JP2015190367A - 直噴ガソリンエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンによる構造体の劣化を抑制しつつ、着火性を向上させる。【解決手段】エンジン１の制御装置は、シリンダ１１内に設けられたピストン１５を有し、該シリンダ１１及び該ピストン１５によって燃焼室１７が区画されるエンジン本体と、少なくともガソリンを含む燃料を上記燃焼室１７内に噴射するインジェクタ３３と、上記燃焼室１７内でオゾンを生成するオゾン生成器４と、上記インジェクタ３３及び上記オゾン生成器４を制御するエンジン制御器１００とを備え、上記エンジン制御器１００は、圧縮行程の中期以降に上記オゾン生成器４にオゾンを生成させ、その後に、上記インジェクタ３３に燃料を噴射させる第２運転領域Ａ２を有している。【選択図】図１５

Description

ここに開示された技術は、直噴ガソリンエンジンの制御装置に関するものである。

従来より、燃料にオゾンを供給することによって燃料の着火を促進させる直噴ガソリンエンジンが知られている。

例えば、特許文献１に開示された、燃料を自己着火燃焼させるエンジンは、圧縮行程中において筒内に燃料とオゾンとを供給し、燃料とオゾンとを良好に混合させている。

特開２００２−３０９９４１号公報

ところで、オゾンの供給が早すぎると、燃焼室の壁面等の構造体の劣化やエンジンオイルの劣化を招く虞がある。また、オゾンが供給されてから着火するまでの時間が長いと、オゾンが破壊される虞もある。その一方で、燃料の着火性を向上させるためには、オゾンを早めに供給しておくことが好ましい。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、オゾンによる構造体の劣化を抑制しつつ、着火性を向上させることにある。

ここに開示された技術は、直噴ガソリンエンジンの制御装置を対象としている。この直噴ガソリンエンジンの制御装置は、気筒内に設けられたピストンを有し、該気筒及び該ピストンによって燃焼室が区画されるエンジン本体と、少なくともガソリンを含む燃料を上記燃焼室内に噴射するインジェクタと、上記燃焼室内でオゾンを生成するオゾン生成器と、上記インジェクタ及び上記オゾン生成器を制御する制御部とを備え、上記制御部は、圧縮行程の中期以降に上記オゾン生成器にオゾンを生成させ、その後に、上記インジェクタに燃料を噴射させる運転領域を有している。

この構成によれば、燃焼室内でのオゾン生成時期を圧縮行程中とすることによって、エンジン本体の構造体やエンジンオイルのオゾンによる劣化を抑制することができる。特に、オゾン生成時期を圧縮行程中期以降とすることによって、エンジン本体のオゾンによる劣化をより一層抑制することができる。それに加えて、燃料噴射に先立ってオゾンを生成しておくことによって、燃焼室内の空気中の酸素を予め活性化させておき、活性化した酸素（具体的にはＯラジカル）と燃料とを混合させることによって着火性を向上させることができる。

また、上記制御部は、所定の第１運転領域において、上記オゾン生成器によるオゾン生成と上記インジェクタによる燃料噴射とを同期させて実行させ、エンジン負荷が該第１運転領域よりも高負荷側の第２運転領域において、上記オゾン生成器によるオゾン生成後に上記インジェクタによる燃料噴射を実行させるようにしてもよい。

この構成によれば、相対的に高負荷側の第２運転領域においては、上述のように、オゾン生成が実行されてから、燃料噴射が実行される。そして、相対的に低負荷側の第１運転領域においては、オゾン生成と燃料噴射とが同期して実行される。つまり、低負荷の運転領域においては、燃料量が相対的に少ないので、活性化させるべき酸素の量も少ない。そのため、オゾン生成と燃料噴射とを同期させて行ったとしても、安定した着火に必要な量の酸素を活性化させることができる。そして、オゾン生成と燃料噴射とを同期させることによって、オゾン生成時期をできる限り遅くすることができるので、エンジン本体やエンジンオイルのオゾンによる劣化をより一層抑制することができる。一方、高負荷側の第２運転領域においては、燃料量が相対的に多いので、活性化させるべき酸素の量も多い。そのため、燃料噴射の前にオゾン生成を行って、燃焼室内の酸素を活性化させておくことによって、安定した着火に必要な量の酸素を活性化させることができる。

また、上記制御部は、上記第１運転領域において、上記インジェクタの噴射態様を制御することによって、上記燃焼室の中央部に混合気層を形成し且つ該混合気層の周囲に断熱ガス層を形成するようにしてもよい。

混合気層は、燃焼室内に、可燃混合気によって構成及び形成される層である。あるいは、混合気層は、当量比φ＝０．１以上の混合気層であると定義してもよい。その場合、断熱ガス層は、当量比φ＝０．１未満のガス層であると定義される。また、燃料の噴射開始から時間が経過すればするほど、燃料噴霧は拡散することから、混合気層の大きさ及び燃料濃度は、着火時点での大きさ及び濃度としてもよい。従って、着火時点において、燃焼室内で当量比φ＝０．１以上となった空間領域を、混合気層と定義することが可能であり、その着火時点での混合気層における燃料濃度を特定することが可能である。さらに、着火は、例えば、燃料の燃焼質量割合が１％以上となることをもって判定することができる。

上記の構成によれば、制御部は、第１運転領域において、燃焼室内の中央部に混合気層を形成し且つ該混合気層の周囲に断熱ガス層を形成する。混合気層と燃焼室の壁面との間に断熱ガス層を設けることによって、燃焼火炎が燃焼室の壁面に接触することを抑制すると共に、断熱ガス層を、燃焼火炎と燃焼室の壁面との間に介在する断熱層として機能させることで、冷却損失が低減する。

このような燃焼形態において、断熱ガス層にオゾンが供給され、断熱ガス層が活性化してしまうと、断熱ガス層においても燃焼が発生し、断熱層としての機能が低減してしまう虞がある。そこで、断熱ガス層を設けた燃焼を行う第１運転領域においては、オゾン生成と燃料噴射とを同期させることによって、オゾンができる限り混合気層にだけ作用し、断熱ガス層に作用しないようにすることができる。その結果、断熱ガス層を残存させ、冷却損失を低減することができる。

