(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関に関し、簡単な構造で、均質燃焼運転と成層燃焼運転とをそれぞれ良好に行うことを目的とする。【解決手段】内燃機関１０は、吸気ポート１４の内部に燃料を噴射する遠位燃料インジェクタ２２と、吸気ポート１４の内部であって遠位燃料インジェクタ２２より下流側の位置で燃料を噴射する近位燃料インジェクタ２４とを備える。近位燃料インジェクタ２４は、吸気弁１６が開いているときに燃料を噴射した場合にその燃料の噴霧によって点火プラグ２０の近傍に濃混合気層を形成可能な位置に配置されている。内燃機関１０は、燃料の全部または大半を遠位燃料インジェクタ２２から噴射し、燃焼室全体に均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼運転と、燃料の少なくとも一部を近位燃料インジェクタ２４から吸気弁１６が開いているときに噴射し、点火プラグ２０の近傍に濃混合気層を形成して燃焼させる成層燃焼運転とを実行可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内へ空気を送る吸気ポートと、
前記吸気ポートの出口を開閉する吸気弁と、
前記吸気ポートの内部に燃料を噴射する遠位燃料インジェクタと、
前記吸気ポートの内部であって前記遠位燃料インジェクタより下流側の位置で燃料を噴射する近位燃料インジェクタと、
燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、
を備え、
前記近位燃料インジェクタは、前記吸気弁が開いているときに燃料を噴射した場合にその燃料の噴霧によって前記点火プラグの近傍に濃混合気層を形成可能な位置に配置されており、
燃料の全部または大半を前記遠位燃料インジェクタから噴射し、燃焼室全体に均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼運転と、燃料の少なくとも一部を前記近位燃料インジェクタから前記吸気弁が開いているときに噴射し、前記点火プラグの近傍に濃混合気層を形成して燃焼させる成層燃焼運転とを実行可能であることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記近位燃料インジェクタから噴射される噴霧の進路上に前記点火プラグが位置するように両者が配置されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記成層燃焼運転を実行する場合に、圧縮行程で前記吸気弁が開いているときに前記近位燃料インジェクタから燃料を噴射することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関。
【請求項４】
過給機を備え、
少なくとも前記成層燃焼運転を実行する場合に、前記過給機を作動させることを特徴とする請求項３記載の内燃機関。
【請求項５】
前記吸気弁の開弁特性を変更可能な可変動弁装置と、
前記成層燃焼運転時に、圧縮行程において前記吸気弁が開くように前記可変動弁装置を制御する開弁特性制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項３または４記載の内燃機関。
【請求項６】
前記均質燃焼運転時に、気筒内に吸入された混合気が圧縮行程で前記吸気ポートに吹き返すことによって生ずる燃料の不足量を推定する燃料不足推定手段と、
前記燃料不足推定手段により推定された燃料不足量に対応する燃料噴射を前記近位燃料インジェクタに行わせる燃料不足補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関。
【請求項７】
前記近位燃料インジェクタは、前記遠位燃料インジェクタと比べて容量の小さいものであることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関。
【請求項８】
前記近位燃料インジェクタは、気筒の中心軸に平行な方向から見て、前記吸気ポートの中心線に対し一方の側に片寄って配置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関。
【請求項９】
前記吸気ポートの内部に、前記近位燃料インジェクタの噴孔の近傍から下流側に向かって延びる隔壁が設けられており、
前記近位燃料インジェクタから噴射される噴霧は、前記隔壁の一方の側の空間を通過することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００９−２１５９６０号公報には、一気筒に二つの吸気弁および吸気ポートを備え、各吸気ポートの中央部にそれぞれ燃料噴射弁を備えた内燃機関が開示されている。この内燃機関では、排気ガス再循環を行う際に、シリンダ内面の近傍に排気ガス層を形成し、その内側に混合気層を形成する。そして、排気ガス層の断熱作用により、冷却損失を低減するとともに、シリンダ内面近傍での消炎を抑制することを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１５９６０号公報
