(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが往復運動するシリンダ内の空間であって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と、
前記燃焼空間に接続して開口する複数の吸気通路と、
それぞれの吸気通路に備えられて前記燃料を噴射する燃料供給手段とを有し、
それぞれの前記燃料供給手段が、前記燃料を前記燃焼空間の内部で互いに交差する方向に沿って噴射するとともに、
前記内燃機関の運転条件に応じて、
前記燃焼空間の内部の燃焼形態を、前記複数の燃料供給手段の燃料噴射時期に時間差を設ける均質燃焼と、前記複数の燃料供給手段の燃料噴射時期を同時とする成層燃焼とに切り替えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
ピストンが往復運動するシリンダ内の空間であって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と、
前記燃焼空間に接続されて開口する第１の吸気通路及び第２の吸気通路と、
前記第１の吸気通路へ備えられて前記燃料を噴射する第１の燃料供給手段と、
前記第２の吸気通路へ備えられて前記燃料を噴射する第２の燃料供給手段とを有し、
前記第１の燃料供給手段と前記第２の燃料供給手段とが、前記燃料を前記燃焼空間の内部で互いに交差する方向に沿って噴射するとともに、
前記内燃機関の運転条件に応じて、
前記燃焼空間の内部の燃焼形態を、前記第１の燃料供給手段の燃料噴射時期と前記第２の燃料供給手段の燃料噴射時期とに時間差を設ける均質燃焼と、前記第１の燃料供給手段の燃料噴射時期と第２の燃料供給手段の燃料噴射時期とを同時とする成層燃焼とに切り替えることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
前記成層燃焼は、大量の排ガスを燃焼空間へ再循環させる領域で運転されている場合に行なわれ、
前記均質燃焼は、大量の排ガスを燃焼空間へ再循環させる領域で運転されていなく、かつ、アクセル開度がアクセル開度閾値よりも大きい場合に行なわれることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関。
【請求項４】
前記燃焼空間内の燃焼形態を成層燃焼とする場合には、前記燃焼空間内の燃焼形態を均質燃焼とする場合よりも、前記燃料の噴射時期を遅角させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内をピストンが往復運動する内燃機関に関し、さらに詳しくは、複数の吸気ポートのそれぞれに燃料供給手段である燃料噴射弁を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
点火プラグによって燃焼室内の混合気に点火する火花点火式の内燃機関では、空気をシリンダ内へ導入する吸気ポートに燃料を噴射する内燃機関が広く用いられている。例えば、特許文献１には、２本の吸気ポートにそれぞれ燃料噴射弁を備える内燃機関が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２５３３３号公報（００３１、００３２、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ピストンがシリンダ内を往復運動する内燃機関では、排気口側におけるシリンダの内面に燃料が付着することがある。また、吸気ポートに燃料を噴射する場合、吸気弁や吸気ポートへ燃料が付着する。このような燃料は、未燃の燃料としてシリンダ内から排出されて、有効に燃焼していなかった。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関の内部への燃料の付着を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、ピストンが往復運動するシリンダ内の空間であって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と、前記燃焼空間に接続して開口する複数の吸気通路と、それぞれの吸気通路に備えられて前記燃料を噴射する燃料供給手段とを有し、それぞれの前記燃料供給手段が、前記燃料を前記燃焼空間の内部で互いに交差する方向に沿って噴射するとともに、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記燃焼空間の内部の燃焼形態を、前記複数の燃料供給手段の燃料噴射時期に時間差を設ける均質燃焼と、前記複数の燃料供給手段の燃料噴射時期を同時とする成層燃焼とに切り替えることを特徴とする。
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、ピストンが往復運動するシリンダ内の空間であって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と、前記燃焼空間に接続されて開口する第１の吸気通路及び第２の吸気通路と、前記第１の吸気通路へ備えられて前記燃料を噴射する第１の燃料供給手段と、前記第２の吸気通路へ備えられて前記燃料を噴射する第２の燃料供給手段とを有し、前記第１の燃料供給手段と前記第２の燃料供給手段とが、前記燃料を前記燃焼空間の内部で互いに交差する方向に沿って噴射するとともに、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記燃焼空間の内部の燃焼形態を、前記第１の燃料供給手段の燃料噴射時期と前記第２の燃料供給手段の燃料噴射時期とに時間差を設ける均質燃焼と、前記第１の燃料供給手段の燃料噴射時期と第２の燃料供給手段の燃料噴射時期とを同時とする成層燃焼とに切り替えることを特徴とする。
【０００７】
これによって、すべての燃料供給手段からの燃料噴霧が燃焼空間内で交差するように噴射されるので、排気口側におけるシリンダの内面まで到達する燃料は減少する。また、シリンダの中心軸を通り、内燃機関のクランク軸と直交する平面に対して対称に配置される一対の燃料供給手段が噴射する燃料噴霧は、前記平面寄りに形成される、吸気弁と吸気口との隙間を通過するので、吸気通路や吸気弁に付着する燃料の量を低減できる。
【０００８】
本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関において、前記成層燃焼は、大量の排ガスを燃焼空間へ再循環させる領域で運転されている場合に行なわれ、前記均質燃焼は、大量の排ガスを燃焼空間へ再循環させる領域で運転されていなく、かつ、アクセル開度がアクセル開度閾値よりも大きい場合に行なわれることが好ましい。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関において、前記燃焼空間内の燃焼形態を成層燃焼とする場合には、前記燃焼空間内の燃焼形態を均質燃焼とする場合よりも、前記燃料の噴射時期を遅角させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、内燃機関の内部への燃料の付着を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【００１４】
