(57)【要約】  【課題】点火プラグの電極近傍に指向された左右噴口からの燃料噴霧が吸気弁と干渉（衝突）するのを防止する。  【解決手段】燃焼室周縁部でかつ平面視において２つの吸気弁１２の間において、燃料噴射弁１８が配設される。燃焼室６内に突出している点火プラグ１６の電極Ｅの近傍左右に、燃料噴射弁１８の左側噴口（軸線Ｌ２）と右側噴口（軸線Ｌ３）とが指向される。吸気弁１２が最大リフト量付近の基本噴射時期に燃料噴射が実行されて、燃料噴霧と吸気弁１２との干渉が防止される。点火プラグ１６や燃料噴射弁１８の製造誤差に起因して上記干渉を生じてしまう特定気筒については、基本噴射時期での燃料噴射を制限（減量または禁止）しつつ、干渉を生じないタイミングとなる吸気弁１２の開弁前期または開弁後期に燃料噴射が行われる。【選択図】  図１８
2007177740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒毎に、２つの吸気弁と、燃焼室の略中央部に電極が位置するように配設された点火プラグと、平面視において２つの吸気弁の間の燃焼室周縁部に配設されて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、
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気行程において燃料噴射を実行する吸気行程噴射領域において、吸気弁が高リフト状態の開弁中期を基本噴射時期として設定する基本噴射時期設定手段と、
前記基本噴射時期に燃料噴射を実行したときに、前記左右噴口からの燃料噴霧と吸気弁との干渉を検出する干渉検出手段と、
前記吸気行程噴射領域において、前記干渉検出手段手段によって干渉が検出された特定気筒についての燃料噴射時期を、前記基本噴射時期での燃料噴射を前記干渉が生じないように制限すると共に、吸気弁が低リフト状態の開弁前期と開弁後期との少なくとも一方の期間に燃料噴射を行なわせる噴射時期変更手段と、
を備え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、
前記噴射時期変更手段による前記基本噴射時期での燃料噴射の制限が、吸気弁がより高リフト状態の狭い期間に限定して燃料噴射を行わせることにより行われる、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項３】
請求項１において、
前記噴射時期変更手段による前記基本噴射時期での燃料噴射の制限が、吸気弁が高リフト状態となる開弁中期での燃料噴射を禁止することにより行われる、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ないし請求項３のいずれか１項において、
前記噴射時期変更手段による変更後の燃料噴射が、吸気弁の高リフト状態となる開弁中期と吸気弁の低リフト状態となる開弁前期と開弁後期との３つの期間のうち少なくとも２つの期間で実行される分割噴射とされる、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項５】
請求項１において、
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように成層燃焼を行う領域での高負荷域において、圧縮行程中に燃料噴射を行う後段噴射と、吸気行程中に燃料噴射を行う前段噴射との分割噴射を行うように設定され、
前記特定気筒における前記前段噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期または低リフト状態の開弁後期の少なくとも一方の期間において行われる、
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において、
エンジンの運転状態に応じて、電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域と、該成層燃焼領域よりも高負荷、高回転となって吸気行程でのみ燃料噴射を行う均一燃焼領域と、該成層燃焼領域と均一燃焼領域との境界領域とされて圧縮行程および吸気行程で燃料噴射が行われる遷移領域との３つの領域が設定され、
前記遷移領域において、前記特定気筒に対する吸気行程での燃料噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期と低リフト状態の開弁前期と開弁後期との３つの期間のうち少なくとも１つの期間で行われる、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項７】
請求項１において、
吸気行程でのみ燃料噴射を行うと共に筒内空燃比を理論空燃比以下のリッチ（λ≦１）となるようにする均一燃焼領域において、前記特定気筒についての燃料噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期と低リフト状態の開弁前期と開弁後期との３つの期間のうち少なくとも２つの期間で行われる分割噴射とされる、ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項８】