上記構成によれば、オゾンによるエンジン本体等の劣化を抑制しつつ、着火性を向上させることができる。

直噴ガソリンエンジンを示す概略構成図である。 インジェクタの内部構成を示す断面図である。 ピストンが圧縮上死点に位置する状態の燃焼室周辺の概略構成図である。 パルス発生装置が出力する短パルス高電圧を例示した概略図である。 短パルス放電の説明図である。 エンジン制御器のブロック図である。 エンジンの運転マップを例示する図である。 燃焼室内に形成する混合気層の形状を概念的に示す断面図である。 インジェクタから噴射する燃料噴霧の広がり方向を説明する図である。 燃料の噴射間隔を示す図である。 外開弁式のインジェクタのリフト量を示す図である。 （Ａ）燃料の噴射間隔が長いときの燃料噴霧の広がりを示す概念図、（Ｂ）燃料の噴射間隔が短いときの燃料噴霧の広がりを示す概念図である。 （Ａ）インジェクタのリフト量が小さいときの燃料噴霧の広がりを示す概念図、（Ｂ）インジェクタのリフト量が大きいときの燃料噴霧の広がりを示す概念図である。 低負荷側の運転領域におけるオゾン生成及び燃料噴射のタイミングチャートである。 高負荷側の運転領域におけるオゾン生成及び燃料噴射のタイミングチャートである。 その他の実施形態に係るインジェクタの内部構成を示す断面図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る直噴ガソリンエンジン（以下、「エンジン」という）１を概略的に示す。本実施形態では、エンジン１は、エンジン本体に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、及び、該センサからの信号に基づきアクチュエータを制御するエンジン制御器１００を含む。

エンジン１は、自動車等の車両に搭載されている。エンジン１のエンジン本体は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１（気筒）が形成されている（図１では、１つのみ示す）。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の内部には、図示は省略するが冷却水が流れるウォータージャケットが形成されている。エンジン１の燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよく、少なくともガソリンを含む燃料（液体燃料）であれば、どのような燃料であってもよい。

各シリンダ１１内には、ピストン１５が摺動自在にそれぞれ嵌挿されている。ピストン１５は、コネクティングロッド１６ａを介してクランクシャフト１６に連結されている。ピストン１５は、シリンダ１１と共に燃焼室１７を区画している。燃焼室１７は、所謂ドーム型である。すなわち、シリンダヘッド１３により形成される燃焼室１７の天井面は、アーチをシリンダ１１の中心軸を中心に回転させた形状をしている。ピストン１５の冠面１５ａも、燃焼室１７の天井面に対応させて、ドーム型に形成されている。ただし、冠面１５ａの中心部には、凹状のキャビティ１５ｂが形成されている。尚、上記天井面及びピストン１５の冠面１５ａの形状は、どのような形状であってもよい。例えば、天井面（シリンダヘッド１３の下面）は、吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしていてもよい（所謂、ペントルーフ型）。

図１には１つのみ示すが、シリンダ１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（燃焼室１７の天井面における吸気側の傾斜面）に開口することで燃焼室１７に連通している。同様に、シリンダ１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（燃焼室１７の天井面の排気側の傾斜面）に開口することで燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、シリンダ１１内に導入される新気が流れる吸気通路（図示省略）に接続されている。吸気通路には、吸気流量を調整するスロットル弁が設けられており、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、スロットル弁の開度が調整される。一方、排気ポート１９は、各シリンダ１１からの既燃ガス（排気ガス）が流れる排気通路（図示省略）に接続されている。排気通路には、図示は省略するが、１つ以上の触媒コンバータを有する排気ガス浄化システムが配置（図示省略）される。触媒コンバータは例えば、三元触媒で構成される。

シリンダヘッド１３には、吸気弁２１及び排気弁２２が、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構２１ａにより、排気弁２２は排気弁駆動機構２２ａにより、それぞれ駆動される。吸気弁２１及び排気弁２２は所定のタイミングで往復動して、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、シリンダ１１内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構２１ａ及び排気弁駆動機構２２ａは、図示は省略するが、それぞれ、クランクシャフトに駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、これらのカムシャフトはクランクシャフトの回転と同期して回転する。また、少なくとも吸気弁駆動機構２１ａは、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は機械式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）２１ｂを含んで構成されている。尚、ＶＶＴ２１ｂと共に、弁リフト量を連続的に変更可能なリフト可変機構（ＣＶＶＬ（Continuous Variable Valve Lift））を備えるようにしてもよい。

シリンダヘッド１３におけるシリンダ１１の中心軸上には、気筒内（燃焼室１７内）に燃料を直接噴射するインジェクタ３３が配設されている。このインジェクタ３３は、例えばブラケットを使用する等の周知の構造でシリンダヘッド１３に取付固定されている。インジェクタ３３の先端は、燃焼室１７の天井部の中心に臨んでいる。

図２に示すように、インジェクタ３３は、シリンダ１１内に燃料を噴射するノズル口４１が形成されたノズル本体４０と、ノズル口４１を開閉する外開弁４２とを有する、外開弁式のインジェクタである。インジェクタ３３は、所定の中心軸Ｓに対して傾斜する方向であって該中心軸Ｓを中心とする径方向外側へ広がる方向へ燃料を噴射すると共に、ノズル口４１の有効断面積を調整可能に構成されている。ノズル口４１は、噴口の一例であり、外開弁４２は、弁体の一例である。

ノズル本体４０は、中心軸Ｓに沿って延びる管状の部材であって、その内部を燃料が流通する。ノズル口４１の開口縁は、ノズル本体４０の先端部において、先端側ほど径が大きくなるテーパ状に形成されている。ノズル本体４０の基端側の端部は、内部にピエゾ素子４４が配設されたケース４５に接続されている。外開弁４２は、弁本体４２ａと、弁本体４２ａからノズル本体４０内を通ってピエゾ素子４４に接続された連結部４２ｂとを有している。弁本体４２ａは、ノズル本体４０の先端においてノズル本体４０から外側に露出している。弁本体４２ａの連結部４２ｂ側の部分が、ノズル口４１の開口縁と略同じ形状を有しており、該部分がノズル口４１の開口縁に当接（つまり、着座）しているときには、ノズル口４１が閉状態となる。