本実施形態は、ピストンが往復運動するシリンダ内の燃焼空間に接続して開口する複数の吸気通路を備える内燃機関において、それぞれの吸気通路に、燃料を噴射する燃料供給手段（例えば燃料噴射弁）を設けるとともに、それぞれの燃料供給手段が噴射する燃料噴霧が燃焼空間の内部で交差する方向に、それぞれの燃料供給手段が燃料を噴射する点に特徴がある。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る内燃機関を示す説明図である。次の説明では、内燃機関１が備える単一の気筒を取り出して説明するが、本発明は多気筒の内燃機関、単気筒の内燃機関を問わずに適用できる。内燃機関１は、ピストン５がシリンダ１Ｓの内部を往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。
【００１６】
内燃機関１は、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって制御される。内燃機関１のシリンダ１Ｓは、円筒状の構造体であって、一端部がシリンダヘッド１Ｈに取り付けられ、他端部がクランクケース１Ｃに取り付けられる。シリンダ１Ｓの内面１ＳＷと、ピストン５の頂面と、シリンダヘッド１Ｈの内面とで囲まれる空間１Ｂが、内燃機関１へ供給される燃料Ｆが燃焼する空間となる。この空間１Ｂを、燃焼空間１Ｂという。内燃機関１へ供給される燃料Ｆは、炭化水素を含む燃料であり、例えばガソリンが用いられる。
【００１７】
シリンダ１Ｓには、ウォータージャケットＷＪが形成される。内燃機関１の運転中には、ウォータージャケットＷＪに内燃機関１を冷却するための水（冷却水）が流されて、内燃機関１を冷却する。冷却水の温度は、冷却水温度センサ４２によって検出され、機関ＥＣＵ５０に取り込まれ、内燃機関１の制御に用いられる。
【００１８】
シリンダヘッド１Ｈには、燃料Ｆの燃焼に供する空気（燃焼用空気）Ａを燃焼空間１Ｂへ導入するための第１の吸気通路である第１吸気ポート４Ａ及び第２の吸気通路である第２吸気ポート４Ｂが形成される。このように、内燃機関１は、燃焼空間１Ｂに接続して開口する複数の吸気通路（吸気ポート）を備える。また、内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈには、燃焼空間１Ｂで燃料Ｆが燃焼した後の燃焼ガス（排ガス）Ｅｘを燃焼空間１Ｂの外部へ排出する排気通路である排気ポート９が形成される。
【００１９】
第１吸気ポート４Ａ及び第２吸気ポート４Ｂ及び排気ポート９は、それぞれ燃焼空間１Ｂに接続されるとともに、燃焼空間１Ｂにはそれぞれの一方の端部が開口して開口部を形成し、シリンダヘッド１Ｈには、それぞれの他方の端部が開口する。燃焼空間１Ｂに開口する第１吸気ポート４Ａの開口部（第１吸気口）４Ａｏ、第２吸気ポート４Ｂの開口部（第２吸気口）４Ｂｏには、それぞれ第１吸気弁１０Ａ、第２吸気弁１０Ｂが配置され、燃焼空間１Ｂに開口する排気ポート９の開口部（排気口）９ｏには排気弁１５が配置される。第１吸気弁１０Ａは第１吸気口４Ａｏを、第２吸気弁１０Ｂは第２吸気口４Ｂｏを開閉し、排気弁１５は排気口９ｏを開閉する。
【００２０】
第１吸気ポート４Ａ及び第２吸気ポート４Ｂから流入する流体（空気Ａ、あるいは空気Ａ及び燃料Ｆ）は、燃焼空間１Ｂ内でタンブル流Ｔを形成する。このタンブル流Ｔは、シリンダヘッド１Ｈ側において、第１吸気ポート４Ａ及び第２吸気ポート４Ｂから排気ポート９へ向かい、ピストン５の頂部５Ｔ近傍では、排気ポート９から第１吸気ポート４Ａ及び第２吸気ポート４Ｂへ向かう流れである。なお、タンブル流Ｔの方向はこれに限定されるものではなく、反対方向でもよい。ピストン５の頂部５Ｔは、タンブル流Ｔの流れを阻害しないように、凹部５Ｕが形成される。
【００２１】
内燃機関１は、内燃機関１へ供給する第１の燃料供給手段として、第１ポート噴射弁２Ａを第１吸気ポート４Ａに備え、内燃機関１へ供給する第２の燃料供給手段として、第２ポート噴射弁２Ｂを第２吸気ポート４Ｂに備える。また、内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈには、燃焼空間１Ｂ内に形成される、燃料Ｆと空気Ａとの混合気に点火する点火手段として、点火プラグ７が取り付けられる。
【００２２】
燃焼空間１Ｂ内の混合気は、点火プラグ７からの放電によって点火され、燃焼する。このように、内燃機関１は、いわゆる火花点火式の内燃機関である。ここで、なお、吸気通路である吸気ポートの本数は２本に限定されるものではなく、燃料供給手段であるポート噴射弁の個数も２個に限定されるものではない。
【００２３】
第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂは、ポート噴射弁用燃料分配管２０に取り付けられており、機関ＥＣＵ５０の機関制御部５３によって動作が制御される。そして、第１ポート噴射弁２Ａ、第２ポート噴射弁２Ｂは、ポート噴射弁用燃料分配管２０から燃料が供給されて、第１吸気口４Ａｏ、第２吸気口４Ｂｏに向かって燃料Ｆを噴射する。これによって、内燃機関１へ燃料Ｆを供給する。第１ポート噴射弁２Ａ、第２ポート噴射弁２Ｂから噴射された燃料Ｆは、燃料噴霧となって第１吸気ポート４Ａ、第２吸気ポート４Ｂを流れる空気Ａと混合しながら、燃焼空間１Ｂへ流入する。そして、燃焼空間１Ｂには、空気Ａと燃料Ｆとの混合気が形成される。
【００２４】
第１吸気ポート４Ａ、第２吸気ポート４Ｂとつながる吸気通路である吸気導入通路８には、スロットル弁１４が取り付けられる。スロットル弁１４は、弁体１４Ｖと、弁体１４Ｖに取り付けられてこれを動作させるスロットル弁用アクチュエータ１４Ａとで構成される。弁体１４Ｖの開度を調整することにより、吸気導入通路８の通路断面積が変化して、燃焼空間１Ｂへ導入される空気Ａの量が調整される。
【００２５】
スロットル弁１４の弁体１４Ｖよりも空気Ａの流れ方向の上流側には、エアフローセンサ４０が配置されており、吸気通路を流れる空気Ａの流量（質量流量）、すなわち、燃焼空間１Ｂへ流入する空気Ａの流量が計測される。エアフローセンサ４０が計測した空気Ａの流量は、機関ＥＣＵ５０に取り込まれ、内燃機関１の制御に用いられる。エアフローセンサ４０よりも空気Ａの流れ方向の上流側には、エアクリーナー７０が配置されており、吸気導入通路８へ流入し、内燃機関１の燃焼空間１Ｂへ流入する空気Ａから塵やごみ等が取り除かれる。
【００２６】