各気筒毎に、２つの吸気弁と、燃焼室の略中央部に電極が位置するように配設された点火プラグと、平面視において２つの吸気弁の間の燃焼室周縁部に配設されて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、
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での高負荷域、または筒内空燃比が均一となるように少なくとも吸気行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での低負荷域において、有効圧縮比が小さくなるように吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも所定クランク角前とする吸気早閉じとされ、
吸気弁の低リフト状態となる開弁前期と開弁後期との２つの期間のうち少なくとも一方の期間に燃料噴射が行われる、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項９】
各気筒毎に、２つの吸気弁と、燃焼室の略中央部に電極が位置するように配設された点火プラグと、平面視において２つの吸気弁の間の燃焼室周縁部に配設されて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、
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での高負荷域と、筒内空燃比が均一となるように少なくとも吸気行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での低負荷域において、有効圧縮比が小さくなるように吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも所定クランク角後とする吸気遅閉じとされ、
吸気弁の高リフト状態となる開弁中期と圧縮行程との２つの期間のうち少なくとも一方の期間に燃料噴射が行われる、
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９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、該電極の先端近傍でその延長線付近に指向された下側噴口を有し、
前記下側噴口、左側噴口および右側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、
前記下側噴口と前記左側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下側噴口からの燃料噴霧と該左側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、
前記下側噴口と前記右側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下側噴口からの燃料噴霧と該右側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、特許文献１に開示されているように、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。成層燃焼を行う場合、１つの気筒に２つの吸気弁を有する場合には、平面視において、２つの吸気弁間において燃焼室周縁部に燃料噴射弁を配設することも行われている。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、特許文献１には、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。さらにまた、特許文献４には、吸気弁の開弁特性を変更するもの、特に位相変更機構とリフト量変更機構とを組み合わせて、開閉時期やリフト量等を変更できるようにしたものが開示されている。
【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
【特許文献４】特開２００４−３０１０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、燃焼室周縁部でかつ平面視において２つの吸気弁の間に配設された燃料噴射弁においては、吸気行程において燃料噴射を行う場合に、電極近傍の左右側方に指向される左側噴口と右側噴口からの燃料噴霧が、吸気弁と干渉してしまう時期がある。すなわち、吸気上死点付近で開弁されて、吸気上死点付近で閉弁される通常の開弁特性に設定された吸気弁にあっては、吸気弁の高リフト状態となる開弁中期と、低リフト状態となる開弁前期および開弁後期には干渉を生じないが、吸気弁が上記以外のリフト量にあるとき（吸気弁が中リフト量状態にあるとき）は、左右の噴口からの燃料噴霧と吸気弁とが干渉を生じてしまうことになる。そして、通常は、吸気行程で燃料噴射を行うときは、燃料の気化、霧化促進が要求されるときなので、吸気弁が高リフト状態となる開弁中期に燃料噴射を行うようにしてある。すなわち、吸気弁の高リフト状態では、ピストン速度が十分に上昇していて吸気流動が早い状態となっているので、この早い吸気流動を有効に利用して燃料噴霧の気化、霧化を促進するために、吸気弁が高リフト状態のときに燃料噴射を行うようになっている。なお、上記干渉が生じてしまうと、スモークやＮＯｘ増大の原因となる。
