JP4135912B2 - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料と噴射用空気との混合気を燃焼室に直接噴射する混合気噴射弁を備える筒内噴射式内燃機関に関し、特に、噴射用空気が内燃機関のクランク軸の動力により駆動される空気ポンプから吐出された圧縮空気である筒内噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の筒内噴射式内燃機関として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この内燃機関は、燃料と圧縮空気との混合気を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射ユニットと、燃料噴射ユニットに連通するエアダクトに圧縮空気を供給するためにクランク軸により駆動されるコンプレッサとを備える。そして、燃料噴射ユニットに供給された燃料は、燃料噴射ユニット内で圧縮空気と混合され、エアダクトからの圧縮空気と共に燃焼室に噴射される。このようにすることで、燃焼室内では、噴射された圧縮空気による強い空気流が形成されて燃料の霧化が促進されるため、燃焼性が良好な内燃機関が得られる。
【０００３】
しかしながら、内燃機関の始動時において、特に始動開始直後はコンプレッサの吐出空気量が少ないために、内燃機関の長時間の停止状態により、エアダクト内の圧縮空気の圧力が低下している場合には、燃料をシリンダ内に搬送するための十分に高圧の圧縮空気を供給することができない。そのため、燃料噴射ユニットから噴射される圧縮空気により燃焼室内に形成される空気流が弱く、燃料が霧化されにくくなって、燃焼性が低下する結果、始動性が低下する。
【０００４】
そこで、特許文献１の内燃機関では、始動時に、圧縮行程にあるシリンダの燃料噴射ユニットを開弁して、シリンダ内の圧縮空気を燃料噴射ユニット内に導入することにより、エアダクト内の空気圧を高めている。
【０００５】
【特許文献１】
特表２０００−５１４１５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来技術では、圧縮行程時の圧縮空気が燃料噴射ユニットを通じて抽気されるので、シリンダ内の圧力が低下して、内燃機関の始動性が低下する。また、エアダクト内の空気圧を高めるために、燃料噴射ユニットの開弁時期を制御する必要があることから、燃料噴射ユニットの制御が複雑化するうえ、エアダクト内の圧力を検出する圧力センサが必要な場合には、コストが増加する。また、シリンダ内の空気には幾分かのオイルが混入しているため、このオイルが燃料噴射ユニット内の空気通路壁にデポジットとなって付着または堆積し、圧縮空気の流れを阻害する虞がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜４記載の発明は、簡単な制御により、始動性が良好な筒内噴射式内燃機関を提供することを目的とする。そして、請求項２，３記載の発明は、さらに、コスト削減を図ることを目的とし、請求項４記載の発明は、さらに、燃費の改善を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、燃料と噴射用空気との混合気を燃焼室内に直接噴射する混合気噴射弁と、前記噴射用空気となる圧縮空気を吐出するためにクランク軸の動力により駆動される空気ポンプと、前記混合気噴射弁の噴射時期を設定する制御手段とを備える筒内噴射式内燃機関において、前記混合気噴射弁は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から噴射された燃料と前記噴射用空気との混合気を前記燃焼室内に噴射する空気噴射弁とから構成され、前記空気噴射弁の噴射時期が、前記混合気噴射弁の噴射時期であり、
前記空気ポンプの吐出時期は、前記内燃機関の圧縮行程に設定され、前記内燃機関の機関状態を検出する機関状態検出手段を備え、前記制御手段は、前記機関状態検出手段により前記内燃機関の始動が検出されたときであって、前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記圧縮行程での前記混合気の噴射が可能な基本空気圧よりも低圧であると判断したとき、前記燃料噴射弁の噴射時期を前記内燃機関の吸気行程の前半に設定し、前記空気噴射弁の噴射時期を前記燃料噴射弁の噴射時期よりも遅い時期であって、前記吸気行程の前半に設定する始動時制御を実行し、前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧以上であると判断したとき、前記燃料噴射弁の噴射時期を前記吐出時期よりも早い時期に設定し、前記空気噴射弁の噴射時期を、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも高い圧力に設定された設定空気圧よりも高い状態に保たれている時期と重なるように、前記吐出時期と互いに部分的に重なる時期、または前記吐出時期と重なることなく前記吐出時期よりも遅い時期に、かつ前記圧縮行程の後半に設定する筒内噴射式内燃機関である。
【０００９】
これによれば、内燃機関の始動時に、機関回転速度が低くて、クランク軸の動力により駆動される空気ポンプから吐出される圧縮空気により昇圧される噴射用空気の圧力が、圧縮行程で混合気を噴射するには十分に高圧でないとき、始動時制御により、吸気行程の前半に燃料噴射弁が燃料を噴射し、燃料噴射弁の噴射時期よりも遅い時期で吸気行程の前半に空気噴射弁により混合気が噴射される。このとき、燃焼室内が負圧状態にあることに加えて、噴射用空気は、空気ポンプから供給される圧縮空気により、比較的低圧であるものの大気圧よりも高い圧力を有するため、混合気噴射弁内での混合気の圧力と燃焼室内の圧力との差圧が大きくなるので、燃焼室内で燃料の霧化が促進される。また、噴射用空気の圧力が基本空気圧以上のとき、燃料噴射弁は空気ポンプの吐出時期よりも早い時期に燃料を噴射し、空気噴射弁は、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも高い圧力に設定された設定空気圧よりも高い状態に保たれている時期と重なるように、前記吐出時期と互いに部分的に重なる時期、または前記吐出時期と重なることなく前記吐出時期よりも遅い時期に、かつ圧縮行程の後半で混合気を噴射するので、圧縮行程時に混合気噴射弁から燃料と共に噴射される高圧の噴射用空気により、燃焼室内に強い空気流が形成されて、燃料の霧化が促進されるので、良好な燃焼性が得られると共に、成層燃焼での運転が可能になる。
【００１０】
この結果、請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、混合気噴射弁の燃焼室内への噴射時期が機関状態に応じて圧縮行程に設定される筒内噴射式内燃機関において、内燃機関の始動が検出されたときには、噴射時期が吸気行程に設定されるので、噴射時期を変更するという簡単な制御により、燃焼室内で燃料の霧化が促進されて始動時の燃焼性が向上し、始動性が向上する。また、圧縮行程時の空気圧を噴射用空気に利用することもないので、混合気噴射弁内の空気通路がデポジットで閉塞される虞は殆どない。さらに、混合気噴射弁の噴射時期が圧縮行程に設定されることにより、良好な燃焼性が得られると共に、成層燃焼が可能となるので、燃費が改善される。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の筒内噴射式内燃機関において、前記機関状態検出手段は機関回転速度を検出する回転速度検出手段を含み、前記制御手段は、前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であると判断したときであって、前記回転速度検出手段により、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧に達する状態に相当する所定機関回転速度に達したことが検出されたとき、前記始動時制御において前記空気噴射弁の噴射時期を前記吸気行程から前記圧縮行程に切り換えるものである。
【００１２】
これによれば、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサを使用することなく、回転速度検出手段の検出結果に基づいて、噴射用空気の圧力が基本空気圧に達するときに、噴射時期が吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、高圧の噴射用空気により燃料の霧化が行われる。
【００１３】
この結果、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサが不要になるので、コストが削減されると共に、高圧の噴射用空気により燃料の霧化が行われるので、良好な始動性が確保される。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の筒内噴射式内燃機関において、前記機関状態検出手段は混合気噴射弁の噴射回数を検出する噴射回数検出手段を含み、前記制御手段は、前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であると判断したときであって、前記噴射回数検出手段により、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧に達する状態に相当する所定噴射回数に達したことが検出されたとき、前記制御手段は、前記始動時制御において前記空気噴射弁の噴射時期を前記吸気行程から前記圧縮行程に切り換えるものである。
【００１５】
これによれば、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサを使用することなく、噴射回数検出手段の検出結果に基づいて、噴射用空気の圧力が基本空気圧に達するときに、噴射時期が吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、高圧の噴射用空気により燃料の霧化が行われる。
この結果、請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様の効果が奏される。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の筒内噴射式内燃機関において、前記機関状態検出手段は前記内燃機関の停止時間を検出する時間検出手段を含み、前記制御手段が前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であるかまたは前記基本空気圧以上であるかを判断する前記機関状態は前記停止時間であり、前記制御手段は、前記時間検出手段により検出される前記停止時間が所定停止時間を越えるとき、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であると判断し、前記時間検出手段により検出される前記停止時間が前記所定停止時間以内のとき、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧以上であると判断するものである。
【００１７】
これによれば、内燃機関の前回の運転停止時期から今回の始動開始時期までの停止時間が所定停止時間以内であるために、空気ポンプから混合気噴射弁までの空気供給系などに存在し得る僅かな隙間からの圧縮空気の漏洩による噴射用空気の圧力低下が殆どないか、または小さくて、始動開始時期に噴射用空気の圧力が基本空気圧以上であるときは、始動時制御が実行されることなく、圧縮行程で混合気が噴射される。そして、基本空気圧以上の高圧の噴射用空気により、燃焼室内に強い空気流が形成されて、燃料の霧化が促進されるので、良好な燃焼性が得られると共に、始動開始直後から成層燃焼での運転が可能になる。
【００１８】
この結果、請求項４記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、内燃機関が始動状態にあるときでも、内燃機関の停止時間が所定停止時間以内であるときは、始動時制御が行われることなく、高圧の噴射用空気により混合気の噴射が行われることにより、燃焼性が向上するので、良好な始動性が確保されると共に、成層燃焼での運転の開始時期を早めことができるので、燃費が一層改善される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図１１を参照して説明する。
図１〜図３を参照すると、本発明が適用された筒内噴射式内燃機関Ｅは、車両である自動二輪車に搭載される水冷式で単気筒の４ストローク内燃機関であり、クランク軸５が収容されるクランク室を形成するクランクケース１と、クランクケース１の上端部に結合されたシリンダ２と、シリンダ２の上端部に結合されたシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３の上端部に結合されたヘッドカバー４とから構成される機関本体を備える。
【００２０】
そして、内燃機関Ｅは、クランク軸５が車両の左右方向（車幅方向）に延びるように横置き配置されると共に、クランク軸５に対して車両における前方に位置するシリンダ２が僅かに車両における上方に傾斜する状態（図１，図２参照）で車体に懸架される。
【００２１】
なお、この実施例において、内燃機関Ｅ自体に関しては、上方向は、シリンダ軸線L1の方向Ｄにおいて、シリンダ２に対してシリンダヘッド３が位置する方向であるとする。
【００２２】
シリンダ２のシリンダ孔2aに往復動可能に嵌合されたピストン６は、コンロッド７を介して、クランクケース１に回転可能に支持されるクランク軸５に連結される。そして、ピストン６とシリンダヘッド３との間には、シリンダヘッド３の下面に形成された凹部3aおよびピストン６の頂面に形成されたキャビティ6aから構成される燃焼室８が形成される。
【００２３】
図４を併せて参照すると、シリンダヘッド３には、燃焼室８に開口する１対の吸気口9aを有する吸気ポート９と、燃焼室８に開口する１つの排気口10aを有する排気ポート10とが形成され、また１対の吸気口9aをそれぞれ開閉する１対の吸気弁11と排気口10aを開閉する１つの排気弁12とが設けられ、さらに混合気噴射弁30および点火栓14が燃焼室８に臨んで装着されている。
【００２４】
混合気噴射弁30は、シリンダ軸線L1とほぼ同軸の軸線を有するように、シリンダ軸線方向Ｄから見て燃焼室８の中心部に配置されて、燃料と圧縮空気との混合気を燃焼室８に直接噴射する。両吸気弁11、排気弁12および点火栓14は、混合気噴射弁30を中心としてその周囲に、周方向に間隔をおいて配置される。
【００２５】
吸気ポート９の入口9bが開口するシリンダヘッド３の吸気側の側面には、エアクリーナ51（図７参照）およびスロットルボディを有する吸気装置の吸気管15が、入口9bと連通するように接続され、排気ポート10の出口10bが開口するシリンダヘッド３の排気側の側面には、排気装置の排気管が接続される。