第１ポート噴射弁２Ａ、第２ポート噴射弁２Ｂから噴射される燃料Ｆは、燃料タンク１９内へ貯留される。燃料タンク１９の内部にはフィードポンプ１３が配置されている。フィードポンプ１３とポート噴射弁用燃料分配管２０とは、燃料配管１８で接続されており、フィードポンプ１３が吐出する燃料タンク１９内の燃料Ｆは、燃料配管１８を通ってポート噴射弁用燃料分配管２０へ送られる。フィードポンプ１３の動作は、機関ＥＣＵ５０の機関制御部５３によって制御される。
【００２７】
第１吸気弁１０Ａ、第２吸気弁１０Ｂが開き、ピストン５が下死点へ向かうと、第１吸気口４Ａｏ、第２吸気口４Ｂｏから燃焼空間１Ｂへ向かって、空気Ａと燃料Ｆとの混合気が流入する（吸気行程）。ここで、燃料Ｆは、吸気行程の前に、第１ポート噴射弁２Ａ、第２ポート噴射弁２Ｂから第１吸気ポート４Ａ、第２吸気ポート４Ｂへ供給されたものであり、この燃料Ｆの噴射態様を、吸気非同期噴射という。内燃機関１では、吸気行程で第１ポート噴射弁２Ａ、第２ポート噴射弁２Ｂから燃料Ｆを噴射することもあり、この燃料Ｆの噴射態様を、吸気同期噴射という。
【００２８】
ピストン５が下死点を通過し、第１吸気弁１０Ａ、第２吸気弁１０Ｂ及び排気弁１５が閉じた状態でピストン５が上死点（すなわちシリンダヘッド１Ｈの方向）へ向かうと、燃焼空間１Ｂ内に形成される、燃料Ｆと空気Ａとの混合気が圧縮される（圧縮行程）。ピストン５が上死点に到達する前に、点火プラグ７が放電して圧縮された前記混合気へ点火する。これによって、燃焼空間１Ｂ内の前記混合気が燃焼する。ここで、点火プラグ７の点火タイミングは、機関ＥＣＵ５０の機関制御部５３によって制御される。
【００２９】
前記混合気が燃焼したときの燃焼圧力によりピストン５が下死点へ向かって移動する（膨張行程）。下死点を通過したピストン５は、再び上死点へ向かって移動するが、このとき排気弁１５が開いて、燃焼空間１Ｂ内の燃焼ガス（排ガスＥｘ）が排気口９ｏを通って排気ポート９へ排出される（排気行程）。これによって、内燃機関の１サイクルが終了する。排気ポート９へ排出された排ガスＥｘは、排気通路（例えば、エキゾーストマニホールド）９Ｍに集められた後、浄化触媒７１で浄化されてから、大気中に放出される。なお、次のサイクルの燃料Ｆは、例えば、排気行程中に第１ポート噴射弁２Ａ、第２ポート噴射弁２Ｂから第１吸気ポート４Ａ、第２吸気ポート４Ｂ内へ供給される。
【００３０】
ピストン５が上死点の近傍にくると、第１吸気弁１０Ａ、第２吸気弁１０Ｂが開き、排気弁１５は閉じて、内燃機関１の次のサイクルが開始する。このように、内燃機関１は、ピストン５がシリンダ１Ｓ内を２往復する間に１サイクルが終了する、４ストローク１サイクルの内燃機関である。ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド３を介してクランクケース１Ｃ内のクランクシャフト６へ伝達され、回転運動へ変換される。
【００３１】
クランクシャフト６の回転角度は、クランク角センサ４１によって検出される。機関ＥＣＵ５０の機関制御部５３は、クランク角センサ４１が検出したクランクシャフト６の回転角度を取り込み、これに基づいてクランクシャフト６の回転数（機関回転数）を演算する。ここで、機関回転数は、単位時間あたりにおけるクランクシャフト６の回転数である。
【００３２】
図１に示すように、第１吸気ポート４Ａ及び第２吸気ポート４Ｂと、排気ポート９からの排ガスＥｘが集められる排気通路９Ｍとは、排ガス再循環通路１６で接続される。排ガス再循環通路１６には、機関ＥＣＵ５０で制御される弁装置（以下排ガス再循環制御弁という）１７が設けられる。排ガス再循環制御弁１７は、排ガス再循環通路１６の通路断面積（排ガス再循環通路１６を流れる排ガスＥｘの流れ方向に直交する断面の面積）を変更する機能を有する。
【００３３】
これによって、排気通路９Ｍと第１吸気ポート４Ａ及び第２吸気ポート４Ｂとを排ガス再循環通路１６で連通したり、排気通路９Ｍと第１吸気ポート４Ａ及び第２吸気ポート４Ｂとの連通を遮断したりする。その結果、排気通路９Ｍの排ガスＥｘを、第１吸気ポート４Ａ及び第２吸気ポート４Ｂへ導入したり、第１吸気ポート４Ａ及び第２吸気ポート４Ｂへの排ガスＥｘの導入を停止したりすることができる。
【００３４】
排ガス再循環制御弁１７は、例えば、ＯＮ−ＯＦＦ弁を用いたり、流量調整弁を用いたりすることができる。排ガス再循環制御弁１７にＯＮ−ＯＦＦ弁を用いる場合、開時間と閉時間との比率を変更することにより、排ガス再循環通路１６を流れる排ガスＥｘの量を調整できる。排ガス再循環制御弁１７に流量調整弁を用いる場合、排ガス再循環制御弁１７の開度を調整することにより、すなわち、排ガス再循環制御弁１７によって排ガス再循環通路１６の通路断面積を変更することによって、排ガス再循環通路１６を流れる排ガスＥｘの量を調整できる。
【００３５】
内燃機関１の運転中に排ガス再循環（以下ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）という）を実行する際には排ガス再循環制御弁１７が開かれ、排ガス再循環通路１６は、第１吸気ポート４Ａ及び第２吸気ポート４Ｂを介して、燃焼空間１Ｂから排出された排ガスＥｘを燃焼空間１Ｂへ戻す。そして、排ガスＥｘが燃焼空間１Ｂに存在する状態で、燃料Ｆと空気Ａとの混合気を燃焼させる。これによって、窒素酸化物の発生を抑制し、また内燃機関１の燃料消費量を低減する。
【００３６】
次に、機関ＥＣＵ５０について説明する。機関ＥＣＵ５０は、入出力部５０ＩＯと、処理部５０Ｐと、内燃機関１の制御に用いる各種マップ等を格納する記憶部５０Ｍとを有する。入出力部５０ＩＯには、エアフローセンサ４０、クランク角センサ４１、冷却水温度センサ４２、アクセル開度センサ４３、第１ポート噴射弁２Ａ、第２ポート噴射弁２Ｂ、点火プラグ７、フィードポンプ１３、スロットル弁用アクチュエータ１４Ａ、排ガス再循環制御弁１７が接続される。そして、入出力部５０ＩＯは、エアフローセンサ４０やクランク角センサ４１等からの入力信号や、第１ポート噴射弁２Ａ、第２ポート噴射弁２Ｂ等への出力信号の入出力を行う。
【００３７】
処理部５０Ｐは、例えば、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）により構成されている。処理部５０Ｐは、制御条件判定部５１と、燃料噴射制御部５２と、機関制御部５３とを有している。記憶部５０Ｍは、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能なメモリ、あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能なメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成できる。記憶部５０Ｍには、内燃機関１を制御する際に用いる制御プログラムや制御用データマップ等が格納してある。