【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。したがって、吸気行程において燃料噴射を行う場合に、燃料噴射弁の製造誤差によって、一部の特定気筒では、吸気弁が高リフト状態となる開弁中期に燃料噴射を行っても、左右の噴口からの燃料噴霧が吸気弁と干渉してしまうという可能性がでてくる。
【０００８】
上述した吸気行程で燃料噴射を行うときの左右の噴口からの燃料噴霧と吸気弁との干渉という問題は、吸気弁の開弁特性を変更したときにも生じることになる。すなわち、ポンピングロス低減（さらなる燃費向上）のために、吸気弁の閉弁時期を、通常の開弁特性から、吸気下死点よりも早い時期に閉弁する吸気早閉じとした場合や、逆に吸気下死点よりもかなり遅い時期に閉弁する吸気遅閉じとした場合に、燃料噴射を通常の開弁特性とした場合と同じ時期に行ったのでは、左右の燃料噴霧と吸気弁とが干渉してしまうことになる。
【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、電極近傍の左右に指向された左右噴口からの燃料噴霧と吸気弁との干渉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】
【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第１の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、２つの吸気弁と、燃焼室の略中央部に電極が位置するように配設された点火プラグと、平面視において２つの吸気弁の間の燃焼室周縁部に配設されて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、
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
吸気行程において燃料噴射を実行する吸気行程噴射領域において、吸気弁が高リフト状態の開弁中期を基本噴射時期として設定する基本噴射時期設定手段と、
前記基本噴射時期に燃料噴射を実行したときに、前記左右噴口からの燃料噴霧と吸気弁との干渉を検出する干渉検出手段と、
前記吸気行程噴射領域において、前記干渉検出手段手段によって干渉が検出された特定気筒についての燃料噴射時期を、前記基本噴射時期での燃料噴射を前記干渉が生じないように制限すると共に、吸気弁が低リフト状態の開弁前期と開弁後期との少なくとも一方の期間に燃料噴射を行なわせる噴射時期変更手段と、
を備えているようにしてある。
【００１１】
上記解決手法によれば、基本噴射時期に燃料噴射を実行したのでは、左右噴口からの燃料噴霧と吸気弁とが干渉してしまう特定気筒については、吸気弁が高リフト状態となる開弁中期での燃料噴射を干渉しないように制限しつつ、この制限された分だけ、吸気弁が低リフト状態となる開弁前期、開弁後期の少なくとも一方の期間つまり干渉を生じない時期に燃料噴射時期を変更するので、所定の燃料噴射量を確保しつつ、燃料噴霧と吸気弁との干渉が防止されることになる。
【００１２】
上記第１の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７に記載のとおりである。すなわち、
前記噴射時期変更手段による前記基本噴射時期での燃料噴射の制限が、吸気弁がより高リフト状態の狭い期間に限定して燃料噴射を行わせることにより行われる、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、吸気流動の大きい燃料噴射時期として最適な開弁中期での燃料噴射を行いつつ、干渉を防止することができる。
【００１３】
前記噴射時期変更手段による前記基本噴射時期での燃料噴射の制限が、吸気弁が高リフト状態となる開弁中期での燃料噴射を禁止することにより行われる、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、干渉を簡単かつ確実に防止する上で好ましいものとなる。
【００１４】
前記噴射時期変更手段による変更後の燃料噴射が、吸気弁の高リフト状態となる開弁中期と吸気弁の低リフト状態となる開弁前期と開弁後期との３つの期間のうち少なくとも２つの期間で実行される分割噴射とされる、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、複数の期間に分けて燃料噴射を実行することにより、所定の燃料噴射量を確実に確保する上で好ましいものとなる。
