JP2014088773A - 火花点火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構成と制御により成層運転や均質運転に最適な燃料噴射を行うことが可能な火花点火式内燃機関を提供することを目的とする。
【解決手段】
インジェクタ２８のノズル部は、ノズルボディ３０とニードル３２とを備えている。ノズルボディ３０の先端部には、孔径の略等しい噴孔４０と、点火プラグ１８方向に配置され、その孔径が噴孔４０の孔径よりも小さい噴孔４２とが形成されている。このようなインジェクタ２８において、ニードル３２の閉弁状態からのリフト量を、ストイキ燃焼モード時には高く、リーン燃焼モード時には低く調整する。これにより、ストイキ燃焼モード時には燃焼室１６中心部に噴霧を集中させて混合気を均質化でき、リーン燃焼モード時には噴孔４０からの噴霧を燃焼室１６中心部に、噴孔４２からの噴霧を点火プラグ１８周囲に、それぞれ噴き分けて混合気を成層化できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、火花点火式内燃機関に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、インジェクタのノズル先端を構成するアウタープレートの内側にインナープレートを設け、該アウタープレートに対して該インナープレートを回転させる火花点火式の内燃機関が公知である。この内燃機関において、上記２枚のプレートには、点火プラグ側に開孔する噴孔と、燃焼室側に開孔する噴孔とがそれぞれ形成されており、上述した回転により、プレート間で噴孔の重複面積を調節している。この内燃機関によれば、成層運転時に点火プラグ側の噴孔のみを重複させて点火プラグ付近にのみ燃料を噴射し、均質運転時に全噴孔を重複させて燃焼室全体に燃料を噴射することができる。

特開２００７−５１５４９号公報 特開２００４−３１６５３８号公報 特開２０１１−７０４６号公報 特開平９−２５６８６７号公報

上記特許文献１において、インナープレートの回転は、インジェクタ内に供給される燃料の圧力（燃圧）の変更により行われる。しかしながら、複数気筒を備える内燃機関においては、この燃圧が各気筒のインジェクタに共通するレール圧で制御されるため応答性が低く、気筒毎の噴射制御ができないという問題がある。