【００３８】
図２は、本実施形態に係る内燃機関のシリンダヘッドに形成される吸気口を開閉する吸気弁が開いた状態を示す模式図である。本実施形態に係る内燃機関１は、それぞれの燃料供給手段、すなわち第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂが噴射する燃料Ｆの噴霧が燃焼空間１Ｂの内部で交差する方向に向かって、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂが燃料Ｆを噴射する。これを実現する場合、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂは、上述した吸気同期噴射で燃料Ｆを噴射する。
【００３９】
吸気同期噴射は、図２に示すように、吸気行程において、第１吸気弁１０Ａの傘部１２Ａと第１吸気口４Ａｏとの間、及び第２吸気弁１０Ｂの傘部１２Ｂと第２吸気口４Ｂｏとの間に隙間ができたときに、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂから燃料Ｆを噴射する。
【００４０】
この場合、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂが噴射する燃料Ｆの噴霧が燃焼空間１Ｂの内部で交差するように燃料Ｆが噴射される。したがって、第１ポート噴射弁２Ａは、第１吸気弁１０Ａのステム１１Ａよりも図２に示すシリンダ１Ｓの中心軸（シリンダ中心軸）Ｚ寄りの隙間ＲＡに向かって燃料Ｆを噴射する。また、第２ポート噴射弁２Ｂは、第２吸気弁１０Ｂのステム１１Ｂよりもシリンダ中心軸Ｚ寄りの隙間ＲＢに向かって燃料Ｆを噴射する。すなわち、第１吸気弁１０Ａと第２吸気弁１０Ｂとの間、より具体的にはステム１１Ａとステム１１Ｂとの間に向かって燃料Ｆが噴射される。これによって、第１ポート噴射弁２Ａが噴射した燃料Ｆの噴霧、及び第２ポート噴射弁２Ａが噴射した燃料Ｆの噴霧は、燃焼空間１Ｂ内に流入する。
【００４１】
本実施形態では、吸気同期噴射、すなわち、第１吸気弁１０Ａ及び第２吸気弁１０Ｂが開いている間に、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂから噴射される燃料Ｆの噴霧が燃焼空間１Ｂの内部で交差するように、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂから燃料Ｆを噴射する。これによって、燃料噴霧は、シリンダ中心軸Ｚ寄りに形成される、吸気弁と吸気口との隙間を通過するので、第１吸気ポート４Ａ、第２吸気ポート４Ｂや、第１吸気弁１０Ａ、第２吸気弁１０Ｂに付着する燃料Ｆの量を低減できる。また、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂからの燃料噴霧が燃焼空間１Ｂ内で交差するように噴射されるので、図１に示す排気口９ｏ側におけるシリンダ１Ｓの内面１ＳＷまで到達する燃料Ｆは減少する。その結果、内燃機関１の内部への燃料付着が抑制され、噴射された燃料噴霧が確実に燃焼空間１Ｂ内へ導入される。これによって、空気Ａの冷却に燃料Ｆの気化潜熱が有効に利用されて、ノッキング改善（吸入空気温度低減効果）、及び燃焼空間１Ｂへの吸入空気充填量増加（吸入空気温度低減による吸入空気の質量増加）という効果が確実に得られる。
【００４２】
また、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂから噴射された燃料Ｆは、第１吸気口４Ａｏ及び第２吸気口４Ｂｏから流入する空気Ａによって、第１吸気口４Ａｏと第２吸気口４Ｂｏとの間に形成される、ピストン５に向かう強い流れ、すなわちタンブル流Ｔ（図１）によって、シリンダ１Ｓ内に拡散されていく。この過程で、燃料Ｆと空気Ａとが十分に混合される。また、タンブル流Ｔによってシリンダ１Ｓの内面１ＳＷに向かう燃料Ｆが低減するので、シリンダ１Ｓの内面１ＳＷに付着する燃料Ｆの量が低減される。その結果、内燃機関１の摺動部を潤滑する潤滑油の燃料希釈を抑制でき、また、燃焼空間１Ｂから排出される未燃の燃料Ｆを低減できる。
【００４３】
第１ポート噴射弁２Ａが噴射した燃料Ｆの噴霧は隙間ＲＡに向かうように、また第２ポート噴射弁２Ｂが噴射した燃料Ｆの噴霧は隙間ＲＢに向かうようにするとともに、燃焼空間１Ｂ内で両者が交差するように、それぞれの燃料Ｆの噴射方向が設定される。すなわち、第１ポート噴射弁２Ａによる燃料Ｆの噴霧及び第２ポート噴射弁２Ｂによる燃料Ｆの噴霧の方向は、シリンダ中心軸Ｚを通り、かつ図１に示すクランクシャフト６と直交する平面寄りとし、両方の燃料Ｆの噴霧が接近し合うようにする。これによって、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂから同時に燃料Ｆを噴射すると、第１ポート噴射弁２Ａが噴射した燃料Ｆの噴霧と第２ポート噴射弁２Ｂが噴射した燃料Ｆの噴霧とが交差して、衝突する。なお、吸気通路及び燃料供給手段であるポート噴射弁が３本以上である場合には、すべての燃料供給手段から噴射される燃料噴霧が交差するように燃料が噴射される。
【００４４】
図３−１、図３−２は、本実施形態に係る内燃機関を均質燃焼で運転する場合の燃料噴射の態様を示す模式図である。図４−１、図４−２は、本実施形態に係る内燃機関を成層燃焼で運転する場合の燃料噴射の態様を示す模式図である。本実施形態では、内燃機関１の運転条件に応じて、燃焼空間１Ｂの内部の燃焼形態を、均質燃焼と成層燃焼とに切り替えて内燃機関１を運転する。
【００４５】
均質燃焼で内燃機関１を運転する場合、シリンダ１Ｓの内部（燃焼空間１Ｂの内部）で燃料Ｆを空気Ａへ十分に拡散させるため、吸気行程の初期で燃料Ｆを噴射するとともに、第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期と、第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期とに時間差を設ける。これによって、図３−１に示すように、第１ポート噴射弁２Ａからの燃料噴霧（第１燃料噴霧）ＦｍＡと、第２ポート噴射弁２Ｂからの燃料噴霧（第２燃料噴霧）ＦｍＢとは衝突しない。そして、図３−２の二点鎖線で示すタンブル流Ｔ、すなわち、第１吸気口４Ａｏと第２吸気口４Ｂｏとの間に形成される、ピストン５に向かう強い流れで第１燃料噴霧ＦｍＡ及び第２燃料噴霧ＦｍＢの燃料を空気Ａに拡散させる。本実施形態では、ピストン５の頂部に凹部５Ｕが形成されているため、タンブル流Ｔの減衰を抑制できるので、燃料噴霧Ｆｍの燃料が十分に空気Ａへ拡散される。燃料が空気Ａへ十分に拡散し、シリンダ１Ｓ内（燃焼空間１Ｂ内）に均質な混合気Ｇｍが形成された後に、点火プラグ７によって前記混合気に点火する。吸気行程の初期とは、例えば、点火上死点前４００度〜３５０度の範囲であり、好ましくは点火上死点前４２０度〜３６０度の範囲である。