インジェクタ３３は、中心軸Ｓがシリンダ１１の中心軸Ｘ（つまり、気筒中心軸Ｘ）と一致し、ノズル口４１が燃焼室１７の天井部に臨む状態で配置されている。

ピエゾ素子４４は、電圧の印加による変形により、外開弁４２を中心軸方向に押圧してノズル本体４０のノズル口４１の開口縁からリフトさせることによって、ノズル口４１を開放する。このとき、燃料がノズル口４１から中心軸Ｓに対して傾斜した方向であって中心軸Ｓを中心とする半径方向へ広がる方向へ噴射される。具体的には、燃料は、中心軸Ｓを中心とするコーン状（詳しくはホローコーン状）に噴射される。そのコーンのテーパ角は、本実施形態では、９０°〜１００°である（ホローコーンにおける内側の中空部のテーパ角は７０°程度である）。そして、ピエゾ素子４４への電圧の印加が停止すると、ピエゾ素子４４が元の状態に復帰することで、外開弁４２がノズル口４１を再び閉状態とする。このとき、ケース４５内における連結部４２ｂの周囲に配設された圧縮コイルバネ４６がピエゾ素子４４の復帰を助長する。

ピエゾ素子４４に印加する電圧が大きいほど、外開弁４２の、ノズル口４１を閉じた状態からのリフト量（以下、単にリフト量という）が大きくなる（図７も参照）。このリフト量が大きいほど、ノズル口４１の開度（つまり、有効断面積）が大きくなってノズル口４１から気筒内に噴射される燃料噴霧の粒径が大きくなる。逆に、リフト量が小さいほど、ノズル口４１の開度が小さくなってノズル口４１から気筒内に噴射される燃料噴霧の粒径が小さくなる。ピエゾ素子４４の応答は速く、例えば１サイクル中に２０回程度の多段噴射が可能である。但し、外開弁４２を駆動する手段としては、ピエゾ素子４４には限られない。

エンジン１は、燃料供給システム３４を備えている。燃料供給システム３４は、外開弁４２（ピエゾ素子４４）を駆動するための電気回路と、インジェクタ３３に燃料を供給する燃料供給系とを備えている。エンジン制御器１００は、所定のタイミングで、リフト量に応じた電圧を有する噴射信号を上記電気回路に出力することで、該電気回路を介してピエゾ素子４４及び外開弁４２を作動させて、所望量の燃料を、気筒内に噴射させる。上記噴射信号の非出力時（つまり、噴射信号の電圧が０であるとき）には、外開弁４２によりノズル口４１が閉じられた状態となる。このようにピエゾ素子４４は、エンジン制御器１００からの噴射信号によって、その作動が制御される。こうしてエンジン制御器１００は、ピエゾ素子４４の作動を制御して、インジェクタ３３のノズル口４１からの燃料噴射及び該燃料噴射時におけるリフト量を制御する。

上記燃料供給系には、図示省略の高圧燃料ポンプやコモンレールが設けられており、その高圧燃料ポンプは、低圧燃料ポンプを介して燃料タンクより供給されてきた燃料をコモンレールに圧送し、コモンレールは、その圧送された燃料を、所定の燃料圧力で蓄える。そして、インジェクタ３３が作動する（つまり、外開弁４２がリフトされる）ことによって、上記コモンレールに蓄えられている燃料がノズル口４１から噴射される。

また、エンジン１は、オゾン生成器４を備えている。オゾン生成器４は、放電プラグ４１と、パルス電圧発生装置４２とを有している。

放電プラグ４１の先端部には、図３に示すように、棒状の電極４１ａが設けられている。電極４１ａの周囲には、碍子４１ｂが設けられ、これにより、電極４１ａが周囲の構造物から電気的に絶縁さている。放電プラグ４１は、例えばねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に固定されている。この状態において、電極４１ａは、燃焼室１７の天井面から燃焼室１７内に突出している。電極４１ａは、碍子４１ｂ等によって、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３から電気的に絶縁されている。

また、電極４１ａの先端は、ピストン１５が圧縮上死点に位置する状態において、キャビティ１５ｂの中央１５ｃよりも、キャビティ１５ｂの周縁部と冠面１５ａとで形成される稜部１５ｄの近くに位置する。

パルス電圧発生装置４２は、放電プラグ４１と電気的に接続されており、パルス電圧を放電プラグ４１に印加する。具体的には、パルス電圧発生装置４２は、図４に示すように、パルス幅（例えば、半値幅）ＰＷが５０ｎｓ以下で電圧値が１０ｋＶ以上のパルス電圧（以下、「短パルス高電圧」という）を高い周波数で断続的に出力する。パルス電圧発生装置４２は、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、短パルス高電圧を放電プラグ４１に印加する。

オゾン生成器４は、短パルス高電圧を放電プラグ４１に印加することによって燃焼室１７内でストリーマ放電を発生させ、オゾンを燃焼室１７内で生成する。

図５に、針状の電極と、その周囲に配置された円筒状の電極間に高電圧を極短時間で印加した時の電流及び電圧の変化の一例を模式的に示す。

図５によれば、電流は、電圧に遅れて増加する。そのため、電圧が所定の高電圧に達した時点では、電流は、ほとんど流れていない。その後、電圧は高電圧でしばらく維持されて、電流は僅かに流れるようになる。更にその後、電流が急増し、電極間に高電流が流れるようになると、電圧は降下する。

電圧が所定の高電圧に達するまでの初期領域では、ストリーマ放電が発生し（ストリーマ放電発生領域ＳＤ）、電圧の降下及び電流の急増が生じる後期領域では、アーク放電が発生する（アーク放電発生領域ＡＤ）。これら両領域ＳＤ，ＡＤの間の中期領域は、遷移領域となっている。

遷移領域やアーク放電発生領域ＡＤでは、火花や熱等が発生する可能性があるが、ストリーマ放電発生領域ＳＤでは、その可能性が無い。そのため、ストリーマ放電発生領域ＳＤを超えない短パルス幅の高電圧を印加することによって、燃焼室１７内で火花等を生じさせることなく、ストリーマ放電を安定して発生させることができる。その結果、オゾンを安定して生成することができ、オゾン生成効率を向上させることができる。

エンジン制御器１００は、周知のマイクロコントローラであって、プログラムを実行するプロセッサと、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。エンジン制御器１００は、制御部の一例である。

エンジン制御器１００は、図６に示すように、エアフローセンサ、クランク角センサ、アクセル開度センサ及び車速センサ等の各種センサからの信号をそれぞれ受ける。エンジン制御器１００は、これらの入力信号に基づいて、例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等といった、エンジン１の制御パラメータを計算する。そして、エンジン制御器１００は、それらの信号を、スロットル弁、ＶＶＴ２１ｂ、燃料供給システム３４及びパルス電圧発生装置４２等に出力する。

