周りにリッチな混合気を成層化させるようにした火花点火式直噴エンジンにおいて、
圧縮行程の途中で燃料噴射させる前記所定運転領域において、エンジン負荷の増大に伴って燃料噴射量が増大されるように設定され、
前記所定運転領域における高負荷域では、前記電極周りの混合気濃度を初期燃焼が緩慢になる所定範囲に抑制する抑制手段が設けられている、
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、
前記抑制手段が、燃焼室内に吸気のスワールを生成させるスワール生成手段とされ、
前記所定運転領域における高負荷域でのスワールの強さが、該所定運転領域における低負荷域でのスワールの強さに比して強くされる、
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２において、
前記所定運転領域における高負荷域では、前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、圧縮行程内で多段に分割された分割噴射が行われる、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、
前記所定運転領域における高負荷域での前記電極周りでの混合気濃度が、該所定運転領域における低負荷域での該電極周りの混合気濃度とほぼ同程度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。
【請求項５】
請求項１において、
前記抑制手段が、燃焼室内に吸気のスワールを生成させるスワール生成手段とされ、
前記所定運転領域における中負荷以上のときに、スワールの強さが強められると共に、
前記所定運転領域における高負荷域では、前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、圧縮行程内で多段に分割された分割噴射が行われる、
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５のいずれか１項において、
１つの燃焼室に対して、２つの吸気ポートが設けられ、
前記点火プラグが燃焼室の略中央に設けられ、
前記燃料噴射弁が、前記２つの吸気ポートの間の位置に配設され、
前記抑制手段が、燃焼室内に吸気のスワールを生成させるスワール生成手段とされ、
前記スワール生成手段が、前記２つの吸気ポートのいずれか一方に設けられて、前記所定運転領域における高負荷域において閉弁方向に作動されるスワール弁とされている、
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、
前記電極近傍に向けて指向される噴口として、第１噴口、第２噴口および第３噴口の３つの噴口が設定され、
前記第１噴口が、前記電極の下方に指向され、
前記第２噴口が、前記電極の左側方に指向され、
前記第３噴口が、前記電極の右側方に指向され、
前記第１噴口、第２噴口および第３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、
前記第１噴口の軸心と前記第２噴口の軸心とのなす開き角が１５度〜２５度の範囲に設定されて、前記所定運転領域における高負荷域で該第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互いに連続したものとなるように設定され、
前記第１噴口の軸心と前記第３噴口の軸心とのなす開き角が１５度〜２５度の範囲に設定されて、前記所定運転領域における高負荷域で該第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、点火プラグの電極の下方と、電極の左側方と、右側方とにそれぞれ指向させるものが開示されている。
【０００３】
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。この燃料噴霧の相互干渉を得るために、噴口から電極までの距離を２０ｍｍ以上とすること、および相互干渉を期待する噴口同士の軸心のなす開き角を１５度〜２５度の範囲に設定すること、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、前述した特許文献１に記載のように、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、エンジンの低回転・低負荷域となる所定運転領域における高負荷域では、筒内圧力の上昇に伴って各噴口から噴射された燃料噴霧の貫徹力が大きく低下するため、電極周りに指向された燃料噴霧のうち電極近傍を通りすぎる割合が大きく低下されてしまうと共に、高負荷域であることから噴射される燃料量も増大されていることから、電極周りに多量に燃料（噴霧燃料）が滞留して、電極周りの混合気濃度がリッチになり過ぎてしまうという問題を生じることが判明した。
【０００５】
上述のように、極周りの混合気濃度がリッチになり過ぎると、燃焼初期に燃焼される燃料の質量割合が大きくなってしまい（初期燃焼速度が過大になる）、圧縮行程直後の上死点付近での燃焼質量割合が低下し、この結果燃費向上やエミッション改善の上で問題となる。
【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、点火プラグの電極周りの混合気濃度が極端にリッチになり過ぎてしまう事態を防止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ると共に、一部の噴口が点火プラグの電極近傍に指向され、
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、圧縮行程の途中で前記燃料噴射弁から燃料噴射させて前記電極周りにリッチな混合気を成層化させるようにした火花点火式直噴エンジンにおいて、
圧縮行程の途中で燃料噴射させる前記所定運転領域において、エンジン負荷の増大に伴って燃料噴射量が増大されるように設定され、
前記所定運転領域における高負荷域では、前記電極周りの混合気濃度を初期燃焼が緩慢になる所定範囲に抑制する抑制手段が設けられている、
ようにしてある。上記解決手法によれば、所定運転領域における高負荷域では、抑制手段によって電極周りの混合気濃度がリッチになり過ぎないように抑制されて、初期燃焼が緩慢にされるので、圧縮行程直後の上死点付近での燃焼割合を増大させて、燃費向上やエミッション改善の上で好ましいものとなる。