【００４６】
成層燃焼で内燃機関１を運転する場合、吸気行程の後期で燃料Ｆを噴射するとともに、成層燃焼で内燃機関１を運転する場合、第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期と、第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期とを同時とする。これによって、図４−１に示すように、第１燃料噴霧ＦｍＡと第２燃料噴霧ＦｍＢとが、燃焼空間１Ｂの内部、かつ第１吸気口４Ａｏと第２吸気口４Ｂｏとの間で衝突する。吸気行程の後期とは、例えば、点火上死点前２２０度〜１８０度の範囲であり、好ましくは点火上死点前２００度〜２４０度の範囲である。すなわち、成層燃焼では、均質燃焼よりも燃料の噴射時期を遅角させる。
【００４７】
上述した燃料噴霧同士の衝突によって燃料Ｆを微粒化するとともに、燃料Ｆが燃焼空間１Ｂ全体へ拡散することを抑制する。また、吸気行程の後期で燃料Ｆを噴射することにより、すなわち、均質燃焼よりも燃料の噴射時期を遅角させることにより、第１吸気口４Ａｏと第２吸気口４Ｂｏとの間に形成されるタンブル流Ｔが弱まり、燃料Ｆの拡散が抑制されて、点火プラグ７の近傍に微粒化された燃料Ｆが留まるようになる。その結果、図４−２に示すように、点火プラグ７の近傍に混合気Ｇｍの層が形成されて、燃焼空間１Ｂ内における成層化が促進される。点火プラグ７の近傍に混合気Ｇｍが形成された後に、点火プラグ７によって前記混合気に点火する。
【００４８】
例えば、ＥＧＲの実行により大量の排ガスＥｘが燃焼空間１Ｂ内へ導入されることによって、混合気Ｇｍの着火性が低下したり、火炎の消失が発生したりといった燃焼悪化が発生する。しかし、本実施形態の成層燃焼によれば、点火プラグの近傍に混合気Ｇｍの層を効果的に作り出すことができるので、燃焼悪化を抑制できる。
【００４９】
ここで、例えば、図３−１、図４−１に示すように、第１燃料噴霧ＦｍＡの軸線（第１噴霧軸線）ＺＦＡと、第２燃料噴霧ＦｍＢの軸線（第２噴霧軸線）ＺＦＢとが交わるようにしてもよい。このようにすれば、確実に第１燃料噴霧ＦｍＡと第２燃料噴霧ＦｍＢとが燃焼空間１Ｂの内部で交差して、成層燃焼の場合には両者を確実に衝突させることができる。燃料供給手段（例えば、ポート噴射弁）が３本以上である場合には、すべての燃料供給手段から噴射される燃料噴霧の軸線が交わるようにすればよい。
【００５０】
なお、第１噴霧軸線ＺＦＡと第２噴霧軸線ＺＦＢとが交わらなくても、燃焼空間１Ｂ内で第１燃料噴霧ＦｍＡと第２燃料噴霧ＦｍＢとが交差するように燃料が噴射されればよい。燃料供給手段が３本以上である場合には、すべての燃料供給手段から噴射される燃料噴霧が交差するように燃料が噴射されればよい。次に、本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御を説明する。
【００５１】
図５は、本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御の手順を示すフローチャートである。図６〜９は、本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御に用いる制御情報が記述されたデータマップの概念図である。本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御（以下燃料供給制御という）を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、機関ＥＣＵ５０の処理部５０Ｐを構成する制御条件判定部５１は、内燃機関１が始動してから経過した時間（始動後経過時間）ｔを取得し、予め定めた始動後経過時間閾値ｔｃと比較する。
【００５２】
ステップＳ１０１でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１がｔ≦ｔｃであると判定した場合、本実施形態に係る燃料供給制御は実行しない。内燃機関１の始動後、所定の時間（始動後経過時間閾値ｔｃ）が経過していない場合、内燃機関１の状態が安定しないためである。
【００５３】
ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１がｔ＞ｔｃであると判定した場合、ステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２で、制御条件判定部５１は、冷却水温度センサ４２から内燃機関１の冷却水温度Ｔｗを取得して、冷却水温度閾値Ｔｗｃと比較する。冷却水温度閾値Ｔｗｃは、内燃機関１の暖機が終了したか否かを判定するためのものである。
【００５４】
ステップＳ１０２でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１がＴｗ≦Ｔｗｃであると判定した場合、内燃機関１の暖機が完了していないので、本実施形態に係る燃料供給制御は実行しない。ステップＳ１０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１がＴｗ＞Ｔｗｃであると判定した場合、内燃機関１の暖機が完了したので、ステップＳ１０３へ進む。
【００５５】
ステップＳ１０３で、制御条件判定部５１は、内燃機関１が大量ＥＧＲ、すなわち、大量の排ガスＥｘを燃焼空間１Ｂへ再循環させる領域で運転されているか否かを判定する。大量ＥＧＲとは、例えば、内燃機関１で想定されている最大のＥＧＲ率の８０％以上でＥＧＲを実行する場合である。ここで、ＥＧＲ率は、燃焼空間１Ｂ内へ導入される排ガスＥｘの量をＱｅ、燃焼空間１Ｂ内へ導入される空気Ａの量（吸入空気量）をＱａとすると、Ｑｅ／（Ｑｅ＋Ｑａ）×１００（％）となる。
【００５６】
大量の排ガスＥｘが燃焼空間１Ｂへ導入されると、燃焼空間１Ｂ内の混合気は燃焼しにくくなり、失火や火炎の消失といった燃焼悪化が起こりやすい。このため、本実施形態では、大量ＥＧＲを実行するときに、成層燃焼で内燃機関１を運転して、燃焼悪化を抑制する。このため、ステップＳ１０３では、内燃機関１が大量ＥＧＲを実行する領域で運転されているか否かを判定する。
【００５７】
内燃機関１の負荷率ＫＬと機関回転数Ｎｅとによって、ＥＧＲを実行する領域が判定され、そのときのＥＧＲ率が決定される。図６に示すデータマップは、内燃機関１の負荷率ＫＬと機関回転数Ｎｅとに応じてＥＧＲ率（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）が記述されている。このデータマップを、ＥＧＲ率設定マップ６０という。ＥＧＲ率がＥ１よりも外の領域は、ＥＧＲを実行しない領域、すなわち、ＥＧＲ率＝０である。また、ＥＧＲ率設定マップ６０のＥＧＲ＿Ｌで示す領域が、大量ＥＧＲを実行する領域である。
【００５８】