【特許文献２】特開２００３−２６２１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射式内燃機関では、今後、より一層の低燃費化および低エミッション化を図る上で、冷間始動時の燃焼安定性を向上することが課題となっている。冷間始動時の燃焼安定性の向上を図るためには、点火プラグの近傍に濃混合気層を形成して成層燃焼を行うことが有効であると考えられる。しかしながら、吸気ポートに設置されたポートインジェクタから噴射した噴霧によって成層燃焼を行う場合、ポートインジェクタから噴射された噴霧が、点火プラグに到達するまでに拡散したり、吸気ポートの内壁や吸気弁に付着したりし易いので、点火プラグの近傍に濃混合気層を形成することが困難である。一方、点火プラグの近傍に濃混合気層を形成できるようにポートインジェクタを燃焼室に近い位置に設置した場合には、均質燃焼運転時に混合気の均質化が不十分となり易い。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、簡単な構造で、均質燃焼運転と成層燃焼運転とをそれぞれ良好に行うことのできる内燃機関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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
気筒内へ空気を送る吸気ポートと、
前記吸気ポートの出口を開閉する吸気弁と、
前記吸気ポートの内部に燃料を噴射する遠位燃料インジェクタと、
前記吸気ポートの内部であって前記遠位燃料インジェクタより下流側の位置で燃料を噴射する近位燃料インジェクタと、
燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、
を備え、
前記近位燃料インジェクタは、前記吸気弁が開いているときに燃料を噴射した場合にその燃料の噴霧によって前記点火プラグの近傍に濃混合気層を形成可能な位置に配置されており、
燃料の全部または大半を前記遠位燃料インジェクタから噴射し、燃焼室全体に均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼運転と、燃料の少なくとも一部を前記近位燃料インジェクタから前記吸気弁が開いているときに噴射し、前記点火プラグの近傍に濃混合気層を形成して燃焼させる成層燃焼運転とを実行可能であることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記近位燃料インジェクタから噴射される噴霧の進路上に前記点火プラグが位置するように両者が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記成層燃焼運転を実行する場合に、圧縮行程で前記吸気弁が開いているときに前記近位燃料インジェクタから燃料を噴射することを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第３の発明において、
過給機を備え、
少なくとも前記成層燃焼運転を実行する場合に、前記過給機を作動させることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第３または第４の発明において、
前記吸気弁の開弁特性を変更可能な可変動弁装置と、
前記成層燃焼運転時に、圧縮行程において前記吸気弁が開くように前記可変動弁装置を制御する開弁特性制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記均質燃焼運転時に、気筒内に吸入された混合気が圧縮行程で前記吸気ポートに吹き返すことによって生ずる燃料の不足量を推定する燃料不足推定手段と、
前記燃料不足推定手段により推定された燃料不足量に対応する燃料噴射を前記近位燃料インジェクタに行わせる燃料不足補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記近位燃料インジェクタは、前記遠位燃料インジェクタと比べて容量の小さいものであることを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記近位燃料インジェクタは、気筒の中心軸に平行な方向から見て、前記吸気ポートの中心線に対し一方の側に片寄って配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、
前記吸気ポートの内部に、前記近位燃料インジェクタの噴孔の近傍から下流側に向かって延びる隔壁が設けられており、
