JP4736518B2 - 筒内直接噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒内直接噴射式内燃機関の制御装置に関し、特に冷間始動直後など、排気通路に備えられる排気浄化用の触媒の暖機（活性化）が要求されている時に好適な制御装置に関する。

火花点火燃焼に際し、燃料噴射弁から筒内に燃料を直接噴射し、筒内に成層化した混合気を形成することで、大幅な希薄燃焼を行う内燃機関は、特に低・中負荷において、燃料消費を大きく低減できることが知られている。

また、上記のような筒内直接噴射式内燃機関に関し、冷機始動から暖機過程において、排気浄化触媒の活性化促進を図るべく、いくつかの技術が提案されている。

特許文献１に記載された技術では、排気浄化触媒が活性温度より低い未暖機状態のときに、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、点火プラグ付近に比較的リッチかつ空燃比の濃淡を有する不均一な混合気を形成する後期噴射と、この後期噴射より前に燃料を噴射して、後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能な、理論空燃比よりリーンな空燃比の混合気を、後期噴射による混合気の周囲に形成する早期噴射との少なくとも２回の分割噴射を行わせ、かつ、点火時期をＭＢＴより所定量リタードさせると共に、エンジンの無負荷領域を除く、エンジンの低回転低負荷領域では、点火時期を圧縮上死点以降までリタードさせることが記載されている。

これは、点火プラグ付近のリッチかつ不均一な混合気により着火安定性を確保し（初期燃焼速度を速め）、また、その周りのリーンな混合気で主燃焼を緩慢燃焼として余剰燃料の後燃えを促進し、排気温度上昇及びＨＣ低減を図っている。
特許第３３２５２３０号

エンジン冷機時の触媒の早期活性化及びＨＣ低減のため、後燃えを促進するには、点火時期の遅角化が有効であり、より大きな効果を得るためには圧縮上死点以降の点火（ＡＴＤＣ点火）が望ましいが、ＡＴＤＣ点火で安定した燃焼を行わせるためには、初期燃焼期間を短縮する（初期燃焼を速める）必要がある。そのためには点火プラグ付近の混合気濃度（リッチ化）と混合気分布（不均一化）の工夫以外に、筒内の乱れを強化して燃焼速度（火炎伝播速度）を上昇させることが効果的と考えられる。

しかしながら、特許文献１では、主に、１回目の燃料噴射（早期噴射）を吸気行程中に行い、２回目の燃料噴射（後期噴射）を圧縮行程の１２０〜４５°ＢＴＤＣにて行っており、１回目の燃料噴射が吸気行程では、その噴霧により筒内に乱れを生成しても、圧縮行程ではその乱れが減衰し、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播速度上昇に寄与しない。

また、２回目の燃料噴射についても、４５°ＢＴＤＣより前では、その噴霧により筒内に乱れが生成しても、ＡＴＤＣ点火までに乱れが小さくなり、燃焼改善への寄与が小さい。このため、ＡＴＤＣ点火の方が排温上昇やＨＣ低減に有利であるが、燃焼安定性が成立しないために、特許文献１では無負荷領域ではＢＴＤＣ点火としている。

ここで、触媒の早期活性化及びＨＣ低減のために理想な燃焼は、ＡＴＤＣ点火においても高い燃焼安定性を保つために、初期の燃焼は速くする必要があるが、一方でＨＣを後燃えさせるために後半の燃焼は緩慢にする必要がある。したがって、筒内に乱れを生成させる場合に、乱れの生成箇所を初期燃焼が起こる区間、即ち点火プラグの近傍（混合気の中心部）に限定する必要がある。仮に、燃焼全体の速度を速めた場合は、ＡＴＤＣ点火で安定した燃焼が行われるものの、ＨＣの後燃えが促進されず、ＨＣ排出の増大が懸念される。

