(57)【要約】【課題】未燃混合気の発生を抑制し、ノッキングの防止を図る。【解決手段】機関の筒内１に直接燃料を噴射する燃料噴射手段１１と、燃料噴射手段１１から噴射された燃料噴霧が周囲の空気を取り込んで形成する混合気の供給速度を検知する供給速度検知手段１３と、混合気の燃焼を開始させる燃焼開始手段１２と、機関の運転状態を検出する運転状態検出手段１４，１５と、運転状態に応じた前記混合気の燃焼速度を検知する燃焼速度検知手段１３と、筒内１のガス流動の強度を可変に制御するガス流動制御手段５ａとを備え、ガス流動制御手段５ａによって燃焼速度が供給速度と略同等となるようにガス流動を制御することにより、混合気の燃焼火炎を筒内１に定在化させる第１の燃焼モードを有する。【選択図】図１
2007285244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料噴射手段から噴射された燃料噴霧が周囲の空気を取り込んで形成する混合気の供給速度を検知する供給速度検知手段と、
前記混合気の燃焼を開始させる燃焼開始手段と、
機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
運転状態に応じた前記混合気の燃焼速度を検知する燃焼速度検知手段と、
前記筒内のガス流動の強度を可変に制御するガス流動制御手段と、
を備え、
前記ガス流動制御手段によって前記燃焼速度が前記供給速度と略同等となるようにガス流動を制御することにより、前記混合気の燃焼火炎を前記筒内に定在化させる第１の燃焼モードを有することを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項２】
前記ガス流動制御手段は、前記燃焼火炎が定在化する位置を、燃料が概ね気相となる位置よりも燃料噴霧下流側となるようにガス流動を制御することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項３】
前記ガス流動制御手段は、前記燃焼火炎が定在化する位置の噴霧断面の平均当量比が略２以下となるようにガス流動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項４】
前記ガス流動制御手段は、前記機関の回転速度の上昇にともなってガス流動を強めることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項５】
前記ガス流動制御手段は、前記機関の吸気通路の流路断面積を調節することによって前記筒内のスワール流動の強度を可変に制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項６】
前記噴射された燃料がたどる軌跡上における前記燃料噴射弁の燃料噴孔から前記燃焼火炎が定在化する位置までの距離を火炎定在化距離としたときに、
前記ガス流動制御手段により前記燃料がたどる軌跡を偏向させることによって、前記火炎定在化距離が前記燃料噴孔から燃焼室壁面までの最短直線距離よりも長い状態で、前記筒内に前記燃焼火炎を定在化させることを特徴とする請求項５に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項７】
前記ガス流動制御手段は、前記スワール流動によって前記燃料噴霧の拡がり角度を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項８】
前記供給速度を可変に制御する供給速度制御手段を備え、
前記供給速度制御手段は、前記供給速度を前記火炎が前記機関の筒内に定在化するという条件を満たす範囲内で最も高い速度にすることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項９】
前記燃焼開始手段は、燃料噴射期間中に前記燃料噴霧に直接点火を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１０】
前記燃焼開始手段は、前記燃料噴射弁から噴射された直後の燃料噴霧の軸方向に対して、前記スワール流動下流側にオフセットして配置することを特徴とする請求項９に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１１】
前記機関は、ピストンストローク量がピストン径よりも大きいことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１２】
前記第１の燃焼モードは、圧縮行程中に燃料噴射を開始し、燃料噴射期間中に点火時期が設定されており、
前記第１の燃焼モードの他に、吸気行程中に燃料噴射を開始し、圧縮上死点近傍で前記筒内に拡散した混合気に火花点火を行う第２の燃焼モードを有し、
少なくとも低回転・高負荷運転領域では前記第１の燃焼モードを行うことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１３】
機関の実圧縮比を可変に制御可能な実圧縮比可変手段を備え、
前記第１の燃焼モード実行時には、前記実圧縮比を前記第２の燃焼モード実行時に比べて高く設定することを特徴とする請求項１２に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１４】
前記ガス流動制御手段は、前記機関の負荷の上昇にともなってスワール流動を弱めることを特徴とする請求項５から１３のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項１５】
前記ピストンの圧縮上死点位置を可変に制御可能な可変圧縮比機構を備え、
前記ガス流動制御手段は、前記ピストンの上死点位置を制御することによってスキッシュ流動の強さを可変に制御することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内直接噴射式内燃機関の燃焼の制御に関し、特に、ノッキングの発生を防止しつつ出力を向上させるための制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンでは、点火プラグにより点火した火炎が点火プラグ近傍から燃焼室外壁へ向けて伝播する過程において、主に燃焼室外周部付近の未燃混合気が、ピストン上昇による圧縮作用と、伝播する火炎による圧縮作用（爆発による燃焼室内圧上昇）とによって着火温度に達し、自己着火して急激な圧力上昇が引き起こされるノッキング現象が知られている。
