JP5251746B2 - 成層圧縮着火式エンジン及びエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は成層圧縮着火式エンジン及びエンジンの制御装置に関する。

燃焼室の全体に均一な混合気を形成し、この均一混合気を圧縮自己着火させることによって非常に小さな当量比（大きな空燃比）での運転を行い、熱効率を高めるとともにＮＯｘの排出を低減する均一圧縮自己着火燃焼（Homogeneous Compression Combustion Ignition）が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００７−３０９１６０号公報

上記の均一圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ）ではエンジンの負荷が小さくなるほど燃料噴射量が少なくなり、その少なくなった燃料噴射量で燃焼室の全体に均一な混合気を形成することとなるため、エンジンの負荷が小さくなるほど当量比が小さくなる（空燃比が大きくなる）。空燃比が大きくなり過ぎる、つまり混合気が希薄になり過ぎると、混合気の燃焼温度が不足してＣＯの酸化が進みづらくなるため、エンジンの負荷が小さい低負荷域で未燃ＣＯが急増するという問題がある。

これに対処するため、低負荷域で燃焼室内の一部に混合気を形成する成層圧縮自己着火燃焼を行わせることが考えられる。燃焼室２１内の一部に形成される混合気（この混合気を、以下「成層混合気」という。）では、燃焼室の全体に均一な混合気を形成する均一圧縮自己着火燃焼の場合よりも濃い混合気が燃焼室内の一部に存在するため、圧縮自己着火（以下単に「着火」ともいう。）を行わせると、この濃い混合気に着火して燃焼を開始する。つまり、成層圧縮自己着火燃焼では、燃焼室のうちに部分的に濃い混合気を形成してやればよいので、燃焼温度が不足してＣＯの酸化が進みづらくなることがなく、低負荷域での未燃ＣＯの急増を防止できることとなる。

このように、成層圧縮自己着火燃焼を行う場合には、低負荷域でも濃い成層混合気で運転するので、未燃ＣＯが急増することは無いものの、この場合に、成層混合気内部で一部の燃料の燃焼温度が局所的に高くなると、均一圧縮自己着火燃焼の場合に比べて、ＮＯｘの排出が増加してしまう。

そこで本発明は、成層圧縮自己着火燃焼を行わせる場合であっても、ＮＯｘ及び未燃ＣＯの排出を共に抑制し得る成層圧縮着火式エンジン及びエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、燃料を直接燃焼室（２１）内に噴射する燃料噴射弁（３１）を備え、この燃料噴射弁（３１）から噴射される燃料により燃焼室（２１）内に成層混合気を形成し、成層混合気内部のいずれの部分においても、圧縮着火時における局所的な当量比が、ＮＯｘが発生しにくい濃い側の限界である第１当量比以下で、ＣＯが発生しにくい薄い側の限界である第２当量比以上の、所定の範囲内であり、燃料噴射弁（３１）に供給される燃料圧力を１０ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下の範囲に設定し、燃料噴射弁（３１）の噴口隙間を５μｍ以上２０μｍ以下の範囲に設定し、前記成層混合気を形成して圧縮着火を行なう運転領域において、燃圧を一定にしたまま負荷の低下に応じて燃料噴射弁（３１）の隙間寸法を減少させる。

本発明によれば、成層混合気内部の局所的な燃料が着火する時期において成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が第１当量比以上であれば生じるＮＯｘ排出の急増を避け、かつ成層混合気内部の局所的な燃料が着火する時期において成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が第２当量比以下であれば生じる未燃ＣＯの急増を避けることができる。

