(57)【要約】【課題】本発明は，エンジン回転数に影響されない均一度の高い混合気を形成することを目的とする。【解決手段】本発明は，気筒と、該気筒の軸方向上部且つ径方向中央部に配置される第１のインジェクタと、前記気筒の軸方向上部且つ前記第１の燃料噴射装置よりも径方向外側に配置される吸気弁と、前記気筒の軸方向上部且つ少なくとも前記吸気弁よりも径方向外側から燃料を供給する第２のインジェクタを備える燃料噴射制御装置であって、前記エンジンの回転数が高い場合には、低い場合に比べて、第２のインジェクタに対する第１のインジェクタの燃料供給量の比率が大きくなるように制御することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒と、該気筒の軸方向上部且つ径方向中央部に配置される第１のインジェクタと、前記気筒の軸方向上部且つ前記第１の燃料噴射装置よりも径方向外側に配置される吸気弁と、前記気筒の軸方向上部且つ少なくとも前記吸気弁よりも径方向外側から燃料を供給する第２のインジェクタと、を備えるエンジンの燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記エンジンの回転数が高い場合には、低い場合に比べて、第２のインジェクタに対する第１のインジェクタの燃料供給量の比率が大きくなるように制御することを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記第２のインジェクタは、前記気筒の上部且つ吸気弁よりも径方向外側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記エンジンは、前記吸気弁を介して前記気筒に空気を供給する吸気管を備え、前記第２のインジェクタは、前記吸気管に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，１気筒に対して第１と第２のインジェクタを備えたエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
成層燃焼（燃料希薄燃焼）と均一燃焼を高性能で両立するために，１気筒に対し２本のインジェクタを設ける方法が提案されている。例えば，特許文献１では，２サイクルエンジンにおいて低中負荷時に成層燃焼，高負荷時に均一燃焼するために，噴霧角や噴霧貫徹力，粒径，流量特性が異なる２種類のインジェクタを用いる方法が紹介されている。
【０００３】
成層燃焼は，運転空燃比が理論混合比よりも大きくなるように空気を燃焼室に吸入することでスロットル絞りにより生じるポンプ損を低減する方法であるが，この条件で安定して燃焼させるには点火プラグ近傍に当量比１前後の混合気を成層化させる必要がある。そのために，点火プラグとインジェクタを隣接させ，点火の直前に燃料を噴射することで確実に点火プラグ周りに混合気を形成する方法があり，この場合，インジェクタの静流が小さく，噴霧貫徹力が小さいことが望ましい。逆に高負荷時では高出力や耐ノック性向上の点から素早く燃焼させるため，燃焼室内に均一な混合気を形成する必要がある。そのため空気の流れに影響されず燃焼室の全域に噴霧が拡散できるよう，インジェクタの静流が大きく，噴霧貫徹力が大きい方が望ましい。このように成層燃焼と均質燃焼でインジェクタに要求される仕様が異なるため，１本のインジェクタで実現しようとすると中庸の仕様になり，性能を限界まで取りきれない状況であった。しかし，上述のようにインジェクタを２本にすることで成層混合気と均一混合気を形成するためにインジェクタを使い分けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２４７８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば，直噴エンジンにおいて均一混合気を形成するために吸気行程に燃料を噴射するが，空気が吸入されている吸気行程期間は吸気弁周りに空気が流入する流動が生成される。
【０００６】
燃料噴霧はこの流れの影響を受けるが，前記流動はエンジン回転数にほぼ比例するため，エンジン回転数が低いと影響は小さく噴射された方向に噴霧は進行できる。しかし，エンジン回転数が高いと噴霧は流動に流されて噴射された方向からずれて進行することになる。
【０００７】
数値シミュレーションにより回転数の影響を解析した結果を図１に示す。これは，気筒の吸気側に均一燃焼用のインジェクタを配置し，エンジン負荷一定で回転数が１５００，３０００，４５００，６０００ｒ／ｍｉｎの条件において混合気の分布を表したもので，１００ｄｅｇＡＴＤＣのタイミングで表示している。燃料はインジェクタから排気下側（図中の右下）に向けて噴射されており，１５００ｒ／ｍｉｎではほぼ狙い方向に混合気が進行している。吸気側にインジェクタを配置する場合，吸気弁と噴霧の干渉を避けるため排気上側（図中の右上）は狙っておらず，混合気濃度が低い領域（以下燃料希薄領域と呼ぶ）が形成されている。エンジン回転数が３０００ｒ／ｍｉｎ以上の結果では，エンジン回転数が高くなるにつれて吸気弁から流入する空気流動が速くなるため，エンジン回転数が高くなるにつれて吸気側への混合気の偏りが大きくなり，燃料希薄領域が拡がっている様子が分かる。
【０００８】