【００２６】
ここで、吸気側とは、前記機関本体において、シリンダ軸線L1を含み、かつクランク軸５の回転中心線L2に平行な平面Ｈに対して吸気ポート９が位置する側を意味し、排気側とは、前記機関本体において、平面Ｈに対して排気ポート10が位置する側を意味する。
【００２７】
そして、前記吸気装置から吸気管15を経て供給された吸入空気は、ピストン６が下降する吸気行程で、吸気ポート９から開弁した１対の吸気弁11を通って燃焼室８内に吸入される。混合気の状態で混合気噴射弁30から燃焼室８に噴射された燃料は、圧縮行程で上昇するピストン６により圧縮された後、点火栓14により点火されて燃焼し、膨張行程で燃焼ガスの圧力により下降するピストン６が、コンロッド７を介してクランク軸５を回転駆動する。燃焼ガスは、排気行程で、開弁した排気弁12を通って排気ガスとして燃焼室８から排気ポート10に排出され、さらに前記排気装置を経て外部に排出される。
【００２８】
図１〜図５を参照すると、両吸気弁11および排気弁12を開閉する動弁装置16は、シリンダ２の側部に回転可能に支持されて吸気カム18iおよび排気カム18eを有するカム軸17と、シリンダ２に保持された１対の支持軸19i，19eに揺動可能にそれぞれ支持されて吸気カム18iに接触する吸気カムフォロア20iおよび排気カム18eに接触する排気カムフォロア20eと、シリンダヘッド３に保持された１対のロッカ軸21i，21eに揺動可能にそれぞれ支持されて、１対の吸気弁11の弁ステムの先端に当接する吸気ロッカアーム22iおよび排気弁12の弁ステムの先端に当接する排気ロッカアーム22eと、吸気カムフォロア20iおよび排気カムフォロア20eと吸気ロッカアーム22iおよび排気ロッカアーム22eとにそれぞれ両端部で当接して、吸気カムフォロア20iおよび排気カムフォロア20eの揺動運動を吸気ロッカアーム22iおよび排気ロッカアーム22eにそれぞれ伝達する１対のロッド23i，23eとを備える。
【００２９】
図１に示されるように、カム軸17は、クランク軸５に設けられる駆動スプロケット24と、カム軸17に設けられるカムスプロケット25および両スプロケット24，25に掛け渡されるタイミングチェーン26とを含む伝動機構を介して伝達されるクランク軸５の動力により、その１／２の回転速度で回転駆動される。そして、カム軸17と共に回転する吸気カム18iおよび排気カム18eが、それぞれ、吸気カムフォロア20iおよび排気カムフォロア20e、１対のロッド23i，23e、吸気ロッカアーム22iおよび排気ロッカアーム22eを介して、弁バネ27により閉弁方向に付勢されている１対の吸気弁11および排気弁12を、クランク軸５の回転に同期して所定の開閉時期に開閉する。
【００３０】
図３，図６を参照すると、シリンダヘッド３およびヘッドカバー４に跨って取り付けられた混合気噴射弁30は、燃料と噴射用空気とにより形成された混合気を燃焼室８のキャビティ6a内に直接噴射する。
【００３１】
この混合気噴射弁30は、ヘッドカバー４に形成された挿入筒4cに挿入されて、燃料供給系40（図７参照）を通じて供給される燃料を噴射する燃料噴射弁31と、シリンダヘッド３に形成された挿入筒3cに挿入されて、燃料噴射弁31から噴射された燃料と空気供給系50（図７参照）を通じて供給される噴射用空気との混合気を、噴口（図示されず）を開閉する弁体32a1を有するノズル部32aから燃焼室８内に噴射する空気噴射弁32とから構成される。
【００３２】
挿入筒4cと燃料噴射弁31との間には、燃料噴射弁31の弁ボディ31bの外周に装着された１対の環状のシール33，34により密封される環状の燃料室36が、弁ボディ31bを囲んで形成される。この燃料室36には燃料供給系40からの燃料が供給される。また、挿入筒4cと燃料噴射弁31および空気噴射弁32との間には、シール34および空気噴射弁32の弁ボディ32bの外周に装着された環状のシール35により密封される環状の空気室37が、燃料噴射弁31のノズル部31aおよび空気噴射弁32の空気導入部32cを囲んで形成される。この空気室37には、前記空気供給系50からの圧縮空気が噴射用空気として供給される。
【００３３】
そして、混合気噴射弁30から噴射される混合気に含まれる燃料量と、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭ（図１０参照）および噴射量は、後述する機関状態検出手段により検出される内燃機関Ｅの機関負荷、機関回転速度Neおよび機関温度などの機関状態に応じて、制御手段としての電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という。）80（図１参照）により設定される。また、点火栓14による点火時期Ｔｉ（図１０参照）も前記機関状態に応じてＥＣＵ80により制御される。
【００３４】
燃料噴射弁31および空気噴射弁32は、ＥＣＵ80からの信号により開閉駆動されるソレノイド弁から構成される。そして、燃料噴射弁31は、燃料室36から弁ボディ31bに形成された燃料導入口31cを通って弁ボディ31b内に流入した燃料を、ＥＣＵ80により前記機関状態に応じて設定された噴射時期ＴＦ（図１０参照）および燃料量で、ノズル部31aから空気導入部32cを通って空気噴射弁32の弁ボディ32b内に噴射する。その後、空気噴射弁32は、混合気噴射弁30での噴射時期ＴＭおよび噴射量でもある噴射時期および噴射量で、弁ボディ32b内の燃料と弁ボディ32b内および空気室37の噴射用空気との混合気を、燃焼室８内に臨んでいるノズル部32aからキャビティ6aに向けて噴射する。
【００３５】
図７を参照すると、燃料供給系40は、燃料タンク41から汲み上げた液体燃料を高圧にして圧送する電動式の燃料ポンプ42と、燃料ポンプ42から燃料室36に供給される燃料の圧力を設定燃料圧ＰＦに調整する燃料圧レギュレータ43と、燃料ポンプ42、燃料圧レギュレータ43および燃料室36を連通させる燃料通路系44とから構成される。そして、図６，図８を併せて参照すると、設定燃料圧ＰＦの燃料は、導管45が接続される管継手46を介してヘッドカバー４に形成された孔からなる燃料通路44cを通って燃料室36に供給される。ここで、導管45および管継手46によりそれぞれ形成される燃料通路44a，44bと燃料通路44cとは、燃料通路系44の一部である。また、燃料ポンプ42から吐出された燃料のうち、余剰の燃料は、燃料圧レギュレータ43から戻り燃料通路47を経て燃料タンク41に還流する。
【００３６】
図５〜図７を参照すると、空気供給系50は、クランク軸５の動力により駆動されて前記吸気装置のエアクリーナ51から吸入した空気を高圧の圧縮空気にして吐出する空気ポンプ52と、空気ポンプ52から吐出されて空気室37内に供給された圧縮空気である噴射用空気の圧力を設定空気圧ＰＡに調整する空気圧レギュレータ53と、空気ポンプ52、空気圧レギュレータ53および空気室37を連通させる空気通路系54とから構成される。この設定空気圧ＰＡは、圧縮行程において、好ましくは圧縮行程の後半に、混合気噴射弁30からの混合気の噴射を可能とするための圧力であり、圧縮行程での混合気の噴射を可能とするための最低圧力である後述する基本空気圧ＰＡ０よりも高い圧力に設定される。
【００３７】
シリンダ２の排気側に設けられた空気ポンプ52は、後述する吐出時期ＴＡに設定空気圧ＰＡよりも高圧の圧縮空気を吐出する容積型の往復式ポンプであり、シリンダ２に一体成形されたポンプボディ52aと、ポンプボディ52aに薄板からなるガスケット52cを介して結合されるポンプカバー52bと、シリンダ２に回転可能に支持されてクランク軸５の動力により回転駆動される回転軸55と、回転軸55に連結されると共にポンプボディ52aに往復動可能に嵌合してポンプカバー52bとの間にポンプ室52eを形成するピストン52dとを備える。
【００３８】
ポンプカバー52bには、ガスケット52cの一部をリード弁体としたリード弁からなる吸入弁が設けられる吸入路52f1が形成された吸入部52fと、バネ52h2により付勢された弁体52h1を有する吐出弁52hが設けられる吐出路52g1が形成された吐出部52gとが形成される。図１，図３を併せて参照すると、回転軸55は、クランク軸５に設けられた駆動スプロケット56と、回転軸55に設けられた被動スプロケット57と、両スプロケット56，57に掛け渡された伝動チェーン58から構成される伝動機構を介して伝達されるクランク軸５の動力により、カム軸17と等速で回転駆動される。
【００３９】
ポンプカバー52bおよび吐出部52gは、その全体が、シリンダヘッド３の排気側に隣接して配置されると共に、シリンダヘッド３のシリンダ２との合わせ面3dよりもシリンダヘッド３側に位置し、ポンプ室52eの最上部は、該合わせ面3d上にほぼ位置する。さらに、空気室37の全体は、燃料室36よりも空気ポンプ52寄りに位置する。
【００４０】
ピストン52dは、スコッチヨーク機構を介して回転軸55に連結されている。具体的は、ピストン52dは、回転軸55の一端部において回転軸55の回転中心線から偏心して設けられた偏心軸55aに、ピストン52dに形成された円柱状の案内孔に摺動可能に嵌合する円筒状の摺動駒59を介して連結され、回転軸55の回転によりポンプボディ52a内を、ポンプボディ52aの軸線方向に往復動する。なお、回転軸55の他端部には、冷却水ポンプ28のインペラを回転駆動するための伝動機構が設けられる。
【００４１】
そして、エアクリーナ51に連通する導管が接続される管継手60を経て吸入路52f1からポンプ室52eに吸入された空気は、ピストン52dにより圧縮されて高圧となり、吐出弁52hを開いて圧縮空気として吐出路52g1に吐出される。
【００４２】
図４，図８を参照すると、空気圧レギュレータ53は、ヘッドカバー４の吸気側に一体成形された収容部4dに部分的に収容された状態でヘッドカバー４に装着される。空気圧レギュレータ53は、収容部4dに形成された収容室4eに収容される第１ケース53aと、収容室4eの外部に位置してカバー53cにより覆われる第２ケース53bとを備える。収容部4dと第１ケース53aとの間には、第１ケース53aに装着された１対の環状のシール61，62により密封されて、両シール61，62の間で第１ケース53aを囲む空気導入室63と、シール62と収容部4dの底部との間で第１ケース53aの空気放出部53a1を囲む戻り空気室64とが形成される。戻り空気室64には、圧力調整の際に空気圧レギュレータ53から放出される余剰の空気が、空気放出部53a1を通って導かれる。
【００４３】
第２ケース53bには、設定空気圧ＰＡを補正する際の基準圧を有する流体としての外気を導入する空気導入孔53dが形成される。外気は、収容部4dとカバー53cと間に形成された隙間53eから、第２ケース53bとカバー53cとの間に形成された空間53fに流入し、該空間53fに開放する空気導入孔53dから空気圧レギュレータ53内に流入する。
【００４４】
図７を併せて参照すると、空気導入室63は、収容部4dに形成された通路65aを一部とする空気通路65を介して燃料圧レギュレータ43に連通し、該空気通路65を通って、燃料圧レギュレータ43の設定燃料圧ＰＦを空気室37内の圧力に応じて補正する際の基準圧を有する流体としての、設定空気圧ＰＡを有する空気が導かれる。さらに、戻り空気室64は、収容部4dに装着された管継手66、および該管継手66に接続される導管（図示されず）などにより形成される戻り空気通路67を介してエアクリーナ51に連通する。そして、空気ポンプ52から吐出された圧縮空気のうち、余剰の空気が、空気圧レギュレータ53から戻り空気通路67を経てエアクリーナ51に還流する。
【００４５】
図５〜図８を参照すると、空気通路系54は、ポンプカバー52bの吐出路52g1の出口に接続されて導管68により形成される空気通路54aと、シリンダヘッド３に形成された孔からなるヘッド側空気通路54bと、ヘッドカバー４に形成された孔からなるカバー側空気通路54cと、シリンダヘッド３およびヘッドカバー４の合わせ面に設けられてヘッド側空気通路54bとカバー側空気通路54cとを接続するための中空の位置決めピン69により形成される接続空気通路54dと、カバー側空気通路54cから分岐する分岐空気通路54eとから構成される。
【００４６】
ヘッドカバー４に形成された孔からなる分岐空気通路54eは、カバー側空気通路54cを介して空気室37と空気圧レギュレータ53とを連通させる。分岐空気通路54eにはオリフィス70（図４も参照）が設けられる。このオリフィス70により、設定空気圧ＰＡよりも高圧の圧縮空気が空気ポンプ52から吐出される時期に、空気ポンプ52の吐出開始時期から所定時間、空気室37内の噴射用空気の圧力を設定空気圧ＰＡよりも高く保つことができる。それゆえ、オリフィス70は、混合気噴射弁30の噴射開始時期に少なくとも重なる時期まで、噴射用空気の圧力を設定空気圧ＰＡよりも高い圧力に一時的に維持する高圧維持構造を構成する。さらに、オリフィス70により、空気圧レギュレータ53に導かれる圧縮空気の脈動が抑制されて、空気圧レギュレータ53の調圧機能の精度が向上する。
【００４７】
また、導管68はシリンダ２の排気側に配置され、ヘッド側空気通路54bおよびカバー側空気通路54cがそれぞれシリンダヘッド３の排気側およびヘッドカバー４の排気側に形成されていることにより、空気通路系54のうち、空気ポンプ52から空気室37に至る空気通路54a，54b，54cは、排気ポート10を流れる排気ガスのために吸気側に比べて温度が高いシリンダヘッド３の排気側およびヘッドカバー４の排気側に設けられる。
【００４８】
次に、図１，図３，図９，図１０を参照して、空気ポンプ52からの圧縮空気の吐出時期ＴＡおよびＥＣＵ80による混合気噴射弁30の制御について説明する。
図１を参照すると、ＥＣＵ80には、内燃機関Ｅの機関回転速度Neを検出する回転速度検出手段であってクランク軸５の回転速度を検出する回転速度センサ81、機関負荷を検出する負荷検出手段であって前記吸気装置に設けられたスロットル弁の開度を検出する負荷センサ82、内燃機関Ｅの圧縮行程での上死点を検出する上死点検出手段であって回転軸55の回転位置を検出する上死点センサ83、内燃機関Ｅが始動状態にあることを検出する始動検出手段である始動センサ84、および機関温度を検出する機関温度検出手段である冷却水温センサ85、点火栓14への通電制御を行う点火回路を作動状態または非作動状態にする点火スイッチ86、交差点などでの一時的な停車時に内燃機関Ｅを停止状態にするアイドリングストップ制御装置からの信号に基づいて該アイドリングストップ制御装置の作動および非作動を検出するアイドリングストップ検出手段であって前記点火回路を作動状態または非作動状態にするスイッチ87などから構成される機関状態検出手段からの検出信号が入力される。
【００４９】