第１実施形態の筒内直接噴射式エンジンの概略構成図である。 燃料噴射弁の概略構成図である。 圧縮比可変機構の概略構成図である。 高圧縮比位置、低圧縮比位置での各リンクの姿勢図である。 エンジンの制御ブロック図である。 負荷制御を説明するための運転領域図である。 成層圧縮自己着火燃焼における当量比制御を説明するためのフローチャートである。 成層混合気内部の局所的な燃料の着火時期を説明するための概念図である。 成層混合気内部の局所的な燃料から形成される予混合気の当量比と、成層混合気内部の局所的な燃料の着火時期との関係を示す概念図である。 成層混合気内部の局所的な燃料の燃焼室内における位置と、成層混合気内部の局所的な燃料の着火時期との関係を示す模式図である。 特定燃料について燃圧を変えた場合に特定燃料から形成される混合気の当量比と、特定燃料の燃料噴射弁からの距離との時間的変化を示す概念図である。 特定燃料について燃料噴射弁の開口部寸法を変えた場合に特定燃料から形成される混合気の当量比と、特定燃料の燃料噴射弁からの距離との時間的変化を示す概念図である。 第２実施形態の筒内直接噴射式エンジンの概略構成図である。 第２実施形態の着火性向上剤供給装置の拡大図である。 第３実施形態の筒内直接噴射式エンジンの概略構成図である。 第４実施形態の筒内直接噴射式エンジンの概略構成図である。 請求項の各手段と実施形態の各手段との対応関係を示す表図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態の筒内直接噴射式エンジンの概略構成図である。燃焼室２１はペントルーフ型である。この燃焼室２１に左側から吸気ポート２２が、右側から排気ポート２３が開口し、吸気ポート２２の燃焼室２１への開口端に吸気弁２４が、また排気ポート２３の燃焼室２１への開口端に排気弁２５が設けられている。燃焼室２１天井のほぼ中央に、燃料噴霧がシリンダ１０壁面を指向するように、燃料を噴射する燃料噴射弁３１が設けられ、その燃料噴射弁の近傍に点火プラグ２７が配置されている。

図２は燃料噴射弁３１の概略構成図である。燃料噴射弁３１はピエゾアクチュエータ３２に電圧を印加することで、針弁３３が下方にリフトし、ノズル部３４がシート部３５から離れて開口することによって燃料流路３６の燃料を噴射する外開き式の燃料噴射弁である。燃料流路３６は図示しない高圧燃料ポンプに接続されており、高圧燃料ポンプから吐出された燃料は、燃料噴射弁３１に供給される。高い燃圧の下で針弁３３が下方にリフトすると、燃料は円錐面上の微小な一定の間隔であるノズル部３４とシート部３５の隙間へと押し出され、これを通過するとともに、噴射された後の燃料噴霧は、隙間を延長してできる仮想の円錐面に沿って、略円錐面形の噴霧となって燃焼室２１内を進む。一方、電圧を印加していないときにはスプリング３７の上方への付勢力でノズル部３４がシート部３５に着座して閉じられ、このとき燃料は噴射されない。ピエゾアクチュエータ３２に印加する電圧を調節することでノズル部３４のリフト量を変化させ、ノズル部３４とシート部３５の隙間で代表される開口部寸法を調節することができる。燃料流路３６には、上記の高圧燃料ポンプを含み、燃圧を調節可能な燃圧可変機構３８（図５参照）を介して所定燃圧の燃料が供給されている。ここで、本実施形態では、ガソリンまたはガソリン代替燃料のような揮発性が高く、オクタン価の高い燃料を用いている。

燃料噴射弁３１を設ける位置は、燃焼室２１の天井に限られない。例えば、図１６に示したように、吸気ポート２２の下方に燃焼室２１に臨んで燃料噴射弁３１を設けてもかまわない。

本実施形態の燃料噴射弁３１は、開口部寸法としてノズル部３４とシート部３５の隙間を変化させることによって燃料噴射量を調整し得るものであるが、他の方法で噴孔の面積を変化させることによって燃料噴射量を調整し得る燃料噴射弁であってもかまわない。燃料噴射弁の噴孔は複数あってもかまわない。

エンジンには圧縮比可変機構を備える。なお、圧縮比可変機構を備えるエンジンは、本出願人が先に提案しており、例えば特開２００１−２２７３６７号公報等によって公知となっている。従って、その概要のみを図３を参照して説明する。

図３において、クランクシャフト２には、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１内の主軸受（図示しない）に回転可能に支持されるクランクジャーナル３が各気筒毎に設けられている。各クランクジャーナル３は、その軸心Ｏがクランクシャフト２の軸心（回転中心）と一致しており、クランクシャフト２の回転軸部を構成している。