【０００３】
このノッキング現象の発生を防止するために、圧縮比の上限は未燃混合気が自己着火しない程度に制限されてしまい、結果として最高トルクが制限される。
【０００４】
ところで、筒内直接噴射式エンジンにおいては、燃料噴射後の燃料が拡散する前に速やかに着火して燃焼させることができれば、燃焼室外周付近に混合気は存在しなくなるので、理論上ノッキングは発生し得ない。このような燃焼形態は一般に噴霧燃焼と呼ばれており、ディーゼル機関では一般的である。
【０００５】
しかしながら、一般的なディーゼルエンジンの場合、機関負荷、機関回転数等の運転条件やＥＧＲ量によって、燃料噴霧が燃焼開始する位置は異なる。このため、運転条件によっては燃料が空気と十分に混合する前に燃焼することによってスモークやＣＯが生成され、排気性能が悪化するおそれがある。
【０００６】
また、ガソリンエンジンを対象とした噴霧燃焼としては、筒内にスワール流動を生成したうえで、燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼室内の空気を取り込んで混合気を形成した直後に点火し、かつ火炎伝播速度と燃料供給速度とを釣り合わせることによって、燃焼が開始する位置（以下、火炎面という）を所望の場所に定在化させる技術が非特許文献１に開示されている。
【０００７】
非特許文献１によれば、火炎面の混合気濃度を噴霧断面の平均当量比が略２程度となるように制御することで、スモークを発生させない燃焼を実現可能することができる。
【非特許文献１】ＳＡＥペーパーＮｏ．６１００１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、非特許文献１には、自動車用エンジンのように燃焼室内の雰囲気が刻々と変化する機関への適用についての記載はない。すなわち、筒内の圧力は常にピストンの上下動により変動し、そして機関負荷や機関回転数の変化に伴う筒内圧や筒内温度の変化等によって筒内雰囲気が変化し、これに伴って燃焼速度が変化する場合に、火炎を所望の位置に定在化させるための技術についての記載がない。
【０００９】
したがって、火炎の定在位置が常にシリンダボア径内になるとは限らず、理論上の火炎面の定在位置がシリンダボアの外側になる場合もある。この場合、燃料供給速度が火炎伝播速度よりも高いため、火花点火によって火炎を生成しても火炎面はシリンダ壁面方向に移動し、その後に噴射される燃料が燃焼を開始する前にシリンダ壁面に衝突して失火を招くおそれがある。
【００１０】
また、筒内雰囲気の変化に伴って火炎面の定在位置が変化した際に、着火位置における空燃比を所望の値に保持するための制御についての記載もない。
【００１１】
したがって、上述したディーゼルエンジンの場合と同様に、空気と十分に混合していないリッチ混合気が燃焼して、スモークやＣＯが生成されるおそれがある。
【００１２】
そこで、本発明では、車両用のガソリンエンジンにおいて火炎面をシリンダボア内に定在させる噴霧燃焼を実現することによって、ノッキングの発生を回避して出力の向上を図り、かつスモークやＣＯの発生を防止して排気性能の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の筒内直接噴射式内燃機関は、機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃料噴射手段から噴射された燃料噴霧が周囲の空気を取り込んで形成する混合気の供給速度を検知する供給速度検知手段と、前記混合気の燃焼を開始させる燃焼開始手段と、機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態に応じた前記混合気の燃焼速度を検知する燃焼速度検知手段と、前記筒内のガス流動の強度を可変に制御するガス流動制御手段と、を備え、前記ガス流動制御手段によって前記燃焼速度が前記供給速度と略同等となるようにガス流動を制御することにより、前記混合気の燃焼火炎を前記筒内に定在化させる第１の燃焼モードを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、運転状態に応じて筒内のガス流動を調整することにより混合気の燃焼速度を制御するので、シリンダボア内に火炎面を定在化させることが可能となり、これによってノッキングの発生を回避して出力の向上を図り、かつスモークやＣＯの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１（ａ）は本実施形態のシステム構成の概略図であり、エンジンのシリンダ周辺をエンジンのフロント側から見た断面図である。
【００１７】
２はシリンダヘッド、３はシリンダブロック、４はシリンダブロック３に設けたシリンダ内を摺動するピストン、１はシリンダヘッド２下面とシリンダブロック３とピストン４の冠面とで形成する燃焼室である。なお、ピストン４のストローク量はシリンダ径よりも大きい、いわゆるロングストローク型とする。
【００１８】
５、６はそれぞれ燃焼室１に開口部を有する吸気通路と排気通路、７は吸気通路５の開口部を開閉する吸気バルブ、８は排気通路６の開口部を開閉する排気バルブである。吸気バルブ７、排気バルブ８はそれぞれ吸気カムシャフト９、排気カムシャフト１０によって駆動する。なお、本実施形態は吸気バルブ７、排気バルブ８を各気筒にそれぞれ２つずつ備える、いわゆる吸排２弁式とする。
【００１９】
１１は燃焼室１内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（燃料噴射手段）、１２は燃焼室１内の混合気に点火する点火栓（燃焼開始手段）、１３は燃料噴射弁１１の噴射時期、噴射量等及び点火栓１２の点火タイミングを制御するコントロールユニット（供給速度制御手段、燃焼速度検知手段）である。
【００２０】
燃料噴射弁１１は噴孔を複数備えるいわゆるマルチホール噴射弁である。なお、噴射弁の種類は針弁により噴孔を開閉する一般的な噴射弁の他に、外開き噴射弁やスワール噴射弁等であってもよい。
【００２１】
図１（ｂ）は吸気通路５のＡ−Ａ矢視図である。なお、Ａ−Ａ線は吸気通路５が吸気バルブ７を備える各吸気ポートに分岐する位置よりも吸気流れ上流側である。
【００２２】