ここで、内燃機関Ｅの始動状態とは、始動手段としての始動電動機（図示されず）が始動スイッチのオン状態により作動して、停止状態にあったクランク軸５が回転を開始する始動開始時期から内燃機関Ｅが完爆状態になる始動完了時期までの運転状態である。そして、この実施例では、始動センサ84は、回転速度センサ81を利用して構成され、機関回転速度Neが、始動開始時期のゼロ（零）から始動完了時期の機関回転速度Neまでの回転速度範囲にあるときを始動状態とする。
【００５０】
また、ＥＣＵ80のメモリには、燃料噴射弁31から噴射される燃料の噴射時期ＴＦおよび燃料量（ここでは、開弁時間と等価である。）、空気噴射弁32、すなわち混合気噴射弁30から噴射される混合気の噴射時期ＴＭおよび噴射量（ここでは、開弁時間と等価である。）を制御するための制御プログラムや各種マップが記憶されており、ＥＣＵ80はこれら制御プログラムに従って混合気噴射弁30を制御する。
【００５１】
以下、内燃機関Ｅの始動状態にあるときの混合気噴射弁30の制御について、図３，図９，図１０を参照して説明する。
混合気噴射弁30の始動時制御のルーチンを説明するための図９のフローチャートを参照すると、ステップＳ１では、このルーチンが開始されたときに後述するステップＳ６での判断を１回のみ行うために、停止時間判断フラグＦｔが１にセットされる。
【００５２】
次いで、ステップＳ２で前記点火回路が作動状態にある、すなわち点火スイッチ86およびスイッチ87が共にオン状態にあるか否かが判断され、この判断が否定されるときこのルーチンは終了する。ここで、スイッチ87がオン状態のときは、前記アイドリングストップ制御装置は非作動状態にあり、アイドリングストップが行われず、スイッチ87がオフ状態のときは、前記点火回路が非作動状態になって、前記アイドリングストップ制御装置は作動状態にあり、アイドリングストップが行われる。ステップＳ２での判断が肯定されるとき、ステップＳ３で回転速度センサ81により検出される機関回転速度Neが読み込まれる。ここで、始動開始前は、機関回転速度Neは０（ゼロ）である。
【００５３】
ステップＳ４に進んで、始動センサ84からの検出信号に基づいて内燃機関Ｅが始動状態にあるか否かが判断され、この判断が否定されるとき、内燃機関Ｅは始動状態以外の状態で運転されているので、ステップＳ１５に進んで、点火スイッチ86またはスイッチ87がオフ状態にあるために前記点火回路が非作動状態になっているか否かが判断され、この判断が否定されるとき、内燃機関Ｅは運転状態にあり、ステップＳ３に戻ってこのルーチンの処理が継続して実行される。
【００５４】
ステップＳ４での判断が肯定されて、内燃機関Ｅが始動状態にあるとき、ステップＳ５に進んで、フラグＦｔが参照される。フラグＦｔが１にセットされていて、停止時間ｔが所定停止時間ｔ１以内であるか否かの判断を行う必要があるときは、ステップＳ６に進む。また、ステップＳ５での判断が否定されるとき、停止時間ｔの判断は既に実行されているので、ステップＳ１１に進んで、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭ（図１０参照）の始動時制御を行うか否かが判断される。
【００５５】
ステップＳ６では、前回の停止時期から今回の始動開始時期までの内燃機関Ｅの停止時間ｔを検出する時間検出手段であるタイマにより検出される停止時間ｔが、噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０以上である状態に相当する所定停止時間ｔ１以内であるか否かが判断される。それゆえ、このタイマも、内燃機関Ｅの機関状態を検出する前記機関状態検出手段を構成する。
【００５６】
噴射用空気の圧力は、内燃機関Ｅの停止時に空気ポンプの作動が停止されるため、シリンダ２、シリンダヘッド３およびヘッドカバー４などに形成される空気供給系50の僅かな隙間からの圧縮空気の漏洩などに起因して、停止時間ｔの経過と共に徐々に低下する。そして、この基本空気圧ＰＡ０は、圧縮行程での混合気噴射弁30からの混合気の噴射が可能な最低圧力である。
【００５７】
したがって、通常の一時的な内燃機関Ｅの停止やアイドリングストップなど、内燃機関Ｅの停止後の短時間内での再始動時では、停止時間ｔが比較的短いので、噴射用空気の圧力低下は殆どないか、または小さく、噴射用空気の圧力は前記基本空気圧ＰＡ０以上の値になっている。そのため、アイドリングストップなどの短時間の停止時間後に、内燃機関Ｅが再始動されるとき、ステップＳ６での判断は肯定されて、ステップＳ７でフラグＦｔが０にセットされた後、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、噴射用空気が基本空気圧ＰＡ０以上であって、圧縮行程時での混合気の噴射が可能であることから、吸気行程で混合気を噴射する必要がないので、噴射時期ＴＭの始動時制御を実行しないことを示すために、始動時制御フラグＦｓが０にセットされる。
【００５８】
停止時間ｔが長かったために、噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０よりも低圧である状態に相当する時間が経過しているために、ステップＳ６での判断が否定されるときは、ステップＳ９でフラグＦｔが０にセットされた後、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、噴射用空気が基本空気圧ＰＡ０よりも低圧であるため、圧縮行程時での混合気の噴射を行うことが困難であるので、噴射時期ＴＭを吸気行程に設定する始動時制御を実行することを示すために、フラグＦｓが１にセットされて、ステップＳ１１に進む。
【００５９】
そして、ステップＳ１１では、フラグＦｓが１であるとき、ステップＳ１２に進んで、機関回転速度Neが、所定機関回転速度Ne１に達したか否かが判断される。この所定機関回転速度Ne１は、空気室37内の噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０に達する状態に相当する機関回転速度Neであり、実験などに基づいて予め設定される。
【００６０】
ステップＳ１２での判断が否定されるとき、すなわち空気室37内の噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０に達していないと判断されたときは、ステップＳ１３に進んで、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが吸気行程のみに設定される。そして、図１０（Ａ）に示されるように、混合気噴射弁30からは、噴射時期ＴＭに先立って燃料噴射弁31から噴射時期ＴＦに噴射された燃料が、噴射用空気と共に、吸気行程にあるために負圧状態にある燃焼室８内に向けて、内燃機関Ｅのサイクル毎に１回噴射される。それゆえ、この吸気行程での混合気の噴射により、圧縮上死点前の点火時期Ｔｉまでに燃焼室８全体にほぼ均質の混合気が形成されて、その均質混合気が燃焼する均質燃焼が行われる。
【００６１】
さらに具体的には、１サイクルが吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程の順に行われるとするとき、各サイクルにおいて、燃料噴射弁31の噴射時期ＴＦは吸気行程の前半に設定され、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭ（空気噴射弁32の噴射時期でもある。）は、噴射時期ＴＦよりも遅い時期であって、ここでは吸気行程の前半に設定される。
【００６２】
このとき、内燃機関Ｅが停止されてから、空気供給系50の僅かな隙間からの圧縮空気の漏洩により空気室37内の空気圧が外気の圧力である大気圧に等しくなる程度に長い時間が経過している場合、図１０（Ａ）に示される今回のサイクルでの噴射時期ＴＦにおいて、燃料噴射弁31から噴射された燃料は、前回のサイクルにおいて高められた空気圧を有する噴射用空気と共に、または今回のサイクルが始動開始後の最初のサイクルであるときには大気圧に等しい空気圧を有する噴射用空気と共に、燃焼室８内に噴射される。そして、今回のサイクルにおいて、圧縮行程の前半から後半に渡って設定された空気ポンプ52の吐出時期ＴＡに吐出された圧縮空気は、空気室37内の噴射用空気の圧力を上昇させ、その昇圧された噴射用空気は、次回のサイクルで燃料と共に燃焼室８に噴射される。また、内燃機関Ｅが前回停止されてから、空気室37内の空気圧が大気圧に等しくなる程度になるまで時間が経過していない場合には、始動開始から大気圧よりも高い圧力の噴射用空気で、混合気が噴射されることになる。
【００６３】
それゆえ、ステップＳ４〜Ｓ６，Ｓ９〜Ｓ１３の一連のステップにより、噴射用空気の空気圧が基本空気圧ＰＡ０よりも低くなって、例えば大気圧に等しくなるほど長時間に渡って停止状態にあった内燃機関Ｅが始動を開始したときには、必ず噴射時期ＴＭが吸気行程に設定されることになる。
【００６４】
ステップＳ１２での判断が肯定されるとき、噴射用空気の圧力は、基本空気圧ＰＡ０以上であるので、ステップＳ１４に進んで、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが、吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、圧縮行程に設定される。そして、図１０（Ｂ）に示されるように、混合気噴射弁30からは、噴射時期ＴＭに先立って燃料噴射弁31から噴射時期ＴＦに噴射された燃料が、噴射用空気と共に、圧縮行程にあるために高圧状態にある燃焼室８内に向けて噴射される。このとき、混合気噴射弁30から噴射された混合気は、その殆どがキャビティ6a内に留まって、燃焼室８全体に拡散することが防止または抑制されるため、点火栓14付近に着火性の良好な混合気が存在し、キャビティ6aの周囲には燃料が含まれない空気層が存在する状態で、混合気が燃焼する成層燃焼が行われる。
【００６５】
さらに具体的には、各サイクルにおいて、圧縮行程の前半から後半に渡って設定された空気ポンプ52の吐出時期ＴＡに対して、燃料噴射弁31の噴射時期ＴＦは、吐出時期ＴＡよりも早い時期、例えば吸気行程の後半に設定され、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭ（空気噴射弁32の噴射時期でもある。）は、吐出時期ＴＡと互いに部分的に重なる時期、または吐出時期ＴＡと重なることなく、吐出時期ＴＡよりも僅かに遅い時期であって、圧縮行程の後半に設定される。そして、いずれにしても、噴射時期ＴＭは、空気室37内の噴射用空気の圧力が設定空気圧ＰＡよりも高い状態に保たれている時期と重なるように設定される。
【００６６】
このように、始動状態において、始動開始から所定機関回転速度Ne１になるまでの機関状態は、噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０未満である状態に相当する第１機関状態であり、この第１機関状態のとき、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭは吸気行程に設定される。そして、始動状態において、所定機関回転速度Ne１以上のときの機関状態は、噴射用空気が基本空気圧ＰＡ０以上である状態に相当する第２機関状態であり、この第２機関状態のとき、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭは圧縮行程に設定される。
【００６７】
なお、ステップＳ４に関連して、内燃機関Ｅが始動時以外の状態で運転されているとき、ＥＣＵ80は、前記機関状態に応じて、圧縮行程または吸気行程に噴射時期ＴＭを設定する。例えば、内燃機関Ｅの始動完了直後、アイドリング運転時および低速または低負荷運転時などの内燃機関Ｅの一部の運転域においては、図１０（Ｂ）に示されるように、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが圧縮行程の後半に設定されて、成層燃焼が行われる。また、内燃機関Ｅの高速または高負荷運転時などの内燃機関Ｅの別の運転域においは、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが吸気行程に設定され、燃焼室８全体にほぼ均質な混合気が形成されて、均質燃焼が行われる。
【００６８】
さらに、ステップＳ４での判断が否定されて、ステップＳ１５の判断が肯定されるときは、アイドリングストップを含めて内燃機関Ｅの運転が停止されるときである。このときは、ステップＳ１６に進んで、前記タイマが、リセットされた後、カウントを開始して、このルーチンは終了する。
そして、ステップＳ４での判断が否定される始動完了時まで、ステップＳ３〜Ｓ１４までの処理がＥＣＵ80により、所定時間毎に実行される。
【００６９】
次に、前述のように構成された実施例の作用および効果について説明する。
混合気噴射弁30とクランク軸５の動力により駆動される空気ポンプ52と、前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に応じて混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭを吸気行程または圧縮行程に設定するＥＣＵ80とを備える内燃機関Ｅにおいて、ＥＣＵ80は、始動センサ84により内燃機関Ｅの始動が検出されたとき、噴射時期ＴＭを吸気行程に設定する前記始動時制御を実行することにより、内燃機関Ｅの始動時に、機関回転速度Neが低くて、クランク軸５の動力により駆動される空気ポンプ52から吐出される圧縮空気により昇圧される噴射用空気の圧力が、圧縮行程で混合気を噴射するには十分に高圧でないとき、燃焼室８内の圧力が負圧になる吸気行程時に混合気噴射弁30から混合気が噴射される。このとき、燃焼室８内が負圧状態にあることに加えて、噴射用空気は、空気ポンプ52から供給される圧縮空気により、比較的低圧であるものの大気圧よりも高い圧力を有するため、混合気噴射弁30内での混合気の圧力と燃焼室８内の圧力との差圧が大きくなるので、燃焼室８内で燃料の霧化が促進される。また、圧縮行程時に混合気噴射弁30から燃料と共に噴射される高圧の噴射用空気により、燃焼室８内に強い空気流が形成されて、燃料の霧化が促進されるので、良好な燃焼性が得られると共に、成層燃焼での運転が可能になる。
【００７０】
この結果、内燃機関Ｅの始動が検出されたときには、噴射時期ＴＭを吸気行程に変更するという簡単な制御により、燃焼室８内で燃料の霧化が促進されて始動時の燃焼性が向上し、始動性が向上する。また、圧縮行程時のシリンダ孔2a内の空気圧を噴射用空気に利用することもないので、混合気噴射弁30内の空気通路がデポジットで閉塞される虞は殆どない。さらに、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが圧縮行程に設定されることにより、良好な燃焼性が得られると共に、成層燃焼が可能となるので、燃費が改善される。