また、上記特許文献１においては、ステッピングモータで上記インナープレートを回転させてもよいことが開示されている。ステッピングモータを用いた回転によれば、上記問題が生じない。しかしながら、インジェクタにステッピングモータを組み込むためには、インジェクタの内部構造を変更する必要があり、構造の複雑化やコスト増加にも繋がる可能性がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、シンプルな構成と制御により成層運転や均質運転に最適な燃料噴射を行うことが可能な火花点火式内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、火花点火式内燃機関であって、
内燃機関の燃焼室に設けられた点火プラグと、
前記燃焼室に燃料を直接噴射するインジェクタと、
前記インジェクタのノズルボディの先端部に形成された第１の噴孔と、
前記第１の噴孔が形成されたノズルボディの先端部に形成され、前記点火プラグ方向に開孔すると共に、前記第１の噴孔よりも小孔径の第２の噴孔と、
前記インジェクタの内部に形成され燃料が流通する内部流路と、
前記インジェクタの内部に配置されたニードルと、
前記ニードルの基準位置からの移動量の操作により前記内部流路から前記第１の噴孔および前記第２の噴孔へ夫々流入する燃料量を調整して前記内燃機関の運転モードを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関に成層運転を行わせる場合、前記内燃機関に均質運転を行わせる場合よりも前記移動量を少なく操作することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、１回の燃料噴射期間における燃料噴射量が所定量以上でかつ前記内燃機関に成層運転を行わせる場合、該燃料噴射期間中、前記内燃機関に均質運転を行わせる場合の設定移動量から前記内燃機関に成層運転を行わせる場合の設定移動量へと減少するように前記移動量を操作することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記インジェクタは、前記燃焼室の吸気ポート側の側部に設けられ、
前記燃焼室内での所定の高タンブル流の発生の有無を判定する高タンブル判定手段を備え、
前記制御手段は、前記所定の高タンブル流が発生していると判定された場合、前記内燃機関に均質運転を行わせる場合よりも多く、前記内燃機関に成層運転を行わせる場合よりも少なくなるように前記移動量を操作することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３何れか１つの発明において、
前記インジェクタは、前記燃焼室の吸気ポート側の側部に設けられ、
前記燃焼室を開閉する吸気バルブについての所定のかみこみの発生の有無を判定するかみこみ判定手段を備え、
前記制御手段は、前記所定のかみこみが発生していると判定された場合、前記吸気バルブの開弁中の前記移動量を、前記内燃機関に成層運転を行わせる場合の設定移動量に操作することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４何れか１つの発明において、
前記インジェクタは、前記燃焼室の吸気ポート側の側部に設けられ、
前記燃焼室に流入する吸気流速の相関値を取得する吸気流速相関値取得手段を備え、
前記制御手段は、１回の燃料噴射期間における燃料噴射量が所定量未満でかつ前記内燃機関に均質運転を行わせる場合、前記相関値から求まる前記吸気流速の最速期間中に前記インジェクタからの燃料噴射が開始されるように前記移動量を操作することを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関に成層運転を行わせる場合、均質運転を行わせる場合よりもニードルの基準位置からの移動量を少なく操作するので、成層運転を行わせる場合は上記第１の噴孔および上記第２の噴孔へ夫々流入する燃料量を少なくし、均質運転を行わせる場合には該燃料量を多く調整できる。ここで、上記第２の噴孔は上記第１の噴孔よりも小孔径である。そのため、上記燃料量を多くしても上記第２の噴孔からの燃料の運動量は小さく、上記第１の噴孔からの燃料に引き寄せられる。そのため、上記燃焼室の中心部に噴射燃料を集中でき、混合気を均質化できる。他方、上記燃料量を少なくすると上記の燃料間干渉が小さくなる。またここで、上記第２の噴孔は上記点火プラグ方向に開孔しているので、燃料間干渉が小さくなれば、上記第２の噴孔からの燃料は上記点火プラグ方向に向かう。よって、上記第１の噴孔からの噴射燃料を上記燃焼室の中心部に、上記第２の噴孔からの噴射燃料を上記点火プラグ周囲に噴き分けて混合気を成層化できる。以上のことから、第１の発明によれば、シンプルな構成と制御により成層運転や均質運転に最適な燃料噴射を行うことが可能となる。

上記第１の発明によれば、成層運転を行わせる場合に、噴射燃料を上記点火プラグ周囲に向かわせることができる。しかしながら、機関負荷は時々刻々変化し、成層運転中に機関負荷が低負荷から高負荷に変化すると、１回の燃料噴射期間における燃料噴射量（要求噴射量）が所定量を上回ってしまい、必要以上の燃料が点火プラグ周囲に噴射されるという問題がある。この点、第２の発明によれば、このような場合、１回の燃料噴射期間中に、内燃機関に均質運転を行わせる場合の設定移動量から成層運転を行わせる場合の設定移動量へと減少するように上記移動量を操作するので、このような不具合を未然に防止できる。

インジェクタを燃焼室の吸気ポート側に設けた場合、噴射燃料は吸気ポート側から排気ポート側に向かう。ここで、燃焼室内の吸入気について、燃焼室の排気ポート側の側部からピストンの頂面に向かうタンブル流を形成できれば均質運転時に混合気の均質化を促進できる。その一方で、成層運転時に強いタンブル流が形成されれば、上記第２の噴孔からの噴射燃料がこのタンブル流に乗って燃焼室の上方に押し上げられてしまう。この点、第３の発明によれば、このような場合に、内燃機関に均質運転を行わせる場合よりも多く、成層運転を行わせる場合よりも少なくなるように上記移動量を操作するので、上記第２の噴孔からの噴射燃料に一定重量を与えることができる。従って、上記第２の噴孔からの噴射燃料に対する強タンブル流の影響を小さくすることができる。