また、燃料噴射による乱れは、噴霧の通過した箇所に沿って形成されるため、特許文献１のように、燃料噴射弁が燃焼室の端（サイド）に設置される場合では、シリンダ軸に対して垂直方向（燃焼室の端から燃焼室中心部方向）の乱れが形成されるため、点火プラグ近傍（混合気の中心部）のみに乱れを存在させ、その外側の混合気内には乱れを存在させないように、乱れの生成を制御することは困難と考えられる。

本発明は、上記課題を解決するためなされたもので、排気浄化触媒の早期活性化およびＨＣ低減のためのＡＴＤＣ点火での燃焼安定性を改善することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、燃焼室上部の略中央に点火プラグと燃料噴射弁を備えると共に、ピストン冠面に燃料噴霧を受け止めるためのピストンキャビティを備えた内燃機関において、少なくとも排気通路に備えられた排気浄化触媒の昇温要求時は、点火時期を圧縮上死点以降に設定する一方、燃料噴射を複数回に分割して行い、早期噴射によってストイキよりリッチかつ着火可能な空燃比の混合気を前記ピストンキャビティ内及びその上方空間に形成し、点火時期近傍で後期噴射を行う構成とした。

また、上記のような混合気形態を得るため、大径ボウル状の外側キャビティと、該外側キャビティに内包された小径ボウル状の内側キャビティとで構成される二重構造のピストンキャビティを備えた内燃機関において、少なくとも排気通路に備えられた排気浄化触媒の昇温要求時は、点火時期を圧縮上死点以降に設定する一方、燃料噴射を圧縮行程から膨張行程の期間で複数回に分割して、点火時期における前記内側キャビティ内及びその上方空間の混合気がストイキよりリッチかつ着火可能な空燃比となる量の燃料を早期噴射により前記内側キャビティ内に噴射するとともに、後期噴射を圧縮行程から膨張行程の期間に、前記内側キャビティ内に行う構成とした。

本発明によれば、早期噴射により点火プラグ周りに成層混合気（可燃混合気）を形成し、点火時期（ＡＴＤＣ点火）において、後期噴射により生成した燃料噴霧の運動量（ガス乱れ）が点火プラグ近傍（混合気の中心部）のみに残存することが可能である。

したがって、燃焼初期の速度を増大させ、ＡＴＤＣ点火においても安定した燃焼が可能である。更に、乱れを点火プラグ近傍（混合気の中心部）のみに配置しているため、後半の燃焼は緩慢のままとなり、排気温度を上昇させ、また未燃燃料ＨＣの後燃え促進によりＨＣ排出を抑制することが可能である。

また、二重構造のピストンキャビティを備えた場合には、火炎伝播の間に混合気が燃焼の圧力膨張により燃焼室外側方向へ押し出され広がろうとするのを、外側キャビティの側壁により防止するため、筒内壁流が低減し、未燃ＨＣ排出の少ない燃焼が可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

一実施形態の構成を示す図１において、内燃機関（以下、エンジン）１は、吸気ポート２を介して吸気バルブ３を開き燃焼室４に新気を導入する。燃焼室４の下部には往復運動を行うピストン５が設けられている。一方、燃焼室４の上部略中央に燃料噴射弁６並びに点火プラグ７が設けられ、燃料噴射並びに混合気への点火を行う。

また、燃料噴射弁６は圧縮行程後半における筒内圧上昇時にも噴霧形状の変化が小さく、指向性の強いホールノズル噴射弁を選択しているが、他に、燃料噴射孔の外側に開弁する圧電素子駆動型の噴射弁等の、他の高圧噴射弁でもよい。

燃焼終了後の排気は、排気バルブ８を開いて排気通路９に排出される。排気通路９には空燃比センサ１０が設けられ、その下流には排気浄化触媒１１が設けられている。さらに、排気浄化触媒１１には、触媒温度センサ１２が設けられている。

前記吸気バルブ３並びに排気バルブ８は、それぞれ吸気カム１３、排気カム１４により駆動される。吸気カム１３のカム軸端部には燃料ポンプ１５が介装されており、ここで加圧された燃料は高圧燃料配管１６を通して燃料噴射弁６に導かれる。