【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、
前記抑制手段が、燃焼室内に吸気のスワールを生成させるスワール生成手段とされ、
前記所定運転領域における高負荷域でのスワールの強さが、該所定運転領域における低負荷域でのスワールの強さに比して強くされる、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、高負荷域での強められたスワールによって、電極周りに滞留しようとする燃料噴霧が少なからず燃焼室周縁部側へと移動されるので、電極周りの混合気濃度がリッチになりすぎてしまうことが抑制されることになる。また、スワール生成は従来からよく行われていることであり、またスワールの強さ調整も簡単に行えるので、実用化の上で極めて好ましいものとなる。
【０００９】
前記所定運転領域における高負荷域では、前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、圧縮行程内で多段に分割された分割噴射が行われる、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、圧縮行程の前段（早い時期）に電極周りに噴射された燃料噴霧は、圧縮行程の進行に伴って燃焼室周縁部側へと移動して、電極周りの混合気濃度をリッチにする作用が弱いものとなり、電極周りの混合気濃度がリッチになり過ぎる事態が抑制されることになる。この一方、圧縮行程後段（遅い時期）に電極周りに噴射された燃料噴霧によって、電極周りの混合気濃度を適度にリッチ度合いとすることを確実に確保することができる。勿論、分割噴射された合計の燃料量によって、高負荷域において要求される多量燃料の供給という要請が満足されることになる。
【００１０】
前記所定運転領域における高負荷域での前記電極周りでの混合気濃度が、該所定運転領域における低負荷域での該電極周りの混合気濃度とほぼ同程度となるように設定されている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、空燃比を安定燃焼が確保できる範囲で極力リーンとして、排気ガス中のＨＣ低減や燃費改善の上で好ましいものとなる。
【００１１】
前記抑制手段が、燃焼室内に吸気のスワールを生成させるスワール生成手段とされ、
前記所定運転領域における中負荷以上のときに、スワールの強さが強められると共に、
前記所定運転領域における高負荷域では、前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、圧縮行程内で多段に分割された分割噴射が行われる、
ようにしてある（請求項５対応）。この場合、請求項２及び請求項３に対応した効果を得ることができる。特に、スワールを主体的に利用しつつ補助的に分割噴射を行うことで、電極周りの混合気濃度を負荷上昇に際して略一定に保ち、ＨＣ低減や燃費改善の上で好ましいものとなる。
【００１２】
１つの燃焼室に対して、２つの吸気ポートが設けられ、
前記点火プラグが燃焼室の略中央に設けられ、
前記燃料噴射弁が、前記２つの吸気ポートの間の位置に配設され、
前記抑制手段が、燃焼室内に吸気のスワールを生成させるスワール生成手段とされ、
前記スワール生成手段が、前記２つの吸気ポートのいずれか一方に設けられて、前記所定運転領域における高負荷域において閉弁方向に作動されるスワール弁とされている、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合、特に自動車用エンジンとして多く採用されている吸気２弁式のエンジンで、スワール生成を行なう具体的な構造が提供される。
【００１３】
前記電極近傍に向けて指向される噴口として、第１噴口、第２噴口および第３噴口の３つの噴口が設定され、
前記第１噴口が、前記電極の下方に指向され、
前記第２噴口が、前記電極の左側方に指向され、
前記第３噴口が、前記電極の右側方に指向され、
前記第１噴口、第２噴口および第３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、
前記第１噴口の軸心と前記第２噴口の軸心とのなす開き角が１５度〜２５度の範囲に設定されて、前記所定運転領域における高負荷域で該第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互いに連続したものとなるように設定され、
前記第１噴口の軸心と前記第３噴口の軸心とのなす開き角が１５度〜２５度の範囲に設定されて、前記所定運転領域における高負荷域で該第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７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に、濃混合気が略Ｖ字形状でもって電極の下方および左右側方を囲んだ状態となって、成層化状態として極めて好ましい状態が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
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、点火プラグの電極周りの混合気濃度が極端にリッチになり過ぎてしまう事態を防止できる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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）
【００１７】
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）。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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）。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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の高負荷域では、スワール弁４０が全閉とされて、燃焼室６内にスワールが発生される。実施形態では、上記所定運転領域での中負荷域からスワール弁４０が全開状態から閉弁方向に作動開始され始めて、エンジン負荷の増大に伴って徐々にスワール弁４０の開度が小さくされる（全閉方向へ作動される）ように設定されている。これにより、所定運転領域での中負荷域以上の領域では、燃焼室６内に生成されるスワールが発生され始めて、エンジン負荷の増大に伴ってスワールの強さが徐々に強くされることになる。