吸気バルブの傘裏にデポジットが付着等し、所謂かみこみが発生することがある。この点、第４の発明によれば、このような場合に、上記吸気バルブの開弁中の上記移動量を、内燃機関に成層運転を行わせる場合の設定移動量に操作するので、上記第２の噴孔からの噴射燃料を吸気バルブ側に向かわせてその傘裏に付着等したデポジットを洗浄できる。

１回の燃料噴射期間における燃料噴射量が所定量未満でかつ内燃機関に均質運転を行わせる場合においては、要求噴射量が少量であるが故に上記第２の噴孔からの噴射燃料が点火プラグ側に向かう可能性があり、意図しない混合気の成層化が起こるという問題がある。この点、第５の発明によれば、このような場合に、吸気流速の最速期間中に上記インジェクタからの燃料噴射が開始されるように上記移動量を操作するので、上記第２の噴孔からの噴射燃料を高流速の吸気流に乗せて燃焼室内部に向かわせることができる。従って、１回の燃料噴射期間における燃料噴射量が所定量未満でかつ内燃機関に均質運転を行わせる場合においても、均質運転に最適な燃料噴射を行うことができる。

実施の形態１に係る内燃機関の要部断面図である。 インジェクタ２８のノズル部の断面図である。 図２のノズルボディ３０の先端部の平面図である。 実施の形態１におけるニードルリフト量の調整手法を説明するための図である。 実施の形態１における噴霧イメージを示した図である。 図２のノズルボディ３０の先端部の平面図である。 実施の形態２におけるニードルリフト量の調整手法を説明するための図である。 強タンブル流形成時における噴霧イメージを示した図である。 実施の形態３におけるニードルリフト量の調整手法を説明するための図である。 かみこみ発生時における噴霧イメージを示した図である。 燃焼室１６内に吸入される吸気流速と、クランク角ＣＡとの関係を示した図である。 実施の形態５における噴霧イメージを示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、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。

実施の形態１．
［内燃機関の構成の説明］
以下、図１乃至図６を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１に係る内燃機関の要部断面図である。内燃機関１０は、例えば車載用の直列４気筒エンジンであり、シリンダヘッド１２の底面とピストン１４の頂面とで区画された燃焼室１６を備えている。燃焼室１６のシリンダヘッド１２側の中央部には、点火プラグ１８が配置されている。点火プラグ１８は、その中心電極と接地電極（何れも不図示）との間に電圧を印加することにより、これらの電極間に火花放電を生じさせて燃焼室１６内の混合気に点火するように構成されている。

また、燃焼室１６は、吸気ポート２０および排気ポート２２と連通している。燃焼室１６と吸気ポート２０との接続部には、吸気バルブ２４が設けられている。燃焼室１６と排気ポート２２との接続部には、排気バルブ２６が設けられている。

また、燃焼室１６の吸気ポート２０側の側部には、燃焼室１６内に燃料を直接噴射するインジェクタ２８が設けられている。インジェクタ２８は燃焼室１６の夫々に共通する燃料リザーバ、いわゆるコモンレール（不図示）に連結されている。このコモンレールを介して燃料タンク（不図示）内の燃料がインジェクタ２８に供給される。なお、該コモンレール内の燃料の圧力（燃圧）は、吐出量を可変な燃料ポンプ（不図示）の制御により調整されている。

次に、図２を参照しながら、インジェクタ２８の構造について説明を行う。図２は、インジェクタ２８のノズル部の断面図である。図２に示すように、ノズル部は、ノズルボディ３０とニードル３２とを備えている。

ノズルボディ３０は有底円筒状の部材であり、その内部には燃料供給通路３４、シート部３６、サック部３８および噴孔４０，４２が形成されている。燃料供給通路３４には上記コモンレール内の燃料が流入する。シート部３６は下方に向かって次第に縮径する円錐台面を有している。サック部３８は半球面状に形成され、シート部３６の下端と接続している。噴孔４０，４２はノズルボディ３０の先端部に設けられており、サック部３８と外部とを連通するものである。