また高圧燃料配管１６には燃圧センサ１７が設けられ、ここで燃料圧力を検知し、その信号はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１８に送られる。噴射により筒内に強い乱れを生成するために高圧噴射が望ましく、燃料噴射圧力は約１０ＭＰａ〜３０ＭＰａ程度に設定される。

ピストン５冠面の略中心付近には、小径ボウル状の内側キャビティ５ａと、該内側キャビティ５ａを内包する大径ボウル状の外側キャビティ５ｂからなる二重キャビティが形成されている。

外側キャビティ５ｂは、噴霧を受け止め成層混合気を形成する従来の内燃機関におけるキャビティと同等の深さを持つ。例えば、ピストン５頂上から外側キャビティ５ｂの底面までの深さ（または側壁高さ）は５〜１０ｍｍ程度に設定される。内側キャビティ５ａは、外側キャビティ５ｂと比較して浅く作られる。例えば、内側キャビティ５ａ深さ（または側壁高さ）は１〜４ｍｍ程度に設定される。また、二重キャビティの中心は、燃料噴射弁６先端の噴射点のシリンダ軸方向真下に配置される。

なお、エンジン１は前記ＥＣＵ１８により統合的に制御される。このため、ＥＣＵ１８には、エアフローメータ１９からの吸入空気量信号、アクセル開度センサ２０からのアクセル開度信号、クランク角センサ２１からのクランク角信号、水温センサ２２からの冷却水温度信号、空燃比センサ１０からの空燃比信号、触媒温度センサ１２からの触媒温度信号が入力され、これらの信号をもとに燃料噴射弁６、点火プラグ７、並びに燃料ポンプ１５等の制御を行う。

また、本エンジン１では、通常燃焼形態として主に、圧縮行程中に燃料噴射を行うことでリーン運転を実現し燃費を向上させる成層燃焼モードと、吸気行程中に燃料噴射を行う均質燃焼モード（均質ストイキ燃焼および均質リーン燃焼）とが設けられ、運転状態に応じて選択される。

そして、上記通常燃焼形態とは別に、冷間始動直後など排気浄化触媒１１の昇温要求時における燃焼モードが設けられ、本発明では、該触媒昇温要求時に、最適な燃焼制御を実現するものである。

ＥＣＵ１７により実行される燃焼制御を、図２のフローチャートに従って説明する。

ステップＳ１では、排気浄化触媒１１が活性化しているか否かを、触媒温度センサ２２で検出された触媒温度が所定値以上であるかによって判定する。触媒温度センサを有しない場合は、冷却水温ならびに始動後サイクル数、または、低負荷成層の連続運転の経過時間などから現時点の触媒温度を推測して判定することができる。

ステップＳ１で、排気浄化触媒１１が活性化していないと判定された場合は、ステップＳ２へ進み、触媒昇温要求時の燃焼制御として、内側キャビティ５ａ内に分割噴射を行い、点火時期を圧縮上死点（ＴＤＣ）以降まで遅角する。詳細な制御については、後述する。

ステップＳ１で、排気浄化触媒１１が活性化していると判定された場合は、ステップＳ３へ進み、前記の通常燃焼形態の制御へ移行する。

上記ステップＳ２での触媒昇温要求時の燃焼制御について、詳述する。

前記内側キャビティ５ａ内への分割噴射において、１回目（早期噴射）の噴射時期は圧縮行程の比較的後半に設定し、２回目（後期噴射）の噴射時期は圧縮行程後半から膨張行程前半の期間に設定する。なお、１回目の噴射により、点火時期における点火プラグ周辺に成層化された混合気が形成され、１回目の噴射時期は燃料噴射量の増大に伴い進角する。

また、２回目の噴射時期は、点火時期に応じて変化させ、２回目の燃料噴霧により内側キャビティ５ａ底面を介して燃焼室４上部方向へ巻き上がる混合気が、点火時期において、燃焼室４上部に位置する点火プラグ６のギャップ近傍に到達しない間隔で設定される（図３のＡ参照）。

