JP2009133278A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストンへの付着抑制とを両立することができる内燃機関を提供する。
【解決手段】空気と燃料との混合気が均質燃焼又は成層燃焼で燃焼可能な燃焼室１８と、燃焼室１８に連通し空気を吸気可能な吸気ポート１９と、燃焼室１８に燃料を複数回に分けて分割噴射可能な燃料噴射手段４１と、混合気の燃焼によりシリンダボア１３を往復移動可能なピストン１４と、燃料噴射手段４１による燃料の分割噴射期間をピストン１４の移動速度が予め設定される所定速度以上であるピストン高速度期間と重なるように設定する噴射期間設定手段５１とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に、燃焼室に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関に関するものである。

従来、吸気行程中の吸気流に乗るように燃料を燃焼室に直接噴射する、いわゆる、筒内直接噴射式のエンジンが知られている。このような従来の筒内直接噴射式のエンジンとして、例えば、特許文献１に記載されている直噴火花点火式内燃機関の燃焼制御装置は、シリンダボアサイド（例えば、２つの吸気弁の間）のインジェクタ（燃料噴射弁）から対向するシリンダボアの壁面に向けて燃料を噴射するものであり、燃焼形態として、吸気行程時に燃料噴射を行う、いわゆる均質燃焼と、圧縮行程時に燃料噴射を行う、いわゆる成層燃焼との２つの燃焼形態を利用可能である。そして、この直噴火花点火式内燃機関の燃焼制御装置は、均質燃焼時に必要な噴射量を複数回の噴射に分割して噴射することで、均質燃焼時のシリンダボア壁への燃料の付着を抑制し、すすや未燃炭化水素（未燃ＨＣ）の発生を抑制している。

特開２００２−１６１７９０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されている直噴火花点火式内燃機関の燃焼制御装置では、例えば、均質燃焼の際、インジェクタにより、燃焼室に生成される吸気流動に燃料が乗るように燃料を噴射することで噴流を活用し、燃料噴霧の気流を増速させ、燃料の微粒化や空気との混合を促進させる噴流効果を利用する場合に、吸気行程で燃料を分割噴射することで燃料噴霧のペネトレーション（貫徹力）を低く抑えると、全体として噴流が弱まり、噴霧の均質化や急速燃焼などの噴流効果が低下してしまうおそれがある。一方、吸気行程で燃料を分割噴射せず、一回の噴射で必要な燃料を噴射することで貫徹力を高く保持すると、燃料噴霧の気流が吸気流動に乗ることで増速されすぎ、全体として噴流が強くなりすぎて、燃料がピストンに付着し易くなり、この結果、スモークや粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を増加させてしまうおそれがある。また、例えば、成層燃焼の際、圧縮行程で燃料を分割噴射することで燃料噴霧の貫徹力を低く抑えると、全体として噴流が弱まり、ピストンのキャビティ壁に沿わせて点火プラグまで混合気を案内することができず、点火プラグ近傍に成層混合気を形成することができないおそれがある。一方、圧縮行程で燃料を分割噴射せず、一回の噴射で必要な燃料を噴射することで貫徹力を高く保持すると、上死点に向けて移動してくるピストンに燃料噴霧が直撃し燃料がピストンに付着し易くなり、この結果、スモークやＰＭを増加させてしまうおそれがある。

そこで本発明は、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストンへの付着抑制とを両立することができる内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関は、空気と燃料との混合気が均質燃焼又は成層燃焼で燃焼可能な燃焼室と、前記燃焼室に連通し前記空気を吸気可能な吸気ポートと、前記燃焼室に前記燃料を複数回に分けて分割噴射可能な燃料噴射手段と、前記混合気の燃焼によりシリンダボアを往復移動可能なピストンと、前記燃料噴射手段による前記燃料の分割噴射期間を前記ピストンの移動速度が予め設定される所定速度以上であるピストン高速度期間と重なるように設定する噴射期間設定手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明による内燃機関では、前記燃料噴射手段による前記分割噴射の各噴射における前記燃料の噴射量を該燃料噴射手段が可能な最小の噴射量に設定する噴射量設定手段を備えることを特徴とする。

請求項３に係る発明による内燃機関では、前記噴射期間設定手段は、前記分割噴射期間を前記ピストン高速度期間内に設定することを特徴とする。

請求項４に係る発明による内燃機関では、前記噴射期間設定手段は、前記分割噴射期間の開始時期又は終了時期のいずれか一方を前記ピストン高速度期間内の時期に設定することを特徴とする。

請求項５に係る発明による内燃機関では、前記噴射期間設定手段は、前記分割噴射期間の開始時期を前記ピストンの移動速度が加速側で前記所定速度となる時期に設定することを特徴とする。

請求項６に係る発明による内燃機関では、前記噴射期間設定手段は、前記分割噴射期間の終了時期を前記ピストンの移動速度が減速側で前記所定速度となる時期に設定することを特徴とする。

請求項７に係る発明による内燃機関では、前記燃料噴射手段に隣接して設けられ前記混合気に点火可能な点火手段と、前記燃焼室に連通し排気ガスを排気可能な排気ポートとを備え、前記燃料噴射手段及び前記点火手段は、前記燃焼室の筒内天井部の前記吸気ポートと前記排気ポートとの間に設けられることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関によれば、燃料噴射手段により燃焼室に燃料を複数回に分けて分割噴射すると共に、噴射期間設定手段により分割噴射期間をピストンの移動速度が所定速度以上であるピストン高速度期間と重なるように設定するので、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストンへの付着抑制とを両立することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例１に係るエンジンを表す概略構成図、図２は、本発明の実施例１に係るエンジンの燃焼室を含む部分断面図、図３は、本発明の実施例１に係るエンジンのエンジン回転数、負荷率と燃料噴射の分割回数との関係の一例を表す線図、図４は、本発明の実施例１に係るエンジンの吸気行程噴射を説明するタイムチャート、図５は、本発明の実施例１に係るエンジンの圧縮行程噴射を説明するタイムチャート、図６は、本発明の実施例１に係るエンジンの吸気行程噴射制御を説明するフローチャート、図７は、本発明の実施例１に係るエンジンの圧縮行程噴射制御を説明するフローチャートである。

本実施例１に係る内燃機関としてのエンジン１０は、図１、図２に示すように、乗用車、トラックなどの車両に搭載され、後述するインジェクタ４１によって燃料噴霧を燃焼室１８に直接噴射する多気筒筒内噴射式のエンジンであり、シリンダボア１３内に往復運動可能に設けられるピストン１４が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルエンジンである。

このエンジン１０は、多気筒筒内噴射式であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。なお、このクランクケース１５の底部には、エンジン１０の各部に供給されるオイルが貯留されている。

燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面としての筒内天井部１２ａ（図２参照）とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部、すなわち、シリンダヘッド１２の下面としての筒内天井部１２ａの中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。燃焼室１８は、燃料と空気との混合気が燃焼可能であり、この燃焼室１８の上部である筒内天井部１２ａに吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。

なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。

従って、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。

また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２７，２８となっている。この可変動弁手段としての吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。

吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の空気流動方向下流側にスロットル弁３９を有する負荷調節手段としての電子スロットル装置４０が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射する燃料噴射手段としてのインジェクタ（燃料噴射弁）４１が装着されている。インジェクタ（燃料噴射弁）４１は、燃料の噴射口が燃焼室１８の筒内天井部１２ａ（シリンダヘッド１２の下面）の吸気ポート１９と排気ポート２０との間に設けられる（図２参照）。このインジェクタ４１は、燃焼室１８に生成される吸気流動に燃料が乗るようにピストン１４の頂面に向かって燃料を噴射可能である。各気筒に装着されるインジェクタ４１は、デリバリパイプ４２に連結され、このデリバリパイプ４２には高圧燃料供給管４３を介して高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）４４が連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に点火する点火手段としての点火プラグ４５が装着されている。点火プラグ４５は、インジェクタ４１に隣接しても設けられる。したがって、インジェクタ４１と点火プラグ４５とは、互いに隣接して筒内天井部１２ａの吸気ポート１９と排気ポート２０との間に設けられる。

一方、排気ポート２０には、排気マニホールド４６を介して排気管４７が連結されており、この排気管４７には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する三元触媒４８，４９が装着されている。また、エンジン１０には、クランキングを行うスタータモータ５０が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。

ところで、車両にはマイクロコンピュータを中心として構成されエンジン１０の各部を制御可能な電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、インジェクタ４１や点火プラグ４５などを制御可能となっている。このＥＣＵ５１は、本発明の噴射期間設定手段であると共に噴射量設定手段でもある。吸気管３７の空気流動方向上流側にはエアフローセンサ５２及び吸気温センサ５３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ５４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力している。ここで、ＥＣＵ５１は、検出されたスロットル開度や吸入空気量に基づいて内燃機関負荷としてのエンジン負荷（負荷率）を算出することができる。アクセルポジションセンサ５６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ５１に出力している。更に、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角度検出手段としてのクランク角センサ５７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト１６の回転速度に対応し、このクランクシャフト１６の回転速度が高くなれば、クランクシャフト１６の回転数、すなわち、エンジン１０のエンジン回転数も高くなる。

また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５８が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ５１に出力している。また、各インジェクタ４１に連通するデリバリパイプ４２には燃料圧力を検出する燃圧センサ５９が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ５１に出力している。一方、排気管４７には、三元触媒４８の排気ガス流動方向上流側にエンジン１０の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ６０、排気ガス流動方向下流側に酸素センサ６１が設けられている。Ａ／Ｆセンサ６０は、三元触媒４８に導入される前の排気ガスの排気ガス空燃比を検出し、検出した空燃比をＥＣＵ５１に出力し、酸素センサ６１は、三元触媒４８から排出された後の排気ガスの酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をＥＣＵ５１に出力している。このＡ／Ｆセンサ６０により検出された空燃比（推定空燃比）は、吸入空気と燃料とからなる混合ガスの空燃比（理論空燃比）をフィードバック制御するために用いられる。すなわち、Ａ／Ｆセンサ６０は、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度から排気空燃比をリッチ域からリーン域までの全域にわたり検出し、これをＥＣＵ５１にフィードバックすることにより燃料噴射量を補正し、燃焼を運転状態に合わせた最適な燃焼状態に制御可能となる。

従って、ＥＣＵ５１は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧燃料ポンプ４４を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射期間）、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ５１は、検出した排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。

また、ＥＣＵ５１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。

上記のように構成されるエンジン１０では、ピストン１４がシリンダボア１３内を下降することで、吸気ポート１９を介して燃焼室１８内に空気が吸入され（吸気行程）、このピストン１４が吸気行程下死点を経てシリンダボア１３内を上昇することで空気が圧縮される（圧縮行程）。このとき、吸気行程又は圧縮行程にてインジェクタ４１から燃焼室１８内へ燃料が噴射され、この燃料と空気とが混合して混合気を形成する。そして、ピストン１４が圧縮行程上死点付近に近づくと点火プラグ４５により混合気に点火され、該混合気が燃焼し、その燃焼圧力によりピストン１４を下降させる（膨張行程）。燃焼後の混合気は、ピストン１４が膨張行程下死点を経て吸気行程上死点に向かって再び上昇することで排気ポート２０を介して排気ガスとして放出される（排気行程）。このピストン１４のシリンダボア１３内での往復運動は、コネクティングロッド１７を介してクランクシャフト１６に伝えられ、ここで回転運動に変換され、出力として取り出されると共に、このピストン１４は、カウンタウェイトと共にクランクシャフト１６が慣性力によりさらに回転することで、このクランクシャフト１６の回転に伴ってシリンダボア１３内を往復する。このクランクシャフト１６が２回転することで、ピストン１４はシリンダボア１３を２往復し、この間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行い、燃焼室１８内で１回の爆発が行われる。

なお、本実施例１のエンジン１０は、運転条件に対応して２つの燃焼形態を利用している。この２つの燃焼形態は、圧縮行程時に燃料噴射を行うことで混合気を点火プラグ４５近傍に集中させ成層化し空燃比がリーン（酸素過多雰囲気）状態での運転を実現可能とする成層燃焼と、吸気行程時に燃料噴射を行い、十分な混合時間をとることで、燃焼室全体に噴霧を均質に分散させ空燃比がストイキ（理論空燃比）状態での運転を実現可能とする均質燃焼である。ここでは、エンジン１０は、ピストン１４の頂面に成層燃焼を成立させるための凹状のキャビティ１４ａ（図２参照）が形成されている。このエンジン１０は、成層燃焼には、圧縮行程時にインジェクタ４１からこのキャビティ１４ａに向けて燃料を噴射することで、ピストン１４のキャビティ１４ａの壁に沿って燃料噴霧が案内され、この燃料噴霧の噴流に点火プラグ４５に向かう指向性が付加され、よって、点火プラグ４５まで混合気を案内することができ、この点火プラグ４５近傍に成層混合気を形成することができる。本実施例１のエンジン１０は、エンジン回転数とスロットル開度とに基づいて燃料噴射モードを決定しており、例えば、全運転条件の中で比較的低負荷および低回転の運転領域にて成層燃焼を行う一方、比較的高負荷および高回転の運転領域にて均質燃焼を行う。