５ａはスワールコントロールバルブ（以下、ＳＣＶという）であり、流路断面を左右に２分割したうちの一方（図中左側）の流路面積を調整する。流路面積を小さくすると各吸気バルブ７を通過して燃焼室１内に流入する吸入空気量に偏りが生じ、これによりスワール流が生成される。したがって、流路面積を小さくするにしたがってスワール流は強くなり、大きくするにしたがって弱くなる。ＳＣＶ５ａの開閉制御は、運転状態に応じてコントロールユニット１３にて行われる。
【００２３】
点火栓１２の配置について図１、図２を参照して説明する。図２は図１の上面図であり、吸気バルブ７、排気バルブ８、吸気カムシャフト９、排気カムシャフト１０を省略したものである。
【００２４】
点火栓１２は、燃料噴射弁１１から噴射される複数の燃料噴霧それぞれに点火することができるように、噴孔と同数だけ設ける。例えば、図１及び図２に示すように吸気通路５、排気通路６、燃料噴射弁１１と干渉せず、かつスワール流の有無によらずに燃料噴霧に点火可能なように、噴孔の数と同数で、噴霧中心軸Ｓからスワール流下流側へややオフセットした位置に設ける。なお、図１、図２に示した燃料噴射方向や燃料噴霧の本数、点火栓１２の配置はあくまでも一例である。
【００２５】
次に本実施形態で適用する燃焼形態の概要について、図３を参照して説明する。
図３は燃料噴孔からの距離と燃料噴霧の速度の関係を表したものである。なお、燃料噴霧の速度は、平均流速で表す。
【００２６】
図３に示すように、噴霧速度は燃料噴孔から遠ざかるほど低下する特性があり、低下する途中で火炎伝播速度と釣り合う点Ｐがある。なお、点Ｐは燃焼室１内の雰囲気、燃料噴射圧等により異なる。
【００２７】
燃料噴射弁１１から噴射された燃料は、周囲の空気を取り込みながら霧化・蒸発を経て可燃混合気を形成する。そして、燃料噴霧下流の点Ｑに設けた点火栓１２により可燃混合気に火花点火すると、火炎が生成する。
【００２８】
図３に示すように点Ｑでは噴霧速度が火炎伝播速度よりも低いため、燃料噴射継続中に火炎は燃料噴孔方向にも伝播する。そして噴霧速度と火炎伝播速度とが釣り合う点Ｐで燃料噴孔方向への火炎の伝播は止まり、その後は、噴射された燃料は点Ｐで燃焼を開始することになる。燃焼開始後の微少時間は予混合燃焼が持続するものと仮定すると、予混合燃焼の反応帯が明確となる。そこで、以下この反応帯を火炎面と定義すると、火炎面は燃料噴射終了直前に噴射された燃料が燃焼するまで点Ｐに定在化する。
【００２９】
なお、本実施形態の燃焼では、未燃混合気が発生せず、排気性能の良い燃焼が得られれば燃焼火炎の形態は特に問わないので、火炎面は必ずしも明確に定義できなくてもよい。
【００３０】
また、火花点火は、通常のガソリンエンジンと同様に、燃料噴射開始後に１回行えばよい。
【００３１】
上記のように、噴射された燃料は混合気を形成したら即座に燃焼を開始し、噴射された燃料のすべてが火炎面で燃焼開始するので、未燃混合気を発生させない噴霧燃焼が可能となり、また、燃料噴射時間と燃焼時間とがほぼ同等になる。
【００３２】
以下、このような燃焼を「混合気律則燃焼」（第１の燃焼モード）と称する。なお、混合気律則燃焼の場合は、クランクシャフト角度が圧縮上死点近傍となる時期に燃料噴射を行う。
【００３３】
混合気律則燃焼によれば、上述したように未燃混合気が発生しないので、シリンダ壁面付近に存在する未燃混合気が火炎伝播により燃焼する前に自己着火してノッキング現象が発生する、という問題も起こりえない。すなわち、混合気律則燃焼が成立するかぎり、ノッキングは発生しない。
【００３４】
また、点火栓１２により火花点火する位置が点Ｐよりも噴孔側の場合は、噴霧速度が火炎伝播速度よりも大きいので、火炎は噴孔から遠ざかる方向にのみ伝播し、点Ｑで点火した場合と同様に、火炎伝播速度と燃料供給速度とが釣り合う点Ｐで定在化する。
【００３５】
このように、点火栓１２による点火位置と火炎面が定在する場所とが異なっていても、火炎面は噴霧速度と火炎伝播速度とが釣り合う位置に定在するので、点火栓１２を設ける位置は、燃料噴霧に火花点火できる位置であればよく、燃料噴射弁１１からの距離を厳密に設定しなくてもよい。
【００３６】
また、火炎伝播速度、すなわち噴射された燃料の燃焼速度は、筒内温度、筒内圧、筒内ガス流動、混合気濃度により変化する特性がある。具体的には図４に示すような関係がある。
【００３７】
図４（ａ）は燃焼速度と筒内温度との関係を表す図であり、縦軸に燃焼速度、横軸に筒内温度をとったものである。図に示すように、筒内温度が上昇するのに伴って燃焼速度も高くなる特性がある。
【００３８】
図４（ｂ）は燃焼速度と筒内圧力との関係を表す図であり、縦軸に燃焼速度、横軸に筒内圧力をとったものである。図に示すように、筒内圧力が上昇するのに伴って燃焼速度は低下する特性がある。
【００３９】
図４（ｃ）は燃焼速度と筒内ガス流動との関係を表すであり、縦軸に燃焼速度、横軸に流動の強さをとったものである。図に示すように、流動が強くなるのに伴って燃焼速度も高くなる特性がある。なお、ここでいうガス流動とは、ＳＣＶ５ａの制御により生成するスワール流動の他に、吸気ポート形状やバルブリフト量等が要因となって発生する流動も含むものである。
【００４０】
図４（ｄ）は燃焼速度と燃料噴射圧との関係を表す図であり、縦軸に燃焼速度、横軸に燃料噴射圧をとったものである。燃料噴射圧が高くなると同一噴射時間に噴射される燃料量が増加して混合気濃度がリッチ化するので、燃焼速度が高くなる。すなわち、燃料噴射圧の変化に伴って燃焼速度も変化することとなり、火炎面の定在する位置が変化することになる。しかし、混合気律則燃焼においては、火炎面が燃焼期間中常に一定の位置に定在している必要はなく、後述する条件を満たす範囲に定在していればよい。
【００４１】
ここで、火炎面の定在する位置について図９を参照して説明する。
【００４２】
図９は縦軸に噴霧の平均流速Ｕｘ、横軸に燃料噴孔からの距離（以下、噴霧距離と称する）をとったものであり、破線Ｓｔｈｉｇｈは、例えばＳＣＶ５ａ全閉時のようにスワール流動が比較的強い場合（以下、高スワール時という）の燃焼速度、破線Ｓｔｌｏｗは、例えばＳＣＶ５ａ全開時のようにスワール流動が比較的弱い場合（以下、低スワール時という）の燃焼速度を示す。
【００４３】
図９に示すように、高スワール時の方が低スワール時よりも燃焼速度が高い。したがって、燃焼速度（火炎伝播速度）と平均流速が釣り合う点を火炎定在位置Ｌｂとすると、高スワール時の火炎定在位置Ｌｂ１と低スワール時の火炎定在位置Ｌｂ２の間にはＬｂ１＜Ｌｂ２の関係が成立する。
【００４４】
ところで、燃焼時に未燃混合気の発生と同様に問題となるものとして、スモークの発生が挙げられる。スモークの生成量は燃料の当量比φとの間に図７に示すような関連がある。