この結果から，燃焼室中心上部と燃焼室吸気側に２本のインジェクタを設けて燃料噴射する場合，エンジン回転数の上昇に対し，２つのインジェクタから噴射される燃料比率を一定のままで実施すると，エンジン回転数が高くなるにつれ，燃焼室吸気側から噴射された燃料の吸気側への偏りが大きくなり過剰にリッチな混合気を形成し，また，吸気側から噴射された燃料が排気側に届かなくなることで，排気側の燃焼室上部から噴射された燃料はリーンな混合気を形成し，それによって点火時期の混合気均一度が悪くなるため，燃焼効率の悪化，出力低下を招く恐れがある。
【０００９】
また，燃焼室中心上部と吸気管にそれぞれインジェクタを設けて燃料を噴射する場合，排気行程の間に吸気管に設けたインジェクタから燃料を噴射し，吸気弁が開いた直後の高速気流によって燃料を微粒化させて吸気弁の全周から吸入することで均一度を高くできるが，エンジン回転数が高くなると排気行程中に燃料を噴射しきれなくなり，吸気行程に噴射された燃料が直接燃焼室に入ってシリンダやピストンに付着し，排気が悪化する。また，排気行程の噴射時期を早くすると，噴射された燃料が吸入されるまでの時間が長くなり，噴霧が気化して吸気管内に混合気が形成されることで吸入できる空気の量が減少するといった課題が生じる。
【００１０】
このように，均一燃焼条件でエンジン回転数の変化に対し第１と第２のインジェクタの燃料比率を一定にすると混合気の均一度が悪化する課題がある。
【００１１】
本発明は，エンジン回転数に影響されない均一度の高い混合気を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は，気筒と、該気筒の軸方向上部且つ径方向中央部に配置される第１のインジェクタと、前記気筒の軸方向上部且つ前記第１の燃料噴射装置よりも径方向外側に配置される吸気弁と、前記気筒の軸方向上部且つ少なくとも前記吸気弁よりも径方向外側から燃料を供給する第２のインジェクタを備える燃料噴射制御装置であって、前記エンジンの回転数が高い場合には、低い場合に比べて、第２のインジェクタに対する第１のインジェクタの燃料供給量の比率が大きくなるように制御することを特徴とする。
【００１３】
また，第２のインジェクタは、前記気筒の上部且つ吸気弁よりも径方向外側に配置されることが好ましい。
【００１４】
また，エンジンは、前記吸気弁を介して前記気筒に空気を供給する吸気管を備え、第２のインジェクタは、前記吸気管に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば，エンジン回転数が高くなった場合に，第１のインジェクタの燃料供給量の比率を大きく，第２のインジェクタの燃料供給量の比率を小さくすることで，均一度の高い混合気を形成することができる。その結果，燃焼効率の向上と高出力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来噴射方式でのシミュレーション結果
【図２】本発明の吸気管断面での構成を示す
【図３】本発明の気筒中心断面での構成を示す
【図４】エンジン回転数に対する第１と第２のインジェクタの燃料噴射量の比率を示す
【図５】第１と第２のインジェクタの噴霧パターンを示す
【図６】エンジン回転数と噴射量に対する成層燃焼と均一燃焼の切り替えマップを示す
【図７】エンジン回転数と噴射量に対する燃料圧力マップを示す
【図８】エンジン回転数対する噴射時期マップを示す
【図９】実施例１の９０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図１０】実施例１のピストン下死点での混合気分布を示す
【図１１】実施例１の２７０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図１２】実施例１の３２０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図１３】実施例１の８０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図１４】実施例１のピストン下死点での混合気分布を示す
【図１５】実施例１の２７０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図１６】実施例１の３２０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図１７】実施例１の８０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図１８】実施例１のピストン下死点での混合気分布を示す
【図１９】実施例１の２７０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図２０】実施例１の３２０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図２１】実施例２の構成を示す
【図２２】実施例２のインジェクタ取付断面の構成を示す
【図２３】実施例２の第１と第２のインジェクタの燃料噴射量の比率を示す
【図２４】実施例２の第１と第２のインジェクタの噴霧パターンを示す
【図２５】実施例２の成層燃焼と均一燃焼の切り替えマップを示す
【図２６】実施例２の燃料圧力マップを示す
【図２７】実施例２の第１のインジェクタの噴射時期マップを示す
【図２８】実施例２の第２のインジェクタの噴射時期マップを示す