制御条件判定部５１は、図１に示すクランク角センサ４１が検出したクランクシャフト６の信号に基づいて機関回転数Ｎｅを求め、エアフローセンサ４０が検出した信号から得られる内燃機関１の吸入空気量Ｑａに基づいて負荷率ＫＬを求める。負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅが得られたら、制御条件判定部５１は、図６に示すＥＧＲ率設定マップ６０に負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅを与えて、大量ＥＧＲを実行する領域で内燃機関１が運転されているか否かを判定する。
【００５９】
ステップＳ１０３においてＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１が、大量ＥＧＲを実行する領域で内燃機関１は運転されていないと判定した場合、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４において、制御条件判定部５１は、アクセル開度センサ４３からアクセル開度ＯＡを取得し、予め定めたアクセル開度閾値ＯＡｃと比較する。
【００６０】
均質燃焼は、燃料Ｆと空気Ａとを十分に混合してから点火するため、燃焼が円滑に進むので高出力を得ることができる。アクセル開度ＯＡがアクセル開度閾値ＯＡｃよりも大きい場合、運転者は内燃機関１に高出力を要求していると判断できるので、均質燃焼で内燃機関１を運転する。このように、アクセル開度閾値ＯＡｃは、均質燃焼で内燃機関１を運転するか否かを判定するためのものである。
【００６１】
ステップＳ１０４でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１がＯＡ≦ＯＡｃであると判定した場合、内燃機関１には高出力が要求されず、かつ大量ＥＧＲも実行されないと判定できる。この場合、本実施形態に係る燃料供給制御は実行せず、例えば、吸気非同期噴射で第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂから燃料を噴射する。
【００６２】
ステップＳ１０４でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１がＯＡ＞ＯＡｃであると判定した場合、内燃機関１には高出力が要求されると判定できる。この場合、ステップＳ１０５で、制御条件判定部５１は、内燃機関１を均質燃焼モードで運転すると判定する。ステップＳ１０６へ進み、機関ＥＣＵ５０の処理部５０Ｐを構成する燃料噴射制御部５２は、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期及び燃料噴射量を決定する。この場合、均質燃焼における燃料噴射時期及び燃料噴射量が決定される。
【００６３】
内燃機関１の運転条件によって定まる全燃料供給量をτａとすると、第１ポート噴射弁２Ａ、第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射量は、それぞれτａ／２となる。上述したように、均質燃焼モードでは、第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期と、第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期とに時間差を設ける。図７のデータマップは、第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期を記述した均質燃焼時第１燃料噴射時期マップ６１であり、図８のデータマップは、第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期を記述した均質燃焼時第２燃料噴射時期マップ６２である。
【００６４】
均質燃焼時第１燃料噴射時期マップ６１、均質燃焼時第２燃料噴射時期マップ６２は、いずれも点火上死点を基準として、点火上死点前（ＢＴＤＣ：Before Top Dead Center）のクランク角度で燃料噴射時期を記述してある。また、均質燃焼時第１燃料噴射時期マップ６１、均質燃焼時第２燃料噴射時期マップ６２は、ともに内燃機関１の機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとの関係で、燃料噴射時期が記述してある。すなわち、均質燃焼時第１燃料噴射時期マップ６１、均質燃焼時第２燃料噴射時期マップ６２に内燃機関１の機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとを与えれば、対応する燃料噴射時期が得られる。
【００６５】
図７に示す均質燃焼時第１燃料噴射時期マップ６１において、ＩＳＡ１、ＩＳＡ２、ＩＳＡ３、ＩＳＡ４の順に、第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期は進角側、すなわち点火上死点側から離れる方向に移行する。ＩＳＡ１、ＩＳＡ２、ＩＳＡ３、ＩＳＡ４は点火上死点を基準として、点火上死点前（ＢＴＤＣ）におけるクランク角度で表したものなので、ＩＳＡ１＜ＩＳＡ２＜ＩＳＡ３＜ＩＳＡ４となる。すなわち、点火上死点前におけるクランク角度が大きくなるほど、進角側となる。
【００６６】
図８に示す均質燃焼時第２燃料噴射時期マップ６２において、ＩＳＢ１、ＩＳＢ２の順に、第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期は進角側、すなわち点火上死点側に移行する。ＩＳＢ１、ＩＳＢ２は点火上死点前（ＢＴＤＣ）におけるクランク角度で表したものなので、ＩＳＢ１＜ＩＳＢ２となる。
【００６７】
第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期のうちＩＳＡ１は、最も遅角側、すなわち点火上死点に対して最も遅い燃料噴射時期である。また、第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期のうちＩＳＢ２は、最も進角側、すなわち点火上死点に対して最も早い時期の燃料噴射時期である。ＩＳＡ１とＩＳＢ２とを比較すると、ＩＳＢ２の方がＩＳＡ１よりも遅角側、すなわち、点火上死点に対して遅い時期となる（ＩＳＡ１＞ＩＳＢ２）。このように、第１ポート噴射弁２Ａの最も遅角側における燃料噴射時期ＩＳＡ１よりも、第２ポート噴射弁２Ｂの最も進角側における燃料噴射時期ＩＳＢ２の方が遅角側なので、同じ負荷率ＫＬかつ機関回転数Ｎｅでは、必ず第１ポート噴射弁２Ａの方が第２ポート噴射弁２Ｂよりも早く燃料を噴射する。
【００６８】