【００４５】
図７は横軸に当量比、縦軸にスモーク生成量をとったものである。図７から明らかなように、当量比φが略２以下ではスモークはほとんど生成されない。
【００４６】
したがって、混合気律則燃焼の場合、火炎面の噴霧断面の平均当量比φｘが略２以下となっていれば、スモークの発生を防止できる。
【００４７】
噴霧断面の平均当量比φｘと噴霧距離との関係は図６下図を参照して説明する。
【００４８】
図６下図は、縦軸に噴霧断面の当量比φｘ、横軸に噴霧距離をとり、噴霧拡がり角度θが異なる場合の特性（図中θ１、θ２、θ３）について表したものである。なお、θ２、θ３は噴霧角度θがそれぞれθ１の２倍、３倍の場合について表したものであり、θ１、θ２、θ３はいずれも同一の燃料量を噴射した場合である。
【００４９】
図６下図に示す通り、噴霧距離が伸びるほど当量比は低下する特性となっている。これは、噴霧距離が伸びるに連れて周囲の空気を取り込むためである。そして、同量の燃料を噴射した場合には、噴霧拡がり角度θが大きくなるほど燃料噴霧の体積が増大するために周辺の空気との混合が促進され、噴孔に近い位置で当量比φが略２以下となる。
【００５０】
したがって、噴霧角度θ１、θ２、θ３の場合のスモーク限界距離を、それぞれＬｓ１、Ｌｓ２、Ｌｓ３とすると、Ｌｓ１＞Ｌｓ２＞Ｌｓ３の関係が成立する。
【００５１】
なお、噴霧拡がり角度θは、基本的には燃料噴射弁１１の噴孔の開口方向により定まるが、図６上図に示したように、スワール流動が強くなるにつれて拡がり角度θも大きくなる傾向がある。したがって、スワール流動が強くなるほど当量比φｘ＝２となる噴霧距離は短くなる。
【００５２】
上記のことから、火炎面での平均当量比φｘを２以下となるようにすれば燃焼時のスモーク発生を防止できるということがわかる。しかしながら、当量比φが小さくなるほど燃焼性は悪化する特性があるので、燃焼可能な当量比には下限（希薄可燃限界）がある。
【００５３】
したがって、φｘ＝２から希薄可燃限界までが、スモークを発生させない燃焼が可能な範囲（スモークレス燃焼範囲）となる。
【００５４】
図８に噴霧断面の平均当量比φｘ、噴霧距離、スモークレス燃焼範囲の関係を表す。図８は縦軸に噴霧平均当量比φｘ、横軸に噴霧距離をとり、スモークレス燃焼範囲を斜線部で表したものである。
【００５５】
図８においては、噴霧距離がＳＬ１からＳＬ２までの間で、噴霧断面の平均当量比φｘがスモークレス燃焼範囲に収まる。このＳＬ１からＳＬ２までの間のように、噴霧断面の平均当量比φｘが２以下かつ希薄可燃限界以上となる噴霧距離を、スモークレス燃焼の成立距離とする。そして、スモークレス燃焼範囲のうち最も燃料噴孔に近い部分、すなわち噴霧断面の平均当量比φｘが２になる部分の噴霧距離をスモーク限界距離Ｌｓとする。
【００５６】
以上のことから、火炎定在距離Ｌｂがスモークレス燃焼の成立距離内になれば、ノッキングを生じず、かつスモーク発生のない燃焼となる。
【００５７】
ところが、車両用エンジンの場合は、機関負荷や機関回転数等の運転条件が刻々と変化するので、火炎定在位置Ｌｂやスモーク限界距離Ｌｓも刻々と変化することになる。また、シリンダのボア寸法が定まっているので、後述するように火炎面がシリンダに定在するようにしなければならない。
【００５８】
そこで、車両用エンジンにおいて混合気律則燃焼を行うために、以下に説明する制御を行うこととする。
【００５９】
なお、燃料噴射弁１１の噴孔の大きさは、後述する混合気律則燃焼を行うための制御によって、燃焼室内のいずれかの位置に、噴霧断面の平均当量比φｘが略２以下となる混合気が形成されるように設定する。例えば、機関負荷や機関回転数等の変化による筒内雰囲気の変化幅を予め求め、その変化幅の中でできるだけ広い範囲で平均当量比φｘを略２以下とすることができる大きさに設定する。
【００６０】
図５はコントロールユニット１３が混合気律則燃焼を行なうために実行する制御ルーチンを表すフローチャートである。なお、本制御では、後述する調整によっても火炎面定在位置がシリンダボア内に収まらない場合には均質燃焼を行うこととしている。均質燃焼とは、運転状態に応じて定まる燃料量を吸気行程中に噴射し、圧縮行程中にシリンダの空気と拡散混合（予混合）させ、圧縮上死点近傍で火花点火する燃焼モード（第２の燃焼モード）をいう。
【００６１】
なお、本制御ルーチンを行うのは、予混合均質燃焼ではノッキングが発生し易い機関低回転・高負荷運転領域であり、例えば、図１０の運転領域マップの斜線で囲んだ領域である。その他の領域（高回転・高負荷運転領域も含める）では均質燃焼を行う。
【００６２】
ステップＳ１では、筒内温度、圧力、雰囲気密度を読み込む。具体的には前記各値を機関回転数及び負荷に割り付けたマップを作成しておき、回転数センサ１４やアクセル開度センサ１５等（運転状態検出手段）によって検出した回転数及び負荷を用いて前記マップを検索する。なお、筒内温度、圧力、雰囲気密度は、それぞれ圧縮上死点時の温度、圧力、雰囲気密度を指す。
【００６３】
ステップＳ２では、ステップＳ１で読み込んだ雰囲気密度に基づいて、燃料噴霧の拡がり角度θを算出し、この噴霧拡がり角度θと燃料噴射弁の噴孔径とに基づいてスモーク限界距離Ｌｓを算出する。
【００６４】
雰囲気密度と噴霧拡がり角度θとの間には、雰囲気密度が高くなるほど、すなわち燃料噴射中のシリンダ内の実圧縮比が高くなるほど噴霧拡がり角度も大きくなる特性がある。そこで、燃料噴射弁１１の仕様に基づいて、このような特性に基づいて燃料噴霧の拡がり角度（噴霧拡がり角度）θ検索用のマップを予め作成しておき、ステップＳ１で読み込んだ雰囲気密度で検索することによって噴霧拡がり角度θを求める。
【００６５】
ステップＳ３では、スモーク限界距離Ｌｓがシリンダボア半径に０．９を乗じた値よりも小さいか否かの判定を行う。小さい場合には後述するステップＳ９に進み、大きい場合にはステップＳ４に進む。なお、ここで用いるシリンダボア半径とは、燃料噴孔からシリンダ壁面までの距離をいう。
【００６６】
ステップＳ４では、スワール流動の強さを初期値として予め設定した値に設定する。前述したようにスワール流動の強度はＳＣＶ５ａの開度により行う。
【００６７】
ここで、スワール流動を生成した場合について図２、図１０を用いて説明する。図１０は縦軸に噴霧断面の平均当量比φ、横軸に噴霧先端の軌跡上の距離をとり、スモーク限界距離Ｌｓとボア半径との関係を示したものである。噴霧先端の軌跡上の距離とは、燃料噴射弁１１から噴射された燃料噴霧の総移動距離である。