また、クランクシャフト２は、軸心Ｏから偏心して各気筒毎に設けられたクランクピン４と、クランクピン４をクランクジャーナル３へ連結するクランクアーム４ａと、軸心Ｏに対してクランクピン４と反対側に配置され、主としてピストン運動の回転１次振動成分を低減するカウンターウェイト４ｂとを有している。クランクアーム４ａとカウンターウェイト４ｂとは、この実施形態では一体的に形成されている。

そして、各気筒毎に形成されたシリンダ１０に摺動可能に嵌合するピストン９と、上記のクランクピン４とが、複数のリンク部材、すなわちアッパーリンク６とロアーリンク５とにより機械的に連携されている。アッパーリンク６の上端側は、ピストン９に固定的に設けられたピストンピン８に、軸心Ｏｃ周りに相対回転可能に外嵌している。また、アッパーリンク６の下端側とロアーリンク５の、ほぼ二等分された一方の本体５ａとは、両者を挿通するアッパーピン７によって、軸心Ｏｄ周りに相対回転可能に連結されている。

ロアーリンク５は、クランクピン４を狭持するように、２つの本体５ａ、５ｂを取付けて構成されており、この狭持部分でクランクピン４と軸心Ｏｅ周りに相対回転可能に装着されている。ほぼ２等分された他方のロアーリンク本体５ｂとコントロールリンク（サードリンク）１１の上端側とは、両者を挿通するコントロールピン１２によって軸心Ｏｆ周りに相対回転可能に連結されている。

このコントロールリンク１１の下端側は、シリンダブロック１に回動可能に支持される、偏心カム部１４を有するコントロールシャフト１３に、その軸心Ｏｂ周りに揺動可能に外嵌，支持されている。すなわち、コントロールシャフト１３の外周には偏心カム部１４が回転可能に設けられており、偏心カム部１４の軸心Ｏａは、コントロールシャフト１３の軸心Ｏｂに対して所定量偏心している。この偏心カム部１４は、ウォームギア１５を介して圧縮比制御アクチュエータ１６によって、機関の運転状態に応じて回動制御されるとともに、任意の回動位置で保持されるようになっている。

このような構成により、クランクシャフト２の回転に伴って、クランクピン４，ロアーリンク５，アッパーリンク６及びピストンピン８を介してピストン９がシリンダ１０内を昇降するとともに、ロアーリンク５に連結するコントロールリンク１１が、下端側の揺動軸心Ｏｂを支点として揺動する。

また、上記の圧縮比制御アクチュエータ１６により偏心カム部１４を回動制御することにより、コントロールリンク１１の揺動軸心となるコントロールシャフト１３の軸心Ｏｂが偏心カム部１４の軸心Ｏａ周りに回転し、つまりコントロールリンク１１の揺動中心位置Ｏｂが機関本体（及びクランクシャフト回転中心Ｏ）に対して移動する。これにより、ピストン９の行程が変化して、エンジンの各気筒の圧縮比が可変制御される。参考として、図４に、ピストン上死点位置における３つのリンク６、５、１１の姿勢を模式的に示すと、図４上段左側は高圧縮比位置での、図４上段右側は低圧縮比位置での各リンク姿勢である。高圧縮比において、コントロールシャフト１３の挙動により、コントロールリンク１１は比較的下げられた位置にある。ロアーリンク５は傾斜が大きく、アッパーリンク６を持ち上げている。低圧縮比化する場合、コントロールシャフト１３をコントロールリンク１１を下げる方向に回転させる。ロアーリンク５の傾斜が小さくなり、アッパーリンク６が下がり、上死点位置も下がり圧縮比が下がる。

図４下段に高圧縮比時と低圧縮比時のコントロールリンク１１とコントロールシャフト１３の拡大図を示す。燃焼圧によりピストン９が推力を受けるとコンロトールシャフト１３に図４下段において反時計回りに負荷トルクが発生する。負荷発生時に低圧縮比から高圧縮比へ変更する場合、圧縮比制御アクチュエータ１６（電動機）により負荷トルク以上のトルクを時計回りに発生させる。逆に、負荷発生時に高圧縮比から低圧縮比へ変更する場合において摩擦抵抗以上の負荷トルクを発生しているとき、圧縮比制御アクチュエータ１６（電動機）でトルクを発生することなく低圧縮比へと変化する。