【００１５】
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように成層燃焼を行う領域での高負荷域において、圧縮行程中に燃料噴射を行う後段噴射と、吸気行程中に燃料噴射を行う前段噴射との分割噴射を行うように設定され、
前記特定気筒における前記前段噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期または低リフト状態の開弁後期の少なくとも一方の期間において行われる、
ようにしてある（請求項５対応）。この場合、後段噴射によって電極周りの局所空燃比を適度にリッチ化した成層化が確実に得られる。また、前段噴射の噴射時期の設定によって、出力確保に必要となる燃料の気化、霧化促進を十分に図ることができる。なお、前段噴射で要求される燃料噴射量は少なくてすむので、吸気弁の開弁中期であっても極めてリフト量が大きくなっている小さいクランク角範囲で燃料噴射を完了させて、吸気弁と燃料噴霧とが干渉させないようにすることができる。
【００１６】
エンジンの運転状態に応じて、電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域と、該成層燃焼領域よりも高負荷、高回転となって吸気行程でのみ燃料噴射を行う均一燃焼領域と、該成層燃焼領域と均一燃焼領域との境界領域とされて圧縮行程および吸気行程で燃料噴射が行われる遷移領域との３つの領域が設定され、
前記遷移領域において、前記特定気筒に対する吸気行程での燃料噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期と低リフト状態の開弁前期と開弁後期との３つの期間のうち少なくとも１つの期間で行われる、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合、遷移領域の設定によって、成層燃焼領域と均一燃焼領域との間での移行をスムーズに行うことができる。そして、遷移領域において、燃料噴霧の気化、霧化を十分に促進させる上で好ましいものとなる。なお、燃料噴射量は少なくてすむので、吸気弁の開弁中期であっても極めてリフト量が大きくなっている小さいクランク角範囲で燃料噴射を完了させて、吸気弁と燃料噴霧とが干渉させないようにすることができる。
【００１７】
吸気行程でのみ燃料噴射を行うと共に筒内空燃比を理論空燃比以下のリッチ（λ≦１）となるようにする均一燃焼領域において、前記特定気筒についての燃料噴射が、吸気弁が高リフト状態の開弁中期と低リフト状態の開弁前期と開弁後期との３つの期間のうち少なくとも２つの期間で行われる分割噴射とされる、ようにしてある（請求項７対応）。この場合、燃料噴射量が多くなるが、少なくとも２つの期間に分けた分割噴射によって、吸気弁の開弁中期であっても極めてリフト量が大きくなっている小さいクランク角範囲で燃料噴射を完了させて、吸気弁と燃料噴霧とが干渉させないようにすることができる。
【００１８】
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第２の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８に記載のように
各気筒毎に、２つの吸気弁と、燃焼室の略中央部に電極が位置するように配設された点火プラグと、平面視において２つの吸気弁の間の燃焼室周縁部に配設されて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、
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での高負荷域、または筒内空燃比が均一となるように少なくとも吸気行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での低負荷域において、有効圧縮比が小さくなるように吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも所定クランク角前とする吸気早閉じとされ、
吸気弁の低リフト状態となる開弁前期と開弁後期との２つの期間のうち少なくとも一方の期間に燃料噴射が行われる、
ようにしてある。上記解決手法によれば、吸気早閉じによるポンピングロス低減によって燃費向上を図りつつ、燃料噴射時期の適切な設定によって燃料噴霧と吸気弁との干渉を防止して燃料噴霧の気化、霧化が促進されて、スモークやＮＯｘを低減することができる。
【００１９】
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第３の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９に記載のように
各気筒毎に、２つの吸気弁と、燃焼室の略中央部に電極が位置するように配設された点火プラグと、平面視において２つの吸気弁の間の燃焼室周縁部に配設されて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、