【００６８】
図２に示すように、燃料噴射弁１１から噴射された燃料は、噴射直後は貫徹力が強いため噴射方向に進むが、燃料噴射弁１１からの距離が長くなるにしたがって貫徹力が弱くなり、シリンダ壁に近い部分でスワール流動によって進行方向を曲げられる。以下、スワール流動によって曲げられた方向をスワール流動下流側とし、燃料噴霧先端が燃料噴射方向から下流側に流された距離をαとする。
【００６９】
このように噴霧先端がスワール流動によって流されることにより、噴霧先端の軌跡上の距離がボア半径より長い場合であっても、燃料噴霧の先端はシリンダ壁に衝突することなく、シリンダ内に存在することとなる。
【００７０】
この燃料噴霧先端の総移動距離を仮想ボア半径とし、下式（１）のように定義する。
【００７１】
Ｂｏｒｅ２＝Ｂｏｒｅ×０．９＋α      ・・・（１）
ボア半径と仮想ボア半径との関係は図１０に示すようになる。すなわち、スモーク限界距離Ｌｓがボア半径より大きい場合でも、仮想ボア半径より小さければ、混合気律則燃焼が可能となる。
【００７２】
また、スワール流動を生成すると、図６上図に示すように噴霧拡がり角度θが大きくなり、図６下図に示すように噴霧拡がり角度θが大きくなるとスモーク限界距離Ｌｓが短くなる特性がある。これは、燃料噴霧が周辺の空気を取り込み易くなるためである。
【００７３】
ステップＳ５では、スワール流動がある場合の噴霧拡がり角度θを算出し、スワール流動がある場合のスモーク限界距離Ｌｓを算出する。
【００７４】
ステップＳ６では、スモーク限界距離Ｌｂと仮想ボア半径とに下式（２）の関係が成立するか否かの判定を行う。
【００７５】
Ｌｂ＜仮想ボア半径Ｂｏｒｅ２×０．９      ・・・（２）
式（２）の関係が成立する場合には、ステップＳ９に進み、成立しない場合にはステップＳ７に進む。
【００７６】
ステップＳ７では、スワール強度が最大であるか否かの判定を行う。ＳＣＶ５ａが全閉であればスワール強度が最大であると判定する。
【００７７】
スワール強度が最大である場合にはステップＳ２０に進み、一般的なガソリンエンジンと同様に均質燃焼を行うことを決定して処理を終了する。
【００７８】
スワール強度が最大でない場合には、ステップＳ８でスワール流動の強度を強める。スワール流動の強度を強める場合にはＳＣＶ５ａの開度を小さくする。スワール流動の強度を強めると燃料噴霧の拡がり角度θが増大し、前述したようにスモーク限界距離Ｌｓが短くなる特性がある。そこで、ステップＳ５に戻り、スモーク限界距離Ｌｓを再度算出する。
【００７９】
ステップＳ９では、燃圧の設定を行う。ここでは初期値として予め設定した値に設定する。
【００８０】
ステップＳ１０では、燃料噴霧の噴霧断面の平均流速Ｕｘを下式（３）により算出する。
【００８１】
【数１】
2007285244.tif 000003
【００８２】
ステップＳ１１では、ステップＳ１で読み込んだシリンダ内の状態量とステップＳ４で設定したスワール流動の強さとに基づいて、火炎伝播速度Ｓｔを算出する。火炎伝播速度Ｓｔは図４（ｃ）に示した通り、スワール流動が強くなるにしたがって速くなる。なお、スワール流動はシリンダー軸に対して軸対称の流動場を形成するため、燃焼室全体にムラのない乱れが生じ、全噴霧の燃焼速度が向上する効果が得られる。このため、マルチホールの燃料噴射弁１１との相性がよいという特徴がある。
【００８３】
ステップＳ１２では、火炎定在距離Ｌｂ、すなわち燃料噴孔から火炎伝播速度Ｓｔと燃料噴霧の平均流速Ｕｘとが釣り合う位置までの距離を求める。
【００８４】
ステップＳ１３では、火炎点在距離Ｌｂと仮想ボア半径Ｂｏｒｅ２とについて下式（４）の関係が成立するか否かの判定を行う。
【００８５】
Ｌｂ＝Ｂｏｒｅ２×０．９      ・・・（４）
式（４）が成立する場合にはステップＳ１９で混合気律則燃焼の実施を決定して処理を終了する。成立しない場合にはステップＳ１４に進む。
【００８６】
ステップＳ１４では、火炎点在距離Ｌｂと仮想ボア半径Ｂｏｒｅ２とについて下式（５）の関係が成立するか否かの判定を行う。
【００８７】
Ｌｂ＜Ｂｏｒｅ２×０．９      ・・・（５）
式（４）が成立する場合にはステップＳ１７へ進み、成立しない場合にはステップＳ１５に進む。
【００８８】
ステップＳ１７では、燃圧がシステムの仕様上の最大値であるか否かの判定を行い、最大値である場合には、ステップＳ１９で混合気律則燃焼の実行を決定して処理を終了する。
【００８９】
最大値でない場合には、ステップＳ１８で燃圧を増大させてステップＳ１０に戻る。
【００９０】
ステップＳ１５では、燃圧がシステムの仕様上の最小値であるか否かの判定を行い、最小値である場合には、ステップＳ２０で均質燃焼の実行を決定して処理を終了する。
【００９１】
最小値でない場合には、ステップＳ１６で燃圧を低下させてステップＳ１０に戻る。
【００９２】
上述したフローチャートについてまとまると、スワール流動がない状態でスモーク限界距離Ｌｓがボア半径よりも大きい場合には、スワール流動を利用することによって実質的なボア半径を拡げる（ステップＳ４〜Ｓ８）。これによって、より広い運転範囲で混合気律則燃焼を実施することが可能となる。そして、スワール流動の強化により火炎伝播速度（燃焼速度）Ｓｔが上昇し、これと釣り合う燃料噴霧の平均流速Ｕｘが高くなるので、より高い燃圧で燃料噴射を行うことが可能となる。そこで、火炎定在距離Ｌｂが仮想ボア半径内に収まるという条件のなかで、燃圧をできるだけ高く設定する（ステップＳ９〜Ｓ１８）。これによって、同一燃料量を噴射する場合に、燃料噴射のパルス幅をより短くして等容度を高め、出力向上を図ることが可能となる。
【００９３】
ところで、上述したように混合気律則燃焼実行中はノッキングが発生しないので、均質燃焼ではノッキングが発生するような値まで圧縮比を高めることができる。そこで、可変圧縮比機構（実圧縮比可変手段）を用いて、混合気律則燃焼実行中は一般的な均質燃焼よりも高圧縮比、均質燃焼実行中は一般的な均質燃焼と同等の圧縮比となるよう制御することも可能である。
【００９４】
可変圧縮比機構としては、例えば図１２（ａ）に示すような機構が知られている。図１２（ａ）は特開２００１−２２７３６７や特開２００２−６１５０１等に記載された機構であるため、機構の概略についてのみ説明する。
【００９５】