ここで、本実施例１のエンジン１０は、燃料噴射手段としてのインジェクタ４１による１サイクルで必要な量の燃料の噴射を複数回に分けて分割噴射している。

具体的には、上述したインジェクタ４１は、燃焼室１８に向けて燃料を複数回に分けて分割噴射可能である。インジェクタ４１による分割噴射の分割数は、ＥＣＵ５１によりエンジン回転数、負荷率に基づいて設定される。すなわち、ＥＣＵ５１は、現時点のエンジン１０のエンジン回転数と負荷率とから、必要な燃料噴射量を算出し設定するとともに、例えば、図３に示すマップを用いて、噴射の分割数を設定する。ここで、図３は、エンジン回転数と負荷率に基づいて噴射の分割数（例えば、Ｎ、Ｎ−１、Ｎ−２、Ｎ−３、Ｎ−４、・・・）を求めるためにＥＣＵ５１の記憶部に記憶されているマップの一例であり、予め実験等により作成されたものである。図３は、縦軸を負荷率、横軸をエンジン回転数としている。例えば、エンジン回転数が低くなるほど、１サイクルにかかる時間が長くなることからより多くの噴射に分割することができることを示している。

そして、インジェクタ４１は、ＥＣＵ５１によって設定された燃料噴射量及び分割数に基づいて、燃料の噴射を複数回に分割し噴射休止期間を設けて間欠的に燃焼室１８に燃料を噴射する。したがって、例えば、必要な燃料噴射量の総量を一回で噴射する場合と比較して、複数回に分割された短い各期間で燃料が噴射されることとなり、一回の噴射による燃料噴霧の噴射量を低減することができる。このため、一回の燃料噴霧は、インジェクタ４１から短い期間内に噴射されることになるので、燃料の噴霧のペネトレーション（貫徹力）を低く抑えることができる。すなわち、インジェクタ４１により燃料を分割噴射する場合の燃料噴霧では、個々の噴霧期間が短くなることで噴霧の貫徹力が低下することにより、ピストン１４の頂面などに燃料が付着することを抑制することができる。よって、燃料噴霧を分割噴射する場合には、ピストン１４の頂面などに燃料が付着することを抑制することができ、未燃炭化水素（未燃ＨＣ）の発生やスモーク、粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の発生を抑制することができる。また、噴霧の貫徹力が低下することにより、ピストン１４にあたって飛び散る燃料の量を抑制することができ、シリンダボア１３の壁面に燃料が付着することも抑制することができ、燃料がピストンリングを介してクランクケース１５の底部に貯留されるオイルに流れ込むことを抑制することができる。この結果、オイルが希釈してエンジン品質を低下させることも防止することができる。

ところで、上記のようにインジェクタ４１により燃料を分割噴射する場合、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼を阻害してしまうおそれがある。すなわち、例えば、均質燃焼の際、インジェクタ４１により、燃焼室１８に生成される吸気流動に燃料が乗るように燃料を噴射することで噴流を活用し、燃料噴霧の気流を増速させ、燃料の微粒化や空気との混合を促進させる噴流効果を利用する場合に、吸気行程で燃料を分割噴射することで燃料噴霧の貫徹力を低く抑えると、全体として噴流が弱まり、噴霧の均質化や急速燃焼などの噴流効果が低下してしまうおそれがある。一方、吸気行程で燃料を分割噴射せず、一回の噴射で必要な燃料を噴射することで貫徹力を高く保持すると、燃料噴霧の気流が吸気流動に乗ることで増速されすぎ、全体として噴流が強くなりすぎて、燃料がピストンに付着し易くなり、この結果、スモークやＰＭを増加させてしまうおそれがある。また、例えば、成層燃焼の際、圧縮行程で燃料を分割噴射することで燃料噴霧の貫徹力を低く抑えると、全体として噴流が弱まり、ピストン１４のキャビティ１４ａの壁に沿わせて点火プラグ４５まで混合気を案内することができず、点火プラグ４５近傍に成層混合気を形成することができないおそれがある。一方、圧縮行程で燃料を分割噴射せず、一回の噴射で必要な燃料を噴射することで貫徹力を高く保持すると、上死点に向けて移動してくるピストン１４に燃料噴霧が直撃し燃料がピストン１４に付着し易くなり、この結果、スモークやＰＭを増加させてしまうおそれがある。

そこで、本実施例のエンジン１０は、上記のようにインジェクタ４１により燃焼室１８に燃料を複数回に分けて分割噴射すると共に、図４、図５に示すように、噴射期間設定手段としてのＥＣＵ５１により分割噴射期間Ｔ１をピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定することで、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストンへの付着抑制との両立を図っている。なお、図４、図５は、縦軸をピストンの移動速度（以下、「ピストン速度」と略記する。）Ｖ、横軸を時間ｔとしている。

すなわち、本実施例のＥＣＵ５１は、均質燃焼を行う際に、図４に示すように、吸気行程におけるインジェクタ４１による分割噴射期間Ｔ１をピストン速度Ｖが予め設定される所定速度Ｖｔ以上であるピストン高速度期間Ｔ２内に設定する。さらに具体的には、ＥＣＵ５１は、吸気行程におけるインジェクタ４１による分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ１に設定する一方、終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ２に設定する。ここで、予め設定される所定速度Ｖｔは、エンジン１０の仕様などに応じて定まり、例えば、エンジン回転数などに応じて変動する値である。

同様に、本実施例のＥＣＵ５１は、成層燃焼を行う際に、図５に示すように、圧縮行程におけるインジェクタ４１による分割噴射期間Ｔ１をピストン速度Ｖが予め設定される所定速度Ｖｔ以上であるピストン高速度期間Ｔ２内に設定する。さらに具体的には、ＥＣＵ５１は、圧縮行程におけるインジェクタ４１による分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ１に設定する一方、終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ２に設定する。

そして、噴射量設定手段としてのＥＣＵ５１は、吸気行程、圧縮行程におけるインジェクタ４１による分割噴射の各噴射における燃料の噴射量をインジェクタ４１が可能な最小の噴射量に設定する。すなわち、ＥＣＵ５１は、分割噴射期間Ｔ１をピストン高速度期間Ｔ２と一致するように設定すると共に、インジェクタ４１による分割噴射の分割数をこのピストン高速度期間Ｔ２内で可能な限り多くの分割数（例えば、図４、図５では４分割）に分けられるように各噴射における燃料の噴射量を最小に設定する。言い換えれば、ＥＣＵ５１は、インジェクタ４１による分割噴射の各噴射期間と、各噴射休止期間（インターバル）を最小期間に設定する。各噴射期間、各噴射休止期間の最小期間は、インジェクタ４１によって噴射可能な最小の噴射期間、休止期間などに基づいて定まる。したがって、インジェクタ４１によりピストン高速度期間Ｔ２で可能な限り最大限の分割数で燃料を分割噴射することができるので、貫徹力を極力低く抑えることができる。