【００７１】
また、混合気噴射弁30の燃料量や噴射時期ＴＭの算出のために使用される前記機関状態検出手段を構成する回転速度センサ81により、噴射用空気の圧力が圧縮行程での混合気の噴射が可能な基本空気圧ＰＡ０に達する状態に相当する所定機関回転速度Ne１に達したことが検出されたとき、噴射時期ＴＭが吸気行程から圧縮行程に切り換えられることにより、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサを使用することなく、回転速度センサ81の検出結果に基づいて、噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０に達するときに、噴射時期ＴＭが吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、基本空気圧ＰＡ０以上の圧力の噴射用空気により燃料の霧化が行われる。
【００７２】
この結果、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサが不要になるので、コストが削減されると共に、高圧の噴射用空気により燃料の霧化が行われるので、良好な始動性が確保される。
【００７３】
内燃機関Ｅの始動が検出されたときに前記タイマにより検出される停止時間ｔが、噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０以上である状態に相当する所定停止時間ｔ１以内のとき、ＥＣＵ80は、噴射時期ＴＭを圧縮行程に設定し、停止時間ｔが所定停止時間ｔ１を越えるとき、前記始動時制御を実行することにより、内燃機関Ｅの前回の運転停止時期から今回の始動開始時期までの停止時間ｔが所定停止時間ｔ１以内であるために、空気ポンプ52から混合気噴射弁30までの空気供給系50および空気室37に存在し得る僅かな隙間からの圧縮空気の漏洩による噴射用空気の圧力低下が殆どないか、または小さくて、始動開始時期に噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０以上であるときは、前記始動時制御が実行されることなく、圧縮行程で混合気が噴射される。そして、基本空気圧ＰＡ０以上の高圧の噴射用空気により、燃焼室８内に強い空気流が形成されて、燃料の霧化が促進されるので、良好な燃焼性が得られると共に、始動開始直後から成層燃焼での運転が可能になる。
【００７４】
この結果、内燃機関Ｅが始動状態にあるときでも、アイドリングストップなどの一旦停止後の短時間内での再始動時であるとき、つまり停止時間ｔが所定停止時間ｔ１以内であるときは、前記始動時制御が行われることなく、高圧の噴射用空気により混合気の噴射が行われて、燃焼性が向上するので、良好な始動性が確保されると共に、成層燃焼での運転の開始時期を早めることができるので、燃費が一層改善される。
【００７５】
空気ポンプ52の吐出部52gおよび導管68が、シリンダヘッド３の排気側に隣接して配置され、ヘッド側空気通路54bおよびカバー側空気通路54cがそれぞれシリンダヘッド３の排気側およびヘッドカバー４の排気側に配置されていることにより、空気ポンプ52から吐出された圧縮空気を空気室37に導く空気通路系54の空気通路54a，54b，54cは、排気ポート10を流れる排気ガスのために吸気側に比べて温度が高いシリンダヘッド３の排気側およびヘッドカバー４の排気側に設けられるので、空気ポンプ52により圧縮されて昇温した圧縮空気が該空気通路54a，54b，54cを流れるとき、圧縮空気の温度低下が抑制されて、圧縮空気の保温が可能になる。
【００７６】
その結果、圧縮空気が空気通路系54を流れる際に、圧縮空気の温度よりも低温の通路壁との接触による結露の発生が防止または抑制され、しかも空気室37内の噴射用空気の温度を比較的高く保つことができるので、始動時の燃料の気化が促進されて、この点でも始動性が向上する。
【００７７】
さらに、ポンプカバー52bおよび吐出部52gは、その全体が、シリンダヘッド３のシリンダ２との合わせ面3dよりもシリンダヘッド３側に位置し、ポンプ室52eの最上部は、該合わせ面3d上にほぼ位置し、空気室37の全体は、燃料室36よりも空気ポンプ52寄りに位置することにより、空気通路系54のうち、吐出部52gから空気室37に至る空気通路54a，54b，54cを短くすると共に、排気ポート10が形成されたシリンダヘッド３の排気側およびその近傍に集中して配置することができるので、空気通路系54のうち、空気ポンプ52から空気室37に至る空気通路54a，54b，54cでの圧縮空気の保温効果が向上する。この結果、噴射用空気の温度を比較的高く保つことに寄与できるので、始動時の燃料の気化が促進されて、始動性が向上する。
【００７８】
空気通路系54には、混合気噴射弁30の噴射開始時期に少なくとも重なる時期まで、噴射用空気の圧力を設定空気圧ＰＡよりも高い圧力に一時的に維持する高圧維持構造を構成するオリフィス70が設けられることより、噴射時期ＴＭには、設定空気圧ＰＡよりも高圧の噴射用空気と共に燃料が噴射されるので、燃焼室８内での燃料の霧化がさらに促進される。
【００７９】
この結果、始動時において噴射時期ＴＭが圧縮行程に設定されるとき、燃焼室８内での燃料の霧化がさらに促進されるので、この点でも始動性が向上する。
【００８０】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
前記実施例では、噴射時期ＴＭが吸気行程から圧縮行程に切り換えられる時期は機関回転速度Neに基づいて決定されたが、図１１に示されるように、機関回転速度Neの代わりに混合気噴射弁30の噴射回数Ｎｉに基づいて決定されてもよい。
【００８１】
図１１の始動時制御の制御ルーチンを示すフローチャートは、図９のフローチャートのステップＳ３，Ｓ１２での処理が、それぞれ、ステップＳ２３，Ｓ３２での処理に置き換えられたものであり、その他の処理は図９のフローチャートと同様である。
【００８２】
具体的には、ステップＳ２３では、前記点火回路が作動状態になった後からの混合気噴射弁30の噴射回数Ｎｉのカウントが開始される。ステップＳ３２では、噴射回数Ｎｉが、所定噴射回数Ｎｉ１以下か否かが判断される。所定噴射回数Ｎｉ１は、空気室37内の噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０に達する状態に相当する噴射回数Ｎｉであり、実験などに基づいて予め設定される複数の所定数であり、例えば４〜１０である。
【００８３】
ステップＳ３２での判断が否定されるとき、すなわち噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０に達していないと判断されたときは、ステップＳ１３に進んで、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが吸気行程に設定される。また、ステップＳ１２での判断が肯定されるとき、噴射用空気の圧力は圧縮行程での混合気の噴射が可能な基本空気圧ＰＡ０以上であるので、ステップＳ１４に進んで、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが、吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、圧縮行程に設定される。
【００８４】
それゆえ、ステップＳ２３での処理を実行するＥＣＵ80の部分により、噴射回数Ｎｉを検出する噴射回数検出手段が構成され、この噴射回数検出手段も前記機関状態検出手段を構成する。
【００８５】
そして、前記噴射回数検出手段を備える内燃機関によれば、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサを使用することなく、前記噴射回数検出手段の検出結果に基づいて、噴射用空気の圧力が基本空気圧に達するときに、噴射時期ＴＭが吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、高圧の噴射用空気により燃料の霧化が行われるので、基本空気圧ＰＡ０に達したか否かが機関回転速度Neに基づいて判断される前記実施例と同様の効果が奏される。
【００８６】
始動センサ84は、回転速度センサ81の代わりに始動スイッチのオン・オフにより構成されてもよく、さらに始動開始時期に計測を開始して、所定時間経過後にタイムアップするタイマにより構成されてもよい。また、始動手段としてリコイルスタータが使用されてもよい。
【００８７】
内燃機関Ｅの高速または高負荷運転時における混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭは、前記実施例では、吸気行程のみに設定されたが、吸気行程および圧縮行程のそれぞれの行程に設定されてもよく、この場合は、該運転状態に対応する燃料量が、吸気行程および圧縮行程に分けられて燃焼室８に供給されることになる。
【００８８】
内燃機関は多気筒内燃機関であってもよい。また、内燃機関は、自動二輪車以外の車両に搭載されてもよく、さらに車両以外に、船外機やその他の器機に使用されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である筒内噴射式内燃機関のクランク軸の回転中心線L2に直交する平面での部分断面図であり、動弁装置については、図３，図５のＩ矢視図である。
【図２】図１の内燃機関において、クランクケースおよびシリンダについては、シリンダ軸線を含みクランク軸の回転中心線に直交する平面での断面図であり、シリンダヘッドについては図５のＩＩ−ＩＩ矢視での断面図である。
【図３】図５のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視での断面図である。
【図４】図２のシリンダヘッドおよびヘッドカバーの要部拡大図であり、空気圧レギュレータの収容部近傍については、図８のＩＶ−ＩＶ矢視での断面図である。
【図５】ヘッドカバーを外したときの図１のＶ矢視図である。
【図６】主として、図５のＶＩ−ＶＩ矢視での断面図と要部の部分断面図である。
【図７】図１の内燃機関の混合気噴射弁に対する燃料供給系および空気供給系を説明するための模式図である。
【図８】ヘッドカバーの、図１のＶＩＩＩ矢視図である。
【図９】図１の内燃機関の混合気噴射弁の噴射時期の始動時制御のルーチンを説明するフローチャートである。
【図１０】図１の内燃機関の混合気噴射弁および燃料噴射弁の噴射時期、空気ポンプの吐出時期、および点火時期を説明するための模式図であり、（Ａ）は、混合気噴射弁が吸気行程で混合気を噴射するときの図であり、（Ｂ）は、混合気噴射弁が圧縮行程で混合気を噴射するときの図である。
【図１１】本発明の別の実施例である筒内噴射式内燃機関の混合気噴射弁の噴射時期の始動時制御のルーチンを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…クランクケース、２…シリンダ、３…シリンダヘッド、４…ヘッドカバー、５…クランク軸、６…ピストン、７…コンロッド、８…燃焼室、９…吸気ポート、10…排気ポート、11…吸気弁、12…排気弁、14…点火栓、15…吸気管、16…動弁装置、17…カム軸、18i，18e…カム、19i，19e…支持軸、20i，20e…カムフォロア、21i，21e…ロッカ軸、22i，22e…ロッカアーム、23i，23e…ロッド、24，25…スプロケット、26…タイミングチェーン、27…弁バネ、28…冷却水ポンプ、
30…混合気噴射弁、31…燃料噴射弁、32…空気噴射弁、33〜35…シール、36…燃料室、37…空気室、
40…燃料供給系、41…燃料タンク、42…燃料ポンプ、43…燃料圧レギュレータ、44…燃料通路系、45…導管、46…管継手、47…戻り燃料通路、
50…空気供給系、51…エアクリーナ、52…空気ポンプ、53…空気圧レギュレータ、54…空気通路系、55…回転軸、56，57…スプロケット、58…伝動チェーン、59…摺動駒、60…管継手、61，62…シール、63…空気導入室、64…戻り空気室、65…空気通路、66…管継手、67…戻り空気通路、68…導管、69…ピン、70…オリフィス、
80…ＥＣＵ、81…回転速度センサ、82…負荷センサ、83…上死点センサ、84…始動センサ、85…冷却水温センサ、86…点火スイッチ、87…スイッチ
Ｅ…内燃機関、L1…シリンダ軸線、L2…回転中心線、Ｄ…シリンダ軸線方向、Ｈ…平面、ＰＡ…設定空気圧、ＰＡ０…基本空気圧、ＰＦ…設定燃料圧、Ｎｅ…機関回転速度、Ｎｅ１…所定機関回転速度、Ｆｔ，Ｆｓ…フラグ、t…停止時間、ｔ１…所定停止時間、Ｎｉ…噴射回数、Ｎｉ１…所定噴射回数、ＴＭ，ＴＦ…噴射時期、ＴＡ…吐出時期、Ｔｉ…点火時期。
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料と噴射用空気との混合気を燃焼室に直接噴射する混合気噴射弁を備える筒内噴射式内燃機関に関し、特に、噴射用空気が内燃機関のクランク軸の動力により駆動される空気ポンプから吐出された圧縮空気である筒内噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の筒内噴射式内燃機関として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この内燃機関は、燃料と圧縮空気との混合気を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射ユニットと、燃料噴射ユニットに連通するエアダクトに圧縮空気を供給するためにクランク軸により駆動されるコンプレッサとを備える。そして、燃料噴射ユニットに供給された燃料は、燃料噴射ユニット内で圧縮空気と混合され、エアダクトからの圧縮空気と共に燃焼室に噴射される。このようにすることで、燃焼室内では、噴射された圧縮空気による強い空気流が形成されて燃料の霧化が促進されるため、燃焼性が良好な内燃機関が得られる。
【０００３】
しかしながら、内燃機関の始動時において、特に始動開始直後はコンプレッサの吐出空気量が少ないために、内燃機関の長時間の停止状態により、エアダクト内の圧縮空気の圧力が低下している場合には、燃料をシリンダ内に搬送するための十分に高圧の圧縮空気を供給することができない。そのため、燃料噴射ユニットから噴射される圧縮空気により燃焼室内に形成される空気流が弱く、燃料が霧化されにくくなって、燃焼性が低下する結果、始動性が低下する。
【０００４】
そこで、特許文献１の内燃機関では、始動時に、圧縮行程にあるシリンダの燃料噴射ユニットを開弁して、シリンダ内の圧縮空気を燃料噴射ユニット内に導入することにより、エアダクト内の空気圧を高めている。
【０００５】
【特許文献１】