均質燃焼時第１燃料噴射時期マップ６１及び均質燃焼時第２燃料噴射時期マップ６２から分かるように、本実施形態では、負荷率ＫＬの増加とともに第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期を進角側に移行させる。負荷率ＫＬの増加により燃料噴射量τも増加するので、負荷率ＫＬが増加するにしたがって燃料噴射時期を進角側とすることにより、負荷率ＫＬの増加によって増加した燃料を確実に噴射して燃焼空間１Ｂへ導入できる。
【００６９】
また、本実施形態では、機関回転数Ｎｅの増加とともに第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期を進角側に移行させる。機関回転数Ｎｅの増加により燃料を噴射できる期間も短くなるので、機関回転数Ｎｅが増加するにしたがって燃料噴射時期を進角側とすることにより、全燃料を確実に燃焼空間１Ｂへ導入できる。
【００７０】
ステップＳ１０６において、燃料噴射制御部５２は、クランク角センサ４１が検出したクランクシャフト６の信号に基づいて機関回転数Ｎｅを求め、エアフローセンサ４０が検出した信号から得られる内燃機関１の吸入空気量Ｑａに基づいて負荷率ＫＬを求める。そして、燃料噴射制御部５２は、求めた機関回転数Ｎｅ及び負荷率ＫＬを、均質燃焼時第１燃料噴射時期マップ６１及び均質燃焼時第２燃料噴射時期マップ６２に与えて、第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期を決定する。
【００７１】
ステップＳ１０６で、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期及び燃料噴射量が決定されたら、ステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７において、燃料噴射制御部５２は、ステップＳ１０６で決定された燃料噴射時期及び燃料噴射量で、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂから燃料を噴射する。これによって、吸気行程の初期で燃焼空間１Ｂの内部へ噴射された第１燃料噴霧ＦｍＡと第２燃料噴霧ＦｍＢとは衝突せず、図３−２に示すタンブル流Ｔによって燃料が空気に拡散して、燃焼空間１Ｂ内に均質な混合気が形成される。機関制御部５３は、内燃機関１の運転条件に応じて適切な点火時期を設定し、点火プラグ７から放電させて燃焼空間１Ｂ内の混合気に点火する。上述したように、燃焼空間１Ｂ内の混合気は十分に均質なので、良好な燃焼が得られる。
【００７２】
次に、ステップＳ１０３へ戻って説明する。ステップＳ１０３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５１が、大量ＥＧＲを実行する領域で内燃機関１が運転されていると判定した場合、ステップＳ１０８へ進み、制御条件判定部５１は、内燃機関１を成層燃焼モードで運転すると判定する。次にステップＳ１０６へ進み、燃料噴射制御部５２は、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期及び燃料噴射量を決定する。この場合、成層燃焼における燃料噴射時期及び燃料噴射量が決定される。
【００７３】
内燃機関１の運転条件によって定まる全燃料供給量をτａとすると、第１ポート噴射弁２Ａ、第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射量は、上述したように、それぞれτａ／２となる。また、上述したように、成層燃焼モードでは、第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期と、第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期とを同一にする。図９のデータマップは、成層燃焼時における第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期を記述した、成層燃焼時燃料噴射時期マップ６３である。
【００７４】
成層燃焼時燃料噴射時期マップ６３は、いずれも点火上死点を基準として、点火上死点前のクランク角度（ＢＴＤＣ）で燃料噴射時期を記述してある。また、成層燃焼時燃料噴射時期マップ６３は、ともに内燃機関１の機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとの関係で、燃料噴射時期が記述してある。すなわち、成層燃焼時燃料噴射時期マップ６３に内燃機関１の機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとを与えれば、対応する第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期が得られる。
【００７５】
図９に示す成層燃焼時燃料噴射時期マップ６３において、ＩＳ１、ＩＳ２、ＩＳ３の順に、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期は進角側、すなわち点火上死点側から離れる方向に移行する。ＩＳ１、ＩＳ２、ＩＳ３は点火上死点を基準として、点火上死点前（ＢＴＤＣ）におけるクランク角度で表したものなので、ＩＳ１＜ＩＳ２＜ＩＳ３となる。すなわち、点火上死点前におけるクランク角度が大きくなるほど、進角側となる。
【００７６】
成層燃焼時における燃料噴射時期のうちＩＳ３は、最も進角側、すなわち、成層燃焼時においては、点火上死点に対して最も早い時期の燃料噴射時期である。一方、均質燃焼時における第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期のうちＩＳＢ１は、最も遅角側、すなわち、均質燃焼時においては、すべての第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期の中で、点火上死点に対して最も遅い燃料噴射時期である。
【００７７】
ＩＳ３とＩＳＢ１とを比較すると、ＩＳ３の方がＩＳＢ１よりも遅角側、すなわち、点火上死点に対して遅い時期となる（ＩＳ３＜ＩＳＢ１）。このように、均質燃焼時において最も遅角側における燃料噴射時期ＩＳＢ１よりも、成層燃焼時において最も進角側における燃料噴射時期ＩＳ１の方が遅角側なので、同じ負荷率ＫＬかつ機関回転数Ｎｅでは、必ず成層燃焼時の方が均質燃焼時よりも遅く燃料を噴射することになる。
【００７８】
成層燃焼時燃料噴射時期マップ６３から分かるように、本実施形態では、負荷率ＫＬの増加とともに第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期を進角側に移行させる。負荷率ＫＬの増加により燃料噴射量τも増加するので、負荷率ＫＬが増加するにしたがって燃料噴射時期を進角側とすることにより、負荷率ＫＬの増加によって増加した燃料を確実に噴射して燃焼空間１Ｂへ導入できる。
【００７９】