前記近位燃料インジェクタから噴射される噴霧は、前記隔壁の一方の側の空間を通過することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、均質燃焼運転においては、遠位燃料インジェクタから燃料を噴射することにより、混合気を十分に均質化することができ、良好な均質燃焼を行うことができる。また、成層燃焼運転においては、遠位燃料インジェクタの下流側に設けた近位燃料インジェクタから吸気弁が開いているときに燃料を噴射することにより、点火プラグの近傍に濃混合気層を良好に形成することができる。このようなことから、第１の発明によれば、均質燃焼運転だけでなく、成層燃焼運転を良好に行うことができる。そして、筒内に直接に燃料を噴射する筒内インジェクタではなく、吸気ポート内に燃料を噴射する近位燃料インジェクタを用いて成層燃焼運転を行うことができるので、構造が簡単であり、コストの低減が図れる。
【００１６】
第２の発明によれば、近位燃料インジェクタから噴射される噴霧の進路上に点火プラグが位置しているので、成層燃焼運転を行う際、点火プラグの近傍に濃混合気層をより良好に形成することができる。
【００１７】
第３の発明によれば、成層燃焼運転を行う際、圧縮行程で吸気弁が開いているときに近位燃料インジェクタから燃料を噴射するので、近位燃料インジェクタから噴射された噴霧が吸気流動によって攪乱されることを抑制することができる。このため、点火プラグの近傍の濃混合気層をより安定的に形成することができ、より良好な成層燃焼運転を行うことができる。
【００１８】
第４の発明によれば、過給機による過給を伴って成層燃焼運転を実行するので、筒内に吸入された空気の一部が圧縮行程で吸気ポートへ吹き返すことによって筒内の空気が減少した場合であっても、筒内に十分な空気を確保することができ、出力トルクの低下などを確実に回避することができる。
【００１９】
第５の発明によれば、成層燃焼運転時に、圧縮行程において吸気弁が開くように可変動弁装置を制御することにより、吸気流動の少ない圧縮行程で近位燃料インジェクタから燃料を噴射することが可能となり、点火プラグの近傍の濃混合気層をより安定的に形成することができる。
【００２０】
第６の発明によれば、均質燃焼運転時に、気筒内に吸入された混合気が圧縮行程で吸気ポートに吹き返すことによって生ずる燃料の不足を精度良く補正することが可能となり、出力トルク低下などの弊害を防止することができる。
【００２１】
第７の発明によれば、遠位燃料インジェクタと比べて容量の小さい近位燃料インジェクタを用いることにより、成層燃焼運転時に必要な少量の燃料噴射量の下で、良好な噴霧を形成することができ、また、噴射量を高精度に制御することができる。
【００２２】
第８の発明によれば、気筒の中心軸に平行な方向から見て、近位燃料インジェクタが、吸気ポートの中心線に対し一方の側に片寄って配置されているので、成層燃焼運転時に、近位燃料インジェクタから噴射される噴霧が吸気弁のバルブステムに衝突せずに点火プラグに到達することができる。よって、点火プラグの近傍に濃混合気層をより良好に形成することができる。
【００２３】
第９の発明によれば、吸気ポートの内部に、近位燃料インジェクタの噴孔の近傍から下流側に向かって延びる隔壁を設け、この隔壁の一方の側の空間を近位燃料インジェクタからの噴霧が通過することにより、成層燃焼運転時に、近位燃料インジェクタから噴射される噴霧の拡散をより確実に抑制することができ、点火プラグの近傍に濃混合気層をより良好に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１の内燃機関の気筒および吸気ポートを模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を示す図である。
【図３】成層燃焼運転時の吸気弁のバルブリフト線図および近位燃料インジェクタの燃料噴射時期の一例を示す図である。
【図４】成層燃焼運転時の吸気弁のバルブリフト線図および近位燃料インジェクタの燃料噴射時期の他の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２の内燃機関の気筒および吸気ポートを模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３の内燃機関の気筒および吸気ポートを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関の気筒および吸気ポートを模式的に示す図である。図１では一つの気筒のみが示されているが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置は、特に限定されるものではない。図１は、気筒の中心軸に平行な方向から見た状態を表している。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態の内燃機関１０が備える気筒１２には、気筒１２内に吸入空気を送る一つの吸気ポート１４が連通している。気筒１２には、吸気ポート１４の出口を開閉する吸気弁１６が設けられている。気筒１２には、図示しない二つの排気ポートが連通しており、各排気ポートの入口を開閉する二つの排気弁１８が設けられている。また、気筒１２には、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ２０が設置されている。本実施形態の内燃機関１０は、例えば車両に駆動源として搭載されるものである。