さらに、１回目の燃料噴射終了時期と２回目の燃料噴射開始時期が所定時間間隔以下にならないようにも設定されている。点火時期はＴＤＣ近傍〜３５°ＡＴＤＣの間で設定される。

また、燃焼室内の平均空燃比はストイキ〜若干リーン、即ち１４．４〜１８程度となっている。

また、１回目の噴射で、点火時期における内側キャビティ内及びその上空容積の混合気がストイキよりリッチ且着火可能な空燃比となるように前記内側キャビティ内へ行う燃料噴射の分割割合を設定する。

さらに、運転状態等によって、以下のように設定される。

エンジン回転速度の増大に伴い、１回目の噴射量割合を増大させる。

エンジン回転速度の低下に伴い、２回目の噴射時期と点火時期の間隔を短縮させる。特に、エンジン回転速度が所定値以下の場合、または、２回目の噴射における燃料噴射量が所定量以下の場合は、２回目の噴射時期は点火時期近傍〜点火時期の直後に設定する（図３のＢ参照）。

２回目の噴射時期は２回目の噴射量の低減に伴い、点火時期からの間隔を短縮させる。

機関負荷が所定値を超える場合、即ち、総燃料噴射量が所定量を超える場合は、前記内側キャビティ５ａ内への２回の分割噴射に加え、該分割噴射の前に、燃料の一部を圧縮行程中の外側キャビティ５ｂ内に噴射する（図３のＣ参照）。

次に、上記触媒昇温要求時の燃焼制御における噴霧および混合気の挙動を、図４に基づいて説明する。

まず、圧縮行程の比較的後半にて、燃料噴射弁６より内側キャビティ５ａへ向けて燃料噴霧が噴射される（１回目の早期噴射）。噴霧は、内側キャビティ５ａの底面の比較的外側寄りに、即ち側壁付近に衝突するように噴射される（図４のＡ）。

底面に衝突した噴霧は、一部が内側キャビティ５ａ内に底面に沿って広がり、一部は内側キャビティ５ａ側壁を乗り越えて外側キャビティ５ｂ内の一部に広がる（図４のＢ）。

次に、圧縮行程の比較的後半〜膨張行程の前半にて、内側キャビティ５ａへ向けて燃料噴霧が噴射される（２回目の後期噴射、図４のＣ）。点火時期がＴＤＣ近傍〜３５°ＡＴＤＣの間で設定されるが、点火時期の時点で、前記２回目の噴射により、内側キャビティ５ａ底面を介して燃焼室４上部方向へ巻き上がる混合気は、点火プラグ７のギャップ近傍に到達させない。したがって、点火時期において、２回目の燃料噴射による乱れが混合気中心部に残存する一方で、混合気の比較的外側の乱れは強化されない（図４のＤ）。

燃焼室４上方から見た、筒内の混合気と乱れ強度の分布は、図５に示すようになる。

ここで、混合気中心部の筒内乱れ強度を、本発明の内側キャビティ内への分割噴射時と、内側キャビティ内への１度噴射（非分割噴射）時で比較すると、図６に示すようになる。

１度噴射時は、燃料噴射時に非常に大きな乱れが生成されるが、その乱れは減衰し、点火時期（ＡＴＤＣ点火）においては、乱れはあまり残存しない。一方で、分割噴射時は、２回目の燃料噴射により１回目の燃料噴射で生成した乱れを助長するように、乱れを強化でき、噴射により生成した乱れが点火時期（ＡＴＤＣ点火）においても残存し、ＡＴＤＣ点火時の初期燃焼速度の向上に有用なガス乱れが得られる。すなわち、１回目の噴射で成層混合気を形成し、該成層混合気に対し乱れを発生させるように２回目の噴射を行うこととなる。