【図２９】実施例２の９０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図３０】実施例２の１８０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図３１】実施例２の２７０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図３２】実施例２の３２０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図３３】実施例２の９０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図３４】実施例２の１８０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図３５】実施例２の２７０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【図３６】実施例２の３２０ｄｅｇＡＴＤＣでの混合気分布を示す
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例における直噴エンジンの構成を図２，図３に示す。本構成では１気筒当たり４００ｃｃの直列４気筒の自然吸気エンジンとなっている。図２は構成の概要を表し，図３はシリンダ中心断面でのインジェクタの取り付け位置を示している。
【００１９】
シリンダヘッド１とシリンダブロック２，そしてシリンダブロックに挿入されたピストン３により燃焼室が形成され，その燃焼室に向けて吸気管４と排気管５は１気筒に対しそれぞれ２つに分岐して接続されている。そして，開口部を開閉するように吸気弁６と排気弁７がそれぞれ２つ設けられている。吸気弁４と排気弁５はカム動作方式となっており，クランク軸１６に連動して回転する。カムプロファイルは一般的に用いられているもので，排気弁が閉じる時期と吸気弁が開き始める時期は上死点の設定となっている。
【００２０】
１気筒に対し２本のインジェクタが設けられており，気筒の軸方向上部で，且つ径方向中央部に第１のインジェクタ８が設けられている。更に気筒の上側で，且つ吸気弁よりも径方向外側に第２のインジェクタ９が設けられている。点火プラグ１０及び点火コイル１１は排気管４の間に配置されている。
【００２１】
燃料は燃料タンク１２に貯蔵され，フィードポンプ１３によって燃料配管を通じて高圧ポンプ１４に送られる。高圧燃料ポンプ１４は排気カムによって駆動され，昇圧された燃料がコモンレール１５に送られる。フィードポンプ１３は燃料を０．３ＭＰａ程度まで昇圧して高圧ポンプ１４に送り，更に高圧ポンプ１４は燃料を最大で１５ＭＰａまで昇圧してコモンレール１５に送ることができる。コモンレール１５には燃圧センサ１６が設置され，燃料圧力を検知できるようになっている。コモンレール１６の先には１気筒当り２本，合計８本のインジェクタ接続されている。
【００２２】
ピストン３はコンロッド１７を介してクランク軸１８と連結されており，クランク角センサ１９によりエンジン回転数を検知できる。クランク軸１８にはセルモータ（図示しない）が連結され，エンジン始動時にセルモータによりクランク軸を回転させ始動することができる。シリンダブロックには水温センサ２０が取り付けられており，エンジン冷却水の温度を検知できる。吸気管４の上流にはコレクタ２１が接続されている。コレクタの上流には図示していないがエアフローセンサとスロットル弁が備えられており，燃焼室に吸入される空気量をスロットルの開閉によって調節できる。図では１気筒のみの記述だが，コレクタから各気筒に空気が分配されている。
【００２３】
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２２は各種センサの信号をモニタし，第１のインジェクタ８，第２のインジェクタ９や点火プラグ１０，高圧燃料ポンプ１４といったデバイスを制御できるよう接続されている。ＥＣＵ２２内のＲＯＭには一般的に用いられるエンジン回転数や水温，空燃比に応じた各種デバイスの設定値がマップデータとして記録されているほか，図４に示す，本発明の特徴である，エンジン回転数に対する第１のインジェクタ８と第２のインジェクタ９の燃料噴射量の比率データも記録されている。これによって，エンジンの回転数が高い場合は、低い場合に比べて、第２のインジェクタ９に対する第１のインジェクタ８の燃料供給量の比率が大きくなるように制御される。
【００２４】
なお，本実施例では第１のインジェクタ８と第２のインジェクタ９の噴射開始時期マップは同じ設定としているが，第１のインジェクタ８と第２のインジェクタ９の噴射時期は一致している必要はなく，多少前後していても問題は無い。
【００２５】
第１のインジェクタ８と第２のインジェクタ９の噴霧パターンを図５に示す。インジェクタはマルチホール式である。気筒の中央部上側に設けられた第１のインジェクタ８は図５における上下方向角度のプラス側が点火プラグ１０に向かうように配置されており，第１のインジェクタ８の噴霧の各ビームは吸気弁６に干渉しないように排気側に向けられている。第２のインジェクタ９は図５における上下方向角度のプラス側が気筒上部に向かう方向になるよう配置されており，吸気弁６に干渉しないよう，第２のインジェクタ９の各ビームは燃焼室下側に向けられている。
【００２６】