【００２８】
内燃機関１０は、遠位燃料インジェクタ２２および近位燃料インジェクタ２４を気筒毎に有している。遠位燃料インジェクタ２２および近位燃料インジェクタ２４は、何れも吸気ポート１４の内部に燃料を噴射するが、近位燃料インジェクタ２４は、その噴孔が遠位燃料インジェクタ２２の噴孔よりも下流側（燃焼室に近い側）に位置するように配置されている。すなわち、近位燃料インジェクタ２４は、遠位燃料インジェクタ２２の噴孔よりも下流側（燃焼室に近い側）で燃料を噴射するように配置されている。遠位燃料インジェクタ２２は、気筒１２の中心軸に平行な方向から見て、吸気ポート１４のほぼ中心線上に配置されている。これに対し、近位燃料インジェクタ２４は、気筒１２の中心軸に平行な方向から見て、吸気ポート１４の中心線に対し一方の側（図１中の下側）に片寄った位置に配置されている。
【００２９】
このような内燃機関１０は、燃焼室全体に均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼運転と、点火プラグ２０の近傍に濃混合気層を形成して燃焼させる成層燃焼運転とを実行可能になっている。均質燃焼運転時には、必要な燃料を原則として遠位燃料インジェクタ２２から噴射することによって運転する。遠位燃料インジェクタ２２は、燃焼室から比較的遠い位置に設置されている。このため、遠位燃料インジェクタ２２から噴射された燃料は、筒内に流入して点火されるまでの間に十分に拡散して空気と均一に混合する。よって、均質度の高い混合気を燃焼室内に形成することができる。このことにより、内燃機関１０では、均質燃焼運転を良好に行うことができる。均質燃焼運転時における遠位燃料インジェクタ２２からの燃料噴射タイミングは、特に限定されないが、吸気行程または排気行程において噴射することが好ましい。遠位燃料インジェクタ２２から噴射される噴霧Ｓ１の形状は、噴孔から遠くなるにつれて広がるような形状（傘状、扇状、略円錐状など）であることが望ましい。
【００３０】
成層燃焼運転時には、吸気弁１６が開いているタイミングで近位燃料インジェクタ２４から燃料を噴射する。吸気弁１６が開いているタイミングで近位燃料インジェクタ２４から燃料を噴射すると、燃料の噴霧Ｓ２が吸気弁１６を通って燃焼室内に到達し、点火プラグ２０の近傍に濃混合気層を形成する。成層燃焼運転では、このようにして点火プラグ２０の近傍に形成される濃混合気層に点火されるので、均質燃焼運転では燃焼が安定しにくい運転条件（例えば、冷間始動時など）においても、良好な着火および燃焼を確保することができ、優れた燃焼安定性が得られる。
【００３１】
近位燃料インジェクタ２４から噴射される噴霧Ｓ２の形状は、軸状（本明細書において、「軸状」とは、棒状、略円柱状、略直線状なども含む。）であることが望ましい。軸状の噴霧Ｓ２を形成することにより、噴霧Ｓ２が点火プラグ２０の近傍に到達するまでに拡散することを確実に抑制することができ、点火プラグ２０の近傍に濃混合気層を良好に形成することができる。近位燃料インジェクタ２４は、単孔型（噴孔が一つ）のものであることが望ましい。近位燃料インジェクタ２４を単孔型とすることにより、軸状の噴霧Ｓ２を良好に形成することができる。
【００３２】
近位燃料インジェクタ２４および点火プラグ２０は、近位燃料インジェクタ２４から噴射される噴霧Ｓ２の進路上（進行方向の先）に点火プラグ２０の電極部が位置するような位置関係で配置されていることが望ましい。この場合、図１に示すように、気筒１２の中心軸に平行な方向から見て、噴霧Ｓ２の進路上に点火プラグ２０の電極部が位置していればよいが、気筒１２を側方から見たとき（図示省略）にも噴霧Ｓ２の進路上に点火プラグ２０の電極部が位置していることがより望ましい。上述のような位置関係で近位燃料インジェクタ２４および点火プラグ２０を配置することにより、点火プラグ２０の近傍に濃混合気層を良好に形成することができる。
【００３３】