このエンジン１の幾何学的圧縮比εは、１５以上４０以下とされている。この幾何学的圧縮比εは、特に２０以上３５以下が好ましい。本実施形態では、エンジン１は圧縮比＝膨張比となる構成から、高圧縮比と同時に、比較的高い膨張比を有するエンジン１でもある。尚、圧縮比≦膨張比となる構成（例えばアトキンソンサイクルや、ミラーサイクル）を採用してもよい。また、吸気弁２１の遅閉じ等を行う場合には、エンジン１の有効圧縮比は、１２以上に設定される。好ましくは、エンジン１の有効圧縮比は、１８以上に設定される。

燃焼室１７は、図１に示すように、シリンダ１１の壁面と、ピストン１５の冠面と、シリンダヘッド１３の下面（天井面）と、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成されている。そして、冷却損失を低減するべく、これらの各面に、断熱層が設けられている。断熱層は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、区画面を通じて放出されることを抑制するため、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低く設定される。例えば、母材の材質は、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１３及びピストン１５については、アルミニウム合金や鋳鉄であり、吸気弁２１及び排気弁２２については、耐熱鋼や鋳鉄等である。

また、断熱層６は、冷却損失を低減する上で、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、燃焼室１７内のガス温度は燃焼サイクルの進行によって変動するが、燃焼室１７の断熱構造を有しない従来のエンジンは、シリンダヘッドやシリンダブロック内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、燃焼室１７を区画する面の温度は、燃焼サイクルの進行にかかわらず、概略一定に維持される。

一方で、冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−区画面の温度）によって決定されることから、ガス温度と壁面の温度との差温が大きくなればなるほど冷却損失は大きくなってしまう。冷却損失を抑制するためには、ガス温度と区画面の温度との差温は小さくすることが望ましいが、冷却水によって燃焼室１７の区画面の温度を概略一定に維持した場合、ガス温度の変動に伴い差温が大きくなることは避けられない。そこで、断熱層６の熱容量を小さくして、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化するようにすることが好ましい。

上記断熱層６は、例えば、母材上にＺｒＯ_２等のセラミック材料をプラズマ溶射によってコーティングして形成すればよい。このセラミック材料の中には、多数の気孔を含んでいてもよい。このようにすれば、断熱層６の熱伝導率及び容積比熱をより低くすることができる。

また、本実施形態では、吸気ポート１８の内壁を、熱伝導率が非常に低くて断熱性に優れかつ耐熱性にも優れたチタン酸アルミニウムで構成している。この構成は、新気が吸気ポート１８を通過するときに、シリンダヘッド１３から受熱して温度が上がることを抑制乃至回避し得る。これによってシリンダ１１内に導入する新気の温度（初期のガス温度）が低くなるため、燃焼時のガス温度が低下し、ガス温度と燃焼室１７の区画面との差温を小さくする上で有利になる。燃焼時のガス温度を低下させることは熱伝達率を低くし得るから、そのことによる冷却損失の低減にも有利になる。

このように構成されたエンジン１は、全運転領域において、自己着火燃焼を行う。エンジン制御器１００は、圧縮上死点以降に自己着火燃焼による主燃焼（エンジントルクを生成する燃焼（１サイクル中で最も大きな熱量を発生させる燃焼））が生じるようにインジェクタ３３に燃料噴射を行わせる。さらに、エンジン制御器１００は、エンジン負荷が少なくとも中、高負荷の運転領域では、エンジン負荷が大きくなるほど、自己着火燃焼をリタードさせている。少なくとも高負荷の運転領域においては、自己着火燃焼の燃焼期間が、モータリング時の燃焼室内の圧力上昇率が負の最大値となる時点と重複している。モータリングとは、燃焼を伴わずに、エンジンのクランク軸を電動モータで回すことである。

このエンジン１では、上記の燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造に加えて、気筒内（燃焼室１７内）において断熱ガス層（以下、ガス層という場合もある。）による断熱層を形成することで、冷却損失をさらに低減するようにしている。以下、このことについて詳細に説明する。

図７は、エンジン１の温間時の運転マップを例示している。図７に示す運転マップにおいて、エンジン負荷が低い第１運転領域Ａ１において、燃焼室１７内にガス層による断熱層を形成する。つまり、エンジン負荷が比較的低くかつ、それによって燃料噴射量が比較的少ない運転状態においては、燃焼室１７内にガス層による断熱層を形成することによって、冷却損失を低減し、熱効率の向上を図る。ここで、第１運転領域は、エンジンの負荷領域を低、中、及び高の３つの領域に区分（例えば、三等分）したときの、低領域を少なくとも含んでいる。

図８は、第１運転領域Ａ１において、燃焼室１７内に形成する混合気層の形状を概念的に示している。燃焼室１７内にガス層による断熱層を形成するとは、同図に示すように、燃焼室１７内の中央部に混合気層Ｇ１を形成すると共に、その周囲に新気を含むガス層Ｇ２を形成することである。

ここでいう混合気層Ｇ１は、可燃混合気（例えば当量比φ＝０．１以上の混合気）によって構成される層と定義している。また、燃料の噴射開始から時間が経過すればするほど、燃料噴霧は拡散することから、混合気層Ｇ１の大きさは、着火時点での大きさである。さらに、着火とは、例えば、燃料の燃焼質量割合が１％以上となることをもって判定することができる。

また、ガス層Ｇ２は、φ＝０．１未満の混合気によって構成される層と定義している。ガス層Ｇ２は、新気のみであってもよく、新気に加えて、既燃ガス（つまり、ＥＧＲガス）を含んでいてもよい。尚、後述の通り、ガス層Ｇ２が断熱層の役割を果たす限度において、ガス層Ｇ２に少量の燃料が混じることは許容される。

尚、燃料室内の混合気層Ｇ１及びガス層Ｇ２は、シュリーレン法、又は燃料にシリコンオイルを混入させ該燃料の噴霧を光学的に読み取る手法等によって可視化することができる。そして、可視化された燃料噴霧に基づいて、当量比φを求めることができ、混合気層Ｇ１及びガス層Ｇ２を判別することができる。例えば、所定の当量比φに相当する輝度により、混合気層Ｇ１とガス層Ｇ２とを判別することができる。