特表２０００−５１４１５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来技術では、圧縮行程時の圧縮空気が燃料噴射ユニットを通じて抽気されるので、シリンダ内の圧力が低下して、内燃機関の始動性が低下する。また、エアダクト内の空気圧を高めるために、燃料噴射ユニットの開弁時期を制御する必要があることから、燃料噴射ユニットの制御が複雑化するうえ、エアダクト内の圧力を検出する圧力センサが必要な場合には、コストが増加する。また、シリンダ内の空気には幾分かのオイルが混入しているため、このオイルが燃料噴射ユニット内の空気通路壁にデポジットとなって付着または堆積し、圧縮空気の流れを阻害する虞がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜４記載の発明は、簡単な制御により、始動性が良好な筒内噴射式内燃機関を提供することを目的とする。そして、請求項２，３記載の発明は、さらに、コスト削減を図ることを目的とし、請求項４記載の発明は、さらに、燃費の改善を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、燃料と噴射用空気との混合気を燃焼室内に直接噴射する混合気噴射弁と、前記噴射用空気となる圧縮空気を吐出するためにクランク軸の動力により駆動される空気ポンプと、前記混合気噴射弁の噴射時期を設定する制御手段とを備える筒内噴射式内燃機関において、前記混合気噴射弁は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から噴射された燃料と前記噴射用空気との混合気を前記燃焼室内に噴射する空気噴射弁とから構成され、前記空気噴射弁の噴射時期が、前記混合気噴射弁の噴射時期であり、
前記空気ポンプの吐出時期は、前記内燃機関の圧縮行程に設定され、前記内燃機関の機関状態を検出する機関状態検出手段を備え、前記制御手段は、前記機関状態検出手段により前記内燃機関の始動が検出されたときであって、前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記圧縮行程での前記混合気の噴射が可能な基本空気圧よりも低圧であると判断したとき、前記燃料噴射弁の噴射時期を前記内燃機関の吸気行程の前半に設定し、前記空気噴射弁の噴射時期を前記燃料噴射弁の噴射時期よりも遅い時期であって、前記吸気行程の前半に設定する始動時制御を実行し、前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧以上であると判断したとき、前記燃料噴射弁の噴射時期を前記吐出時期よりも早い時期に設定し、前記空気噴射弁の噴射時期を、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも高い圧力に設定された設定空気圧よりも高い状態に保たれている時期と重なるように、前記吐出時期と互いに部分的に重なる時期、または前記吐出時期と重なることなく前記吐出時期よりも遅い時期に、かつ前記圧縮行程の後半に設定する筒内噴射式内燃機関である。
【０００９】
これによれば、内燃機関の始動時に、機関回転速度が低くて、クランク軸の動力により駆動される空気ポンプから吐出される圧縮空気により昇圧される噴射用空気の圧力が、圧縮行程で混合気を噴射するには十分に高圧でないとき、始動時制御により、吸気行程の前半に燃料噴射弁が燃料を噴射し、燃料噴射弁の噴射時期よりも遅い時期で吸気行程の前半に空気噴射弁により混合気が噴射される。このとき、燃焼室内が負圧状態にあることに加えて、噴射用空気は、空気ポンプから供給される圧縮空気により、比較的低圧であるものの大気圧よりも高い圧力を有するため、混合気噴射弁内での混合気の圧力と燃焼室内の圧力との差圧が大きくなるので、燃焼室内で燃料の霧化が促進される。また、噴射用空気の圧力が基本空気圧以上のとき、燃料噴射弁は空気ポンプの吐出時期よりも早い時期に燃料を噴射し、空気噴射弁は、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも高い圧力に設定された設定空気圧よりも高い状態に保たれている時期と重なるように、前記吐出時期と互いに部分的に重なる時期、または前記吐出時期と重なることなく前記吐出時期よりも遅い時期に、かつ圧縮行程の後半で混合気を噴射するので、圧縮行程時に混合気噴射弁から燃料と共に噴射される高圧の噴射用空気により、燃焼室内に強い空気流が形成されて、燃料の霧化が促進されるので、良好な燃焼性が得られると共に、成層燃焼での運転が可能になる。
【００１０】
この結果、請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、混合気噴射弁の燃焼室内への噴射時期が機関状態に応じて圧縮行程に設定される筒内噴射式内燃機関において、内燃機関の始動が検出されたときには、噴射時期が吸気行程に設定されるので、噴射時期を変更するという簡単な制御により、燃焼室内で燃料の霧化が促進されて始動時の燃焼性が向上し、始動性が向上する。また、圧縮行程時の空気圧を噴射用空気に利用することもないので、混合気噴射弁内の空気通路がデポジットで閉塞される虞は殆どない。さらに、混合気噴射弁の噴射時期が圧縮行程に設定されることにより、良好な燃焼性が得られると共に、成層燃焼が可能となるので、燃費が改善される。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の筒内噴射式内燃機関において、前記機関状態検出手段は機関回転速度を検出する回転速度検出手段を含み、前記制御手段は、前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であると判断したときであって、前記回転速度検出手段により、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧に達する状態に相当する所定機関回転速度に達したことが検出されたとき、前記始動時制御において前記空気噴射弁の噴射時期を前記吸気行程から前記圧縮行程に切り換えるものである。
【００１２】
これによれば、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサを使用することなく、回転速度検出手段の検出結果に基づいて、噴射用空気の圧力が基本空気圧に達するときに、噴射時期が吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、高圧の噴射用空気により燃料の霧化が行われる。
【００１３】
この結果、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサが不要になるので、コストが削減されると共に、高圧の噴射用空気により燃料の霧化が行われるので、良好な始動性が確保される。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の筒内噴射式内燃機関において、前記機関状態検出手段は混合気噴射弁の噴射回数を検出する噴射回数検出手段を含み、前記制御手段は、前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であると判断したときであって、前記噴射回数検出手段により、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧に達する状態に相当する所定噴射回数に達したことが検出されたとき、前記制御手段は、前記始動時制御において前記空気噴射弁の噴射時期を前記吸気行程から前記圧縮行程に切り換えるものである。
【００１５】
これによれば、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサを使用することなく、噴射回数検出手段の検出結果に基づいて、噴射用空気の圧力が基本空気圧に達するときに、噴射時期が吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、高圧の噴射用空気により燃料の霧化が行われる。
この結果、請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様の効果が奏される。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の筒内噴射式内燃機関において、前記機関状態検出手段は前記内燃機関の停止時間を検出する時間検出手段を含み、前記制御手段が前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であるかまたは前記基本空気圧以上であるかを判断する前記機関状態は前記停止時間であり、前記制御手段は、前記時間検出手段により検出される前記停止時間が所定停止時間を越えるとき、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であると判断し、前記時間検出手段により検出される前記停止時間が前記所定停止時間以内のとき、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧以上であると判断するものである。
【００１７】
これによれば、内燃機関の前回の運転停止時期から今回の始動開始時期までの停止時間が所定停止時間以内であるために、空気ポンプから混合気噴射弁までの空気供給系などに存在し得る僅かな隙間からの圧縮空気の漏洩による噴射用空気の圧力低下が殆どないか、または小さくて、始動開始時期に噴射用空気の圧力が基本空気圧以上であるときは、始動時制御が実行されることなく、圧縮行程で混合気が噴射される。そして、基本空気圧以上の高圧の噴射用空気により、燃焼室内に強い空気流が形成されて、燃料の霧化が促進されるので、良好な燃焼性が得られると共に、始動開始直後から成層燃焼での運転が可能になる。
【００１８】
この結果、請求項４記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、内燃機関が始動状態にあるときでも、内燃機関の停止時間が所定停止時間以内であるときは、始動時制御が行われることなく、高圧の噴射用空気により混合気の噴射が行われることにより、燃焼性が向上するので、良好な始動性が確保されると共に、成層燃焼での運転の開始時期を早めことができるので、燃費が一層改善される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図１１を参照して説明する。
図１〜図３を参照すると、本発明が適用された筒内噴射式内燃機関Ｅは、車両である自動二輪車に搭載される水冷式で単気筒の４ストローク内燃機関であり、クランク軸５が収容されるクランク室を形成するクランクケース１と、クランクケース１の上端部に結合されたシリンダ２と、シリンダ２の上端部に結合されたシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３の上端部に結合されたヘッドカバー４とから構成される機関本体を備える。
【００２０】
そして、内燃機関Ｅは、クランク軸５が車両の左右方向（車幅方向）に延びるように横置き配置されると共に、クランク軸５に対して車両における前方に位置するシリンダ２が僅かに車両における上方に傾斜する状態（図１，図２参照）で車体に懸架される。
【００２１】
なお、この実施例において、内燃機関Ｅ自体に関しては、上方向は、シリンダ軸線L1の方向Ｄにおいて、シリンダ２に対してシリンダヘッド３が位置する方向であるとする。
【００２２】
シリンダ２のシリンダ孔2aに往復動可能に嵌合されたピストン６は、コンロッド７を介して、クランクケース１に回転可能に支持されるクランク軸５に連結される。そして、ピストン６とシリンダヘッド３との間には、シリンダヘッド３の下面に形成された凹部3aおよびピストン６の頂面に形成されたキャビティ6aから構成される燃焼室８が形成される。
【００２３】
図４を併せて参照すると、シリンダヘッド３には、燃焼室８に開口する１対の吸気口9aを有する吸気ポート９と、燃焼室８に開口する１つの排気口10aを有する排気ポート10とが形成され、また１対の吸気口9aをそれぞれ開閉する１対の吸気弁11と排気口10aを開閉する１つの排気弁12とが設けられ、さらに混合気噴射弁30および点火栓14が燃焼室８に臨んで装着されている。
【００２４】
混合気噴射弁30は、シリンダ軸線L1とほぼ同軸の軸線を有するように、シリンダ軸線方向Ｄから見て燃焼室８の中心部に配置されて、燃料と圧縮空気との混合気を燃焼室８に直接噴射する。両吸気弁11、排気弁12および点火栓14は、混合気噴射弁30を中心としてその周囲に、周方向に間隔をおいて配置される。
【００２５】
吸気ポート９の入口9bが開口するシリンダヘッド３の吸気側の側面には、エアクリーナ51（図７参照）およびスロットルボディを有する吸気装置の吸気管15が、入口9bと連通するように接続され、排気ポート10の出口10bが開口するシリンダヘッド３の排気側の側面には、排気装置の排気管が接続される。
【００２６】
ここで、吸気側とは、前記機関本体において、シリンダ軸線L1を含み、かつクランク軸５の回転中心線L2に平行な平面Ｈに対して吸気ポート９が位置する側を意味し、排気側とは、前記機関本体において、平面Ｈに対して排気ポート10が位置する側を意味する。
【００２７】
そして、前記吸気装置から吸気管15を経て供給された吸入空気は、ピストン６が下降する吸気行程で、吸気ポート９から開弁した１対の吸気弁11を通って燃焼室８内に吸入される。混合気の状態で混合気噴射弁30から燃焼室８に噴射された燃料は、圧縮行程で上昇するピストン６により圧縮された後、点火栓14により点火されて燃焼し、膨張行程で燃焼ガスの圧力により下降するピストン６が、コンロッド７を介してクランク軸５を回転駆動する。燃焼ガスは、排気行程で、開弁した排気弁12を通って排気ガスとして燃焼室８から排気ポート10に排出され、さらに前記排気装置を経て外部に排出される。
【００２８】
図１〜図５を参照すると、両吸気弁11および排気弁12を開閉する動弁装置16は、シリンダ２の側部に回転可能に支持されて吸気カム18iおよび排気カム18eを有するカム軸17と、シリンダ２に保持された１対の支持軸19i，19eに揺動可能にそれぞれ支持されて吸気カム18iに接触する吸気カムフォロア20iおよび排気カム18eに接触する排気カムフォロア20eと、シリンダヘッド３に保持された１対のロッカ軸21i，21eに揺動可能にそれぞれ支持されて、１対の吸気弁11の弁ステムの先端に当接する吸気ロッカアーム22iおよび排気弁12の弁ステムの先端に当接する排気ロッカアーム22eと、吸気カムフォロア20iおよび排気カムフォロア20eと吸気ロッカアーム22iおよび排気ロッカアーム22eとにそれぞれ両端部で当接して、吸気カムフォロア20iおよび排気カムフォロア20eの揺動運動を吸気ロッカアーム22iおよび排気ロッカアーム22eにそれぞれ伝達する１対のロッド23i，23eとを備える。
【００２９】