第１のインジェクタ８は成層燃焼を考慮して，噴霧貫徹力を小さくするため，噴霧の孔を第２のインジェクタ９に対し小さくしている。そのため，第１のインジェクタ８の単位時間当たり噴射量は，第２のインジェクタ９に対し６０％となっている。インジェクタの単位時間当たりの噴射量は，第１のインジェクタ８では燃圧１０ＭＰａにおいて７．３ｍｇ／ｍｓ，第２のインジェクタ９は燃圧１０ＭＰａにおいて１２．１ｍｇ／ｍｓとなっている。
【００２７】
実施例における作用を，図６〜図２０を用いて説明する。まず，エンジン回転数１５００ｒ／ｍｉｎにおける作用を図６〜図９を用いて説明する。なお，本実施例は暖機後である水温９０℃の条件とする。アクセル開度から決定された要求トルクから，各デバイスの目標値がＥＣＵ２２によって決定される。要求トルクから目標噴射量が決定され，この条件では１気筒当り燃料量は２６．２ｍｇとなっている。クランク角センサからエンジン回転数が算出され，エンジン回転数は１５００ｒ／ｍｉｎと判定される。
【００２８】
そして，図６に示す１気筒当りの目標噴射量とエンジン回転数のマップから成層燃焼と均一燃焼の条件が判定される。本実施例では噴射量が２６．２ｍｇと高く，均一燃焼条件に判定される。均一燃焼と判定されると目標空燃比は１４．５に設定され，目標吸入空気量が算出される。本実施例では目標吸入空気量は３７９．９ｍｇとなり，吸入空気量が目標値となるようスロットルが制御される。燃料圧力は成層燃焼と均一燃焼で異なるマップで定義され，均一燃焼では図７に示す燃料量とエンジン回転数のマップから決定される。エンジン回転数が１５００ｒ／ｍｉｎでは１０ＭＰａとなる。そして，目標燃料圧力となるよう高圧燃料ポンプ１４は燃料吐出量を制御する。
【００２９】
燃料噴射時期はＥＣＵ２２が持つマップデータから参照されるが，成層燃焼と均一燃焼で異なるマップデータを持っている。本実施例では均質燃焼であることから，噴射時期は均一燃焼用のマップデータが選択される。噴射時期は図８に示すエンジン回転数によって決まり，エンジン回転数１５００ｒ／ｍｉｎでは８０ｄｅｇＢＴＤＣに決定される。なお，上述のように第１のインジェクタ８と第２のインジェクタ９は同じ噴射時期マップとなっているため第１のインジェクタ８と第２のインジェクタ９の噴射開始時期は同じである。
【００３０】
図４の噴射量比率のマップから，エンジン回転数１５００ｒ／ｍｉｎでは第１のインジェクタ８の流量割合は２３％，第２のインジェクタ９の流量割合は７７％に決定される。１気筒当りの燃料量は２６．２ｍｇであり，第１のインジェクタ８の目標噴射量は６．０ｍｇ，第２のインジェクタ９の目標噴射量は２０．２ｍｇとなる。次に，燃料圧力と目標噴射量から噴射期間が算出され，第１のインジェクタ８の噴射期間は０．８２ｍｓ（７．４ｄｅｇ），第２のインジェクタ９の噴射期間は１．６７ｍｓ（１５．０ｄｅｇ）に設定される。
【００３１】
クランク角度が吸気上死点以後，吸気弁６が開口し，そのリフト量は増加していく。また，ピストンは下降を開始すると燃焼室内が負圧になり，空気は吸気弁の隙間を通り燃焼室内に流入する。吸気行程８０ｄｅｇＡＴＤＣになると第１のインジェクタ８と第２のインジェクタ９から燃料の噴射が開始される。
【００３２】
燃料噴射開始時期である８０ｄｅｇＡＴＤＣから１０ｄｅｇ経過した，９０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図９に模式的に表す。９０ｄｅｇＡＴＤＣでは第２のインジェクタ９は噴射中で，第１のインジェクタ８はすでに噴射が終了している。第１のインジェクタ８の噴霧は噴霧貫徹力が小さいため，第１のインジェクタ８の噴霧から気化した混合気２３は吸気弁を通過した空気に流されながら進行する。１５００ｒ／ｍｉｎでは吸気弁から流入する空気の速度は高くないため，貫徹力の大きい第２のインジェクタ９の噴霧は狙った方向に進み，噴霧の各ビームは排気側に向けられているため，第２のインジェクタ９の噴霧から気化した混合気２４は排気の下側に到達している。第１のインジェクタ８のビームは排気側に向けられているため，第２のインジェクタ９では届かない排気上側の領域に混合気を形成することができる。
【００３３】
ピストン下死点での燃焼室内の混合気の様子を図１０に示す。吸気管４は燃焼室の中心からオフセットして接続され，また曲率を持った形状となっているため，遠心力によって排気側に向かう流量が多くなる。そのため，燃焼室内には図中で時計回りに回転するタンブル流が形成される。混合気はこのタンブル流に流れつつ拡散していく。混合気２４はタンブルによって吸気側に向かい上昇している。混合気２３は混合気２４に対し排気側に離れて分布するため，混合気２４から遅れてタンブルに沿って移動している。
【００３４】
圧縮行程の２７０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図１１に示す。混合気はタンブルに流されて移動し，ピストン下死点で吸気側にあった混合気２４は排気側に移動している。混合気２４に遅れて移動していた混合気２３は排気側から吸気側に移動している。また，混合気はピストン上昇によって上下方向で圧縮されている。
【００３５】