前記複数の噴口として、少なくとも前記電極の左側近傍に指向された左側噴口と該電極の右側近傍に指向された右側噴口とを有するように設定された火花点火式直噴エンジンにおいて、
電極周りの局所空燃比がリッチとなるように少なくとも圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での高負荷域と、筒内空燃比が均一となるように少なくとも吸気行程で燃料噴射を行う成層燃焼領域での低負荷域において、有効圧縮比が小さくなるように吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも所定クランク角後とする吸気遅閉じとされ、
吸気弁の高リフト状態となる開弁中期と圧縮行程との２つの期間のうち少なくとも一方の期間に燃料噴射が行われる、
ようにしてある。上記解決手法によれば、吸気遅閉じによるポンピングロス低減によって燃費向上を図りつつ、燃料噴射時期の適切な設定によって燃料噴霧と吸気弁との干渉を防止して燃料噴霧の気化、霧化が促進されて、スモークやＮＯｘを低減することができる。
【００２０】
上記各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１０に記載のとおりである。すなわち、
前記電極近傍に指向される噴口として、該電極の先端近傍でその延長線付近に指向された下側噴口を有し、
前記下側噴口、左側噴口および右側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、
前記下側噴口と前記左側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下側噴口からの燃料噴霧と該左側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、
前記下側噴口と前記右側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下側噴口からの燃料噴霧と該右側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１０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】
【００２１】
本発明によれば、燃料噴霧と吸気弁との干渉を防止することができ、その結果スモークやＮＯｘ低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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、燃料噴射制御の詳細について説明する。
【００２３】
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。
【００２４】
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）。
【００２５】
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）。
【００２６】
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、図１４に示すように、その上流側から下流側へ順次、空燃比センサとしてのリニア酸素センサＳ６、第１三元触媒７１、ＮＯｘ吸収・還元触媒７２、第２三元触媒７３、リニア酸素センサＳ６Ｂが設けられている。なお、上記リニア酸素センサＳ６、Ｓ６Ｂ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。ただし、空燃比制御用の空燃比センサとしては、上流側にあるリニア酸素センサＳ６が用いられる。そして、下流側のリニア酸素センサＳ６Ｂの検出値は、上流側のリニアセンサＳ６での検出値とも比較されて、排気ガス浄化の状態や各触媒の劣化状態等を検出するために用いられる。また、ＮＯｘ吸収・還元触媒７２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。なお、第１三元触媒７１とＮＯｘ吸収・還元触媒７２とは離間しているが、ＮＯｘ吸収・還元触媒７２と第２三元触媒７３とは接近されていて、この第２三元触媒７３は、もっぱら、ＮＯｘ吸収・還元触媒７２からのＮＯｘ放出、還元後の有害成分浄化用とされる。
【００２７】
図１４において、吸気弁の位相変更用の可変位相機構が符合８１で示され（クランクシャフトとカムシャフトとの位相変更）、また、吸気弁のリフト量変更機構用のアクチュエータが符合８２で示される。なお、位相およびリフト量変更のための各機構は、前述した特許文献４に記載のものと同様のものを用いてあり、またこのような機構は従来から種々提案されているので（例えば、吸気弁を直接アクチュエータによって駆動制御するもの等）、この各機構の詳細な説明は省略する。