前述したように、本実施形態では、気筒１２の中心軸に平行な方向から見て、近位燃料インジェクタ２４は、吸気ポート１４の中心線に対し一方の側に片寄った位置に配置されている。このため、近位燃料インジェクタ２４から噴射される噴霧Ｓ２が吸気弁１６のバルブステム１６１に衝突せずに点火プラグ２０に到達することができる。よって、点火プラグ２０の近傍に濃混合気層を良好に形成することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、吸気ポート１４の内部に、近位燃料インジェクタ２４の噴孔の近傍から下流側に向かって延びる隔壁２６が設けられている。近位燃料インジェクタ２４から噴射される噴霧Ｓ２は、この隔壁２６の一方の側（図１中の下側）の空間を通って、燃焼室に到達する。このような隔壁２６を設けたことにより、噴霧Ｓ２が点火プラグ２０の近傍に到達するまでに拡散することをより確実に抑制することができ、点火プラグ２０の近傍に濃混合気層を更に良好に形成することができる。
【００３５】
成層燃焼運転では、近位燃料インジェクタ２４のみから燃料を噴射し、点火プラグ２０の近傍に形成される濃混合気層のみを燃焼させることによって運転しても良いが、遠位燃料インジェクタ２２から燃料を噴射することによって燃焼室内に形成される均質混合気（上記濃混合気層より希薄な混合気）を併用して運転しても良い。すなわち、前者の場合には、必要な燃料の全部を近位燃料インジェクタ２４から噴射することによって内燃機関１０が運転される。後者の場合には、必要な燃料のうちの一部を近位燃料インジェクタ２４から噴射することによって点火プラグ２０の近傍に濃混合気層を形成し、残りの燃料を遠位燃料インジェクタ２２から噴射することによって燃焼室内に均質混合気を形成し、濃混合気層と均質混合気との両方を燃焼させて内燃機関１０が運転される。
【００３６】
近位燃料インジェクタ２４は、遠位燃料インジェクタ２２と比べて、容量の小さいもの（噴射流量の低いもの）であることが好ましい。成層燃焼運転を行う運転条件、つまり近位燃料インジェクタ２４から燃料を噴射する運転条件では、その噴射量は比較的少ないことが多い。このため、遠位燃料インジェクタ２２より小容量の近位燃料インジェクタ２４を用いることにより、少ない燃料噴射量であっても、良好な噴霧Ｓ２を形成することができ、また、噴射量を高精度に制御することができる。
【００３７】
図２は、本実施形態の内燃機関１０のシステム構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態の内燃機関１０には、前述した遠位燃料インジェクタ２２、近位燃料インジェクタ２４、点火プラグ２０に加えて、可変動弁装置３０、過給機３２、クランク角センサ３４、エアフローメータ３６、アクセル開度センサ３８、水温センサ４０、および空燃比センサ４２が更に備えられており、これらの各々は制御装置としてのＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０と電気的に接続されている。
【００３８】
可変動弁装置３０は、吸気弁１６の開弁特性を変化させる機能を有している。可変動弁装置３０の具体的構成は特に限定されるものではなく、例えば次の何れかの機構、またはそれらの組み合わせを用いることができる。
（１）吸気弁１６を駆動するカムを、プロフィールの異なる複数のカムに切り換え可能とする機構。
（２）吸気弁１６を駆動するカムシャフトの位相を変化させることにより、吸気弁１６の作用角（開弁期間）を一定としたままで開き時期および閉じ時期を連続的に進角あるいは遅角することができる位相可変機構。
（３）吸気弁１６とカムシャフトとの間に揺動カムなどを介在させることにより、吸気弁１６の作用角（開弁期間）を連続的に可変とする作用角可変機構。
（４）カムシャフトを電気モータによって回転駆動することにより、吸気弁１６を任意の時期に開閉可能な機構。
（５）吸気弁１６を電磁的な駆動により任意の時期に開閉可能とする機構。
【００３９】
過給機３２は、内燃機関１０の吸気通路の途中に配置されたコンプレッサ（図示せず）により吸入空気を圧縮可能に構成されている。過給機３２は、ターボ式過給機、機械式過給機、電動式過給機など、いかなる方式のものでもよい。また、ターボ式過給機の場合、排気タービンに流入する排気ガスの流速を変化させることのできる可変ノズル機構を備えたものや、電気モータによる回転アシスト機構を備えたものなどであってもよい。
【００４０】
クランク角センサ３４は、内燃機関１０のクランク軸の回転に同期した信号を出力する。エアフローメータ３６は、内燃機関１０に吸入される空気の量を検出する。アクセル開度センサ３８は、車両の運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出する。水温センサ４０は、エンジン冷却水温を検出する。空燃比センサ４２は、内燃機関１０の排気ガスの空燃比を検出する。ＥＣＵ５０は、これらのセンサ系統によりエンジンの運転情報を検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。例えば、クランク角センサ３４の出力に基いて機関回転速度とクランク角とを検出し、エアフローメータ３６により吸入空気量を検出する。また、吸入空気量、機関回転速度等に基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定した後に、燃料噴射制御および点火制御を実行する。また、ＥＣＵ５０には、均質燃焼運転を行うべき運転状態と、成層燃焼運転を行うべき運転状態とを定めたマップが予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、そのマップに従い、均質燃焼運転と成層燃焼運転との切り替えを行う。