次に、図６のフローチャートを参照して、本実施例１に係るエンジン１０の吸気行程噴射制御を説明する。

まず、ＥＣＵ５１は、次の燃料噴射が吸気行程噴射であるか否かを判定する（Ｓ１００）。ＥＣＵ５１は、上述したように、各種センサが検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて次の燃料噴射が吸気行程噴であるか否かを判定する。次の燃料噴射が吸気行程噴射でないと判定された場合（Ｓ１００：Ｎｏ）、次の制御周期に移行する。

次の燃料噴射が吸気行程噴射であると判定された場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１は、現在の最高ピストン速度Ｖｍａｘが予め設定される所定速度Ｖｔより速いか否かを判定すると共に、ピストン速度Ｖが所定速度Ｖｔ以上であるピストン高速度期間Ｔ２がインジェクタ４１により分割数が２回以上の分割噴射を可能な期間であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。ピストン速度Ｖは、例えば、エンジン回転数などに基づいて検出すればよい。ここでは、インジェクタ４１により可能な各最小噴射期間をτｍｉｎ（図４参照）、各最小噴射休止期間（インターバル）をτｉ（図４参照）とした場合に、ＥＣＵ５１は、例えば、ピストン高速度期間Ｔ２が２回の最小噴射期間τｍｉｎと１回の最小噴射休止期間τｉとを足した期間より長い期間であるか否かを判定、すなわち、ピストン高速度期間Ｔ２が［Ｔ２＞２τｍｉｎ＋τｉ］を満たすか否かを判定することで、ピストン高速度期間Ｔ２がインジェクタ４１により分割数が２回以上の分割噴射を可能な期間であるか否かの判定を行うことができる。最高ピストン速度Ｖｍａｘが所定速度Ｖｔ以下であると判定された場合、又は、ピストン高速度期間Ｔ２がインジェクタ４１により分割数が２回以上の分割噴射を可能な期間でないと判定された場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、次の制御周期に移行する。

最高ピストン速度Ｖｍａｘが所定速度Ｖｔより速く、かつ、ピストン高速度期間Ｔ２がインジェクタ４１により分割数が２回以上の分割噴射を可能な期間であると判定された場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１は、分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ１（図４参照）に、終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ２（図４参照）に設定し、ピストン高速度期間Ｔ２を分割噴射期間Ｔ１に設定する（Ｓ１０４）。

そして、ＥＣＵ５１は、ピストン高速度期間Ｔ２に基づいて分割噴射における分割数が最大となるように分割噴射回数を設定し、これに応じた各噴射期間（言い換えれば、各噴射における燃料噴射量）と各噴射休止期間（インターバル）を設定する（Ｓ１０６）。

例えば、要求噴射量をＮ等分割（図４の場合４回等分）して分割噴射する場合に、４等分したときの各噴射期間が最小噴射期間τｍｉｎ以下である場合、ＥＣＵ５１は、分割数をＮ−１回（図４の場合３回）に設定し、各噴射期間と各噴射休止期間をそれぞれ最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉより少し長い期間に設定する。言い換えれば、例えば、Ｎ回（図４の場合４回）の最小噴射期間τｍｉｎとＮ−１回（図４の場合３回）の最小噴射休止期間τｉの合計の期間が分割噴射期間Ｔ１に設定されたピストン高速度期間Ｔ２とちょうど一致する場合は、ＥＣＵ５１は、分割噴射における分割数をＮ回（図４の場合４回）とし、各噴射期間と各噴射休止期間をそれぞれ最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉに設定する。このＮ回に分割された分割噴射によって必要な量の燃料を噴射する。一方、例えば、Ｎ回（図４の場合４回）の最小噴射期間τｍｉｎとＮ−１回（図４の場合３回）の最小噴射休止期間τｉの合計の期間が分割噴射期間Ｔ１に設定されたピストン高速度期間Ｔ２からずれる場合、すなわち、上記合計の期間がピストン高速度期間Ｔ２より長い場合は、ＥＣＵ５１は、分割数をＮ−１回（図４の場合３回）とし、各噴射期間と各噴射休止期間をそれぞれ最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉより長い期間に設定する。このようにして、ＥＣＵ５１は、ピストン高速度期間Ｔ２を分割噴射期間Ｔ１に設定し、このピストン高速度期間Ｔ２内において最大の分割数で分割噴射を行うことができるように分割噴射回数、各噴射期間及び各噴射休止期間を設定する。

そして、インジェクタ４１は、Ｓ１０４にて設定された吸気行程のピストン高速度期間Ｔ２内の分割噴射期間Ｔ１において、Ｓ１０６にて設定された分割噴射回数、各噴射期間及び各噴射休止期間に基づいて吸気行程分割噴射を実行し（Ｓ１０８）、次の制御周期に移行する。

これにより、エンジン１０は、分割噴射期間Ｔ１に設定されたピストン高速度期間Ｔ２に、インジェクタ４１により燃焼室１８に燃料を可能な限り最大限に分割して分割噴射することで、燃料の噴霧の貫徹力を低く抑えることができ、ピストン１４の頂面などに燃料が付着することを抑制することができる。そして、エンジン１０は、インジェクタ４１により燃料を分割噴射することで燃料噴霧の貫徹力が低く抑えられても、ピストン速度Ｖが所定速度Ｖｔ以上になる期間でこの分割噴射を行うことで、吸気行程中の噴流効果が相対的に大きくなる期間に燃料を噴射することができるので、貫徹力の低下による噴流効果の低下を抑制することができる。すなわち、均質燃焼の際、燃焼室１８に生成される吸気流動が相対的に大きくなるピストン高速度期間Ｔ２に、インジェクタ４１により燃料を分割噴射することで、燃料噴霧の貫徹力が低下していても、吸気流と燃料噴霧との一体性が損なわれることなく十分に燃料噴霧の気流を増速させ、燃料の微粒化や空気との混合を促進させる噴流効果を利用することができる。この結果、噴霧の均質化や急速燃焼などの噴流効果が低下することを抑制することができる。また、この吸気行程におけるピストン高速度期間Ｔ２では、ピストン１４は、上死点側から下死点側に最速で移動しインジェクタ４１から離間しており、インジェクタ４１から噴射された燃料噴霧がピストン１４に追いつき難いことから、この点でも燃料のピストン１４への付着を抑制することができる。