【００２８】
再び図１において、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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）。
【００３４】
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。また、前段噴射の噴射時期を、吸気行程に設定することもできる。なお、燃料噴霧と吸気弁との干渉に関連した燃料噴射時期（燃料噴射態様）の設定（変更）については、後述する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。なお、左右の噴口からの燃料噴霧と吸気弁との干渉防止のための燃料噴射時期の設定（変更）の点については後述する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
図１５、図１６は、電極Ｅと左右噴口からの燃料噴霧とが干渉（衝突）しているか否かを検出するための手法を示すもので、電極（中心電極と周辺電極）を通して流れるイオン電流の大きさに応じて干渉の有無を判別する手法を示すものである。すなわち、電極周りの局所空燃比の大きさに応じてイオン電流の大きさが変化されるが、吸気行程での所定時期に燃料噴射したときに、燃料噴霧と吸気弁との干渉が生じていると、干渉が生じていない場合に比して、電極周りでの局所空燃比が相当にリーンとなるので、イオン電流の大きさをみることによって（例えば所定のしきい値との大小関係をみる）、干渉の有無を判断できることになる。
【００５１】
まず、点火プラグ１６は、既知のように、その周辺電極がエンジン１を介してグランドされ、その中心電極が点火回路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。
【００５２】
エンジン１を運転したとき、吸気行程で燃料噴射（後述するように吸気弁が高リフト状態となる開弁中期での燃料噴射）を実行した直後において、電極回りに存在する燃料噴霧によって中心電極と周辺電極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１６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となる（空燃比が理論空燃比よりもリッチな場合はこの逆）。このようにして、各気筒についてそれぞれイオン電流（つまり干渉の有無）が検出、記憶されることになる（少なくとも干渉を生じてい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。
【００５３】
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）。
【００５４】
図１７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１５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、中心電極と周辺電極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。つまり、電極周りの局所空燃比が相当にリーンとなっていて絶縁抵抗が大きいときに、干渉を生じていると判断される。
【００５５】
次に、燃料噴霧（左右の噴口からの燃料噴霧）と吸気弁との干渉の点について説明する。まず、図１８は、吸気弁１２の開弁特性が基本特性とされた場合を示す。この基本特性では、吸気弁１２は、一般に行われているように、吸気上死点付近（吸気上死点よりも若干早い時期）に開弁され、吸気下死点付近（吸気下死点よりも若干遅い時期）で閉弁される。吸気弁１２のリフト量が、図１８のδ１と前記δ２との間の領域に位置するときは、設計上の燃料噴霧と吸気弁１２とが干渉を生じる領域となる。この図１８から理解されるように、干渉を生じないのは、吸気弁１２の開弁前期（ｃ１よりも前の時期）と、開弁中期（ｃ２とｃ３との間の時期）と、開弁後期（ｃ４よりも後の時期）であり、ｃ１とｃ２との間、およびｃ３とｃ４との間は干渉を生じることになる。そして、吸気行程での基本的な燃料噴射時期は、開弁中期とされる。これは、ピストン速度が大きくなって吸気流動が十分に高まっているときに燃料噴射を行うことにより、燃料噴霧の気化、霧化が十分に促進されるためである。この開弁中期での燃料噴射が符合ＪＢで示される。
【００５６】