混合気層Ｇ１の表面積（Ｓ）と体積（Ｖ）との比（Ｓ／Ｖ比）を小さくすることによって、燃焼時に周囲のガス層Ｇ２との伝熱面積が小さくなると共に、混合気層Ｇ１とシリンダ１１の壁面との間のガス層Ｇ２により、混合気層Ｇ１の火炎がシリンダ１１の壁面に接触することが抑制され、また、ガス層Ｇ２自体が断熱層となって、シリンダ１１の壁面からの熱の放出を抑えることができるようになる。この結果、冷却損失を大幅に低減することができる。

エンジン制御器１００は、燃焼室１７内の中央部に混合気層Ｇ１が形成され且つ、混合気層Ｇ１の周囲にガス層Ｇ２が形成されるように、圧縮行程後半から膨張行程初期の期間にインジェクタ３３のノズル口４１からシリンダ１１内に燃料を噴射させるべく、燃料供給システム３４の電気回路に噴射信号を出力する。ここで、圧縮行程後半は、圧縮行程を、前半と後半との２つの領域に区分（例えば、二等分）したときの後半である。また、膨張行程初期は、膨張行程を、初期、中期及び終期の３つの領域に区分（例えば、三等分）したときの初期である。

燃料噴射量が相対的に少ない場合には、シリンダ１１の中心軸Ｘ上に配設されたインジェクタ３３から、圧縮行程後半から膨張行程初期の期間に、シリンダ１１内に燃料を噴射することによって燃料噴霧の広がりを抑制して、燃焼室１７内の中央部の混合気層Ｇ１と、その周囲のガス層Ｇ２とを形成することが比較的、容易に実現する。しかしながら、燃焼噴射量が増えるに従い、燃料噴射期間が長くなることから、燃料噴霧は特にシリンダ１１の中心軸Ｘの方向に広がるようになり、その結果、混合気層Ｇ１は、例えばピストン１５の冠面に触れるようになる。つまり、混合気層Ｇ１の周囲のガス層Ｇ２が確実に形成されなくなる。上述の通り、このエンジン１は、幾何学的圧縮比が高く、それに伴い燃焼室（つまり、ピストンが圧縮上死点に位置したときのシリンダ内空間）の容積が小さい。そのため、このエンジン１は、燃料噴霧がシリンダ１１の中心軸Ｘの方向に広がったときに、混合気層Ｇ１はピストン１５の冠面に触れやすい。

そこで、このエンジン１は、燃料噴射量が多い場合においても燃焼室１７内の中心部の混合気層Ｇ１とその周囲のガス層Ｇ２とを確実に形成するために、燃焼室１７内に形成する混合気層Ｇ１の形状をコントロールする。具体的には、図８に白抜きの矢印で示すように、燃料噴射量が増えたときには、燃料噴霧を、シリンダ１１の中心軸Ｘに交差する径方向の外方に広がるようにする。そのことによって、混合気層Ｇ１の中心軸Ｘの方向の長さが長くなることを抑制して混合気層Ｇ１がピストン１５の冠面に触れることを回避しつつ、中心軸Ｘの方向よりも空間的な余裕のある径方向の外方に混合気層Ｇ１を広げることによって、混合気層Ｇ１がシリンダ１１の内壁に触れることも回避する。燃焼室１７内に形成する混合気層Ｇ１の形状をコントロールすることは、燃焼室１７内に形成される混合気層Ｇ１の中心軸方向の長さをＬ、径方向の幅をＷとしたときに、長さＬと幅Ｗとの比（Ｌ／Ｗ）を調整することであり、上述のＳ／Ｖ比を小さくする上で、Ｌ／Ｗ比を所定以上にしつつも、燃料噴射量が増えたときには、Ｌ／Ｗ比を小さくすることになる。

このような混合気層Ｇ１の形状のコントロールを実現するために、エンジン１では、インジェクタ３３による燃料噴射の間隔（図１０参照）とリフト量（図１１参照）とがそれぞれ調整される。これにより、図９に示すように、燃料噴霧の進行方向への広がりと燃料噴霧の径方向への広がりとが独立して制御される。燃料噴射の間隔は、図１０に概念的に示すように、燃料噴射の終了から、次の燃料噴射の開始までの間隔と定義される。上述の通り、このインジェクタ３３は高応答であり、１〜２ｍｓｅｃの間に、２０回程度の多段噴射が可能である。また、インジェクタ３３のリフト量は、図１１に概念的に示すように、燃料の噴射開口面積に比例し、上述の通り、リフト量が大きいほど、噴射開口面積（即ち、ノズル口４１の有効断面積）は大きくなり、リフト量が小さいほど、噴射開口面積は小さくなる。

図１２は、インジェクタ３３のリフト量を一定にした上で、燃料の噴射間隔を長くしたとき（同図（Ａ））と、噴射間隔を短くしたとき（同図（Ｂ））との燃料噴霧の広がりの違いを、概念的に示している。インジェクタ３３からホローコーン状に噴射された燃料噴霧は、燃焼室１７内を高速で流れる。そのため、コアンダ効果により、ホローコーンの内側においてインジェクタ３３の中心軸Ｓに沿うように、負圧領域が発生する。燃料噴射間隔が長いときには、燃料噴射から次の燃料噴射までの間に、負圧領域の圧力が回復するようになるため、負圧領域は小さくなる。これに対し、燃料噴射間隔が短いときには、間を空けずに燃料噴射が繰り返されるため、負圧領域の圧力回復が抑制される。その結果、負圧領域は、図１２（Ｂ）に示すように、大きくなる。

燃料噴霧は、この負圧に引き寄せされるようになる。負圧領域は中心軸Ｓを中心とする径方向の中央側に形成されるため、負圧領域が相対的に大きいときには、図１２（Ｂ）に示すように、燃料噴霧の径方向への広がりは抑制される。これに対し、負圧領域が相対的に小さいときには、図１２（Ａ）に示すように、燃料噴霧は、あまり引き寄せられないため、径方向へ広がりやすくなる。つまり、インジェクタ３３の燃料の噴射間隔を短くすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを抑制することが可能になる一方、その噴射間隔を長くすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを促進することが可能になる。