図１に示されるように、カム軸17は、クランク軸５に設けられる駆動スプロケット24と、カム軸17に設けられるカムスプロケット25および両スプロケット24，25に掛け渡されるタイミングチェーン26とを含む伝動機構を介して伝達されるクランク軸５の動力により、その１／２の回転速度で回転駆動される。そして、カム軸17と共に回転する吸気カム18iおよび排気カム18eが、それぞれ、吸気カムフォロア20iおよび排気カムフォロア20e、１対のロッド23i，23e、吸気ロッカアーム22iおよび排気ロッカアーム22eを介して、弁バネ27により閉弁方向に付勢されている１対の吸気弁11および排気弁12を、クランク軸５の回転に同期して所定の開閉時期に開閉する。
【００３０】
図３，図６を参照すると、シリンダヘッド３およびヘッドカバー４に跨って取り付けられた混合気噴射弁30は、燃料と噴射用空気とにより形成された混合気を燃焼室８のキャビティ6a内に直接噴射する。
【００３１】
この混合気噴射弁30は、ヘッドカバー４に形成された挿入筒4cに挿入されて、燃料供給系40（図７参照）を通じて供給される燃料を噴射する燃料噴射弁31と、シリンダヘッド３に形成された挿入筒3cに挿入されて、燃料噴射弁31から噴射された燃料と空気供給系50（図７参照）を通じて供給される噴射用空気との混合気を、噴口（図示されず）を開閉する弁体32a1を有するノズル部32aから燃焼室８内に噴射する空気噴射弁32とから構成される。
【００３２】
挿入筒4cと燃料噴射弁31との間には、燃料噴射弁31の弁ボディ31bの外周に装着された１対の環状のシール33，34により密封される環状の燃料室36が、弁ボディ31bを囲んで形成される。この燃料室36には燃料供給系40からの燃料が供給される。また、挿入筒4cと燃料噴射弁31および空気噴射弁32との間には、シール34および空気噴射弁32の弁ボディ32bの外周に装着された環状のシール35により密封される環状の空気室37が、燃料噴射弁31のノズル部31aおよび空気噴射弁32の空気導入部32cを囲んで形成される。この空気室37には、前記空気供給系50からの圧縮空気が噴射用空気として供給される。
【００３３】
そして、混合気噴射弁30から噴射される混合気に含まれる燃料量と、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭ（図１０参照）および噴射量は、後述する機関状態検出手段により検出される内燃機関Ｅの機関負荷、機関回転速度Neおよび機関温度などの機関状態に応じて、制御手段としての電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という。）80（図１参照）により設定される。また、点火栓14による点火時期Ｔｉ（図１０参照）も前記機関状態に応じてＥＣＵ80により制御される。
【００３４】
燃料噴射弁31および空気噴射弁32は、ＥＣＵ80からの信号により開閉駆動されるソレノイド弁から構成される。そして、燃料噴射弁31は、燃料室36から弁ボディ31bに形成された燃料導入口31cを通って弁ボディ31b内に流入した燃料を、ＥＣＵ80により前記機関状態に応じて設定された噴射時期ＴＦ（図１０参照）および燃料量で、ノズル部31aから空気導入部32cを通って空気噴射弁32の弁ボディ32b内に噴射する。その後、空気噴射弁32は、混合気噴射弁30での噴射時期ＴＭおよび噴射量でもある噴射時期および噴射量で、弁ボディ32b内の燃料と弁ボディ32b内および空気室37の噴射用空気との混合気を、燃焼室８内に臨んでいるノズル部32aからキャビティ6aに向けて噴射する。
【００３５】
図７を参照すると、燃料供給系40は、燃料タンク41から汲み上げた液体燃料を高圧にして圧送する電動式の燃料ポンプ42と、燃料ポンプ42から燃料室36に供給される燃料の圧力を設定燃料圧ＰＦに調整する燃料圧レギュレータ43と、燃料ポンプ42、燃料圧レギュレータ43および燃料室36を連通させる燃料通路系44とから構成される。そして、図６，図８を併せて参照すると、設定燃料圧ＰＦの燃料は、導管45が接続される管継手46を介してヘッドカバー４に形成された孔からなる燃料通路44cを通って燃料室36に供給される。ここで、導管45および管継手46によりそれぞれ形成される燃料通路44a，44bと燃料通路44cとは、燃料通路系44の一部である。また、燃料ポンプ42から吐出された燃料のうち、余剰の燃料は、燃料圧レギュレータ43から戻り燃料通路47を経て燃料タンク41に還流する。
【００３６】
図５〜図７を参照すると、空気供給系50は、クランク軸５の動力により駆動されて前記吸気装置のエアクリーナ51から吸入した空気を高圧の圧縮空気にして吐出する空気ポンプ52と、空気ポンプ52から吐出されて空気室37内に供給された圧縮空気である噴射用空気の圧力を設定空気圧ＰＡに調整する空気圧レギュレータ53と、空気ポンプ52、空気圧レギュレータ53および空気室37を連通させる空気通路系54とから構成される。この設定空気圧ＰＡは、圧縮行程において、好ましくは圧縮行程の後半に、混合気噴射弁30からの混合気の噴射を可能とするための圧力であり、圧縮行程での混合気の噴射を可能とするための最低圧力である後述する基本空気圧ＰＡ０よりも高い圧力に設定される。
【００３７】
シリンダ２の排気側に設けられた空気ポンプ52は、後述する吐出時期ＴＡに設定空気圧ＰＡよりも高圧の圧縮空気を吐出する容積型の往復式ポンプであり、シリンダ２に一体成形されたポンプボディ52aと、ポンプボディ52aに薄板からなるガスケット52cを介して結合されるポンプカバー52bと、シリンダ２に回転可能に支持されてクランク軸５の動力により回転駆動される回転軸55と、回転軸55に連結されると共にポンプボディ52aに往復動可能に嵌合してポンプカバー52bとの間にポンプ室52eを形成するピストン52dとを備える。
【００３８】
ポンプカバー52bには、ガスケット52cの一部をリード弁体としたリード弁からなる吸入弁が設けられる吸入路52f1が形成された吸入部52fと、バネ52h2により付勢された弁体52h1を有する吐出弁52hが設けられる吐出路52g1が形成された吐出部52gとが形成される。図１，図３を併せて参照すると、回転軸55は、クランク軸５に設けられた駆動スプロケット56と、回転軸55に設けられた被動スプロケット57と、両スプロケット56，57に掛け渡された伝動チェーン58から構成される伝動機構を介して伝達されるクランク軸５の動力により、カム軸17と等速で回転駆動される。
【００３９】
ポンプカバー52bおよび吐出部52gは、その全体が、シリンダヘッド３の排気側に隣接して配置されると共に、シリンダヘッド３のシリンダ２との合わせ面3dよりもシリンダヘッド３側に位置し、ポンプ室52eの最上部は、該合わせ面3d上にほぼ位置する。さらに、空気室37の全体は、燃料室36よりも空気ポンプ52寄りに位置する。
【００４０】
ピストン52dは、スコッチヨーク機構を介して回転軸55に連結されている。具体的は、ピストン52dは、回転軸55の一端部において回転軸55の回転中心線から偏心して設けられた偏心軸55aに、ピストン52dに形成された円柱状の案内孔に摺動可能に嵌合する円筒状の摺動駒59を介して連結され、回転軸55の回転によりポンプボディ52a内を、ポンプボディ52aの軸線方向に往復動する。なお、回転軸55の他端部には、冷却水ポンプ28のインペラを回転駆動するための伝動機構が設けられる。
【００４１】
そして、エアクリーナ51に連通する導管が接続される管継手60を経て吸入路52f1からポンプ室52eに吸入された空気は、ピストン52dにより圧縮されて高圧となり、吐出弁52hを開いて圧縮空気として吐出路52g1に吐出される。
【００４２】
図４，図８を参照すると、空気圧レギュレータ53は、ヘッドカバー４の吸気側に一体成形された収容部4dに部分的に収容された状態でヘッドカバー４に装着される。空気圧レギュレータ53は、収容部4dに形成された収容室4eに収容される第１ケース53aと、収容室4eの外部に位置してカバー53cにより覆われる第２ケース53bとを備える。収容部4dと第１ケース53aとの間には、第１ケース53aに装着された１対の環状のシール61，62により密封されて、両シール61，62の間で第１ケース53aを囲む空気導入室63と、シール62と収容部4dの底部との間で第１ケース53aの空気放出部53a1を囲む戻り空気室64とが形成される。戻り空気室64には、圧力調整の際に空気圧レギュレータ53から放出される余剰の空気が、空気放出部53a1を通って導かれる。
【００４３】
第２ケース53bには、設定空気圧ＰＡを補正する際の基準圧を有する流体としての外気を導入する空気導入孔53dが形成される。外気は、収容部4dとカバー53cと間に形成された隙間53eから、第２ケース53bとカバー53cとの間に形成された空間53fに流入し、該空間53fに開放する空気導入孔53dから空気圧レギュレータ53内に流入する。
【００４４】
図７を併せて参照すると、空気導入室63は、収容部4dに形成された通路65aを一部とする空気通路65を介して燃料圧レギュレータ43に連通し、該空気通路65を通って、燃料圧レギュレータ43の設定燃料圧ＰＦを空気室37内の圧力に応じて補正する際の基準圧を有する流体としての、設定空気圧ＰＡを有する空気が導かれる。さらに、戻り空気室64は、収容部4dに装着された管継手66、および該管継手66に接続される導管（図示されず）などにより形成される戻り空気通路67を介してエアクリーナ51に連通する。そして、空気ポンプ52から吐出された圧縮空気のうち、余剰の空気が、空気圧レギュレータ53から戻り空気通路67を経てエアクリーナ51に還流する。
【００４５】
図５〜図８を参照すると、空気通路系54は、ポンプカバー52bの吐出路52g1の出口に接続されて導管68により形成される空気通路54aと、シリンダヘッド３に形成された孔からなるヘッド側空気通路54bと、ヘッドカバー４に形成された孔からなるカバー側空気通路54cと、シリンダヘッド３およびヘッドカバー４の合わせ面に設けられてヘッド側空気通路54bとカバー側空気通路54cとを接続するための中空の位置決めピン69により形成される接続空気通路54dと、カバー側空気通路54cから分岐する分岐空気通路54eとから構成される。
【００４６】
ヘッドカバー４に形成された孔からなる分岐空気通路54eは、カバー側空気通路54cを介して空気室37と空気圧レギュレータ53とを連通させる。分岐空気通路54eにはオリフィス70（図４も参照）が設けられる。このオリフィス70により、設定空気圧ＰＡよりも高圧の圧縮空気が空気ポンプ52から吐出される時期に、空気ポンプ52の吐出開始時期から所定時間、空気室37内の噴射用空気の圧力を設定空気圧ＰＡよりも高く保つことができる。それゆえ、オリフィス70は、混合気噴射弁30の噴射開始時期に少なくとも重なる時期まで、噴射用空気の圧力を設定空気圧ＰＡよりも高い圧力に一時的に維持する高圧維持構造を構成する。さらに、オリフィス70により、空気圧レギュレータ53に導かれる圧縮空気の脈動が抑制されて、空気圧レギュレータ53の調圧機能の精度が向上する。
【００４７】
また、導管68はシリンダ２の排気側に配置され、ヘッド側空気通路54bおよびカバー側空気通路54cがそれぞれシリンダヘッド３の排気側およびヘッドカバー４の排気側に形成されていることにより、空気通路系54のうち、空気ポンプ52から空気室37に至る空気通路54a，54b，54cは、排気ポート10を流れる排気ガスのために吸気側に比べて温度が高いシリンダヘッド３の排気側およびヘッドカバー４の排気側に設けられる。
【００４８】
次に、図１，図３，図９，図１０を参照して、空気ポンプ52からの圧縮空気の吐出時期ＴＡおよびＥＣＵ80による混合気噴射弁30の制御について説明する。
図１を参照すると、ＥＣＵ80には、内燃機関Ｅの機関回転速度Neを検出する回転速度検出手段であってクランク軸５の回転速度を検出する回転速度センサ81、機関負荷を検出する負荷検出手段であって前記吸気装置に設けられたスロットル弁の開度を検出する負荷センサ82、内燃機関Ｅの圧縮行程での上死点を検出する上死点検出手段であって回転軸55の回転位置を検出する上死点センサ83、内燃機関Ｅが始動状態にあることを検出する始動検出手段である始動センサ84、および機関温度を検出する機関温度検出手段である冷却水温センサ85、点火栓14への通電制御を行う点火回路を作動状態または非作動状態にする点火スイッチ86、交差点などでの一時的な停車時に内燃機関Ｅを停止状態にするアイドリングストップ制御装置からの信号に基づいて該アイドリングストップ制御装置の作動および非作動を検出するアイドリングストップ検出手段であって前記点火回路を作動状態または非作動状態にするスイッチ87などから構成される機関状態検出手段からの検出信号が入力される。
【００４９】
ここで、内燃機関Ｅの始動状態とは、始動手段としての始動電動機（図示されず）が始動スイッチのオン状態により作動して、停止状態にあったクランク軸５が回転を開始する始動開始時期から内燃機関Ｅが完爆状態になる始動完了時期までの運転状態である。そして、この実施例では、始動センサ84は、回転速度センサ81を利用して構成され、機関回転速度Neが、始動開始時期のゼロ（零）から始動完了時期の機関回転速度Neまでの回転速度範囲にあるときを始動状態とする。
【００５０】
また、ＥＣＵ80のメモリには、燃料噴射弁31から噴射される燃料の噴射時期ＴＦおよび燃料量（ここでは、開弁時間と等価である。）、空気噴射弁32、すなわち混合気噴射弁30から噴射される混合気の噴射時期ＴＭおよび噴射量（ここでは、開弁時間と等価である。）を制御するための制御プログラムや各種マップが記憶されており、ＥＣＵ80はこれら制御プログラムに従って混合気噴射弁30を制御する。
【００５１】
以下、内燃機関Ｅの始動状態にあるときの混合気噴射弁30の制御について、図３，図９，図１０を参照して説明する。
混合気噴射弁30の始動時制御のルーチンを説明するための図９のフローチャートを参照すると、ステップＳ１では、このルーチンが開始されたときに後述するステップＳ６での判断を１回のみ行うために、停止時間判断フラグＦｔが１にセットされる。
【００５２】
次いで、ステップＳ２で前記点火回路が作動状態にある、すなわち点火スイッチ86およびスイッチ87が共にオン状態にあるか否かが判断され、この判断が否定されるときこのルーチンは終了する。ここで、スイッチ87がオン状態のときは、前記アイドリングストップ制御装置は非作動状態にあり、アイドリングストップが行われず、スイッチ87がオフ状態のときは、前記点火回路が非作動状態になって、前記アイドリングストップ制御装置は作動状態にあり、アイドリングストップが行われる。ステップＳ２での判断が肯定されるとき、ステップＳ３で回転速度センサ81により検出される機関回転速度Neが読み込まれる。ここで、始動開始前は、機関回転速度Neは０（ゼロ）である。
【００５３】