同様に、図７のフローチャートを参照して、本実施例１に係るエンジン１０の圧縮行程噴射制御を説明する。この図７に示す圧縮行程噴射制御は、ＥＣＵ５１がＳ１２０にて次の燃料噴射が圧縮行程噴射であるか否かを判定する点と、インジェクタ４１がＳ１２８にてピストン高速度期間Ｔ２内の分割噴射期間Ｔ１において分割噴射回数、各噴射期間及び各噴射休止期間に基づいて圧縮行程分割噴射を実行する点が図６で説明した吸気行程噴射制御とは異なる。その他の図７に示す圧縮行程噴射制御のＳ１２２からＳ１２６は、図６で説明した吸気行程噴射制御のＳ１０２からＳ１０６とほぼ同様である。

これにより、エンジン１０は、分割噴射期間Ｔ１に設定されたピストン高速度期間Ｔ２に、インジェクタ４１により燃焼室１８に燃料を可能な限り最大限に分割して分割噴射することで、燃料の噴霧の貫徹力を低く抑えることができ、ピストン１４の頂面などに燃料が付着することを抑制することができる。そして、エンジン１０は、インジェクタ４１により燃料を分割噴射することで燃料噴霧の貫徹力が低く抑えられても、ピストン速度Ｖが所定速度Ｖｔ以上になる期間でこの分割噴射を行うことで、圧縮行程中のキャビティ１４ａの壁に沿った噴流の案内効果が相対的に大きくなる期間に燃料を噴射することができるので、貫徹力の低下による案内効果の低下を抑制することができる。すなわち、成層燃焼の際、ピストン１４が下死点側から上死点側に最速で移動しインジェクタ４１に接近してくるピストン高速度期間Ｔ２に、インジェクタ４１により燃料を分割噴射することで、燃料噴霧の貫徹力が低下していても、燃料噴霧とピストンとの相対速度が大きくなり、インジェクタ４１に接近してくるピストン１４のキャビティ１４ａの壁により、効果的に噴流に点火プラグ４５方向への強い指向性を持たせることができる。この結果、確実に混合気を点火プラグ４５まで案内することができ、点火プラグ４５近傍に成層混合気を形成することができる。

以上で説明した本発明の実施例１に係るエンジン１０によれば、空気と燃料との混合気が均質燃焼又は成層燃焼で燃焼可能な燃焼室１８と、燃焼室１８に連通し空気を吸気可能な吸気ポート１９と、燃焼室１８に燃料を複数回に分けて分割噴射可能なインジェクタ４１と、混合気の燃焼によりシリンダボア１３を往復移動可能なピストン１４と、インジェクタ４１による燃料の分割噴射期間Ｔ１をピストン１４の移動速度が予め設定される所定速度以上であるピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定するＥＣＵ５１とを備える。

したがって、インジェクタ４１により燃焼室１８に燃料を複数回に分けて分割噴射することで、燃料噴霧の貫徹力を低く抑えることから、燃料がピストン１４に付着することを抑制することができ、このため、スモークやＰＭの発生を抑制することができる。そして、インジェクタ４１により燃料を分割噴射することで燃料噴霧の貫徹力が低く抑えられても、ＥＣＵ５１により分割噴射期間Ｔ１をピストン１４の移動速度が所定速度以上であるピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定することで、均質燃焼のために吸気行程に分割噴射する場合でも噴流効果の低下を抑制することができると共に、成層燃焼のために圧縮行程に分割噴射する場合でも噴流の点火プラグ４５への指向性が低下することを抑制することができ、点火プラグ４５近傍に成層混合気を形成することができる。この結果、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストンへの付着抑制とを両立することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係るエンジン１０によれば、インジェクタ４１による分割噴射の各噴射における燃料の噴射量をこのインジェクタ４１が可能な最小の噴射量に設定するＥＣＵ５１を備える。したがって、分割噴射の各噴射における燃料の噴射量を最小に設定することで、分割噴射期間Ｔ１における燃料噴射の分割数を最大にすることができ、燃料噴霧の貫徹力を極力低く抑えることができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係るエンジン１０によれば、ＥＣＵ５１は、分割噴射期間Ｔ１をピストン高速度期間Ｔ２内に設定する。したがって、分割噴射期間Ｔ１をピストン高速度期間Ｔ２内に設定していることから噴流効果やキャビティ１４ａの壁によるウォールガイド効果を最大限に活用することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例１に係るエンジン１０によれば、インジェクタ４１に隣接して設けられ混合気に点火可能な点火プラグ４５と、燃焼室１８に連通し排気ガスを排気可能な排気ポート２０とを備え、インジェクタ４１及び点火プラグ４５は、燃焼室１８の筒内天井部１２ａの吸気ポート１９と排気ポート２０との間に設けられる。したがって、シリンダボア１３を往復移動するピストン１４の頂面に対して、インジェクタ４１の燃料の噴射口を常に対向させることができる。このため、例えば、圧縮行程噴射において、分割噴射時期Ｔ１をピストン高速度期間Ｔ２（圧縮行程の中間期間）と重なるように設定しても、確実にピストン１４のキャビティ１４ａに向けて燃料を分割噴射することができ、確実に混合気を成層化することができる。また、本実施例のようにピストン１４の頂面に燃料が直撃し易い構成でも、分割噴射期間Ｔ１をピストン１４の移動速度が所定速度以上であるピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定することで、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストンへの付着抑制とを両立させる効果をより顕著に発揮することができる。

図８は、本発明の実施例２に係るエンジンの吸気行程噴射を説明するタイムチャート、図９は、本発明の実施例２に係るエンジンの吸気行程噴射制御を説明するフローチャートである。実施例２に係る内燃機関は、実施例１に係る内燃機関と略同様の構成であるが、分割噴射期間が設定される期間が実施例１に係る内燃機関とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。また、主要部分の構成については図１、図２を参照する。

上述した実施例１のエンジン１０では、例えば、Ｎ回（図４の場合４回）の最小噴射期間τｍｉｎとＮ−１回（図４の場合３回）の最小噴射休止期間τｉの合計の期間が分割噴射期間Ｔ１に設定されたピストン高速度期間Ｔ２からずれる場合、すなわち、上記合計の期間がピストン高速度期間Ｔ２より長い場合は、ＥＣＵ５１は、分割数をＮ−１回（図４の場合３回）とし、各噴射期間と各噴射休止期間をそれぞれ最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉより少し長い期間に設定するものとして説明した。この場合、分割噴射における各噴射期間と各噴射休止期間を最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉに設定できないことから、貫徹力の抑制効果が若干弱まるものの、分割噴射期間Ｔ１をピストン高速度期間Ｔ２内に設定することができるため、噴流効果を最大限に活用することができる。