このようにすれば、上記のように２回目の噴射で点火プラグ近傍の成層混合気の中心部のみに乱れを生じた状態で点火が行われるので、燃焼初期の速度が増大し、ＡＴＤＣ点火においても安定した燃焼が行われる。また、乱れを点火プラグ近傍の混合気中心部のみに生じさせるため、後半の燃焼は緩慢のままとなり、排気温度を上昇させ、また未燃燃料ＨＣの後燃え促進によりＨＣ排出を抑制することができる（図７参照）。

また、２回目の噴射で底面で反射された燃料を含んで巻き上がる混合気が、点火プラグ６のギャップ近傍に到達する前に点火時期を設定しているので、乱れが減衰する前に、かつ、巻き上がった燃料により混合気が過濃化する前に、燃焼が開始されるので、安定して初期燃焼速度を高めることができる。換言すると、点火時期における点火プラグ近傍の混合気濃度は、１回目の燃料噴射のみにより決定され、２回目の噴射は、初期燃焼に関しては、内側キャビティ５ａの底面に達する前の往きの噴射によって、１回目の噴射で生成された成層混合気の中心部（点火プラグ近傍）に乱れを与えることのみに寄与し、また、燃焼後半においては、燃焼室内の残存酸素と後燃え反応し、排温の増大へ寄与する。

また、火炎伝播の間に混合気が燃焼の圧力膨張により燃焼室外側方向へ押し出され広がろうとするのが、外側キャビティ５ｂの側壁により防止されるため、筒内壁流が低減し、未燃ＨＣの排出をより低減できる。

また、１回目の噴射で、点火時期における内側キャビティ内及びその上空の混合気がストイキよりリッチかつ着火可能な空燃比となるように前記内側キャビティ内へ行う燃料噴射の分割割合を設定したことにより、運転状態によらず常に、点火時期において、内側キャビティ及びその上空容積には空燃比がストイキよりリッチな混合気が存在する。

即ち、点火時期において、点火プラグ周りの混合気が、２回目の噴射による乱れに加えて、ストイキよりリッチな空燃比となっていることで、燃焼初期の火炎成長速度がより増大し、着火性並びに燃焼安定性が増すため、ＡＴＤＣ点火においても非常に安定した燃焼を可能とする。

また、ストイキよりリッチな混合気の主燃焼の際に不完全燃焼物であるＣＯ、ＨＣが生成されるので、これが、主燃焼後に存在する残存空気中の酸素と、膨張行程・排気行程・触媒上流の排気通路内で反応（再燃焼）して排気温度の上昇を促進させ、また未燃燃料ＨＣの後燃え促進によりＨＣ排出を、より抑制することができる。

また、１回目の噴射時期を、燃料噴射量（負荷）の増大に伴い進角させる設定としたので、進角に伴い初期に噴射された燃料噴霧が、内側キャビティ５ａ底面の側壁に近い付近に衝突することにより、噴射燃料の一部が内側キャビティを乗り越え外側キャビティ内へ広がり、負荷の増大に伴う燃料噴射の増大時において、プラグ近傍の混合気濃度が過剰にリッチ化することを抑制することができる。

一方、２回目の噴射時期は点火時期に応じて変化させ、点火時期から所定間隔前に設定させることで、２回目の噴射による噴霧乱れを、運転状態によらず常に、点火時期において、点火プラグ近傍（混合気の中心部）のみに残存させることができ、良好な性能を維持することができる。

また、エンジン回転速度の増大に伴い、１回目の燃料噴射割合を増大させる構成としたので、高回転時における燃料気化時間が十分に確保できない場合においても、内側キャビティ内及びその上空容積の混合気がストイキよりリッチ且着火可能な空燃比とすることができ、ＡＴＤＣ点火時の着火性並びに燃焼安定性を確保できる。

また、エンジン回転速度の低下に伴い、２回目の噴射時期と点火時期の間隔を短縮させる構成としたので、低回転時における１サイクルの実時間が長くなる場合においても、２回目の燃料噴射による乱れを、点火時期において、点火プラグ近傍（混合気中心部）のみに確実に残存させることができ、ＡＴＤＣ点火時の着火性並びに燃焼安定性を確保できる。特に、エンジン回転速度が所定値以下の場合は、２回目の噴射時期を点火時期近傍〜点火時期の直後に設定する構成としたので、極低エンジン回転速度時においても上記の効果をより確実に得ることができる。