ステップＳ４に進んで、始動センサ84からの検出信号に基づいて内燃機関Ｅが始動状態にあるか否かが判断され、この判断が否定されるとき、内燃機関Ｅは始動状態以外の状態で運転されているので、ステップＳ１５に進んで、点火スイッチ86またはスイッチ87がオフ状態にあるために前記点火回路が非作動状態になっているか否かが判断され、この判断が否定されるとき、内燃機関Ｅは運転状態にあり、ステップＳ３に戻ってこのルーチンの処理が継続して実行される。
【００５４】
ステップＳ４での判断が肯定されて、内燃機関Ｅが始動状態にあるとき、ステップＳ５に進んで、フラグＦｔが参照される。フラグＦｔが１にセットされていて、停止時間ｔが所定停止時間ｔ１以内であるか否かの判断を行う必要があるときは、ステップＳ６に進む。また、ステップＳ５での判断が否定されるとき、停止時間ｔの判断は既に実行されているので、ステップＳ１１に進んで、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭ（図１０参照）の始動時制御を行うか否かが判断される。
【００５５】
ステップＳ６では、前回の停止時期から今回の始動開始時期までの内燃機関Ｅの停止時間ｔを検出する時間検出手段であるタイマにより検出される停止時間ｔが、噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０以上である状態に相当する所定停止時間ｔ１以内であるか否かが判断される。それゆえ、このタイマも、内燃機関Ｅの機関状態を検出する前記機関状態検出手段を構成する。
【００５６】
噴射用空気の圧力は、内燃機関Ｅの停止時に空気ポンプの作動が停止されるため、シリンダ２、シリンダヘッド３およびヘッドカバー４などに形成される空気供給系50の僅かな隙間からの圧縮空気の漏洩などに起因して、停止時間ｔの経過と共に徐々に低下する。そして、この基本空気圧ＰＡ０は、圧縮行程での混合気噴射弁30からの混合気の噴射が可能な最低圧力である。
【００５７】
したがって、通常の一時的な内燃機関Ｅの停止やアイドリングストップなど、内燃機関Ｅの停止後の短時間内での再始動時では、停止時間ｔが比較的短いので、噴射用空気の圧力低下は殆どないか、または小さく、噴射用空気の圧力は前記基本空気圧ＰＡ０以上の値になっている。そのため、アイドリングストップなどの短時間の停止時間後に、内燃機関Ｅが再始動されるとき、ステップＳ６での判断は肯定されて、ステップＳ７でフラグＦｔが０にセットされた後、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、噴射用空気が基本空気圧ＰＡ０以上であって、圧縮行程時での混合気の噴射が可能であることから、吸気行程で混合気を噴射する必要がないので、噴射時期ＴＭの始動時制御を実行しないことを示すために、始動時制御フラグＦｓが０にセットされる。
【００５８】
停止時間ｔが長かったために、噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０よりも低圧である状態に相当する時間が経過しているために、ステップＳ６での判断が否定されるときは、ステップＳ９でフラグＦｔが０にセットされた後、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、噴射用空気が基本空気圧ＰＡ０よりも低圧であるため、圧縮行程時での混合気の噴射を行うことが困難であるので、噴射時期ＴＭを吸気行程に設定する始動時制御を実行することを示すために、フラグＦｓが１にセットされて、ステップＳ１１に進む。
【００５９】
そして、ステップＳ１１では、フラグＦｓが１であるとき、ステップＳ１２に進んで、機関回転速度Neが、所定機関回転速度Ne１に達したか否かが判断される。この所定機関回転速度Ne１は、空気室37内の噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０に達する状態に相当する機関回転速度Neであり、実験などに基づいて予め設定される。
【００６０】
ステップＳ１２での判断が否定されるとき、すなわち空気室37内の噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０に達していないと判断されたときは、ステップＳ１３に進んで、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが吸気行程のみに設定される。そして、図１０（Ａ）に示されるように、混合気噴射弁30からは、噴射時期ＴＭに先立って燃料噴射弁31から噴射時期ＴＦに噴射された燃料が、噴射用空気と共に、吸気行程にあるために負圧状態にある燃焼室８内に向けて、内燃機関Ｅのサイクル毎に１回噴射される。それゆえ、この吸気行程での混合気の噴射により、圧縮上死点前の点火時期Ｔｉまでに燃焼室８全体にほぼ均質の混合気が形成されて、その均質混合気が燃焼する均質燃焼が行われる。
【００６１】
さらに具体的には、１サイクルが吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程の順に行われるとするとき、各サイクルにおいて、燃料噴射弁31の噴射時期ＴＦは吸気行程の前半に設定され、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭ（空気噴射弁32の噴射時期でもある。）は、噴射時期ＴＦよりも遅い時期であって、ここでは吸気行程の前半に設定される。
【００６２】
このとき、内燃機関Ｅが停止されてから、空気供給系50の僅かな隙間からの圧縮空気の漏洩により空気室37内の空気圧が外気の圧力である大気圧に等しくなる程度に長い時間が経過している場合、図１０（Ａ）に示される今回のサイクルでの噴射時期ＴＦにおいて、燃料噴射弁31から噴射された燃料は、前回のサイクルにおいて高められた空気圧を有する噴射用空気と共に、または今回のサイクルが始動開始後の最初のサイクルであるときには大気圧に等しい空気圧を有する噴射用空気と共に、燃焼室８内に噴射される。そして、今回のサイクルにおいて、圧縮行程の前半から後半に渡って設定された空気ポンプ52の吐出時期ＴＡに吐出された圧縮空気は、空気室37内の噴射用空気の圧力を上昇させ、その昇圧された噴射用空気は、次回のサイクルで燃料と共に燃焼室８に噴射される。また、内燃機関Ｅが前回停止されてから、空気室37内の空気圧が大気圧に等しくなる程度になるまで時間が経過していない場合には、始動開始から大気圧よりも高い圧力の噴射用空気で、混合気が噴射されることになる。
【００６３】
それゆえ、ステップＳ４〜Ｓ６，Ｓ９〜Ｓ１３の一連のステップにより、噴射用空気の空気圧が基本空気圧ＰＡ０よりも低くなって、例えば大気圧に等しくなるほど長時間に渡って停止状態にあった内燃機関Ｅが始動を開始したときには、必ず噴射時期ＴＭが吸気行程に設定されることになる。
【００６４】
ステップＳ１２での判断が肯定されるとき、噴射用空気の圧力は、基本空気圧ＰＡ０以上であるので、ステップＳ１４に進んで、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが、吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、圧縮行程に設定される。そして、図１０（Ｂ）に示されるように、混合気噴射弁30からは、噴射時期ＴＭに先立って燃料噴射弁31から噴射時期ＴＦに噴射された燃料が、噴射用空気と共に、圧縮行程にあるために高圧状態にある燃焼室８内に向けて噴射される。このとき、混合気噴射弁30から噴射された混合気は、その殆どがキャビティ6a内に留まって、燃焼室８全体に拡散することが防止または抑制されるため、点火栓14付近に着火性の良好な混合気が存在し、キャビティ6aの周囲には燃料が含まれない空気層が存在する状態で、混合気が燃焼する成層燃焼が行われる。
【００６５】
さらに具体的には、各サイクルにおいて、圧縮行程の前半から後半に渡って設定された空気ポンプ52の吐出時期ＴＡに対して、燃料噴射弁31の噴射時期ＴＦは、吐出時期ＴＡよりも早い時期、例えば吸気行程の後半に設定され、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭ（空気噴射弁32の噴射時期でもある。）は、吐出時期ＴＡと互いに部分的に重なる時期、または吐出時期ＴＡと重なることなく、吐出時期ＴＡよりも僅かに遅い時期であって、圧縮行程の後半に設定される。そして、いずれにしても、噴射時期ＴＭは、空気室37内の噴射用空気の圧力が設定空気圧ＰＡよりも高い状態に保たれている時期と重なるように設定される。
【００６６】
このように、始動状態において、始動開始から所定機関回転速度Ne１になるまでの機関状態は、噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０未満である状態に相当する第１機関状態であり、この第１機関状態のとき、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭは吸気行程に設定される。そして、始動状態において、所定機関回転速度Ne１以上のときの機関状態は、噴射用空気が基本空気圧ＰＡ０以上である状態に相当する第２機関状態であり、この第２機関状態のとき、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭは圧縮行程に設定される。
【００６７】
なお、ステップＳ４に関連して、内燃機関Ｅが始動時以外の状態で運転されているとき、ＥＣＵ80は、前記機関状態に応じて、圧縮行程または吸気行程に噴射時期ＴＭを設定する。例えば、内燃機関Ｅの始動完了直後、アイドリング運転時および低速または低負荷運転時などの内燃機関Ｅの一部の運転域においては、図１０（Ｂ）に示されるように、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが圧縮行程の後半に設定されて、成層燃焼が行われる。また、内燃機関Ｅの高速または高負荷運転時などの内燃機関Ｅの別の運転域においは、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが吸気行程に設定され、燃焼室８全体にほぼ均質な混合気が形成されて、均質燃焼が行われる。
【００６８】
さらに、ステップＳ４での判断が否定されて、ステップＳ１５の判断が肯定されるときは、アイドリングストップを含めて内燃機関Ｅの運転が停止されるときである。このときは、ステップＳ１６に進んで、前記タイマが、リセットされた後、カウントを開始して、このルーチンは終了する。
そして、ステップＳ４での判断が否定される始動完了時まで、ステップＳ３〜Ｓ１４までの処理がＥＣＵ80により、所定時間毎に実行される。
【００６９】
次に、前述のように構成された実施例の作用および効果について説明する。
混合気噴射弁30とクランク軸５の動力により駆動される空気ポンプ52と、前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に応じて混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭを吸気行程または圧縮行程に設定するＥＣＵ80とを備える内燃機関Ｅにおいて、ＥＣＵ80は、始動センサ84により内燃機関Ｅの始動が検出されたとき、噴射時期ＴＭを吸気行程に設定する前記始動時制御を実行することにより、内燃機関Ｅの始動時に、機関回転速度Neが低くて、クランク軸５の動力により駆動される空気ポンプ52から吐出される圧縮空気により昇圧される噴射用空気の圧力が、圧縮行程で混合気を噴射するには十分に高圧でないとき、燃焼室８内の圧力が負圧になる吸気行程時に混合気噴射弁30から混合気が噴射される。このとき、燃焼室８内が負圧状態にあることに加えて、噴射用空気は、空気ポンプ52から供給される圧縮空気により、比較的低圧であるものの大気圧よりも高い圧力を有するため、混合気噴射弁30内での混合気の圧力と燃焼室８内の圧力との差圧が大きくなるので、燃焼室８内で燃料の霧化が促進される。また、圧縮行程時に混合気噴射弁30から燃料と共に噴射される高圧の噴射用空気により、燃焼室８内に強い空気流が形成されて、燃料の霧化が促進されるので、良好な燃焼性が得られると共に、成層燃焼での運転が可能になる。
【００７０】
この結果、内燃機関Ｅの始動が検出されたときには、噴射時期ＴＭを吸気行程に変更するという簡単な制御により、燃焼室８内で燃料の霧化が促進されて始動時の燃焼性が向上し、始動性が向上する。また、圧縮行程時のシリンダ孔2a内の空気圧を噴射用空気に利用することもないので、混合気噴射弁30内の空気通路がデポジットで閉塞される虞は殆どない。さらに、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが圧縮行程に設定されることにより、良好な燃焼性が得られると共に、成層燃焼が可能となるので、燃費が改善される。
【００７１】
また、混合気噴射弁30の燃料量や噴射時期ＴＭの算出のために使用される前記機関状態検出手段を構成する回転速度センサ81により、噴射用空気の圧力が圧縮行程での混合気の噴射が可能な基本空気圧ＰＡ０に達する状態に相当する所定機関回転速度Ne１に達したことが検出されたとき、噴射時期ＴＭが吸気行程から圧縮行程に切り換えられることにより、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサを使用することなく、回転速度センサ81の検出結果に基づいて、噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０に達するときに、噴射時期ＴＭが吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、基本空気圧ＰＡ０以上の圧力の噴射用空気により燃料の霧化が行われる。
【００７２】
この結果、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサが不要になるので、コストが削減されると共に、高圧の噴射用空気により燃料の霧化が行われるので、良好な始動性が確保される。
【００７３】
内燃機関Ｅの始動が検出されたときに前記タイマにより検出される停止時間ｔが、噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０以上である状態に相当する所定停止時間ｔ１以内のとき、ＥＣＵ80は、噴射時期ＴＭを圧縮行程に設定し、停止時間ｔが所定停止時間ｔ１を越えるとき、前記始動時制御を実行することにより、内燃機関Ｅの前回の運転停止時期から今回の始動開始時期までの停止時間ｔが所定停止時間ｔ１以内であるために、空気ポンプ52から混合気噴射弁30までの空気供給系50および空気室37に存在し得る僅かな隙間からの圧縮空気の漏洩による噴射用空気の圧力低下が殆どないか、または小さくて、始動開始時期に噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０以上であるときは、前記始動時制御が実行されることなく、圧縮行程で混合気が噴射される。そして、基本空気圧ＰＡ０以上の高圧の噴射用空気により、燃焼室８内に強い空気流が形成されて、燃料の霧化が促進されるので、良好な燃焼性が得られると共に、始動開始直後から成層燃焼での運転が可能になる。