図１３は、燃料の噴射間隔を一定にした上で、インジェクタ３３のリフト量を小さくしたとき（同図（Ａ））と、リフト量を大きくしたとき（同図（Ｂ））との燃料噴霧の広がりの違いを、概念的に示している。この場合、噴射間隔が同じであるため、燃焼室１７内の負圧領域は同じになるものの、リフト量が相違することによって、燃料噴霧の粒径が異なる。つまり、インジェクタ３３のリフト量を小さくしたときには、燃料噴霧の粒径も小さくなるため、燃料噴霧の運動量が小さくなる。このため、燃料噴霧は、負圧によって径方向の中央側に引き寄せられやすくなり、図１３（Ａ）に示すように、径方向の外方への広がりが抑制される。これに対し、インジェクタ３３のリフト量を大きくしたときには、燃料噴霧の粒径が大きくなるため、燃料噴霧の運動量が大きくなる。このため、燃料噴霧は、負圧に引き寄せられにくくなり、図１３（Ｂ）に示すように、径方向の外方に広がり易くなる。つまり、インジェクタ３３のリフト量を大きくすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを促進することが可能になる一方、そのリフト量を小さくすれば、燃料噴霧の径方向の広がりを抑制することが可能になる。

また、粒径が大きい燃料噴霧は、運動量が大きいので、進行方向への飛散距離も長くなる。さらに、粒径が大きい燃料噴霧は、負圧領域の影響を受けて減速しにくく、このことによっても飛散距離が長くなる。それに対し、粒径が小さい燃料噴霧は、運動量が小さいので、進行方向への飛散距離が短くなる。さらに、粒径が小さい燃料噴霧は、負圧領域の影響を受けて減速しやすく、このことによっても飛散距離が短くなる。

このように、インジェクタ３３の噴射間隔及びリフト量を変更することによって、燃料噴霧の広がりを、径方向と進行方向との２方向について独立して制御することが可能になる。そこで、このエンジン１では、リフト量が相対的に大きく且つ噴射間隔が相対的に大きい複数回の燃料噴射を含む第１噴射群と、リフト量が相対的に小さく且つ噴射間隔が相対的に小さい複数回の燃料噴射を含む第２噴射群とを組み合わせて、混合気層Ｇ１の形状を制御している。何れの噴射群においても、複数回の燃料噴射を行う多段噴射が実行される。ここで、多段噴射とは、燃料の噴射間隔（燃料噴射の終了から次の燃料噴射の開始までの間隔）が０．５ｍｓ以下の断続的な燃料噴射を意味する。

詳しくは、第１噴射群は、インジェクタ３３のリフト量を第２噴射群よりも大きくし且つ、燃料の噴射間隔を第２噴射群よりも大きくした、所定回数の燃料噴射を含む。噴射間隔を広くすることによって負圧領域が小さくなる。それに加えて、リフト量を大きくして燃料噴霧の粒径を大きくすることによって、燃料噴霧の運動量が大きくなる。その結果、進行方向への飛散距離が相対的に長く且つ径方向へ広がった燃料噴霧が形成される。

第２噴射群は、インジェクタ３３のリフト量を第１噴射群よりも小さくし且つ、燃料の噴射間隔を第１噴射群よりも小さくした、所定回数の燃料噴射を含む。噴射間隔を狭くすることによって負圧領域が拡大される。それに加えて、リフト量を小さくして燃料噴霧の粒径を小さくすることによって、燃料噴霧の運動量が小さくなる。その結果、進行方向への飛散距離が相対的に短く且つ径方向への広がりが抑制された燃料噴霧が形成される。

エンジン制御器１００は、エンジン１の運転状態に応じて第１噴射群と第２噴射群との割合を変更することによって、混合気層Ｇ１をエンジン１の運転状態に応じた形状に制御している。基本的な原理としては、第１噴射群の割合を多くすることによって、径方向外方へ広がった混合気層Ｇ１が形成される一方、第２噴射群の割合を多くすることによって、径方向外側への広がりが抑制された混合気層Ｇ１が形成される。

尚、エンジン１の運転状態によっては、第１噴射群が省略され、第２噴射群だけが実行される場合や、第１噴射群に含まれる燃料噴射が１回だけで、あとは第２噴射群となる場合や、第２噴射群が省略され、第１噴射群だけが実行される場合や、第２噴射群に含まれる燃料噴射が１回だけで、あとは第１噴射群となる場合もある。また、第１噴射群の後に第２噴射群を実行してもよいし、第２噴射群のあとに第１噴射群を実行してもよい。

それに加えて、エンジン制御器１００は、自己着火燃焼を行う際に、オゾン生成器４にオゾンを生成させ、自己着火燃焼の着火をアシストしている。図１４に、第１運転領域Ａ１におけるオゾン生成及び燃料噴射のタイミングチャートを示す。図１５に、第１運転領域Ａ１よりも高負荷側の第２運転領域Ａ２におけるオゾン生成及び燃料噴射のタイミングチャートを示す。尚、ここでの燃料噴射は、主燃焼のための燃料噴射であり、所謂、プレ噴射及びポスト噴射等とオゾン生成との関係を示すものではない。図中の符号Ｆは、燃料噴射を、符号Ｏ３は、オゾン生成を表している。

第１運転領域Ａ１では、エンジン制御器１００は、圧縮行程の中期以降において、オゾン生成器４によるオゾン生成とインジェクタ３３による燃料噴射とを同期させて行う。ここで、圧縮行程の中期とは、圧縮行程を、初期、中期及び終期の３つの領域に区分（例えば、三等分）したときの中期である。同期とは、オゾン生成期間と燃料噴射期間とが完全に重複している場合だけでなく、オゾン生成期間と燃料噴射期間とが一部重複している場合も含む。

ここで、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３等は接地されているので、放電プラグ４１に短パルス高電圧が印加されると、燃焼室１７の内壁と電極４１ａとの間で放電が生じる（電極４１ａがアノードに相当し、燃焼室１７の内壁がカソードに相当する）。印加される電圧は、所定の短パルス高電圧に制御されているので、燃焼室１７ではストリーマ放電のみが発生する。従って、火花や熱が生じるおそれはほとんどない。電極４１ａには誘電体が介在しておらず、さらに、オゾンが燃焼室１７で直接生成されるため、オゾン生成効率及びエネルギ利用効率を向上させることができる。さらに、燃料噴射中に放電プラグ４１への電圧印加を行うことによって、オゾン生成効率を向上させることができる。詳しくは、燃料の液滴は、空気よりも電気抵抗が低いので、燃焼室１７内に燃料の液滴が存在する場合には、電極４１ａと液滴との間で放電が発生しやすくなる。その結果、電極４１ａと燃焼室１７の内壁との間で放電が発生する場合と比べて、放電が生じやすくなる。