【００４１】
成層燃焼運転においては、近位燃料インジェクタ２４から燃料を噴射するタイミングは、圧縮行程であることが好ましく、且つ、吸気弁１６のリフト量が最大リフト量の半分程度かそれより小さい状態（以下、「低〜中リフト状態」と称する）であることがより好ましい。圧縮行程、特に吸気弁１６が低〜中リフト状態のときには、筒内の吸気流動が弱く、吸気弁１６の開面積が小さいことから、近位燃料インジェクタ２４から噴射された噴霧Ｓ２が吸気流動によって攪乱されることを十分に抑制することができる。このため、圧縮行程、特に吸気弁１６が低〜中リフト状態のときに近位燃料インジェクタ２４から燃料を噴射することにより、点火プラグ２０の近傍の濃混合気層をより安定的に形成することができ、良好な成層燃焼運転を行うことができる。
【００４２】
図３は、上述したような条件を満たす、成層燃焼運転時の吸気弁１６のバルブリフト線図および近位燃料インジェクタ２４の燃料噴射時期の一例を示す図である。図３に示す例では、吸気弁１６の閉弁期間が吸気行程（下死点）を超えて圧縮行程の途中にまで及んでおり、吸気弁１６が閉じる途中の低〜中リフト状態のときに近位燃料インジェクタ２４から燃料を噴射している。可変動弁装置３０が吸気弁１６の閉弁時期を変更可能に構成されている場合には、成層燃焼運転を行う場合に、吸気弁１６の閉弁時期を遅らせて図３のような開弁特性を実現するように、可変動弁装置３０を制御しても良い。
【００４３】
図４は、上述したような条件を満たす、成層燃焼運転時の吸気弁１６のバルブリフト線図および近位燃料インジェクタ２４の燃料噴射時期の他の例を示す図である。図４に示す例では、吸気行程で開いた吸気弁１６が閉じた後、圧縮行程において吸気弁１６を再度開くようにし、このタイミングで近位燃料インジェクタ２４から燃料を噴射している。このような吸気弁１６の駆動が可能な可変動弁装置３０が備えられている場合には、成層燃焼運転の際に、図４のような開弁特性を実現するように可変動弁装置３０を制御しても良い。
【００４４】
本実施形態の内燃機関１０は、過給機３２を備えており、成層燃焼運転時には過給機３２を作動させて過給を行う。上述したように、成層燃焼運転時には、圧縮行程において吸気弁１６が開いているときに近位燃料インジェクタ２４から燃料を噴射することが望ましい。圧縮行程で吸気弁１６が開くと、筒内に吸入された空気の一部が吸気ポート１４へ吹き返して、筒内の空気が減少する場合がある。これに対し、過給機３２を作動させて過給しながら成層燃焼運転を行うことにより、吸気ポート１４への吸気の吹き返しが生じた場合であっても、筒内に十分な空気を確保することができ、出力トルクの低下などを回避することができる。過給機３２は、成層燃焼運転時にのみ作動するようにしても良いし、成層燃焼運転時と均質燃焼運転時との両方で作動するようにしても良い。また、成層燃焼運転時に過給機３２の作動を促進する制御を行うようにしても良い。過給機３２の作動を促進する制御としては、例えば、可変ノズル機構付きターボ式過給機であれば可変ノズルを閉じる制御や、電気モータによる回転アシスト機構を備えたターボ式過給機であればその電気モータを駆動する制御などが挙げられる。
【００４５】
均質燃焼運転時には、原則として、必要な燃料の全量を遠位燃料インジェクタ２２から噴射するが、近位燃料インジェクタ２４を併用しても良い。すなわち、近位燃料インジェクタ２４は、成層燃焼運転において濃混合気層を形成するためだけでなく、均質燃焼運転において均質混合気の形成を補助するために使用しても良い。均質燃焼運転において近位燃料インジェクタ２４を使用する場合としては、例えば次のような場合が挙げられる。
【００４６】
均質燃焼運転においても、圧縮行程で吸気弁１６が開くことがあり、このとき、筒内に吸入された混合気の一部が吸気ポート１４へ吹き返して（逆流して）、筒内の混合気が減少する場合がある。筒内の混合気が吸気ポート１４へ吹き返すと、その分だけ筒内の燃料が不足するので、出力トルクが低下するなどの弊害が生ずる。そこで、この吹き返しによって不足する分の燃料を近位燃料インジェクタ２４から噴射することにより、燃料の不足を補正する制御を行うことが考えられる。吹き返しによる燃料の不足量は、微量であるので、小容量の近位燃料インジェクタ２４を用いて補正のための燃料噴射を行うことにより、補正量を高精度に制御することができる。
【００４７】