この機構において、ピストン４は、第一リンク２０および第二リンク２１を介してクランク軸２３に連結される。第一リンク２０と第二リンク２１とは連結ピン２６を介して連結されている。第二リンク２１は、中央をクランク軸２３のクランクピン２８に回転可能に締結され、クランク軸２３とともに回転する。また、第二リンク２１の第一リンク２０と反対側には、第三リンク２２が連結ピン２７を介して回転可能に締結され、第三リンク２２はコントロールシャフト２４に連結ピン２９を介して固定される。コントロールシャフト２４の中心軸と第三リンク２２の締結部は軸が偏心しており、コントロールシャフト２４が回転することにより、連結ピン２９が移動し、第二リンク２１の傾きが変わることにより第一リンク２０およびピストン４の上死点位置が変わる。コントロールシャフト２４は、モータ付きアクチュエータ２５により回転させられる。
【００９６】
コントロールシャフト２４の回転による上死点位置の変化について、図１２（ｂ）を参照して説明する。図１２（ｂ）は各リンク、連結ピン及びコントロールシャフト２４の位置関係を模式的に表した図である。図１２（ｂ）の左図はピストン４の上死点位置が高い、すなわち高圧縮比に設定した状態、右図はピストン４の上死点位置が低い、すなわち低圧縮比に設定した状態を表す。
【００９７】
コントロールシャフト２４を回転させることにより、連結ピン２９がコントロールシャフト２４の中心軸に対して低くなる方向に移動すると、連結ピン２７の位置も下がり、第二リンク２１はクランクピン２８を中心として図中時計回り方向に傾く。これによって連結ピン２６の位置は上昇し、ピストン４も上昇して、圧縮比が高まる。
【００９８】
逆に、連結ピン２９がコントロールシャフト２４の中心軸よりも高くなる方向に移動すると、連結ピン２７の位置も上がり、第二リンク２１はクランクピン２８を中心として図中反時計回り方向に傾く。これによって連結ピン２６の位置は低くなり、ピストン４も下降して圧縮比が低くなる。
【００９９】
通常、上記の機構では、機関が高負荷運転領域では、機関回転数によらずノッキング防止のために低圧縮比状態に設定し、ノッキング発生のおそれが低い低中負荷運転領域では、出力の向上を図るために高圧縮比状態に設定している。
【０１００】
しかしながら、本実施形態によれば、高負荷運転領域であっても機関回転数が低い領域であれば、混合気律則燃焼を実行するのでノッキングは発生しない。したがって、高負荷運転領域であっても機関回転数が低い領域であれば高圧縮比状態に設定することが可能となり、より高出力化を図ることが可能となる。
【０１０１】
以上により本実施形態では以下のような効果を得ることができる。
（１）混合気の燃焼速度が混合気の供給速度と略同等となるようにＳＣＶ５ａによりスワール流動の強さを制御することによって、混合気の燃焼火炎をシリンダボア内に定在化させるように制御するので、燃料噴射期間と燃焼期間が略等しい燃焼が成立し、噴射した燃料が混合気を形成したら即座に燃焼する。これにより未燃混合気の発生を抑制できるので、高負荷運転時のノッキングの発生を回避することができる。特に、要求出力は大きいもののノッキング防止の為に制限があった機関低回転・高負荷時の出力を向上することができる。さらに、ノッキングの発生が抑制されることにより、燃料選択時にオクタン価やセタン価等といった自己着火性を考慮する必要がなくなる。また、点火時期が燃料噴射期間中に設定されるので、混合気の拡散をできるだけ抑制することができ、これにより、ノッキング発生の要因であるシリンダ壁周辺での未燃混合気の滞留を抑制できる。また、未燃混合気の発生を抑制できるので、排気性能、燃費性能を向上することができる。
（２）火炎面が定在化する位置を、燃料が概ね気相となる位置よりも燃料噴霧下流側となるように混合気の供給速度を制御するので、燃料が概ね酸素（燃焼室内の空気）との混合を済ませた状態で燃焼することとなり、燃焼効率が良く、排気性能のよい燃焼を実現できる。
（３）火炎面が定在化する位置の噴霧断面の平均当量比φｘが略２以下となるように混合気の供給速度を制御するので、スモークやＣＯが生成されない燃焼が可能となる。
（４）スワール流動の強度を制御することによって、燃料噴霧の拡がり角度を変化させる。これにより、スモーク限界距離Ｌｓを可変に制御可能となり、より広い運転領域で混合気律則燃焼を実施することが可能となる。
（５）火炎面がシリンダボア内に定在化するという条件を満たす範囲内で最も高い燃圧に設定するので、燃焼期間を短くすることができ、等容度の高い高燃費・高出力の機関運転が可能となる。また、高燃圧での燃料噴射には、燃料噴霧の微粒化や混合気の形成時期の促進、さらには乱流強度を高める効果があるので、燃焼速度が向上し、スモークが生成されやすい高負荷運転時において混合気の形成を促進してスモーク生成を抑制する効果も得られる。
（６）噴射した燃料に火花点火するので、燃焼開始時期を運転条件によらずに所望のタイミングに設定することが可能となる。
（７）点火栓１２を、燃料噴射弁１１から噴射された直後の燃料噴霧の軸方向に対して、スワール流動下流側にオフセットして配置するので、スワール流動によって燃料噴霧が偏向した場合にも確実に点火することが可能となる。
（８）ピストンストローク量がピストン径よりも大きい、いわゆるロングストローク型としたので、燃焼室１内のＳ／Ｖ（表面積／体積）比が小さくなり、冷却損失を低減することができる。
（９）少なくとも低回転・高負荷運転領域では混合気律則燃焼を行うので、従来はノッキング防止の為に出力が制限されていた当該運転領域での出力性能を向上させることが可能となる。
（１０）機関の実圧縮比を可変に制御可能な実圧縮比可変手段を備え、混合気律則燃焼実行時には、吸気行程に燃料噴射して圧縮上死点近傍で点火する予混合燃焼に比べて、機関の実圧縮比を高く設定することにより、ノッキングの発生を抑制しつつ熱効率の高い運転が可能となり、燃費性能の向上を図ることができる。
（４）噴射された燃料がたどる軌跡上における燃料噴射弁１１の燃料噴孔から燃焼火炎が定在化する位置までの距離を火炎定在化距離Ｌｂとしたときに、ＳＣＶ５ａにより燃料がたどる軌跡を偏向させることによって、火炎定在化距離Ｌｂが前記燃料噴孔からシリンダ壁面までの最短直線距離（ボア半径Ｂｏｒｅ）よりも長い状態で、シリンダ内に燃焼火炎を定在化させるので、シリンダ径の小さいエンジンであっても、より広い運転領域で混合気律則燃焼を実施することが可能となる。
【０１０２】
第２実施形態について説明する。
【０１０３】
本実施形態は、システム構成は第１実施形態と同様であるが、コントロールユニット１３が混合気律則燃焼を実施するために行う制御が異なる。