ニードル３２は、ノズルボディ３０の軸線方向に沿って摺動自在に収容されている。ニードル３２の円柱部３２ａと先端部３２ｂとを備えている。円柱部３２ａは燃料供給通路３４の燃料流入口（不図示）からシート部３６にかけて軸方向に沿って延伸している。先端部３２ｂは円錐状に形成され、閉弁状態でサック部３８にその一部が収容される。

先端部３２ｂがシート部３６に当接している場合、燃料供給通路３４とサック部３８との連通が遮断されて閉弁状態となる。他方、ニードル３２がノズルボディ３０の軸線方向に沿ってリフトし、先端部３２ｂがシート部３６から離間した場合、開弁状態となる。図２は、この開弁状態を示したものである。矢印で示すように、燃料供給通路３４内の燃料は、サック部３８を流れて噴孔４０，４２に供給される。

次に、図３を参照しながら、噴孔４０，４２の詳細について説明する。図３は、図２のノズルボディ３０の先端部の平面図である。図３に示すように、噴孔４０（４０ａ〜４０ｅ）は同一円周上に設けられた断面円形の噴孔であり、これらの孔径は略等しく設計されている。他方、噴孔４２は噴孔４０同様断面円形であり、噴孔４０と同一円周上に設けられている。但し、噴孔４２は点火プラグ１８方向に配置され、その孔径は噴孔４０の孔径よりも小さく設計されている。なお、失火予防の観点から、噴孔４２の孔径は、リーンモード燃焼時（後述）に点火プラグ１８の周囲（φ５ｍｍ）に当量比１以上を実現可能な孔径以上に設計することが望ましい。

再び図１に戻り、内燃機関１０の説明を行う。内燃機関１０は、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、コモンレール内の燃圧を検出する燃圧センサ５２、スロットルバルブの開度を検出するスロットルポジションセンサ５４、エンジン回転数を検出するクランク角センサ５６といった各種センサが電気的に接続されている。他方、ＥＣＵ５０の出力側には、上述した点火プラグ１８、燃料ポンプ、ニードル３２、吸気バルブ２４や排気バルブ２６の動作を制御する動弁機構５８といった各種アクチュエータが電気的に接続されている。

［実施の形態１の特徴］
内燃機関１０においては、空燃比１４．８のストイキ空燃比（一時的な１２〜１３前後のリッチ空燃比を含む）を目標空燃比とするストイキ燃焼モードと、空燃比２０以上のリーン空燃比を目標空燃比とするリーン燃焼モードとの二種類の燃焼モードが適宜切り替えられつつ実制御に供される。燃焼モードは、基本的には、低負荷走行時にリーン燃焼モードが、高負荷走行時にストイキ燃焼モードが、夫々選択される。なお、機関負荷の高低については、スロットルポジションセンサ５４やクランク角センサ５６の出力値に基づいて判定するものとする。

ところで、上記燃焼モードの切り替えの際には、トルク変動が生じるという問題がある。例えば、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替わると、目標空燃比が瞬時的に低く切り替わる。しかしながら、吸入空気量の変化は緩慢であるため実トルクが目標トルクに対し過剰となる。燃焼モードがストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへ切り替わる場合も同様である。即ち、燃焼モードの切り換え時点において吸入空気量が不足し、実トルクが目標トルクに対して不足する。

このようなトルク変動を低減するためには、燃焼モード間切り換えをスムーズに行うための燃料噴射が重要であり、特にリーン燃焼モード期間中に着火に十分な燃料を点火プラグ１８周囲に確保することが重要である。この点に鑑み、本実施形態においては、ニードル３２の閉弁状態からのリフト量（以下、「ニードルリフト量」と称す。）を調整することとしている。

図４乃至図５を参照しながら、本実施形態における燃料噴射の説明を行う。図４は、実施の形態１におけるニードルリフト量の調整手法を説明するための図である。本実施形態においては、図４（Ａ）に示すように、ストイキ燃焼モード時にはニードルリフト量を高く調整する。また、同図（Ｂ）に示すように、リーン燃焼モード時には低くニードルリフト量を調整する（Ｌ_１＞Ｌ_２）。なお、図中の噴射期間は、ニードルリフト量の他、燃圧および要求噴射量によって決定するものとする。