このようにオゾン添加を行うことによって、混合気中の酸素がＯＨラジカルにより活性化され、自己着火燃焼が生じやすくなる。

このとき、混合気の形成と混合気中の酸素の活性化とを同期させることによって、オゾンをできる限り混合気層Ｇ１にだけ供給し、ガス層Ｇ２にオゾンが供給されないようにすることができる。ガス層Ｇ２へのオゾンの供給を抑制することによって、ガス層Ｇ２の活性化を抑制し、ガス層Ｇ２が残存した状態での燃焼を実現することができる。それに加えて、第１運転領域Ａ１においてはオゾン生成と燃料噴射とを同期させるため、燃料の液滴への放電が支配的となる。つまり、混合気層Ｇ１の酸素を選択的に活性化させることができる。こうして、着火性の向上と冷却損失の低減とを両立させることができる。

一方、第１運転領域Ａ１よりもエンジン負荷が高い第２運転領域Ａ２では、エンジン制御器１００は、圧縮行程の中期以降において、まずオゾン生成器４によるオゾン生成を実行した後、続いてインジェクタ３３による燃料噴射を行う。これにより、燃料噴射量に応じた、より多くの酸素を活性化させて、着火性を向上させることができる。

この第２運転領域Ａ２では、第１運転領域Ａ１における回転数が同じ運転状態に比べて着火時期をリタードさせている。第２運転領域Ａ２では、第１運転領域Ａ１よりもエンジン負荷が高いので、クランク角に対する圧力上昇率ｄＰ／ｄθ（以下、単に「圧力上昇率ｄＰ／ｄθ」という）が大きくなり、騒音振動レベルが高くなると共に異常燃焼が生じやすくなる傾向にある。そこで、エンジン制御器１００は、第２運転領域Ａ２では、自己着火燃焼をリタードさせて、圧力上昇率ｄＰ／ｄθを低減している。燃焼期間をリタードさせて、燃焼時の圧力上昇率ｄＰ／ｄθが最大となるタイミングをモータリング時の圧力上昇率ｄＰ／ｄθの負の最大値となる時点に近づけることによって、燃焼時の圧力上昇率ｄＰ／ｄθを全体的に低減することができる。モータリングとは、燃焼を伴わずに、エンジンのクランク軸を電動モータで回すことである。モータリング時の燃焼室１７の圧力上昇率ｄＰ／ｄθは、圧縮行程では正の値であり、圧縮上死点で零となり、膨張行程が進むにつれて減少し、やがて負の最大値となる。好ましくは、燃焼期間がモータリング時の圧力上昇率ｄＰ／ｄθが負の最大値となる時点と重複するように、燃焼時期をリタードさせる。

しかしながら、膨張行程が進むと筒内温度が低下するため、燃焼時期をリタードさせると、着火にとっては不利な環境となる。そのため、燃焼室１７内でオゾンを生成することによって、燃料の着火性を向上させている。

このように第２運転領域Ａ２では、より不利な環境で燃料を着火させなければならないため、第１運転領域Ａ１に比べてより多くの酸素を活性化させることが好ましい。それに加えて、第２運転領域Ａ２は、第１運転領域Ａ１よりもエンジン負荷が高く、燃料噴射量が多いので、この点においても、第１運転領域Ａ１に比べてより多くの酸素を活性化させることが好ましい。

そこで、第２運転領域Ａ２では、燃料噴射に先立ってオゾンを生成している。これにより、燃焼室１７内のより広範囲の酸素を予め活性化させることができる。その結果、燃料量が多く且つ、リタードした不利な環境であっても、燃料を良好に着火させることができる。

以上のように、エンジン１の制御装置は、シリンダ１１内に設けられたピストン１５を有し、該シリンダ１１及び該ピストン１５によって燃焼室１７が区画されるエンジン本体と、少なくともガソリンを含む燃料を上記燃焼室１７内に噴射するインジェクタ３３と、上記燃焼室１７内でオゾンを生成するオゾン生成器４と、上記インジェクタ３３及び上記オゾン生成器４を制御するエンジン制御器１００とを備え、上記エンジン制御器１００は、圧縮行程の中期以降に上記オゾン生成器４にオゾンを生成させ、その後に、上記インジェクタ３３に燃料を噴射させる第２運転領域Ａ２を有している。

この構成によれば、オゾンを圧縮行程中に生成するので、エンジン本体の構造体やエンジンオイルがオゾンに晒される時間を可及的に短くすることができる。その一方で、燃料噴射の前にオゾンを生成することによって、燃料噴射時には燃焼室１７内の酸素が活性化しており、燃料を早期に且つ安定して着火させることができる。その結果、オゾンによるエンジン本体及びエンジンオイルの劣化を抑制しつつ、着火性を向上させることができる。

また、上記エンジン制御器１００は、所定の第１運転領域Ａ１において、上記オゾン生成器４によるオゾン生成と上記インジェクタ３３による燃料噴射とを同期させて実行させ、エンジン負荷が該第１運転領域Ａ１よりも高負荷側の第２運転領域Ａ２において、上記オゾン生成器４によるオゾン生成後に上記インジェクタ３３による燃料噴射を実行させる。

この構成によれば、燃料量が相対的に多い第２運転領域Ａ２では、活性化させるべき酸素量が多いので、燃料噴射に先立って燃焼室１７でオゾンを生成することによって、燃焼室１７内の多くの酸素を活性化させている。一方、燃料量が相対的に少ない第１運転領域Ａ１では、活性化させるべき酸素量が少ないので、燃料噴射に同期させてオゾンを生成することによって、混合気内の酸素を活性化させている。第１運転領域Ａ１においては、活性化させるオゾンを低減することによって、エンジン本体やエンジンオイルのオゾンによる劣化をさらに抑制することができる。

さらに、上記エンジン制御器１００は、上記第１運転領域Ａ１において、上記インジェクタ３３の噴射態様を制御することによって、上記燃焼室の中央部に混合気層Ｇ１を形成し且つ該混合気層Ｇ１の周囲にガス層Ｇ２を形成する。

この構成によれば、ガス層Ｇ２を設けることによって冷却損失を低減することができる。そして、第１運転領域Ａ１では燃料噴射とオゾン生成が同期しているので、ガス層Ｇ２に供給されるオゾンをできる限り低減することができる。そのため、ガス層Ｇ２をできる限り断熱層として機能させることができ、冷却損失の低減と着火性の向上とを両立させることができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、オゾン生成器４は、上記の構成に限られるものではない。燃料の着火後にオゾンを添加できる構成であれば、任意の構成を採用することができる。