圧縮行程後期の３２０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図１２に示す。圧縮行程後期に近づくにつれタンブル流は減衰し，混合気の移動速度は小さくなる。そのため混合気は２７０ｄｅｇＢＴＤＣから大きく動くことは無く，２７０ｄｅｇＡＴＤＣと近い分布状態で圧縮されている。第１のインジェクタ８から噴射された燃料から気化した混合気は吸気側に，第２のインジェクタ９から噴射された燃料から気化した混合気は排気側に分布し，均一の高い混合気を形成できている。
【００３６】
次に，エンジン回転数が３０００ｒ／ｍｉｎにおける作用を，図１３〜図１６を用いて説明する。図６の目標噴射量とエンジン回転数のマップから均一燃焼に判定され，図７の燃料量とエンジン回転数のマップから燃料圧力は１０ＭＰａに決定される。図８のマップから燃料噴射時期は６０ｄｅｇＡＴＤＣに決定される。
【００３７】
図４の噴射量比率のマップから，エンジン回転数３０００ｒ／ｍｉｎでは第１のインジェクタ８の流量割合は３５％，第２のインジェクタ９の流量割合は６５％に決定される。１気筒当りの燃料量は２６．２ｍｇであり，第１のインジェクタ８の目標噴射量は９．２ｍｇ，第２のインジェクタ９の目標噴射量は１７．０ｍｇとなる。そして，燃料圧力と目標噴射量から噴射期間が算出され，第１のインジェクタ８の噴射期間は１．２６ｍｓ（２２．７ｄｅｇ），第２のインジェクタ９の噴射期間は１．４０ｍｓ（２５．２ｄｅｇ）に設定される。
【００３８】
燃料噴射開始時期である６０ｄｅｇＡＴＤＣから２０ｄｅｇ経過した，８０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図１３に模式的に表す。８０ｄｅｇＡＴＤＣでは第１のインジェクタ８と第２のインジェクタ９は噴射中である。第２のインジェクタ９の噴霧は，エンジン回転数が高くなることで流動により吸気下側（図中の左下）に押しつけられる影響が大きくなっており，実施例１に比べ混合気が吸気側に偏りやすくなっている。そのため，第２のインジェクタ９の混合気が到達できない領域が，エンジン回転数１５００ｒ／ｍｉｎに比べ広くなっている。第１のインジェクタ８の噴霧から気化した混合気２３は吸気弁を通過した空気に流されながら進行する。
【００３９】
ピストン下死点での燃焼室内の混合気の様子を図１４に示す。混合気はタンブル流に流されつつ拡散している。混合気２４は吸気弁から流入する流動によって，実施例１に対し吸気側に偏った分布となり，混合気２４の占める領域は狭くなっているが，第１のインジェクタ８の燃料比率が高くなっており，混合気２３の占める領域が拡大することで混合気が無い領域は殆ど増加しない。
【００４０】
圧縮行程の２７０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図１５に示す。混合気はタンブルに流されて移動し，ピストン下死点で吸気側にあった混合気２４は排気側に移動している。混合気２４に遅れて移動していた混合気２３は排気側から吸気側に移動している。また，混合気はピストン上昇によって上下方向で圧縮されている。
【００４１】
圧縮行程後期の３２０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図１６に示す。エンジン回転数１５００ｒ／ｍｉｎに比べ，回転数が高くなることで混合気２４の占める領域は狭くなっているが，混合気２３の占める領域が拡大することで，エンジン回転数が高くなっても均一の高い混合気を形成できている。
【００４２】
次に，エンジン回転数が６０００ｒ／ｍｉｎにおける作用を，図１７〜図２０を用いて説明する。図６の目標噴射量とエンジン回転数のマップから均一燃焼に判定され，図７の燃料量とエンジン回転数のマップから燃料圧力は１５ＭＰａに決定される。図８のマップから燃料噴射時期は２０ｄｅｇＡＴＤＣに決定される。
【００４３】
図４の噴射量比率のマップから，エンジン回転数６０００ｒ／ｍｉｎでは第１のインジェクタ８の流量割合は６５％，第２のインジェクタ９の流量割合は３５％に決定される。１気筒当りの燃料量は２６．２ｍｇであり，第１のインジェクタ８の目標噴射量は１７．０ｍｇ，第２のインジェクタ９の目標噴射量は９．２ｍｇとなる。
【００４４】
なお，燃料圧力が１５ＭＰａの単位時間当たり噴射量は，第１のインジェクタ８は８．９ｍｇ／ｍｓ，第２のインジェクタ９は１４．８ｍｇ／ｍｓとなる。燃圧変化に対する噴射期間の調整は，ＥＣＵ２２に燃圧に対する相関式を組み込んでもよいし，燃圧毎の噴射率をマップデータで持たせてもよい。
【００４５】
燃料圧力と目標噴射量から噴射期間が算出され，第１のインジェクタ８の噴射期間は１．９１ｍｓ（６８．８ｄｅｇ），第２のインジェクタ９の噴射期間は０．６２ｍｓ（２２．３ｄｅｇ）に設定される。
【００４６】
燃料噴射開始時期である２０ｄｅｇＡＴＤＣから６０ｄｅｇ経過した，８０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図１７に模式的に表す。８０ｄｅｇＡＴＤＣでは第１のインジェクタ８は噴射中で，第２のインジェクタ９は既に噴射が終了している。エンジン回転数が３０００ｒ／ｍｉｎから更に高いため，第２のインジェクタ９の噴霧が吸気下側（図中の左下）に押しつけられる影響が大きく，更に混合気が吸気側に偏よっている。そのため，第２のインジェクタ９の混合気が到達できない領域が，エンジン回転数３０００ｒ／ｍｉｎに比べ広くなっている。第１のインジェクタ８の噴霧から気化した混合気２３は，吸気弁を通過した空気に流されながら進行する。