図５は、実施の形態１における噴霧イメージを示した図である。図５（Ａ）は、ストイキモード時における噴霧イメージを示した図である。ニードルリフト量を高くすれば、燃料供給通路３４内の燃料が勢い良くサック部３８に流入し、噴孔４０，４２から直線的に噴射される。但し、噴孔４２からの噴霧は噴孔４０からの噴霧に比べて燃料量が少ないので運動量も小さい。噴孔４２からの噴霧の運動量が小さければ、他の噴霧に引き寄せられて噴霧が一体化する。その結果、図５に示すように、燃焼室１６中心部に噴霧が集中される。よって、ニードルリフト量を高くすれば、混合気を均質化できる。

図５（Ｂ）は、リーン燃焼モード時における噴霧イメージを示した図である。ニードルリフト量を低くすれば、燃料供給通路３４内の燃料がサック部３８を経由して噴孔４０，４２から緩やかに噴射される。そのため、ストイキ燃焼モード時に生じた噴霧間干渉が小さくなる。その結果、図５に示すように、噴孔４０からの噴霧が燃焼室１６中心部に、噴孔４２からの噴霧が点火プラグ１８周囲に、それぞれ噴き分けられる。よって、ニードルリフト量を低くすれば、混合気を成層化できる。

以上、本実施の形態によれば、図３に示した噴孔構成と図４のニードルリフト量調整との組み合わせにより、上記燃焼モードに応じた燃料噴射をシンプルな構成と制御で実現可能となる。特に、噴孔４２の孔径を噴孔４０の孔径よりも小さく設計したことで、リーン燃焼モード時に噴孔４２からの噴霧を小さくでき、過度の成層化を抑制できる。即ち、噴孔４０からの噴霧と、噴孔４２からの噴霧との間に形成される酸素量を少なくできるので、排出ＮＯｘ量を低減するという効果も期待できる。また、ニードルリフト量の調整はインジェクタ２８ごとに可能であることから、上記燃焼モードに応じた燃料噴射を気筒毎に行うことも可能となる。

ところで、上記実施の形態１においては、図３に示した噴孔構成としたが、噴孔の形状、配置、数等は各種の変形が可能である。この変形例について、図６を参照しながら説明する。図６は、図２のノズルボディ３０の先端部の平面図である。第１の変形例として、６つの噴孔（噴孔６０ａ〜６０ｆ）を円周上に設け、また、これらの配置箇所よりも外周側に噴孔６２を設けてもよい（図６（Ａ））。また、第２の変形例として、断面四角形状の噴孔６０を中心に、断面円形の噴孔７２を円周にそれぞれ設けてもよい（図６（Ｂ））。即ち、成層化用の小孔径の噴孔（噴孔６２，７２）を点火プラグ１８方向に配置した構成であれば、本実施形態の変形例としてその適用が可能である。なお、本変形例は後述する各実施形態においても同様に適合が可能である。

なお、上記実施の形態１においては、噴孔４０が上記第１の発明の「第１の噴孔」に、噴孔４２が上記第１の発明の「第２の噴孔」に、燃料供給通路３４が上記第１の発明の「内部流路」に、ＥＣＵ５０が上記第１の発明の「制御手段」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
次に、図７を参照しながら本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態の特徴は、図１で説明した内燃機関１０の構成において、図７に示すニードルリフト量調整を行う点にある。従って、以下においてはこの特徴部分を主に説明する。

［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１においては、基本的に低負荷走行時にリーン燃焼モードが選択され、高負荷走行時にストイキ燃焼モードが選択されるとした。しかしながら、機関負荷は時々刻々変化するので、リーン燃焼モードの選択中に機関負荷が低負荷から高負荷に変化する。このような場合に、リーン燃焼モードのまま高負荷運転を行おうとすると、要求噴射量の増加によって必要以上の燃料が点火プラグ１８周囲に噴射され、排出ＮＯｘ量が増加するという問題がある。そこで、本実施形態においては、リーン燃焼モードを継続させながら高負荷運転を行う場合には、噴射期間中にニードルリフト量を変化させることとしている。なお、低負荷から高負荷への負荷の移行については、スロットルポジションセンサ５４やクランク角センサ５６の出力値に基づいて判定するものとする。