【０１０４】
以下、図１３を用いて、コントロールユニット１３が実行する混合気律則燃焼を実施するための制御について説明する。
【０１０５】
ステップ２０１からステップＳ２０３については、図５のステップＳ１からＳ３の内容と同様である。ただし、ステップＳ３での判定の結果が否定的だった場合には、ステップＳ２１７に進み、均質燃焼を実施することを決定して処理を終了する点、及び判定の結果が肯定的だった場合にはステップＳ２０４に進み、図５のステップＳ１０４と同様に燃圧の設定を行う点が異なる。
【０１０６】
ステップＳ２０４からＳ２０７については、図５のステップＳ１０５からステップＳ１０７の内容と同様である。
【０１０７】
ステップＳ２０８では、火炎定在距離Ｌｂがボア半径Ｂｏｒｅに０．９を乗じたものと等しいか否かの判定を行う。なお、初回の演算においては、当然に否定的な判定結果となる。判定の結果が肯定的な場合はステップＳ２１６に進み、混合気律則燃焼の実施を決定して処理を終了する。判定の結果が否定的であった場合には、ステップＳ２０９に進む。
【０１０８】
ステップＳ２０９では、ステップＳ２０３と同様の判定を行う。なお、初回の演算においては、当然に肯定的な判定結果となる。判定の結果が肯定的な場合はステップＳ２１４に進み、否定的な場合はステップＳ２１０に進む。
【０１０９】
ステップＳ２１０では、現在のシリンダ内のガス流動が最大であるか否かの判定を行う。ガス流動は、第１実施形態と同様にスワール流動であってもよいが、その他にも、タンブル流動や、スキッシュ流動等であってもよい。
【０１１０】
現在のシリンダ内のガス流動の強度は、例えば、図１５、図１６に示すマップを用いて、機関負荷及び機関回転数に基づいて設定されたものである。
【０１１１】
図１５は機関負荷に対するガス流動の制御特性を示すものであり、（ａ）は燃料噴射時間と機関負荷、（ｂ）は燃圧と機関負荷、（ｃ）はガス流動と機関負荷のそれぞれの関係について示すものである。
【０１１２】
図１５（ｃ）に示すように、機関負荷が低い領域では、ガス流動を強める。これは、機関負荷が低い場合には、燃焼速度が低下しやすく、これにより燃焼安定性も低下するので、ガス流動を強化することによって燃焼速度を上昇させるためである。機関負荷が高い領域では、ガス流動の強化を行わない。これは、機関負荷が高い領域では筒内温度が高く、燃焼速度も高いため、ガス流動が強いと吸気抵抗が増大してしまうことから、ガス流動の強化を行わないこととして、吸気抵抗の低減を図るためである。
【０１１３】
これらの機関負荷に応じたガス流動の制御に伴って、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）に示すように、機関負荷が低いほど領域では燃圧を高めて燃料噴射時間を短くする。
【０１１４】
図１６は機関回転数に対するガス流動の制御特性を示すものであり、（ａ）は燃料噴射時間と機関回転数、（ｂ）は燃圧と機関回転数、（ｃ）はガス流動と機関回転数のそれぞれの関係について示すものである。
【０１１５】
図１６（ｃ）に示すように、機関回転数の上昇に伴ってガス流動を強める。これは、燃焼の等容度を高めるためには、機関回転数が高くなるほど燃焼速度を高める必要があるためである。この機関回転数に応じたガス流動の制御に伴って、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）に示すように、機関回転数の上昇に伴って燃圧を上昇させ、燃料噴射時間を短くする。
【０１１６】
ガス流動が最大か否かの判定については、以下のとおりである。
【０１１７】
スワール流動の場合はＳＣＶ５ａが全閉状態であれば最大値であると判定する。
【０１１８】
タンブル流動の場合は、タンブルコントロールバルブを設ける等してタンブル流動を生成することになり、ＳＣＶ５ａの場合と同様にタンブルコントロールバルブの作動状態からタンブル流動が最大か否かを判定することができる。
【０１１９】
また、スキッシュ流動の場合は、燃焼室形状とピストン冠面とによってその流動の強さが定まるので、一般的なエンジンの場合はガス流動の強さは一定である。ただし、図１２（ａ）に示すような可変圧縮比機構を有する場合には、ピストン上死点位置を可変に制御することにより、例えばスキッシュ流動を強めるときはピストン上死点位置を高くし、弱めるときはピストン上死点位置を低くすることにより、スキッシュ流動の強さを調整することが可能である。したがって、ピストン上死点位置が機構上最も高い位置に設定されているときを、スキッシュ流動の最大値であると判定することができる。
【０１２０】
なお、スキッシュ流動を利用する場合には、例えば図１４に示すような形状のピストンを利用する。
【０１２１】
図１４は、上図が圧縮行程の上死点近傍でのガス流動を模式的に表した燃焼室１及びピストン４の断面図であり、下図が圧縮上死点通過直後について上図と同様に表したものである。なお、点火栓１２、吸気バルブ７、排気バルブ８等は省略している。
【０１２２】
図１４上図に示すように、ピストン４の冠面にはピストン４の往復軸線を中心軸とする略円錐状の凸部１７と、凸部１７の周囲を囲むように設けた凹状のキャビティ１６とが備えられる。キャビティ１６は、略半円状の断面形状を有し、外周縁部分には燃焼室１の屋根の傾斜に沿うような傾斜をもって燃焼室１上方に突出するスキッシュリップ部１９が形成される。
【０１２３】
また、ピストン４冠面の外周縁周辺とシリンダヘッド２の下面との間にスキッシュエリア１８が形成される。
【０１２４】
上記のような構成において、燃料はピストン４が圧縮上死点近傍まで上昇したときに、キャビティ１６に向けて噴射される。また、圧縮上死点近傍では、スキッシュエリア１８からシリンダ中心に向けて空気が押し出される、いわゆるスキッシュ流動が生じる。
【０１２５】
このスキッシュ流動によってシリンダ中心方向へ押し出された空気は、燃料噴霧に取り込まれ、図１４下図に矢印で示したように、燃料噴霧とともにキャビティ１６内に流入する。そして、キャビティ１６内でシリンダ軸縦方向の旋回流を形成する。
【０１２６】
一方、膨張行程においては、ピストン４の下降によってスキッシュエリア１８内の圧力が急激に低下するため、スキッシュエリア１８周辺の空気がスキッシュエリア１８方向に吸い込まれる。このとき、キャビティ１６内にある混合気もキャビティ１６から吸い出され、いわゆるリバーススキッシュ流動が生じる。
【０１２７】