開弁中期での燃料噴射ＪＢを行なう場合に、製造誤差による左右噴口の位置ずれによって、ｃ２とｃ３とが相互に接近する状態となって、燃料噴射ＪＢをそのまま実行したので、干渉を生じてしまう場合がある。干渉の有無は、前述したイオン電流検出や絶縁抵抗検出によって判別することができる。干渉を生じる特定気筒がある場合は、この特定気筒の吸気行程での燃料噴射時期が、次のように変更される。すなわち、まず、干渉を生じる開弁中期での燃料噴射ＪＢが、干渉を生じないように制限される。この制限は、開弁中期での燃料噴射を実行しつつ、噴射開始時期を遅くすることと噴射終了時期を早くすることとの少なくとも一方によって行われるが、両方を行うのが好ましい（開弁中期での燃料噴射量減量補正となる）。このような制限を行う場合、吸気弁１２の最大リフト位置となるクランク角を基準クランク角として、それよりも所定クランク角ＣＫ分だけ前となる開始時期に燃料噴射を開始させると共に、所定クランク角ＣＫ分だけ後となる終了時期に燃料噴射を終了させて、この燃料噴射開始時期と終了時期との範囲となる２ＣＫのクランク角範囲を、干渉防止に十分な小さい範囲となるように制限するのが好ましい。また、上記のような制限に代えて、制限内容を開弁中期での燃料噴射を禁止するものとして設定してもよい（開弁中期での燃料噴射量が０）。
【００５７】
上記開弁中期での制限によって生じる不足分の燃料噴射量が、開弁中期あるいは開弁後期の少なくとも一方の期間で燃料噴射を実行することにより補償される。この補償のための燃料噴射は、燃料噴霧の気化、霧化促進を考慮した場合は開弁前期に行うのが好ましく、気化、霧化促進を優先しないときは開弁後期に行えばよい。勿論、開弁前期と開弁後期との両方で燃料噴射を行ってもよく、特に開弁中期で燃料噴射を実行しないときは、開弁前期と開弁後期との両方で燃料噴射を実行することにより、所定の燃料噴射量を確実に確保する上で好ましいものとなる。所定の燃料噴射量を確実に確保するという観点からは、開弁中期と開弁前期と開弁後期との３つの期間のうち少なくと２つの期間での分割噴射を行うののが好ましく、３つの期間全てで燃料噴射を行う場合は極めて多量の燃料噴射量であっても確実に確保されることになる。なお、燃料噴射弁１８の製造誤差を考慮した確実な干渉防止のために、開弁前期での燃料噴射は、ｃ１よりも十分早い時期に終了させ、開弁後期での燃料噴射はＣ４よりも十分遅い時期に開始させるように設定される。
【００５８】
図５に示す成層燃焼領域での高負荷域においては、比較的燃料噴射量が多くなるので、圧縮行程後半での後段噴射と圧縮行程前半での前段噴射との分割噴射とされるが、この前段噴射を吸気行程において行うようにすることもできる。この場合、干渉を生じる特定気筒については、吸気行程での燃料噴射を、開弁中期または開弁後期の少なくとも一方において行うことができ、特に開弁後期において行うのが、電極周りを適度にリッチ化しつつ、必要量の燃料噴射量を確保するという観点から好ましいものとなる（均一燃焼の場合に比して燃料噴霧の気化、霧化促進は重視されないので）。
【００５９】
ここで、図５の破線で示すように、成層燃焼領域と均一燃焼領域との間に、遷移領域を設定してもよい。遷移領域は、成層燃焼領域と均一燃焼領域との間で燃料噴射態様をスムーズに移行させるためのもので、基本的に、圧縮行程での燃料噴射と吸気行程での燃料噴射との両方が行われる。遷移領域において、成層燃焼領域から均一燃焼領域に近づくにつれて、圧縮行程での燃料噴射量が徐々に低減されて、この分吸気行程での燃料噴射量が増大される（均一燃焼領域から成層燃焼領域へ近づくときはこの逆）。遷移領域において、干渉を生じる特定気筒については、吸気行程での燃料噴射が、開弁中期と開弁前期と開弁後期との３つの期間のうち少なくとも１つの期間で行われるが、成層燃焼領域から均一燃焼領域へ近づくにつれて、開弁後期の燃料噴射から開弁中期あるいは開弁前期への燃料噴射へと徐々に変更していくこともできる。
【００６０】
吸気行程でのみ燃料噴射が行われる均一燃焼領域では、筒内空燃比が理論空燃比以下のリッチ（λ≦１）とされて、多量の燃料噴射量が要求されることになる。このような均一燃焼領域では、干渉を生じる特定気筒については、開弁中期と開弁前期と開弁後期との３つの期間のうち、少なくとも２つの期間で燃料噴射を行う分割噴射とするのが好ましい（開弁中期での燃料噴射は、干渉を防止するための前述した制限が与えられたものとなる）。
【００６１】
図１９は、本発明の別の実施形態を示すものであり、ポンピングロス低減のために吸気早閉じとした場合である。なお、本実施形態は、特定気筒という一部の気筒についての燃料噴射態様ではなく、全気筒共通の燃料噴射態様とされる。本実施形態では、吸気弁１２の開弁特性が、図１８の基本特性から変更されて、閉弁時期が吸気下死点よりも相当大きな所定分だけ早い時期とされ、しかもリフト量も基本特性の場合に比して小さくなるように設定される。このような吸気早閉じが行われる領域は、図５に示す成層燃焼領域での高負荷域、あるいは均一燃焼領域での低負荷域となる（遷移領域を設定した場合は遷移領域であってもよい）。
【００６２】