【００４７】
ピストン下死点での燃焼室内の混合気の様子を図１８に示す。混合気はタンブル流に流れつつ拡散している。混合気２４は吸気弁から流入する流動によって，エンジン回転数３０００ｒ／ｍｉｎに対し吸気側に偏った分布となっている。また，第２のインジェクタ９から噴射される燃料の比率も減少しており，混合気２４の占める領域も狭くなっている。それに対し第１のインジェクタ８から噴射される燃料の比率が高くなっており，混合気２３の占める領域が拡大している。このように第２のインジェクタ９の混合気が届かない領域に第１のインジェクタ８の混合気を分布させることで，混合気が無い領域はエンジン回転数１５００ｒ／ｍｉｎ，３０００ｒ／ｍｉｎと比べ殆ど変わらない。
【００４８】
圧縮行程の２７０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図１９に示す。混合気はタンブルに流されて移動し，ピストン下死点で吸気側にあった混合気２４は排気側に移動している。混合気２４に遅れて移動していた混合気２３は排気側から吸気側に移動している。また，混合気はピストン上昇によって上下方向で圧縮されている。
【００４９】
圧縮行程後期の３２０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図２０に示す。エンジン回転数３０００ｒ／ｍｉｎに比べ回転数が高くなり，第２のインジェクタ９から噴射される燃料の比率が減少することで混合気２４の占める領域は狭くなっているが，それに対し第１のインジェクタ８から噴射される燃料比率が高くなっており，混合気２３の占める領域が拡大することで，更にエンジン回転数が高くなっても混合気が均一に分布できている。
【実施例２】
【００５０】
第２の実施例における直噴エンジンの構成を図２１，図２２に示す。図２１は構成の概要を表し，図２２はシリンダ中心断面での第１のインジェクタ２５の取り付け位置を示している。
【００５１】
構成は第１の実施例と同じ，１気筒当たり４００ｃｃの直列４気筒の自然吸気エンジンである。第２の実施例において第１のインジェクタ２５は、実施例１と同じく気筒の軸方向上部で，且つ径方向中央部に設けられている。第２のインジェクタ２６は実施例１とは異なり，吸気管４に設けられている。上記吸気管に設けられた第２のインジェクタ２６は，フィードポンプ１３の燃料圧力で駆動される。そのため，フィードポンプ１３の下流で燃料配管が分岐され，一方は実施例１と同様に高圧燃料ポンプ１４で昇圧された後，コモンレール１５から各気筒の燃焼室に設けられた第１のインジェクタに接続される。もう一方は分岐後にデリバリーパイプ２７を経由し，各気筒の吸気管に設けられた第２のインジェクタに接続されている。第２のインジェクタの燃料圧力は０．３５ＭＰａの一定となっている。
【００５２】
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２２は実施例１と同様に各種センサの信号をモニタし，第１のインジェクタ２５，第２のインジェクタ２６や点火プラグ１０，高圧燃料ポンプ１４といったデバイスを制御できるよう接続されている。ＥＣＵ２２内のＲＯＭには図２３に示す，エンジン回転数に対する第１のインジェクタ２５と第２のインジェクタ２６の燃料噴射量の比率データが記録されており，エンジンの回転数が高い場合は、低い場合に比べて、第２のインジェクタ２６に対する第１のインジェクタ２５の燃料供給量の比率が大きくなるように制御される。
【００５３】
第１のインジェクタ２５と第２のインジェクタ２６の噴霧パターンを図２４に示す。インジェクタはマルチホール式である。気筒の中央部上側に設けられた第１のインジェクタ２５は第１の実施例と同様に，図２４における上下方向角度のプラス側が点火プラグ１０に向かうように配置されており，第１のインジェクタ２５の噴霧の各ビームは吸気弁６に干渉しないように排気側に向けられている。第２のインジェクタ２６は上下方向が対称で，吸気管に取り付けた場合に，ビームが吸気管と干渉せず，それぞれのビームが吸気弁を狙う噴霧仕様となっている
第１のインジェクタ２５の単位時間当たりの噴射量は，第１の実施例と同じ，燃圧１０ＭＰａにおいて７．３ｍｇ／ｍｓである。第２のインジェクタ２６は燃圧０．３５ＭＰａにおいて４ｍｇ／ｍｓとなっている。
【００５４】
実施例における作用を，図２５〜図２０を用いて説明する。まず，エンジン回転数１５００ｒ／ｍｉｎにおける作用を図２５〜図２８を用いて説明する。本実施例は暖機後である水温９０℃の条件とする。アクセル開度から決定された要求トルクから，各デバイスの目標値がＥＣＵ２２によって決定される。要求トルクから目標噴射量が決定され，この条件では第１の実施例と同じ，１気筒当り燃料量は２６．２ｍｇとなっている。クランク角センサからエンジン回転数が算出され，エンジン回転数は１５００ｒ／ｍｉｎと判定される。
【００５５】
そして，図２５に示す１気筒当りの目標噴射量とエンジン回転数のマップから成層燃焼と均一燃焼の条件が判定される。本実施例では噴射量が２６．２ｍｇと高く，均一燃焼条件に判定される。均一燃焼と判定されると目標空燃比は１４．５に設定され，目標吸入空気量が算出される。本実施例では目標吸入空気量は３７９．９ｍｇとなり，吸入空気量が目標値となるようスロットルが制御される。第１のインジェクタ２５から噴射される燃料の圧力は成層燃焼と均一燃焼で異なるマップで定義され，均一燃焼では図２６に示す，燃料量とエンジン回転数のマップから決定される。エンジン回転数が１５００ｒ／ｍｉｎでは１０ＭＰａとなる。そして，目標燃料圧力となるよう高圧燃料ポンプ１４は燃料吐出量を制御する。