これに対し、実施例２に係る内燃機関としてのエンジン２１０では、図８に示すように、噴射期間設定手段としてのＥＣＵ５１は、分割噴射期間Ｔ１の開始時期又は終了時期のいずれか一方をピストン高速度期間Ｔ２内の時期に設定する。この場合、例えば、Ｎ回（図８の場合６回）の最小噴射期間τｍｉｎとＮ−１回（図８の場合５回）の最小噴射休止期間τｉの合計の期間がピストン高速度期間Ｔ２より長くても、ＥＣＵ５１は、分割数をＮ回（図８の場合６回）とし、各噴射期間と各噴射休止期間をそれぞれ最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉに設定することができる。この場合、分割噴射期間Ｔ１がピストン高速度期間Ｔ２からはみ出ることから、噴流効果が若干弱まるものの、貫徹力の抑制効果を最大限に発揮することができ、燃料のピストン１４への付着を確実に抑制することができる。

そして、実施例２のＥＣＵ５１は、図８に示すように、吸気行程噴射における分割噴射期間Ｔ１の終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期に設定している。さらに具体的には、ＥＣＵ５１は、吸気行程におけるインジェクタ４１による分割噴射期間Ｔ１の開始時期ｔ１をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ２より前の時期に設定する一方、終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ３に設定している。つまり、ここでは、分割噴射期間Ｔ１とピストン高速度期間Ｔ２とは、分割噴射期間Ｔ１の方がピストン高速度期間Ｔ２よりピストン速度Ｖの加速側に長い期間に設定される。

次に、図９のフローチャートを参照して、本実施例２に係るエンジン２１０の吸気行程噴射制御を説明する。なお、ここでも図６での吸気行程噴射制御の説明と重複する記載はできるだけ省略する。

まず、ＥＣＵ５１は、次の燃料噴射が吸気行程噴射であるか否かを判定する（Ｓ２００）。次の燃料噴射が吸気行程噴射でないと判定された場合（Ｓ２００：Ｎｏ）、次の制御周期に移行する。

次の燃料噴射が吸気行程噴射であると判定された場合（Ｓ２００：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１は、現在の最高ピストン速度Ｖｍａｘが予め設定される所定速度Ｖｔより速いか否かを判定する（Ｓ２０２）。最高ピストン速度Ｖｍａｘが所定速度Ｖｔ以下であると判定された場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）、次の制御周期に移行する。

最高ピストン速度Ｖｍａｘが所定速度Ｖｔより速いと判定された場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５１は、図８に示すように、分割噴射期間Ｔ１の終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ３に設定する（Ｓ２０４）。

そして、ＥＣＵ５１は、例えば、図３で説明したマップを参照して、エンジン回転数や要求噴射量（言い換えれば負荷率）に基づいて分割噴射回数を設定し（Ｓ２０６）、分割噴射の各噴射期間と各噴射休止期間を設定する（Ｓ２０８）。ここでは、各噴射期間と各噴射休止期間とは、ともに最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉに設定することができる。そして、分割噴射回数、各噴射期間及び各噴射休止期間応じて分割噴射期間Ｔ１の開始時期ｔ１が定まる。

そして、インジェクタ４１は、設定された吸気行程の分割噴射期間Ｔ１において、設定された分割噴射回数、各噴射期間及び各噴射休止期間に基づいて吸気行程分割噴射を実行する（Ｓ２１０）。

以上で説明した本発明の実施例２に係るエンジン２１０によれば、インジェクタ４１により燃焼室１８に燃料を複数回に分けて分割噴射することで、燃料噴霧の貫徹力を低く抑えることから、燃料がピストン１４に付着することを抑制することができ、このため、スモークやＰＭの発生を抑制することができる。そして、インジェクタ４１により燃料を分割噴射することで燃料噴霧の貫徹力が低く抑えられても、ＥＣＵ５１により分割噴射期間Ｔ１をピストン１４の移動速度が所定速度以上であるピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定することで、均質燃焼のために吸気行程に分割噴射する場合でも噴流効果の低下を抑制することができると共に、成層燃焼のために圧縮行程に分割噴射する場合でも噴流の点火プラグ４５への指向性が低下することを抑制することができ、点火プラグ４５近傍に成層混合気を形成することができる。この結果、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストン１４への付着抑制とを両立することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例２に係るエンジン２１０によれば、ＥＣＵ５１は、分割噴射期間Ｔ１の開始時期又は終了時期のいずれか一方をピストン高速度期間Ｔ２内の時期に設定する。したがって、分割噴射期間Ｔ１をピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定した上で、分割噴射における分割数を最大とし、各噴射期間と各噴射休止期間とを常に最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉに設定することができる。この結果、貫徹力の抑制効果を最大限に発揮することができ、燃料のピストン１４への付着を確実に抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例２に係るエンジン２１０によれば、ＥＣＵ５１は、吸気行程噴射の分割噴射期間Ｔ１の終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期に設定する。したがって、貫徹力を抑制して燃料のピストン１４への付着抑制効果を向上することができ、さらに噴流効果を維持しつつ、空気と燃料との混合時間を相対的に長く確保することができ、混合気の均質性をさらに向上することができる。

図１０は、本発明の実施例３に係るエンジンの吸気行程噴射を説明するタイムチャート、図１１は、本発明の実施例３に係るエンジンの吸気行程噴射制御を説明するフローチャートである。実施例３に係る内燃機関は、実施例２に係る内燃機関と略同様の構成であるが、分割噴射期間が設定される期間が実施例２に係る内燃機関とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。また、主要部分の構成については図１、図２を参照する。

実施例３に係る内燃機関としてのエンジン３１０が備えるＥＣＵ５１は、図１０に示すように、吸気行程噴射における分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期に設定している。さらに具体的には、ＥＣＵ５１は、吸気行程におけるインジェクタ４１による分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ１に設定する一方、終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ２より後の時期ｔ３に設定している。つまり、ここでは、分割噴射期間Ｔ１とピストン高速度期間Ｔ２とは、分割噴射期間Ｔ１の方がピストン高速度期間Ｔ２よりピストン速度Ｖの減速側に長い期間に設定される。

次に、図１１のフローチャートを参照して、本実施例３に係るエンジン３１０の吸気行程噴射制御を説明する。この図１１に示す吸気行程噴射制御は、ＥＣＵ５１がＳ３０４にて分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期に設定している点が図９で説明した吸気行程噴射制御とは異なる。その他の図１１に示す吸気行程噴射制御のＳ２００、Ｓ２０２、Ｓ２０６からＳ２１０は、図９で説明した吸気行程噴射制御のＳ２００、Ｓ２０２、Ｓ２０６からＳ２１０と同様である。