このように、図１４に示すような形状のピストン４を用いることにより、圧縮上死点近傍のみならず、膨張行程時にも強いガス流動が得られる。すなわち、燃焼噴射開始から燃焼期間中にかけてガス流動が生成されるので、燃料と空気との混合が促進され、これにより燃焼時のスモーク生成を抑制することが可能となる。
【０１２８】
ステップＳ２１０での判定の結果、シリンダ内のガス流動が最大でない場合には、ステップＳ２１１でガス流動を強化してステップＳ２０６に戻る。これは、図４（ｃ）に示したように、ガス流動が強くなると燃焼速度（火炎伝播速度Ｓ）が上昇する特性を利用するものであり、火炎伝播速度Ｓｔを上昇させることにより火炎定在距離Ｌｂを短くする狙いによるものである。
【０１２９】
ガス流動が最大である場合には、ステップＳ２１２に進み、燃圧がシステムの仕様上最小値であるか否かの判定を行う。燃圧が最小値でない場合には、ステップＳ２１３に進み、燃圧を低下させてステップＳ２０５に戻る。燃圧が最小である場合には、ステップＳ２１７に進み、均質燃焼の実施を決定して処理を終了する。
【０１３０】
上記の制御では、スワール流動によって実質的なボア半径が拡大する効果は利用していない。したがって、スモーク限界距離Ｌｓがボア半径Ｂｏｒｅに収まらなかった場合に、スワール流動を強めてからスモーク限界距離Ｌｓの再演算及びそのスモーク限界距離が仮想ボア半径内に収まるか否かの判定を行うことがないので、コントロールユニット１３の演算負荷が低減される。
【０１３１】
また、ステップＳ２０８でＬｂ＜Ｂｏｒｅ×０．９の関係が成立しない場合には、ガス流動の強化により火炎伝播速度Ｓｔを上昇させて、火炎定在距離Ｌｂを短くするよう制御している（ステップＳ２０９、Ｓ２１０、Ｓ２１１）。そして、ガス流動が最大となってもなお上記Ｌｂ＜Ｂｏｒｅ×０．９の関係が成立しない場合に、燃圧を低下させる（ステップＳ２１０、Ｓ２１２、Ｓ２１３）。これにより、極力燃圧を低下させることなく、火炎をシリンダ内に定在化させることができるので、燃圧低下にともなう噴射パルス幅の増大等の問題を回避することが可能となる。
【０１３２】
以上により本実施形態では、第１実施形態の（１）から（９）の効果と同様の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（１）機関回転数の上昇にともなってスワール流動を強めるので、等容度の高い燃焼を実現できる。
（２）機関負荷の上昇にともなってスワール流動を弱めるので、高負荷運転領域での吸入抵抗を低減させて出力向上を図ることができる。また、スワール流動の強度が過剰に強い場合に生じるスモーク発生を回避することができる。
（３）可変圧縮比機構を備え、混合気律則燃焼実行時には、吸気行程に燃料噴射して圧縮上死点近傍で点火する予混合燃焼に比べて、機関の実圧縮比を高く設定することにより、ノッキングの発生を抑制しつつ熱効率の高い運転が可能となり、燃費性能の向上を図ることができる。
【０１３３】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】（ａ）は本実施形態のシステム構成の概略図であり、（ｂ）はスワールコントロールバルブの概略図である。
【図２】燃焼形態を説明するための燃焼室上面図である。
【図３】噴霧速度と噴孔距離との関係を表した図である。
【図４】（ａ）から（ｄ）は燃焼速度と筒内雰囲気との関係を表す図である。
【図５】第１実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図６】上図は噴霧拡がり角度とスワール流動の強度との関係を表す図、下図は平均当量比と噴霧距離との関係を表す図である。
【図７】平均当量比とスモーク生成量との関係を表す図である。
【図８】スモークレス燃焼範囲と平均当量比との関係を表すである。
【図９】燃料噴霧の平均流速と噴霧距離との関係を表す図である。
【図１０】噴霧先端の軌跡上の距離と噴霧断面の平均当量比との関係を表す図である。
【図１１】混合気律則燃焼を実行する運転領域を示すマップである。
【図１２】（ａ）は可変圧縮比機構の一例を表す図であり。（ｂ）は可変圧縮比機構の圧縮比変更動作の概略図である。
【図１３】第２実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１４】スキッシュ流動を模式的に表した図であり、上図は圧縮行程の上死点近傍について、下図は膨張行程の上死点近傍についてそれぞれ表した図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は機関負荷に対するガス流動の制御特性を表したものである。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は機関回転数に対するガス流動の制御特性を表したものである。
【符号の説明】
【０１３５】
１    燃焼室
２    シリンダヘッド
３    シリンダブロック
４    ピストン
５    吸気通路
５ａ  スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）
６    排気通路
７    吸気バルブ
８    排気バルブ
９    吸気カムシャフト
１０  排気カムシャフト
１１  燃料噴射弁
１２  点火栓
１３  コントロールユニット
２０  第一リンク
２１  第二リンク
２２  第三リンク
２３  クランク軸
２４  コントロールシャフト
２５  アクチュエータ
【図１】
2007285244.tif 000004
【図２】
2007285244.tif 000005
【図５】
2007285244.tif 000006
【図１３】
2007285244.tif 000007
【図１４】
2007285244.tif 000008
【図３】
2007285244.tif 000009
【図４】
2007285244.tif 000010
【図６】
2007285244.tif 000011
【図７】
2007285244.tif 000012
【図８】
2007285244.tif 000013
【図９】
2007285244.tif 000014
【図１０】
2007285244.tif 000015
【図１１】
2007285244.tif 000016
【図１２】
2007285244.tif 000017
【図１５】
2007285244.tif 000018
【図１６】
2007285244.tif 000019