【００２８】
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。
【００２９】
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径とされており、例えば、０．１５ｍｍに設定されている。なお、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。
【００３０】
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噴口の軸心Ｌ１は、軸心ＬＢから電極Ｅ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噴口の軸心Ｌ２は、軸心ＬＢから電極Ｅ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噴口の軸心Ｌ３は、軸心ＬＢから電極Ｅ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。
【００３１】
第４噴口〜第６噴口は、電極Ｅ近傍以外に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。
【００３２】
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。
【００３３】
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）。なお、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若干と移動され、かつ軸心Ｌ２とＬ３とが電極Ｅに対して左右方向から若干近接する方向に移動されるので、この移動を見込んで、電極Ｅに直接液状燃料が付着しないように、軸心Ｌ１〜Ｌ３の電極Ｅに対する離間距離が設定される。
【００３４】
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貫徹力が小さくなる。この貫徹力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。図１２には、電極Ｅ周りに形成された濃混合気層の状態を示し、電極Ｅを中心としてその全周囲に濃混合気層が存在することとなる（点々で示す範囲がリッチな部分であり、その中心部分にある波線部分がもっともリッチな部分である）。このように、電極Ｅ付近に留まる（滞留する）燃料噴霧の割合が大きくなると、高負荷であることから燃料噴射量も多量になっていることから、電極Ｅ周りの混合気濃度が過度にリッチになりすぎて、初期燃焼割合が著しく増大してしまうことになる。初期燃焼割合が増大することは、圧縮行程直後の上死点付近における燃焼割合が減少することであり、このことは、燃焼効率の悪化となって燃費向上の上で好ましくないものとなる。
【００３５】
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、図１３に示すような状態に変化される。すなわち、スワールの勢いによって、濃混合気層は、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・低負荷域での中負荷域から、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。
【００３６】
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。
【００３７】
上述した効果を図式的に示したのが、図１４〜図１６である。図１４は、実機において時間の変化（クランク角の変化で示す）に伴う熱発生率が変化する様子を示すもので、図１４を得るときの運転条件は、エンジン回転数が２５００ｒｐｍ、燃圧が２６２ｋＰａ、点火時期が２３度ＢＴＤＣである。この図１４から明らかなように、初期燃焼（燃焼質量割合が５０％以下の燃焼）が抑制されていることが理解される。また、図１５に示すように、スワールの生成によって、初期燃焼が遅くなる一方、後期燃焼が速くなっていることが理解される。図１６は、点火プラグ１６の電極Ｅ近傍での空燃比が変化する様子を示すもので、スワール有りの方がスワール無しの場合よりも、電極Ｅ近傍がリーンとなっていることが理解される。
【００３８】
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。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】
【００３９】
【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】スワール無しのときに点火プラグの電極周りに生成される濃混合気層の様子を示す簡略平面図。
【図１３】スワール有りのときに点火プラグの電極周りに生成される濃混合気層の様子を示すもので、図１２に対応した簡略平面図。
【図１４】本発明の効果を示すもので、熱発生率が変化する様子を示す。
【図１５】本発明の効果を示すもので、燃焼質量割合が変化する様子を示す図。
【図１６】点火プラグの電極近傍での空燃比が変化する様子を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１：エンジン
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
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）
ＬＢ：燃料噴射弁の軸心
Ｌ１：第１噴口の軸心（電極下方側に向かう噴口の軸心）
Ｌ２：第２噴口の軸心（電極側方側に向かう噴口の軸心）
Ｌ３：第３噴口の軸心（電極側方側に向かう噴口の軸心）
Ａ１：第１噴口から噴射された燃料の噴霧角
Ａ２：第２噴口から噴射された燃料の噴霧角
Ａ３：第３噴口から噴射された燃料の噴霧角
【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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