以上で説明した本発明の実施例３に係るエンジン３１０によれば、インジェクタ４１により燃焼室１８に燃料を複数回に分けて分割噴射することで、燃料噴霧の貫徹力を低く抑えることから、燃料がピストン１４に付着することを抑制することができ、このため、スモークやＰＭの発生を抑制することができる。そして、インジェクタ４１により燃料を分割噴射することで燃料噴霧の貫徹力が低く抑えられても、ＥＣＵ５１により分割噴射期間Ｔ１をピストン１４の移動速度が所定速度以上であるピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定することで、均質燃焼のために吸気行程に分割噴射する場合でも噴流効果の低下を抑制することができると共に、成層燃焼のために圧縮行程に分割噴射する場合でも噴流の点火プラグ４５への指向性が低下することを抑制することができ、点火プラグ４５近傍に成層混合気を形成することができる。この結果、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストン１４への付着抑制とを両立することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例３に係るエンジン３１０によれば、ＥＣＵ５１は、分割噴射期間Ｔ１の開始時期又は終了時期のいずれか一方をピストン高速度期間Ｔ２内の時期に設定する。したがって、分割噴射期間Ｔ１をピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定した上で、分割噴射における分割数を最大とし、各噴射期間と各噴射休止期間とを常に最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉに設定することができる。この結果、貫徹力の抑制効果を最大限に発揮することができ、燃料のピストン１４への付着を確実に抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例３に係るエンジン３１０によれば、ＥＣＵ５１、吸気行程噴射の分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期に設定する。したがって、貫徹力を抑制して燃料のピストン１４への付着抑制効果を向上することができ、さらに均質性を維持しつつ、点火時期に噴流が残っているので噴流効果（乱れ）をさらに向上することができ、耐ノック性を向上することができる。

図１２は、本発明の実施例４に係るエンジンの圧縮行程噴射を説明するタイムチャート、図１３は、本発明の実施例４に係るエンジンの圧縮行程噴射制御を説明するフローチャートである。実施例４に係る内燃機関は、実施例２に係る内燃機関と略同様の構成であるが、分割噴射期間が設定される期間が実施例２に係る内燃機関とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。また、主要部分の構成については図１、図２を参照する。

実施例４に係る内燃機関としてのエンジン４１０が備えるＥＣＵ５１は、図１２に示すように、圧縮行程噴射における分割噴射期間Ｔ１の終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期に設定している。さらに具体的には、ＥＣＵ５１は、圧縮行程におけるインジェクタ４１による分割噴射期間Ｔ１の開始時期ｔ１をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ２より前の時期に設定する一方、終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ３に設定している。つまり、ここでは、分割噴射期間Ｔ１とピストン高速度期間Ｔ２とは、分割噴射期間Ｔ１の方がピストン高速度期間Ｔ２よりピストン速度Ｖの加速側に長い期間に設定される。

次に、図１３のフローチャートを参照して、本実施例４に係るエンジン４１０の圧縮行程噴射制御を説明する。この図１３に示す圧縮行程噴射制御は、ＥＣＵ５１がＳ４００にて次の燃料噴射が圧縮行程噴射であるか否かを判定する点と、インジェクタ４１がＳ４１０にてピストン高速度期間Ｔ２内の分割噴射期間Ｔ１において分割噴射回数、各噴射期間及び各噴射休止期間に基づいて圧縮行程分割噴射を実行する点が図９で説明した吸気行程噴射制御とは異なる。その他の図１３に示す圧縮行程噴射制御のＳ４０２からＳ４０８は、図９で説明した吸気行程噴射制御のＳ２０２からＳ２０８とほぼ同様である。

以上で説明した本発明の実施例４に係るエンジン４１０によれば、インジェクタ４１により燃焼室１８に燃料を複数回に分けて分割噴射することで、燃料噴霧の貫徹力を低く抑えることから、燃料がピストン１４に付着することを抑制することができ、このため、スモークやＰＭの発生を抑制することができる。そして、インジェクタ４１により燃料を分割噴射することで燃料噴霧の貫徹力が低く抑えられても、ＥＣＵ５１により分割噴射期間Ｔ１をピストン１４の移動速度が所定速度以上であるピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定することで、均質燃焼のために吸気行程に分割噴射する場合でも噴流効果の低下を抑制することができると共に、成層燃焼のために圧縮行程に分割噴射する場合でも噴流の点火プラグ４５への指向性が低下することを抑制することができ、点火プラグ４５近傍に成層混合気を形成することができる。この結果、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストン１４への付着抑制とを両立することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例４に係るエンジン４１０によれば、ＥＣＵ５１は、分割噴射期間Ｔ１の開始時期又は終了時期のいずれか一方をピストン高速度期間Ｔ２内の時期に設定する。したがって、分割噴射期間Ｔ１をピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定した上で、分割噴射における分割数を最大とし、各噴射期間と各噴射休止期間とを常に最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉに設定することができる。この結果、貫徹力の抑制効果を最大限に発揮することができ、燃料のピストン１４への付着を確実に抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例４に係るエンジン４１０によれば、ＥＣＵ５１、圧縮行程噴射の分割噴射期間Ｔ１の終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期に設定する。したがって、貫徹力を抑制して燃料のピストン１４への付着抑制効果を向上することができ、さらに混合気の成層度を下げることができる。すなわち、弱成層化することができる。

図１４は、本発明の実施例５に係るエンジンの圧縮行程噴射を説明するタイムチャート、図１５は、本発明の実施例５に係るエンジンの圧縮行程噴射制御を説明するフローチャートである。実施例５に係る内燃機関は、実施例４に係る内燃機関と略同様の構成であるが、分割噴射期間が設定される期間が実施例４に係る内燃機関とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。また、主要部分の構成については図１、図２を参照する。

実施例５に係る内燃機関としてのエンジン５１０が備えるＥＣＵ５１は、図１４に示すように、圧縮行程噴射における分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期に設定している。さらに具体的には、ＥＣＵ５１は、圧縮行程におけるインジェクタ４１による分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ１に設定する一方、終了時期をピストン速度Ｖが減速側で所定速度Ｖｔとなる時期ｔ２より後の時期ｔ３に設定している。つまり、ここでは、分割噴射期間Ｔ１とピストン高速度期間Ｔ２とは、分割噴射期間Ｔ１の方がピストン高速度期間Ｔ２よりピストン速度Ｖの減速側に長い期間に設定される。

次に、図１５のフローチャートを参照して、本実施例５に係るエンジン４１０の圧縮行程噴射制御を説明する。この図１５に示す圧縮行程噴射制御は、ＥＣＵ５１がＳ５０４にて分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期に設定している点が図１３で説明した圧縮行程噴射制御とは異なる。その他の図１５に示す圧縮行程噴射制御のＳ４００、Ｓ４０２、Ｓ４０６からＳ４１０は、図１３で説明した圧縮行程噴射制御のＳ４００、Ｓ４０２、Ｓ４０６からＳ４１０と同様である。