また、一般に、噴射量の低減に伴い、燃料噴霧により生成される乱れ強度は低減する傾向にあるが、２回目の噴射時期を、２回目の噴射量の低減に伴って点火時期からの間隔を短縮させ、特に、２回目の燃料噴射量が所定値以下の場合は、２回目の噴射時期を点火時期近傍〜点火時期の直後に設定する構成としたので、極低量の燃料噴射時のように、燃料噴射時にプラグ近傍に発生する乱れ強度が小さくなる場合でも、点火時期近傍では、所望の強度を確保でき、ＡＴＤＣ点火時の着火性並びに燃焼安定性を確保できる。

また、機関負荷が所定値を超える場合は、内側キャビティ５ａ内への２回の分割噴射に加えて、該分割噴射前の圧縮行程中に外側キャビティ５ｂ内に、燃料の一部を噴射する構成としたので、総燃料噴射量が増大する高負荷時においても、内側キャビティ５ａ及びその上空の空燃比が過剰にリッチ化することを抑制でき、高負荷条件においても、ＡＴＤＣ点火時の着火性並びに燃焼安定性を確保できる。

また、前記分割噴射時の、燃焼室内の平均空燃比をストイキ〜若干リーン、即ち１４．４〜１８程度とする構成としたことにより、以下のような効果が得られる。即ち、排気温度を効率的に昇温させるためには、主燃焼により生成される不完全燃焼物であるＣＯ、Ｈ_２の量と、主燃焼後に存在する残存酸素量とをバランスさせると良く、その場合、燃焼室内の平均空燃比を前記範囲に設定すると良い。特に、平均空燃比をほぼ理論空燃比にすると、不完全燃焼物量と残存酸素量とがほぼ当量となり、排気温度の昇温効率が最良となる。

また、内側キャビティ５ａへの１回目の噴射終了時期と、２回目の燃料噴射開始時期が所定時間間隔以下にならないように１回目及び２回目の噴射時期を調整する構成としたことにより、以下のような効果が得られる。即ち、一般的な直噴用の燃料噴射弁では、噴射開始及び終了の信号をＥＣＵから受けて実際に弁が動作するまで遅れ時間を持っている。つまり、真の燃料噴射開始時期及び終了時期はＥＣＵ１８からの指示値よりも遅くなる。そこで、分割噴射する場合、１回目の燃料噴射終了時期と２回目の燃料噴射開始時期が近すぎると、１回目の噴射終了時に燃料噴射弁６が閉じようとする途中で、２回目の燃料噴射開始を指示されることが発生しうる。このような場合、燃料噴射弁６が不完全な動作を行うことになり、特に２回目の燃料噴射量が変動する可能性がある。そこで、１回目の燃料噴射終了時期と２回目の燃料噴射開始時期が所定時間間隔以下にならないように、１回目及び２回目の噴射時期を調整することにより、燃料噴射弁６の完全な動作による高精度な燃料噴射制御を行える。

本発明に係る実施形態におけるエンジン（内燃機関）のシステム構成を示す図。 同上実施形態における触媒昇温要求時制御のフローチャート。 同上触媒昇温要求時制御における燃料噴射時期を説明する図。 同上触媒昇温要求時制御における燃焼室内の燃料噴霧状態の変化の様子を説明する図。 同上触媒昇温要求時制御における燃焼室内の燃料噴霧の分布を示す図。 同上触媒昇温要求時制御における燃焼室内の乱れ強度を示す図。 同上触媒昇温要求時制御における燃焼速度を説明する図。