また、本実施形態では、機関回転数Ｎｅの増加とともに第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期を進角側に移行させる。機関回転数Ｎｅの増加により燃料を噴射できる期間も短くなるので、機関回転数Ｎｅが増加するにしたがって燃料噴射時期を進角側とすることにより、全燃料を確実に燃焼空間１Ｂへ導入できる。
【００８０】
ステップＳ１０６において、燃料噴射制御部５２は、クランク角センサ４１が検出したクランクシャフト６の信号に基づいて機関回転数Ｎｅを求め、エアフローセンサ４０が検出した信号から得られる内燃機関１の吸入空気量Ｑａに基づいて負荷率ＫＬを求める。そして、燃料噴射制御部５２は、求めた機関回転数Ｎｅ及び負荷率ＫＬを、成層燃焼時燃料噴射時期マップ６３に与えて、第１ポート噴射弁２Ａの燃料噴射時期及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期を決定する。
【００８１】
ステップＳ１０６で、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂの燃料噴射時期及び燃料噴射量が決定されたら、ステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７において、燃料噴射制御部５２は、ステップＳ１０６で決定された燃料噴射時期及び燃料噴射量で、第１ポート噴射弁２Ａ及び第２ポート噴射弁２Ｂから燃料を噴射する。これによって、吸気行程の後期で噴射された第１燃料噴霧ＦｍＡと第２燃料噴霧ＦｍＢとが燃焼空間１Ｂ内で衝突して燃料が微粒化されるとともに、燃料が燃焼空間１Ｂ全体へ拡散することが抑制される。その結果、図４−２に示すように、点火プラグ７の近傍に混合気の層が形成される。
【００８２】
機関制御部５３は、内燃機関１の運転条件に応じて適切な点火時期を設定し、点火プラグ７から放電させて燃焼空間１Ｂ内の混合気に点火する。また、機関制御部５３は、図１に示す排ガス再循環制御弁１７を所定の開度に開き、ＥＧＲを実行する。上記手順により、大量ＥＧＲによって大量の排ガスＥｘが燃焼空間１Ｂに存在していても、点火プラグ７の近傍に混合気の層が形成されているので、燃焼悪化が抑制される。
【００８３】
以上、本実施形態では、複数の吸気通路を備える内燃機関において、それぞれの吸気通路に、燃料を噴射する燃料供給手段を設けるとともに、燃料供給手段は、それぞれの燃料供給手段が噴射する燃料噴霧が燃焼空間の内部で交差する方向に燃料を噴射する。これによって、すべての燃料供給手段からの燃料噴霧が燃焼空間内で交差するように噴射されるので、排気口側におけるシリンダの内面まで到達する燃料は減少する。また、シリンダの中心軸を通り、内燃機関のクランク軸と直交する平面に対して対称に配置される一対の燃料供給手段が噴射する燃料噴霧は、シリンダの中心軸寄り（より具体的には前記平面寄り）に形成される、吸気弁と吸気口との隙間を通過するので、吸気通路や吸気弁に付着する燃料の量を低減できる。その結果、内燃機関の内部へ付着する燃料の量が低減されるので、噴射された燃料噴霧が確実に燃焼空間内へ導入される。これによって、空気の冷却に燃料の気化潜熱が有効に利用されて、確実にノッキングを改善でき、また、燃焼空間への吸入空気の充填量が増加する。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、吸気ポートに燃料噴射弁を備える内燃機関に有用であり、特に、均質燃焼、成層燃焼に適した混合気を燃焼空間内に生成することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本実施形態に係る内燃機関を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る内燃機関のシリンダヘッドに形成される吸気口を開閉する吸気弁が開いた状態を示す模式図である。
【図３−１】本実施形態に係る内燃機関を均質燃焼で運転する場合の燃料噴射の態様を示す模式図である。
【図３−２】本実施形態に係る内燃機関を均質燃焼で運転する場合の燃料噴射の態様を示す模式図である。
【図４−１】本実施形態に係る内燃機関を成層燃焼で運転する場合の燃料噴射の態様を示す模式図である。
【図４−２】本実施形態に係る内燃機関を成層燃焼で運転する場合の燃料噴射の態様を示す模式図である。
【図５】本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御に用いる制御情報が記述されたデータマップの概念図である。
【図７】本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御に用いる制御情報が記述されたデータマップの概念図である。
【図８】本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御に用いる制御情報が記述されたデータマップの概念図である。
【図９】本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御に用いる制御情報が記述されたデータマップの概念図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  内燃機関
１Ｂ  燃焼空間（空間）
１Ｃ  クランクケース
１Ｈ  シリンダヘッド
１Ｓ  シリンダ
１ＳＷ  内面
２Ａ  第１ポート噴射弁
２Ｂ  第２ポート噴射弁
３  コネクティングロッド
４Ａ  第１吸気ポート
４Ｂ  第２吸気ポート
４Ａｏ  第１吸気口
４Ｂｏ  第２吸気口
５  ピストン
５Ｔ  頂部
５Ｕ  凹部
６  クランクシャフト
７  点火プラグ
８  吸気導入通路
９  排気ポート
９ｏ  排気口
９Ｍ  排気通路
１０Ａ  第１吸気弁
１０Ｂ  第２吸気弁
１１Ａ、１１Ｂ  ステム
１２Ａ、１２Ｂ  傘部
１５  排気弁
２０  ポート噴射弁用燃料分配管
４０  エアフローセンサ
４１  クランク角センサ
４２  冷却水温度センサ
４３  アクセル開度センサ
５０  機関ＥＣＵ
５０ＩＯ  入出力部
５０Ｍ  記憶部
５０Ｐ  処理部
５１  制御条件判定部
５２  燃料噴射制御部
５３  機関制御部
６０  ＥＧＲ率設定マップ
６１  均質燃焼時第１燃料噴射時期マップ
６２  均質燃焼時第２燃料噴射時期マップ
６３  成層燃焼時燃料噴射時期マップ
【図１】
0005012594.tif 000002
【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005012594.tif 000010
【図８】
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【図９】
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