図７は、実施の形態２におけるニードルリフト量の調整手法を説明するための図である。図７（Ａ）に示すように、ストイキ燃焼モード選択中はニードルリフト量を高く（Ｌ_１）調整する。この点については、上記実施の形態１と同様である。他方、同図（Ｂ）に示すように、ニードルリフト量を低く（Ｌ_２）調整するのは、リーン燃焼モード選択中に低負荷運転を行う場合とする。また、リーン燃焼モード選択中に低負荷から高負荷へと負荷が移行した場合には、前半はニードルリフト量をＬ_１とし、後半はニードルリフト量をＬ_２に調整する（図７（Ｃ））。噴射期間中にニードルリフト量をＬ_１からＬ_２へと変化させれば、均質噴霧、成層噴霧をこの順に形成できる。よって、上述した排出ＮＯｘ量の増加を抑制できる。

以上、本実施形態によれば、リーン燃焼モードを継続させながら高負荷運転を行う場合における排出ＮＯｘ量の増加抑制を図ることができる。

ところで、上記実施の形態２においては、噴射期間中にニードルリフト量をＬ_１からＬ_２に切り替える変更を行ったが、この変更をＬ_１からＬ_２まで段階的に減少させることで行ってもよい。即ち、噴射期間中にニードルリフト量を減少させて均質噴霧、成層噴霧をこの順に形成できる態様であれば、本実施形態の変形例としてその適用が可能である。

実施の形態３．
次に、図８乃至１０を参照しながら本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態の特徴は、タンブル流を形成可能な気流制御弁（不図示）と、その開度を検出する開度センサ（不図示）とを図１の内燃機関１０に追加した構成において、図９に示すニードルリフト量調整を行う点にある。従って、以下においてはこの特徴部分を主に説明する。なお、当該気流制御弁は、燃焼室１６の排気ポート２２側の側部からピストン１４の頂面に向かうタンブル流を形成可能に構成され、ＥＣＵ５０の出力側に電気的に接続されているものとする。また、上記開度センサは、ＥＣＵ５０の入力側に電気的に接続されているものとする。

［実施の形態３の特徴］
気流制御弁を追加した構成においては、その制御により燃焼室１６内にタンブル流を形成できる。タンブル流を形成できれば、ストイキ燃焼モード時に混合気の均質化を一層促進でき、燃焼速度を向上させて良好な燃焼を実現できる。その一方で、リーン燃焼モード時に強いタンブル流が形成された場合には、噴孔４２からの噴霧がこのタンブル流に乗って燃焼室１６上方に押し上げられる。

図８は、強タンブル流形成時における噴霧イメージを示した図である。図８に示すような強タンブル流が形成された場合、噴孔４２からの噴霧が吸気バルブ２４の傘表やバルブヘッドに干渉して付着し、ＰＭやスモークの発生原因となってしまう。そこで、本実施形態においては、リーン燃焼モード選択中に強タンブル流の形成が検出された場合には、ニードルリフト量を減少させることとしている。なお、タンブル流の強弱については、上記開度センサからの出力値に基づき判定するものとする。

図９は、実施の形態３におけるニードルリフト量の調整手法を説明するための図である。図９に示すように、ストイキ燃焼モード時には高く（Ｌ_１）、リーン燃焼モード時には低く（Ｌ_２）、ニードルリフト量を調整する。この点については、上記実施の形態１と同様である。本実施形態においては、リーン燃焼モード選択中に強タンブル流の形成が検出された場合、ニードルリフト量をＬ_３（Ｌ_１＞Ｌ_３＞Ｌ_２）に調整する。これにより、噴孔４２からの噴霧に一定重量を与えることができるので、強タンブル流による影響を小さくできる。