以上で説明した本発明の実施例５に係るエンジン５１０によれば、インジェクタ４１により燃焼室１８に燃料を複数回に分けて分割噴射することで、燃料噴霧の貫徹力を低く抑えることから、燃料がピストン１４に付着することを抑制することができ、このため、スモークやＰＭの発生を抑制することができる。そして、インジェクタ４１により燃料を分割噴射することで燃料噴霧の貫徹力が低く抑えられても、ＥＣＵ５１により分割噴射期間Ｔ１をピストン１４の移動速度が所定速度以上であるピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定することで、均質燃焼のために吸気行程に分割噴射する場合でも噴流効果の低下を抑制することができると共に、成層燃焼のために圧縮行程に分割噴射する場合でも噴流の点火プラグ４５への指向性が低下することを抑制することができ、点火プラグ４５近傍に成層混合気を形成することができる。この結果、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストン１４への付着抑制とを両立することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例５に係るエンジン５１０によれば、ＥＣＵ５１は、分割噴射期間Ｔ１の開始時期又は終了時期のいずれか一方をピストン高速度期間Ｔ２内の時期に設定する。したがって、分割噴射期間Ｔ１をピストン高速度期間Ｔ２と重なるように設定した上で、分割噴射における分割数を最大とし、各噴射期間と各噴射休止期間とを常に最小噴射期間τｍｉｎ、最小噴射休止期間τｉに設定することができる。この結果、貫徹力の抑制効果を最大限に発揮することができ、燃料のピストン１４への付着を確実に抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例５に係るエンジン５１０によれば、ＥＣＵ５１、圧縮行程噴射の分割噴射期間Ｔ１の開始時期をピストン速度Ｖが加速側で所定速度Ｖｔとなる時期に設定する。したがって、貫徹力を抑制して燃料のピストン１４への付着抑制効果を向上することができ、さらに混合気の成層度を上げることができる。すなわち、強成層化することができる。

なお、上述した本発明の実施例に係る内燃機関は、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、燃料噴射手段としてのインジェクタ４１は、燃焼室１８の筒内天井部１２ａの吸気ポート１９と排気ポート２０との間に設けるものとして説明したが、圧縮行程のピストン高速度期間Ｔ２にキャビティ１４ａに向けて燃料を分割噴射することができれば、これに限らず、例えば、この燃料噴射手段としてのインジェクタ４１を吸気ポート１９側に位置させて上下方向に所定角度傾斜するように配置してもよい。

また、以上の説明のように１サイクルで吸気行程と圧縮行程のどちらか一方で燃料を分割噴射する場合だけでなく、弱成層燃焼などの燃焼形態を実現するために、吸気行程と圧縮行程との両方でそれぞれ必要な量の燃料を分割噴射する、いわゆるコンバイン噴射の場合でも、本発明を適用することで、運転状態に応じた混合気の適正な燃焼と、燃料のピストンへの付着抑制とを両立することができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、燃焼室に直接燃料を噴射する種々の筒内直接噴射式内燃機関に用いて好適である。

本発明の実施例１に係るエンジンを表す概略構成図である。 本発明の実施例１に係るエンジンの燃焼室を含む部分断面図である。 本発明の実施例１に係るエンジンのエンジン回転数、負荷率と燃料噴射の分割回数との関係の一例を表す線図である。 本発明の実施例１に係るエンジンの吸気行程噴射を説明するタイムチャートである。 本発明の実施例１に係るエンジンの圧縮行程噴射を説明するタイムチャートである。 本発明の実施例１に係るエンジンの吸気行程噴射制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施例１に係るエンジンの圧縮行程噴射制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施例２に係るエンジンの吸気行程噴射を説明するタイムチャートである。 本発明の実施例２に係るエンジンの吸気行程噴射制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施例３に係るエンジンの吸気行程噴射を説明するタイムチャートである。 本発明の実施例３に係るエンジンの吸気行程噴射制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施例４に係るエンジンの圧縮行程噴射を説明するタイムチャートである。 本発明の実施例４に係るエンジンの圧縮行程噴射制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施例５に係るエンジンの圧縮行程噴射を説明するタイムチャートである。 本発明の実施例５に係るエンジンの圧縮行程噴射制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０、２１０、３１０、４１０、５１０ エンジン（内燃機関）
１３ シリンダボア
１４ ピストン
１４ａ キャビティ
１８ 燃焼室
１９ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
４１ インジェクタ（燃料噴射手段）
４５ 点火プラグ（点火手段）
５１ ＥＣＵ（噴射期間設定手段、噴射量設定手段）
Ｔ１ 分割噴射時期
Ｔ２ ピストン高速度期間

Claims (7)

1. 空気と燃料との混合気が均質燃焼又は成層燃焼で燃焼可能な燃焼室と、
   前記燃焼室に連通し前記空気を吸気可能な吸気ポートと、
   前記燃焼室に前記燃料を複数回に分けて分割噴射可能な燃料噴射手段と、
   前記混合気の燃焼によりシリンダボアを往復移動可能なピストンと、
   前記燃料噴射手段による前記燃料の分割噴射期間を前記ピストンの移動速度が予め設定される所定速度以上であるピストン高速度期間と重なるように設定する噴射期間設定手段とを備えることを特徴とする、
   内燃機関。
2. 前記燃料噴射手段による前記分割噴射の各噴射における前記燃料の噴射量を該燃料噴射手段が可能な最小の噴射量に設定する噴射量設定手段を備えることを特徴とする、
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記噴射期間設定手段は、前記分割噴射期間を前記ピストン高速度期間内に設定することを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記噴射期間設定手段は、前記分割噴射期間の開始時期又は終了時期のいずれか一方を前記ピストン高速度期間内の時期に設定することを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関。
5. 前記噴射期間設定手段は、前記分割噴射期間の開始時期を前記ピストンの移動速度が加速側で前記所定速度となる時期に設定することを特徴とする、
   請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記噴射期間設定手段は、前記分割噴射期間の終了時期を前記ピストンの移動速度が減速側で前記所定速度となる時期に設定することを特徴とする、
   請求項４に記載の内燃機関。
7. 前記燃料噴射手段に隣接して設けられ前記混合気に点火可能な点火手段と、
   前記燃焼室に連通し排気ガスを排気可能な排気ポートとを備え、
   前記燃料噴射手段及び前記点火手段は、前記燃焼室の筒内天井部の前記吸気ポートと前記排気ポートとの間に設けられることを特徴とする、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関。

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