【００７４】
この結果、内燃機関Ｅが始動状態にあるときでも、アイドリングストップなどの一旦停止後の短時間内での再始動時であるとき、つまり停止時間ｔが所定停止時間ｔ１以内であるときは、前記始動時制御が行われることなく、高圧の噴射用空気により混合気の噴射が行われて、燃焼性が向上するので、良好な始動性が確保されると共に、成層燃焼での運転の開始時期を早めることができるので、燃費が一層改善される。
【００７５】
空気ポンプ52の吐出部52gおよび導管68が、シリンダヘッド３の排気側に隣接して配置され、ヘッド側空気通路54bおよびカバー側空気通路54cがそれぞれシリンダヘッド３の排気側およびヘッドカバー４の排気側に配置されていることにより、空気ポンプ52から吐出された圧縮空気を空気室37に導く空気通路系54の空気通路54a，54b，54cは、排気ポート10を流れる排気ガスのために吸気側に比べて温度が高いシリンダヘッド３の排気側およびヘッドカバー４の排気側に設けられるので、空気ポンプ52により圧縮されて昇温した圧縮空気が該空気通路54a，54b，54cを流れるとき、圧縮空気の温度低下が抑制されて、圧縮空気の保温が可能になる。
【００７６】
その結果、圧縮空気が空気通路系54を流れる際に、圧縮空気の温度よりも低温の通路壁との接触による結露の発生が防止または抑制され、しかも空気室37内の噴射用空気の温度を比較的高く保つことができるので、始動時の燃料の気化が促進されて、この点でも始動性が向上する。
【００７７】
さらに、ポンプカバー52bおよび吐出部52gは、その全体が、シリンダヘッド３のシリンダ２との合わせ面3dよりもシリンダヘッド３側に位置し、ポンプ室52eの最上部は、該合わせ面3d上にほぼ位置し、空気室37の全体は、燃料室36よりも空気ポンプ52寄りに位置することにより、空気通路系54のうち、吐出部52gから空気室37に至る空気通路54a，54b，54cを短くすると共に、排気ポート10が形成されたシリンダヘッド３の排気側およびその近傍に集中して配置することができるので、空気通路系54のうち、空気ポンプ52から空気室37に至る空気通路54a，54b，54cでの圧縮空気の保温効果が向上する。この結果、噴射用空気の温度を比較的高く保つことに寄与できるので、始動時の燃料の気化が促進されて、始動性が向上する。
【００７８】
空気通路系54には、混合気噴射弁30の噴射開始時期に少なくとも重なる時期まで、噴射用空気の圧力を設定空気圧ＰＡよりも高い圧力に一時的に維持する高圧維持構造を構成するオリフィス70が設けられることより、噴射時期ＴＭには、設定空気圧ＰＡよりも高圧の噴射用空気と共に燃料が噴射されるので、燃焼室８内での燃料の霧化がさらに促進される。
【００７９】
この結果、始動時において噴射時期ＴＭが圧縮行程に設定されるとき、燃焼室８内での燃料の霧化がさらに促進されるので、この点でも始動性が向上する。
【００８０】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
前記実施例では、噴射時期ＴＭが吸気行程から圧縮行程に切り換えられる時期は機関回転速度Neに基づいて決定されたが、図１１に示されるように、機関回転速度Neの代わりに混合気噴射弁30の噴射回数Ｎｉに基づいて決定されてもよい。
【００８１】
図１１の始動時制御の制御ルーチンを示すフローチャートは、図９のフローチャートのステップＳ３，Ｓ１２での処理が、それぞれ、ステップＳ２３，Ｓ３２での処理に置き換えられたものであり、その他の処理は図９のフローチャートと同様である。
【００８２】
具体的には、ステップＳ２３では、前記点火回路が作動状態になった後からの混合気噴射弁30の噴射回数Ｎｉのカウントが開始される。ステップＳ３２では、噴射回数Ｎｉが、所定噴射回数Ｎｉ１以下か否かが判断される。所定噴射回数Ｎｉ１は、空気室37内の噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０に達する状態に相当する噴射回数Ｎｉであり、実験などに基づいて予め設定される複数の所定数であり、例えば４〜１０である。
【００８３】
ステップＳ３２での判断が否定されるとき、すなわち噴射用空気の圧力が基本空気圧ＰＡ０に達していないと判断されたときは、ステップＳ１３に進んで、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが吸気行程に設定される。また、ステップＳ１２での判断が肯定されるとき、噴射用空気の圧力は圧縮行程での混合気の噴射が可能な基本空気圧ＰＡ０以上であるので、ステップＳ１４に進んで、混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭが、吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、圧縮行程に設定される。
【００８４】
それゆえ、ステップＳ２３での処理を実行するＥＣＵ80の部分により、噴射回数Ｎｉを検出する噴射回数検出手段が構成され、この噴射回数検出手段も前記機関状態検出手段を構成する。
【００８５】
そして、前記噴射回数検出手段を備える内燃機関によれば、噴射用空気の圧力を検出する圧力センサを使用することなく、前記噴射回数検出手段の検出結果に基づいて、噴射用空気の圧力が基本空気圧に達するときに、噴射時期ＴＭが吸気行程から圧縮行程に切り換えられて、高圧の噴射用空気により燃料の霧化が行われるので、基本空気圧ＰＡ０に達したか否かが機関回転速度Neに基づいて判断される前記実施例と同様の効果が奏される。
【００８６】
始動センサ84は、回転速度センサ81の代わりに始動スイッチのオン・オフにより構成されてもよく、さらに始動開始時期に計測を開始して、所定時間経過後にタイムアップするタイマにより構成されてもよい。また、始動手段としてリコイルスタータが使用されてもよい。
【００８７】
内燃機関Ｅの高速または高負荷運転時における混合気噴射弁30の噴射時期ＴＭは、前記実施例では、吸気行程のみに設定されたが、吸気行程および圧縮行程のそれぞれの行程に設定されてもよく、この場合は、該運転状態に対応する燃料量が、吸気行程および圧縮行程に分けられて燃焼室８に供給されることになる。
【００８８】
内燃機関は多気筒内燃機関であってもよい。また、内燃機関は、自動二輪車以外の車両に搭載されてもよく、さらに車両以外に、船外機やその他の器機に使用されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である筒内噴射式内燃機関のクランク軸の回転中心線L2に直交する平面での部分断面図であり、動弁装置については、図３，図５のＩ矢視図である。
【図２】図１の内燃機関において、クランクケースおよびシリンダについては、シリンダ軸線を含みクランク軸の回転中心線に直交する平面での断面図であり、シリンダヘッドについては図５のＩＩ−ＩＩ矢視での断面図である。
【図３】図５のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視での断面図である。
【図４】図２のシリンダヘッドおよびヘッドカバーの要部拡大図であり、空気圧レギュレータの収容部近傍については、図８のＩＶ−ＩＶ矢視での断面図である。
【図５】ヘッドカバーを外したときの図１のＶ矢視図である。
【図６】主として、図５のＶＩ−ＶＩ矢視での断面図と要部の部分断面図である。
【図７】図１の内燃機関の混合気噴射弁に対する燃料供給系および空気供給系を説明するための模式図である。
【図８】ヘッドカバーの、図１のＶＩＩＩ矢視図である。
【図９】図１の内燃機関の混合気噴射弁の噴射時期の始動時制御のルーチンを説明するフローチャートである。
【図１０】図１の内燃機関の混合気噴射弁および燃料噴射弁の噴射時期、空気ポンプの吐出時期、および点火時期を説明するための模式図であり、（Ａ）は、混合気噴射弁が吸気行程で混合気を噴射するときの図であり、（Ｂ）は、混合気噴射弁が圧縮行程で混合気を噴射するときの図である。
【図１１】本発明の別の実施例である筒内噴射式内燃機関の混合気噴射弁の噴射時期の始動時制御のルーチンを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…クランクケース、２…シリンダ、３…シリンダヘッド、４…ヘッドカバー、５…クランク軸、６…ピストン、７…コンロッド、８…燃焼室、９…吸気ポート、10…排気ポート、11…吸気弁、12…排気弁、14…点火栓、15…吸気管、16…動弁装置、17…カム軸、18i，18e…カム、19i，19e…支持軸、20i，20e…カムフォロア、21i，21e…ロッカ軸、22i，22e…ロッカアーム、23i，23e…ロッド、24，25…スプロケット、26…タイミングチェーン、27…弁バネ、28…冷却水ポンプ、
30…混合気噴射弁、31…燃料噴射弁、32…空気噴射弁、33〜35…シール、36…燃料室、37…空気室、
40…燃料供給系、41…燃料タンク、42…燃料ポンプ、43…燃料圧レギュレータ、44…燃料通路系、45…導管、46…管継手、47…戻り燃料通路、
50…空気供給系、51…エアクリーナ、52…空気ポンプ、53…空気圧レギュレータ、54…空気通路系、55…回転軸、56，57…スプロケット、58…伝動チェーン、59…摺動駒、60…管継手、61，62…シール、63…空気導入室、64…戻り空気室、65…空気通路、66…管継手、67…戻り空気通路、68…導管、69…ピン、70…オリフィス、
80…ＥＣＵ、81…回転速度センサ、82…負荷センサ、83…上死点センサ、84…始動センサ、85…冷却水温センサ、86…点火スイッチ、87…スイッチ
Ｅ…内燃機関、L1…シリンダ軸線、L2…回転中心線、Ｄ…シリンダ軸線方向、Ｈ…平面、ＰＡ…設定空気圧、ＰＡ０…基本空気圧、ＰＦ…設定燃料圧、Ｎｅ…機関回転速度、Ｎｅ１…所定機関回転速度、Ｆｔ，Ｆｓ…フラグ、t…停止時間、ｔ１…所定停止時間、Ｎｉ…噴射回数、Ｎｉ１…所定噴射回数、ＴＭ，ＴＦ…噴射時期、ＴＡ…吐出時期、Ｔｉ…点火時期。
Claims (4)
- 燃料と噴射用空気との混合気を燃焼室内に直接噴射する混合気噴射弁と、前記噴射用空気となる圧縮空気を吐出するためにクランク軸の動力により駆動される空気ポンプと、前記混合気噴射弁の噴射時期を設定する制御手段とを備える筒内噴射式内燃機関において、
前記混合気噴射弁は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から噴射された燃料と前記噴射用空気との混合気を前記燃焼室内に噴射する空気噴射弁とから構成され、
前記空気噴射弁の噴射時期が、前記混合気噴射弁の噴射時期であり、
前記空気ポンプの吐出時期は、前記内燃機関の圧縮行程に設定され、
前記内燃機関の機関状態を検出する機関状態検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記機関状態検出手段により前記内燃機関の始動が検出されたときであって、
前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記圧縮行程での前記混合気の噴射が可能な基本空気圧よりも低圧であると判断したとき、前記燃料噴射弁の噴射時期を前記内燃機関の吸気行程の前半に設定し、前記空気噴射弁の噴射時期を前記燃料噴射弁の噴射時期よりも遅い時期であって、前記吸気行程の前半に設定する始動時制御を実行し、
前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧以上であると判断したとき、前記燃料噴射弁の噴射時期を前記吐出時期よりも早い時期に設定し、前記空気噴射弁の噴射時期を、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも高い圧力に設定された設定空気圧よりも高い状態に保たれている時期と重なるように、前記吐出時期と互いに部分的に重なる時期、または前記吐出時期と重なることなく前記吐出時期よりも遅い時期に、かつ前記圧縮行程の後半に設定することを特徴とする筒内噴射式内燃機関。 - 前記機関状態検出手段は機関回転速度を検出する回転速度検出手段を含み、
前記制御手段は、
前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であると判断したときであって、
前記回転速度検出手段により、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧に達する状態に相当する所定機関回転速度に達したことが検出されたとき、前記始動時制御において前記空気噴射弁の噴射時期を前記吸気行程から前記圧縮行程に切り換えることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関。 - 前記機関状態検出手段は混合気噴射弁の噴射回数を検出する噴射回数検出手段を含み、
前記制御手段は、
前記機関状態検出手段により検出される前記機関状態に基づいて前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であると判断したときであって、
前記噴射回数検出手段により、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧に達する状態に相当する所定噴射回数に達したことが検出されたとき、前記始動時制御において前記空気噴射弁の噴射時期を前記吸気行程から前記圧縮行程に切り換えることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関。 - 前記機関状態検出手段は前記内燃機関の停止時間を検出する時間検出手段を含み、
前記制御手段が前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であるかまたは前記基本空気圧以上であるかを判断する前記機関状態は前記停止時間であり、
前記制御手段は、
前記時間検出手段により検出される前記停止時間が所定停止時間を越えるとき、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧よりも低圧であると判断し、
前記時間検出手段により検出される前記停止時間が前記所定停止時間以内のとき、前記噴射用空気の圧力が前記基本空気圧以上であると判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の筒内噴射式内燃機関。
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