以上、本実施形態によれば、リーン燃焼モード選択中に強タンブル流の形成が検出された場合、ニードルリフト量を中間値（Ｌ_３）に調整するので、上述した不具合を未然に予防できる。

ところで、上記実施の形態３においては、上記気流制御弁の制御によりタンブル流を形成したが、動弁機構５８による吸気バルブ２４の制御によりタンブル流を形成してもよい。即ち、タンブル流の形成手法については各種の変形例が適用可能であり、このタンブル流の強弱についても、当該変形例に応じて適宜変更が可能である。

なお、上記実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が上記開度センサからの出力値に基づいてタンブル流の強弱を判定することにより上記第３の発明の「高タンブル判定手段」が実現されている。

実施の形態４．
次に、図１０を参照しながら本発明の実施の形態４について説明する。
本実施形態の特徴は、燃焼室１６内の圧力を検出可能な筒内圧センサ（不図示）を図１の内燃機関１０に追加した構成において、吸気バルブ２４の開弁中にリーン燃焼モード用のニードルリフト量調整を行う点にある。従って、以下においてはこの特徴部分を主に説明する。また、上記筒内圧センサは、ＥＣＵ５０の入力側に電気的に接続されているものとする。

［実施の形態４の特徴］
排気の吹き返し等の要因により、吸気バルブ２４の傘裏にデポジットが付着・堆積することがある。吸気バルブ２４の傘裏にデポジットが付着等すれば、所謂かみこみが発生し、バルブシール性が低下した結果、通気抵抗による出力ダウン等を生じるという問題がある。そこで、本実施形態においては、かみこみ発生が検出された場合、吸気バルブ２４の開弁中にニードルリフト量を低くすることとしている。

図１０は、かみこみ発生時における噴霧イメージを示した図である。本実施形態においては、かみこみ発生が検出された場合、吸気バルブ２４の開弁中にニードルリフト量を低く（Ｌ_２）調整する。これにより、噴孔４２からの噴霧を吸気バルブ２４の傘裏に接触させてデポジットを洗浄できる。なお、このニードルリフト量調整は、燃焼モードに関係なく行うことが可能であるが、リーン燃焼モード選択中であれば噴霧形状の変更を伴わずに済むので望ましい。また、かみこみ発生の有無については、上記筒内圧センサからの出力値に基づいて判定するものとする。

以上、本実施形態によれば、かみこみの発生が検出された場合、吸気バルブ２４の開弁中にニードルリフト量をＬ_２に調整するので、その傘裏に付着等したデポジットを洗浄してかみこみを解消できる。

なお、上記実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が上記筒内圧センサからの出力値に基づいてかみこみ発生の有無を判定することにより上記第４の発明の「かみこみ判定手段」が実現されている。

実施の形態５．
次に、図１１乃至図１２を参照しながら本発明の実施の形態５について説明する。
本実施形態の特徴は、図１で説明した内燃機関１０の構成において、ストイキ燃焼モード選択中に低負荷運転を行う場合、燃焼室１６内に吸入される吸気流速を考慮して燃料噴射を行う点にある。従って、以下においてはこの特徴部分を主に説明する。

［実施の形態５の特徴］
上記実施の形態１においては、基本的に低負荷走行時にリーン燃焼モードが選択され、高負荷走行時にストイキ燃焼モードが選択されるとした。しかしながら、ストイキ燃焼モードのまま低負荷走行を行う場合もある。このような場合には、要求噴射量が少量であるためニードルリフト量が低くならざるを得なくなる。ニードルリフト量が低ければ、噴孔４２からの噴霧が点火プラグ１８方向に向かう可能性があり、意図しない混合気の成層化が起こるという問題がある。そこで、本実施形態においては、ストイキ燃焼モードを継続させながら低負荷運転を行う場合、燃焼室１６内に吸入される吸気流速が最高値となるタイミングで燃料噴射を行うこととしている。