符号の説明

１ エンジン、
２ 吸気通路
４ 燃焼室
５ ピストン
５ａ 内側キャビティ
５ｂ 外側キャビティ
６ 燃料噴射弁
７ 点火プラグ
１１ 排気浄化触媒
１８ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１９ エアフロメータ
２０ アクセル開度センサ
２１ クランク角センサ
２２ 触媒温度センサ

Claims (15)

1. 燃焼室上部の略中央に点火プラグと燃料噴射弁を備えると共に、ピストン冠面に、大径ボウル状の外側キャビティと、該外側キャビティに内包された小径ボウル状の内側キャビティとで構成される二重構造のピストンキャビティを備えた内燃機関において、
   少なくとも排気通路に備えられた排気浄化触媒の昇温要求時は、点火時期を圧縮上死点以降に設定する一方、燃料噴射を圧縮行程から膨張行程の期間で複数回に分割して、点火時期における前記内側キャビティ内及びその上方空間の混合気がストイキよりリッチかつ着火可能な空燃比となる量の燃料を早期噴射により前記内側キャビティ内に噴射するとともに、後期噴射を圧縮行程から膨張行程の期間に、前記内側キャビティ内に行うことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
2. 燃焼室上部の略中央に点火プラグと燃料噴射弁を備えると共に、ピストン冠面に燃料噴霧を受け止めるためのピストンキャビティを備えた内燃機関において、
   少なくとも排気通路に備えられた排気浄化触媒の昇温要求時は、点火時期を圧縮上死点以降に設定する一方、燃料噴射を複数回に分割して行い、早期噴射によってストイキよりリッチかつ着火可能な空燃比の混合気を前記ピストンキャビティ内及びその上方空間に形成し、点火時期近傍で後期噴射を行うことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
3. 前記ピストンキャビティは、前記大径ボウル状の外側キャビティと、該外側キャビティに内包された小径ボウル状の内側キャビティとを備え、前記早期噴射および後期噴射を前記内側キャビティ内に行うことを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
4. 点火時期における内側キャビティ内及びその上方空間の混合気がストイキよりリッチかつ着火可能な空燃比となる量の燃料を、早期噴射により内側キャビティ内に噴射するように前記内側キャビティ内へ行う燃料噴射の分割割合を設定することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
5. 早期噴射の噴射時期は燃料噴射量に応じて変化させ、燃料噴射量の増大に伴い進角させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
6. 後期噴射の噴射時期は点火時期に応じて変化させ、点火時期から所定間隔前に設定させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
7. 前記所定間隔は、前記後期噴射の燃料噴霧により前記内側キャビティ底面を介して燃焼室上部方向へ上昇する混合気が、点火時期において、燃焼室上部に位置する点火プラグのギャップ近傍に到達しない間隔で設定することを特徴とする請求項６記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
8. エンジン回転速度の増大に伴い、早期噴射の燃料噴射割合を増大させることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
9. エンジン回転速度の減少に伴い、後期噴射の噴射時期と点火時期の間隔を短縮させることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
10. エンジン回転速度が所定値以下の場合は、後期噴射の噴射時期を点火時期近傍に設定することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
11. 後期噴射の噴射時期は後期噴射の噴射量の低減に伴い、点火時期からの間隔を短縮させることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
12. 後期噴射の燃料噴射量が所定値以下の場合は、後期噴射の噴射時期を点火時期近傍に設定することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
13. 機関負荷が所定値を超える場合は、前記内側キャビティ内への早期および後期の分割噴射に加え、燃料の一部を圧縮行程中の外側キャビティ内に、前記内側キャビティ内への分割噴射の前に噴射することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか1つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
14. 前記分割噴射により生成された成層混合気の燃焼時は、燃焼室内の平均空燃比をストイキからリーンとすることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
15. 前記分割噴射により生成された成層混合気の燃焼時は、前記分割噴射成層燃焼時は、内側キャビティへの早期噴射の噴射終了時期と、後期噴射の燃料噴射開始時期が所定時間間隔以下にならないように早期噴射及び後期噴射の噴射時期を調整することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関の制御装置。
    

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