【００５６】
燃料噴射時期はＥＣＵ２２が持つマップデータから参照されるが，成層燃焼と均一燃焼で異なるマップデータを持っている。本実施例では均質燃焼であることから，噴射時期は均一燃焼用のマップデータが選択される。第２の実施例における噴射時期は図２７，図２８に示すように，第２のインジェクタ２６は排気行程に，第１のインジェクタ２５は吸気行程に噴射するようになっており，エンジン回転数が高くなるほど噴射時期が早くなるように制御される。エンジン回転数１５００ｒ／ｍｉｎでは，第１のインジェクタ２５の噴射時期は８０ｄｅｇＡＴＤＣ，第２のインジェクタ２６の噴射時期は６０ｄｅｇＢＴＤＣが選択される。
【００５７】
そして，図２３の噴射量比率のマップから，エンジン回転数１５００ｒ／ｍｉｎでは第１のインジェクタ２５の流量割合は２０％，第２のインジェクタ９の流量割合は８０％に決定され，第１のインジェクタ２５から噴射される燃料量は５．２４ｍｇ，第２のインジェクタ２６から噴射される燃料量は２０．９６ｍｇに設定される。そして，燃料圧力と目標噴射量から噴射期間が算出され，第１のインジェクタ２５の噴射期間は０．７２ｍｓ（６．４８ｄｅｇ）に，第２のインジェクタ２６の噴射期間は５．２４ｍｓ（４７．１６ｄｅｇ）に設定される。
【００５８】
排気行程に排気弁が開いた状態でピストンが上昇することで，燃焼室内の既燃焼ガスが排気管から排出される。そして，６０ｄｅｇＢＴＤＣになると第２のインジェクタ２６から燃料の噴射が開始され，１２．８４ＢＴＤＣで噴射が終了する。第２のインジェクタが噴射している期間は吸気弁がまだ開いていないため吸気管内に流動は殆ど無く，噴霧は吸気弁に向かって直進する。そのため，第２のインジェクタ２６から噴射された燃料は吸気管に付着しない。また，燃料噴射が終了してから吸気弁が開くまで時間があり，噴射された燃料の殆どが吸気弁に付着する。
【００５９】
クランク角度が吸気上死点以後，吸気弁６が開口し，そのリフト量は増加していく。また，ピストンは下降を開始すると燃焼室内が負圧になり，空気は吸気弁の隙間を通り燃焼室内に流入する。特に，吸気弁６が開いた直後のリフト量が非常に小さい場合，空気は非常に速い速度で燃焼室に流入する状態となる。吸気弁６に付着した，第２のインジェクタ２６から噴射された燃料は吸気弁の全周から流入する高速気流に流されて燃焼室に流入する際に，高速気流とのせん断力によって微粒化されるため，シリンダ壁面やピストンに付着せず，吸入された空気の流れに乗って燃焼室に流入する。
【００６０】
吸気行程８０ｄｅｇＡＴＤＣになると第１のインジェクタ８から燃料が噴射される。燃料噴射開始時期である８０ｄｅｇＡＴＤＣから１０ｄｅｇ経過した，９０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図２９に模式的に表す。９０ｄｅｇＡＴＤＣでは第１のインジェクタ８はすでに噴射が終了している。
【００６１】
第２のインジェクタ２６から噴射された燃料の殆どが，吸気弁が開いた直後に生じる流れで流入する。そのため，第２のインジェクタ２６から噴射された燃料から気化した混合気２４は殆どが初期に流入する空気とのみ混合し，ピストン表面に混合気を形成する。なお，吸気弁の全周から流入するため吸気側や排気側への偏りは殆ど生じない。また，第１のインジェクタ２５の噴射時期は吸気行程中期に設定しているため，第１のインジェクタから噴射された燃料から気化した混合気２３は，混合気２４が流入した後に，吸入される空気と混合しつつ混合気２４の後ろに続いて形成され，混合気２３と混合気２４が重ならないことでリッチな混合気が形成されにくい。
【００６２】
ピストン下死点での燃焼室内の混合気の様子を図３０に示す。タンブル流によって混合気２４は吸気側に流されつつ拡散し，混合気２３は混合気２４の後ろに続いて拡散する。
【００６３】
圧縮行程の２７０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図３１に示す。混合気はタンブルに流されて移動し，ピストン下死点で吸気側にあった混合気２４は排気側に移動している。混合気２４の後ろに続いていた混合気２３は排気側から吸気側に移動している。また，混合気はピストン上昇によって上下方向で圧縮されている。
【００６４】
圧縮行程後期の３２０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図３２に示す。圧縮行程後期に近づくにつれタンブル流は減衰し，混合気の移動速度は小さくなる。そのため混合気は２７０ｄｅｇＢＴＤＣから大きく動くことは無く，２７０ｄｅｇＡＴＤＣと近い分布状態で圧縮されている。
【００６５】
このように，吸気弁が開く前に第２のインジェクタの噴射を終了させて燃料を吸気弁表面に配置することで，吸気弁が開いた直後に生じる高速の気流で微粒化させることによりシリンダへの壁面付着を抑制し，更に，第１のインジェクタの燃料噴射時期を吸気行程中期に設定し，第２のインジェクタから噴射した燃料が燃焼室に吸入された後の，空気のみが流入される所に第１のインジェクタから燃料を噴射することで混合気を形成することで燃料が存在しない領域を減らすことができ，燃焼室内の均一度を高くすることができる。