図１１乃至図１２を参照しながら、本実施形態における燃料噴射の説明を行う。図１１は、燃焼室１６内に吸入される吸気流速と、クランク角ＣＡとの関係を示した図である。図１１に示すように、吸気流速はクランク角ＣＡと相関があり、クランク角ＣＡ_１において最高値を示す。そのため、本実施形態においては、このクランク角ＣＡ_１を含む所定クランク角範囲内に燃料噴射を開始する。図１２は、実施の形態５における噴霧イメージを示した図である。上述したように、高流速の吸気流が生じている期間に燃料噴射を開始すれば、噴孔４２からの噴霧を押し下げて、燃焼室１６内に均質拡散させることができる。なお、該クランク角ＣＡ_１については、クランク角センサ５６の出力値に基づいて求めるものとする。

以上、本実施形態によれば、ストイキ燃焼モードを継続させながら低負荷運転を行う場合であっても、混合気を良好に均質化できる。

なお、上記実施の形態５においては、クランク角センサ５６が上記第５の発明の吸気流速相関値取得手段」に相当している。

１０ 内燃機関
１６ 燃焼室
１８ 点火プラグ
２０ 吸気ポート
２４ 吸気バルブ
２８ インジェクタ
３０ ノズルボディ
３２ ニードル
３４ 燃料供給通路
４０，４２，６０，６２，７０，７２ 噴孔
５０ ＥＣＵ
５２ 燃圧センサ
５４ スロットルポジションセンサ
５６ クランク角センサ
５８ 動弁機構

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室に設けられた点火プラグと、
   前記燃焼室に燃料を直接噴射するインジェクタと、
   前記インジェクタのノズルボディの先端部に形成された第１の噴孔と、
   前記第１の噴孔が形成されたノズルボディの先端部に形成され、前記点火プラグ方向に開孔すると共に、前記第１の噴孔よりも小孔径の第２の噴孔と、
   前記インジェクタの内部に形成され燃料が流通する内部流路と、
   前記インジェクタの内部に配置されたニードルと、
   前記ニードルの基準位置からの移動量の操作により前記内部流路から前記第１の噴孔および前記第２の噴孔へ夫々流入する燃料量を調整して前記内燃機関の運転モードを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記内燃機関に成層運転を行わせる場合、前記内燃機関に均質運転を行わせる場合よりも前記移動量を少なく操作することを特徴とする火花点火式内燃機関。
2. 前記制御手段は、１回の燃料噴射期間における燃料噴射量が所定量以上でかつ前記内燃機関に成層運転を行わせる場合、該燃料噴射期間中、前記内燃機関に均質運転を行わせる場合の設定移動量から前記内燃機関に成層運転を行わせる場合の設定移動量へと減少するように前記移動量を操作することを特徴とする請求項１に記載の火花点火式内燃機関。
3. 前記インジェクタは、前記燃焼室の吸気ポート側の側部に設けられ、
   前記燃焼室内での所定の高タンブル流の発生の有無を判定する高タンブル判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記所定の高タンブル流が発生していると判定された場合、前記内燃機関に均質運転を行わせる場合よりも多く、前記内燃機関に成層運転を行わせる場合よりも少なくなるように前記移動量を操作することを特徴とする請求項１または２に記載の火花点火式内燃機関。
4. 前記インジェクタは、前記燃焼室の吸気ポート側の側部に設けられ、
   前記燃焼室を開閉する吸気バルブについての所定のかみこみの発生の有無を判定するかみこみ判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記所定のかみこみが発生していると判定された場合、前記吸気バルブの開弁中の前記移動量を、前記内燃機関に成層運転を行わせる場合の設定移動量に操作することを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の火花点火式内燃機関。
5. 前記インジェクタは、前記燃焼室の吸気ポート側の側部に設けられ、
   前記燃焼室に流入する吸気流速の相関値を取得する吸気流速相関値取得手段を備え、
   前記制御手段は、１回の燃料噴射期間における燃料噴射量が所定量未満でかつ前記内燃機関に均質運転を行わせる場合、前記相関値から求まる前記吸気流速の最速期間中に前記インジェクタからの燃料噴射が開始されるように前記移動量を操作することを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載の火花点火式内燃機関。

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