上記吸気早閉じとした場合は、吸気弁１２の高リフト状態となる開弁中期では、吸気弁１２と燃料噴霧とが常に干渉してしまう領域となる。したがって、本実施形態では、開弁前期と開弁後期との２つの期間のうち、少なくとも一方の期間で燃料噴射を実行するようにしてある。成層燃焼領域では、ある程度電極周りにリッチな混合気層を形成するために、開弁後期に燃料噴射を行うのが好ましい（燃料噴射量が不足するときは、不足分を開弁前期で燃料噴射する）。また、燃料噴霧の気化、霧化促進が要求される均一燃焼領域では、開弁前期に燃料噴射を行うのが好ましい（燃料噴射量が不足するときは、不足分を開弁後期で燃料噴射する）。なお、図１９の場合では、燃料噴射弁１８の製造誤差があっても吸気弁１２と燃料噴霧との確実な干渉防止のために、開弁前期で燃料噴射する場合はｃ１１で示す時点よりも十分早い時期に燃料噴射を終了するのが好ましく、開弁後期で燃料噴射する場合はｃ１２で示す時点よりも十分遅い時期に燃料噴射を開始するようにされる。
【００６３】
図２０は本発明のさらに別の実施形態を示すもので、ポンピングロス低減のために吸気遅閉じとした場合である。なお、本実施形態は、図１８の場合と同様に、特定気筒という一部の気筒についての燃料噴射態様ではなく、全気筒共通の燃料噴射態様とされる。本実施形態では、吸気弁１２の開弁特性が、図１８の基本特性を遅い側に所定分位相変更したものに相当し、したがってリフト量は基本特性の場合と同じである。本実施形態では、開弁時期が吸気上死点よりも相当大きな所定分だけ遅い時期とされ、また、閉弁時期が吸気下死点よりも相当大きな所定分だけ遅い時期となって、圧縮行程前半の時期とされる。このような吸気遅閉じ行われる領域は、図１８の場合と同様に、図５に示す成層燃焼領域での高負荷域、あるいは均一燃焼領域での低負荷域となる（遷移領域を設定した場合は遷移領域であってもよい）。本実施形態では、ｃ２１とｃ２２との間、およびｃ２３とｃ２４との間の領域が吸気弁１２と燃料噴霧とが干渉する領域となる。燃料噴射時期は、開弁中期と圧縮行程（に圧縮行程前半）との２つの期間の少なくとも一方とされる。成層燃焼領域では、圧縮行程に燃料噴射を行うのが好ましい（燃料噴射量が不足するときは、不足分を開弁中期で燃料噴射する）。また、均一燃焼領域では、開弁中期に燃料噴射を行うのが好ましい（燃料噴射量が不足するときは、不足分を圧縮行程で燃料噴射する）。なお、開弁前期は、吸気遅閉じが行われる領域の設定からくる要求からして、燃料噴射を行わないようにしてあるが、この開弁前期に燃料噴射を行うことも可能である。また、開弁中期での燃料噴射は、燃料噴射弁１８の製造誤差に起因する干渉を確実に防止するのために、燃料噴射開始時期がｃ２２時点よりも十分に遅い時期とされ、燃料噴射終了時期がｃ２３時点よりも十分早い時期とされる。
【００６４】
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。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。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。特定気筒に対する燃料噴射時期を変更したとき、他の気筒全ての燃料噴射時期を特定気筒について変更された燃料噴射時期に変更するようにしてもよい。干渉を生じる特定気筒について、吸気弁の開弁中期での燃料噴射量を徐々に低減させて、つまり噴射開始時期を徐々に遅らせると共に噴射終了時期を徐々に早めて、干渉を生じない範囲でもって開弁中期での燃料噴射を実行するようにしてもよい。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】
【００６５】
【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】排気通路の構成例と開弁特性変更機構を簡略的に示す図。
【図１５】イオン電流を検出する回路例を示す図。
【図１６】イオン電流と空燃比との関係を示す図。
【図１７】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１８】吸気弁の基本開弁特性と燃料噴射時期とを示す図。
【図１９】吸気早閉じとしたときの燃料噴射時期を示す図。
【図２０】吸気遅閉じとしたときの燃料噴射時期を示す図。
【符号の説明】
【００６６】
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
１７：点火回路
１８：燃料噴射弁
４２：イオン電流検出回路（干渉検出手段）
４３：絶縁抵抗検出回路（干渉検出手段手段）
５０：コントローラ（基本噴射時期設定手段、噴射時期変更手段、開弁特性制御手段）
Ｅ：点火プラグの電極
ＬＢ：燃料噴射弁の軸線
Ｌ１：第１噴口（下側噴口）の軸線
Ａ１：第１噴口（下側噴口）から噴射された燃料の噴霧角
Ｌ２：第２噴口（左側噴口）の軸線
Ａ２：第２噴口（左側噴口）から噴射された燃料の噴霧角
Ｌ３：第３噴口（右側噴口）の軸線
Ａ３：第３噴口（右側噴口）から噴射された燃料の噴霧角
８１：吸気弁の位相変更機構（開弁特性変更手段）
８２：吸気弁のリフト量変更用アクチュエータ（リフト量変更手段）
【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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