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンによれば、まず、現在の運転が均質燃焼運転であるか否かが判断される（ステップ１００）。均質燃焼運転であると判断された場合には、次に、吹き返しによる燃料不足量が推定される（ステップ１０２）。このステップ１０２においては、例えば次のようにして燃料不足量を推定することができる。筒内の混合気が吸気ポート１４へ吹き返すことによって筒内の燃料が不足した場合には、空燃比センサ４２で検出される排気空燃比がリーン側にシフトする。このため、空燃比センサ４２の検出信号に基づいて、燃料不足量を算出することができる。ただし、吹き返しによる燃料不足量を推定する方法はこのような方法に限定されるものではない。例えば、吸気管圧力センサが備えられている場合には吸気管圧力の変化に基づいて吹き返し量を推定し、その吹き返し量に基づいて燃料不足量を算出しても良い。また、吸気弁１６のバルブタイミングや機関回転数などに基づいて吹き返し量を推定し、その吹き返し量に基づいて燃料不足量を算出しても良い。
【００４８】
上記ステップ１０２において燃料不足量が推定されたら、次に、その推定された燃料不足量に対応する量の燃料を近位燃料インジェクタ２４から噴射する処理が実行される。この場合、近位燃料インジェクタ２４の燃料噴射タイミングは、吸気行程または排気行程とすることが好ましい。これにより、筒内に均質混合気を良好に形成することができる。
【００４９】
以上説明した制御によれば、均質燃焼運転において吸気の吹き返しが生じた場合であっても、燃料の不足を回避することができ、出力トルク低下などの弊害を防止することができる。また、微量の燃料噴射に有利な小容量の近位燃料インジェクタ２４を用いて燃料不足を補正するので、補正量を高精度に制御することができる。
【００５０】
上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、成層燃焼運転時に図３あるいは図４に示す吸気弁開弁特性となるように可変動弁装置３０を制御することにより前記第５の発明における「開弁特性制御手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第６の発明における「燃料不足推定手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第６の発明における「燃料不足補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００５１】
実施の形態２．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
【００５２】
図６は、本発明の実施の形態２の内燃機関の気筒および吸気ポートを模式的に示す図である。図６に示す本実施形態の内燃機関１０Ａでは、気筒１２の中心軸に平行な方向から見て、吸気ポート１４の中心線が気筒１２の中心に対しオフセットしている。このような配置により、本実施形態の内燃機関１０Ａでは、実施の形態１の内燃機関１０と比べ、スワール流（図６中の矢印参照）を効率良く形成することができ、より優れた均質燃焼特性が得られる。
【００５３】
実施の形態３．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
【００５４】
図７は、本発明の実施の形態３の内燃機関の気筒および吸気ポートを模式的に示す図である。図７に示す本実施形態の内燃機関１０Ｂでは、気筒１２の中心軸に平行な方向から見て、吸気ポート１４の中心線が気筒１２の中心に対しオフセットしている。このような配置により、本実施形態の内燃機関１０Ｂでは、実施の形態１の内燃機関１０と比べ、スワール流（図７中の矢印参照）を効率良く形成することができ、より優れた均質燃焼特性が得られる。
【００５５】
また、本実施形態の内燃機関１０Ｂでは、１気筒当たりの排気弁１８の数を一つにしており、点火プラグ２０の複数設置（図示の構成では二つ）を可能としている。本実施形態では、二つの点火プラグ２０のうちの一方が、近位燃料インジェクタ２４から噴射される噴霧Ｓ２の進路上（進行方向の先）に位置している。
【符号の説明】
【００５６】
１０，１０Ｂ，１０Ａ  内燃機関
１２                  気筒
１４                  吸気ポート
１６                  吸気弁
１６１                バルブステム
１８                  排気弁
２０                  点火プラグ
２２                  遠位燃料インジェクタ
２４                  近位燃料インジェクタ
２６                  隔壁
Ｓ１，Ｓ２            噴霧
【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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