放電プラグ４１の電極４１ａの先端は、ピストン１５が圧縮上死点に位置する状態において、キャビティ１５ｂの中央１５ｃよりもピストン１５の稜部１５ｄに近くなくてもよい。例えば、電極４１ａの先端がキャビティ１５ｂの中央１５ｃにより近い構成であってもよい。

また、以上の説明では、燃料の着火をアシストするためのオゾン生成について説明しているが、それ以外の目的でのオゾン生成を含んでいてもよい。例えば、燃焼の後燃えを低減するためのオゾン生成をさらに含んでいてもよい。

また、インジェクタの構成は、上記実施形態に限られるものではない。噴口の有効断面積を変更できる限り、任意のインジェクタを採用することができる。例えば、図１６に示すような、ＶＣＯ（Valve Covered Orifice）ノズルタイプのインジェクタ２３３であってもよい。図１６は、インジェクタ２３３の内部構成を示す断面図である。

詳しくは、インジェクタ２３３は、シリンダ１１内に燃料を噴射するノズル口２４１が形成されたノズル本体２４０と、ノズル口２４１を開閉するニードル弁２４２とを有する。ノズル本体２４０は、所定の中心軸Ｓに沿って延びる管状の部材であって、その内部を燃料が流通する。ノズル本体２４０の先端部は、円錐状に形成されている。ノズル本体２４０の先端部の内周面には、すり鉢状のシート部２４３が形成されている。ノズル本体２４０の先端部に、複数のノズル口２４１が貫通形成されている。ノズル口２４１の一端は、シート部２４３に開口している。ノズル口２４１は、中心軸Ｓ回りに等間隔で複数配置されている。ニードル弁２４２の先端部は、円錐状に形成され、ノズル本体２４０のシート部２４３に着座するようになっている。ノズル口２４１は、ニードル弁２４２がシート部２４３に着座することによって閉鎖されるようになっている。ノズル口２４１は、噴口の一例であり、ニードル弁２４２は、弁体の一例である。

ニードル弁２４２は、インジェクタ３３と同様にピエゾ素子により駆動される。ニードル弁２４２が駆動され、シート部２４３からリフトされると、シート部２４３とニードル弁２４２との間に燃料が流通可能な隙間が形成され、この隙間を流通する燃料がノズル口２４１を介してノズル本体２４０の外部に噴射される。

このとき、ノズル口２４１の内周面には、燃料が流通する際にキャビテーションが発生する。このキャビテーションの度合い（例えば、キャビテーションが発生する領域の大きさ）は、ニードル弁２４２とシート部２４３との隙間、即ち、ニードル弁２４２のリフト量に応じて変化する。具体的には、ニードル弁２４２のリフト量が小さく、ニードル弁２４２とシート部２４３との隙間が小さいときには、キャビテーションが発生する領域も大きくなる。一方、ニードル弁２４２のリフト量が大きく、ニードル弁２４２とシート部２４３との隙間が大きいときには、キャビテーションが発生する領域も小さくなる。キャビテーションが発生する領域が大きいと、ノズル口２４１の有効断面積は小さくなる。キャビテーションが発生する領域が小さいと、ノズル口２４１の有効断面積は大きくなる。つまり、ニードル弁２４２のリフト量が小さいほど、ノズル口２４１の有効断面積は小さくなり、ニードル弁２４２のリフト量が大きいほど、ノズル口２４１の有効断面積は大きくなる。

さらに、上記実施形態では、インジェクタ３３のリフト量、リフト量の増減幅、又は燃料噴射間隔を変更することによって、燃焼室１７内の混合気層の形状を変更することが可能であるが、これに加えて、燃料圧力を高くすることは、インジェクタ３３のリフト量と燃料噴射間隔との変更に伴う、混合気層の形状の変更幅を、さらに拡大する。つまり、燃料圧力を高くすることによって、インジェクタ３３のリフト量を大きくしたときには、燃料噴霧の運動エネルギがより大きくなり、燃料噴射間隔を狭くしたときには、負圧の程度が高くなって負圧領域がより拡大する。その結果、混合気層の形状の変更幅が、さらに拡大する。

尚、上記の例では、燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造を採用するとともに、気筒内（燃焼室１７内）にガス層による断熱層を形成するようにしたが、ここに開示する技術は、燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造や気筒内の断熱層を採用しないエンジンにも適用することができる。

また、上記エンジン１は、第１運転領域Ａ１において混合気層Ｇ１とガス層Ｇ２とを形成しているが、これに限られるものではない。第１運転領域Ａ１においてガス層Ｇ２を形成しなくてもよい。また、第２運転領域Ａ２において混合気層Ｇ１とガス層Ｇ２とを形成してもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、直噴ガソリンエンジンの制御装置について有用である。

１ エンジン
１１ シリンダ（気筒）
１５ ピストン
１７ 燃焼室
３３ インジェクタ
４ オゾン生成器
１００ エンジン制御器（制御部）
Ｇ１ 混合気層
Ｇ２ ガス層（断熱ガス層）

Claims (3)

1. 気筒内に設けられたピストンを有し、該気筒及び該ピストンによって燃焼室が区画されるエンジン本体と、
   少なくともガソリンを含む燃料を上記燃焼室内に噴射するインジェクタと、
   上記燃焼室内でオゾンを生成するオゾン生成器と、
   上記インジェクタ及び上記オゾン生成器を制御する制御部とを備え、
   上記制御部は、圧縮行程の中期以降に上記オゾン生成器にオゾンを生成させ、その後に、上記インジェクタに燃料を噴射させる運転領域を有している直噴ガソリンエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
   上記制御部は、
   所定の第１運転領域において、上記オゾン生成器によるオゾン生成と上記インジェクタによる燃料噴射とを同期させて実行させ、
   エンジン負荷が該第１運転領域よりも高負荷側の第２運転領域において、上記オゾン生成器によるオゾン生成後に上記インジェクタによる燃料噴射を実行させる直噴ガソリンエンジンの制御装置。
3. 請求項２に記載の直噴ガソリンエンジンの制御装置において、
   上記制御部は、上記第１運転領域において、上記インジェクタの噴射態様を制御することによって、上記燃焼室の中央部に混合気層を形成し且つ該混合気層の周囲に断熱ガス層を形成する直噴ガソリンエンジンの制御装置。

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