【００６６】
次に，エンジン回転数が６０００ｒ／ｍｉｎにおける作用を，図３３〜図３６を用いて説明する。図２５の目標噴射量とエンジン回転数のマップから均一燃焼に判定され，図２６の目標噴射量とエンジン回転数のマップから燃料圧力は１５ＭＰａに決定される。
【００６７】
図２７，図２８のマップから第１のインジェクタの燃料噴射時期は５０ｄｅｇＡＴＤＣに，第２のインジェクタの燃料噴射時期は９０ｄｅｇＢＴＤＣに決定される。
【００６８】
図２３の噴射量比率のマップから，エンジン回転数６０００ｒ／ｍｉｎでは第１のインジェクタ２５の流量割合は７０％，第２のインジェクタ２６の流量割合は３０％に決定される。１気筒当りの燃料量は２６．２ｍｇであり，第１のインジェクタ２５の目標噴射量は１８．３４ｍｇ，第２のインジェクタの目標噴射量は７．８６ｍｇとなる。なお，第１のインジェクタ２５の，燃料圧力が１５ＭＰａの単位時間当たり噴射量は  ８．９ｍｇ／ｍｓとなる。第２のインジェクタ２６は燃圧一定のため４ｍｇ／ｍｓとなる。燃料圧力と目標噴射量から噴射期間が算出され，第１のインジェクタ２５の噴射期間は２．０５ｍｓ（７３．８ｄｅｇ）に，第２のインジェクタ２６の噴射期間は１．９７ｍｓ（７０．９２ｄｅｇ）に設定される。
【００６９】
排気行程に排気弁が開いた状態でピストンが上昇することで，燃焼室内の既燃焼ガスが排気管から排出される。そして，９０ｄｅｇＢＴＤＣになると第２のインジェクタ２６から燃料の噴射が開始され，１９．０８ｄｅｇＢＴＤＣで噴射が終了する。第２のインジェクタが噴射している期間は吸気弁がまだ開いていないため吸気管内に流動は殆ど無く，噴霧は吸気弁に向かって直進する。そのため，第２のインジェクタ２６から噴射された燃料は吸気管に付着しない。また，燃料噴射が終了してから吸気弁が開くまで時間があり，噴射された燃料の殆どが吸気弁に付着する。
【００７０】
クランク角度が吸気上死点以後，吸気弁６に付着した，第２のインジェクタ２６から噴射された燃料は吸気弁の全周から流入する高速気流に流されて燃焼室に流入するが，吸気弁が開いた際に生じる高速気流とのせん断力によって微粒化され，シリンダ壁面やピストンに付着せず，吸入された空気の流れに乗って燃焼室に流入する。
【００７１】
吸気行程５０ｄｅｇＡＴＤＣになると第１のインジェクタ２５から燃料が噴射される。燃料噴射開始時期である５０ｄｅｇＡＴＤＣから４０ｄｅｇ経過した，９０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図３３に模式的に表す。第１のインジェクタ２５の噴射期間は７３．８ｄｅｇあるため，９０ｄｅｇＡＴＤＣでは噴射が継続している。
【００７２】
第２のインジェクタ２６から噴射された燃料の殆どが，吸気弁が開いた直後に生じる流れで流入する。そのため，第２のインジェクタ２６から噴射された燃料から気化した混合気２４は殆どが初期に流入する空気とのみ混合し，ピストン表面に混合気を形成する。なお，吸気弁の全周から流入するため吸気側や排気側への偏りは殆ど生じない。また，第１のインジェクタ２５の噴射時期は吸気行程中期に設定しているため，第１のインジェクタから噴射された燃料から気化した混合気２３は，混合気２４が流入した後に，吸入される空気と混合しつつ混合気２４の後ろに続いて形成されることで混合気２３と混合気２４が重なる領域が小さくリッチな混合気が形成されにくい。
【００７３】
ピストン下死点での燃焼室内の混合気の様子を図３４に示す。タンブル流によって混合気２４は吸気側に流されつつ拡散し，混合気２３は混合気２４の後ろに続いて拡散する。
【００７４】
圧縮行程の２７０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図３５に示す。混合気はタンブルに流されて移動し，ピストン下死点で吸気側にあった混合気２４は排気側に移動している。混合気２４の後ろに続いていた混合気２３は排気側から吸気側に移動している。また，混合気はピストン上昇によって上下方向で圧縮されている。
【００７５】
圧縮行程後期の３２０ｄｅｇＡＴＤＣでの燃焼室内の混合気の様子を図３６に示す。圧縮行程後期に近づくにつれタンブル流は減衰し，混合気の移動速度は小さくなる。そのため混合気は２７０ｄｅｇＢＴＤＣから大きく動くことは無く，２７０ｄｅｇＡＴＤＣと近い分布状態で圧縮されている。
【００７６】
エンジン回転数が高くなった場合に，第１のインジェクタの噴射量比率を高く，第２のインジェクタの燃料比率を小さくし、吸気弁が開く前に第２のインジェクタの噴射を終了させて燃料を吸気弁表面に配置することで，吸気弁が開いた直後に生じる高速の気流で微粒化させることによりシリンダへの壁面付着を抑制でき，更に，第１のインジェクタの燃料噴射時期を吸気行程中期に設定し，第２のインジェクタから噴射した燃料が燃焼室に吸入された後の，空気のみが流入される所に第１のインジェクタから燃料を噴射することで混合気を形成することで燃料が存在しない領域を減らすことができ，燃焼室内の均一度を高くすることができる。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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