この圧縮比可変機構の最大の特徴はコントロールシャフト１３の角位置制御により、ピストン９の上死点位置（燃焼室容積）を変えられる点にあり、いわゆる圧縮比可変機構としての機能を発揮する。本実施形態では、複リンク式圧縮比可変機構で説明しているが、可変圧縮比機構は複リンク式に限られるものではないし、例えば吸気弁の閉時期を変更することにより実圧縮比を変化させることも可能である。

ところで、燃焼室の全体に均一な混合気を形成し、この均一混合気を圧縮自己着火させることによって非常に小さな当量比（大きな空燃比）での運転を行い、熱効率を高めるとともにＮＯｘの排出を低減する均一圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ）が公知である。また、燃焼室内に火花点火が可能な空燃比の成層混合気を形成して成層燃焼させることでポンピングロスを低減する筒内直接噴射式ガソリンエンジンが公知である。

上記の均一圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ）ではエンジンの負荷が小さくなるほど燃料噴射量が少なくなり、その少なくなった燃料噴射量で燃焼室の全体に均一な混合気を形成することとなるため、エンジンの負荷が小さくなるほど当量比が小さくなる（空燃比が大きくなる）。空燃比が大きくなり過ぎる、つまり混合気が希薄になり過ぎると、混合気の燃焼温度が不足してＣＯの酸化が進みづらくなるため、エンジンの負荷が小さい低負荷域で未燃ＣＯが急増するという問題がある。また、火花点火式エンジンにおける成層燃焼では、エンジンの負荷が低い場合でも成層混合気内の空燃比を濃くして運転するので未燃損失の増加は少ないものの、火炎伝播による燃焼が可能な程度まで成層混合気内の空燃比を濃くする必要があり、局所的な燃焼温度が比較的高くなるため、圧縮自己着火燃焼に比べてＮＯｘ排出量は増加してしまう。また、局所的に比熱比も低下してしまうので理論熱効率は圧縮自己着火燃焼に比べて低下してしまう。

これに対処するため、低回転速度側の低負荷域で燃焼室内の一部に均一な混合気、つまり成層混合気を形成する成層圧縮自己着火燃焼（Stratified Compression Combustion Ignition）を本出願人が提案している（特願２００９−０６１１１６号参照）。

この成層圧縮自己着火燃焼（ＳＣＣＩ）における当量比制御を図７を参照して説明すると、図７は横軸に圧縮上死点を中心とするクランク角を、縦軸に成層混合気全体（燃料が到達せずに吸入空気がそのまま残っている部分を除く）の当量比をとったときの成層混合気全体の当量比の変化を示している。成層圧縮自己着火燃焼では、着火開始時期を所定のクランク角位置、例えば図示のように圧縮上死点（ＴＤＣ）の付近にする必要があり、着火開始時期に目標当量比が得られるようにしなければならない。従って、着火開始時期より着火遅れ時間の前が燃料噴射開始時期となる。図７では、着火開始時期が圧縮上死点（ＴＤＣ）と一致する場合を示しているが、着火開始時期は圧縮上死点（ＴＤＣ）より少し進角側であったり少し遅角側であってもかまわない。なお、着火開始時期は、上死点付近における混合気内の当量比（の分布）に影響を与えるパラメータとしての燃料噴射時期の他にも、例えば圧力や温度によっても影響を受ける。すなわち、通常のピストンストロークによる燃焼室容積の変化で生じる圧力変化や温度変化の他に、吸入空気やＥＧＲガスの量や温度、あるいは冷却水温度等に応じた圧力変化や温度変化の影響も受ける。これより、着火開始時期は、圧縮上死点付近の燃焼室内の圧力や温度に影響を与えるパラメータを変更することによっても調整される。

このように、着火開始時期が上死点付近にくるように、つまり成層混合気全体が上死点付近で着火を開始するように主噴射時期を設定することで、高い熱効率を得ることができる。

また、成層圧縮自己着火燃焼では、燃焼室２１の全体に均一な混合気を形成する均一圧縮自己着火燃焼の場合よりも濃い混合気が燃焼室２１内の一部に存在するため、この濃い混合気が着火して燃焼を開始する。つまり、成層圧縮自己着火燃焼では、燃焼室２１のうちに部分的に濃い混合気を形成してやればよいので、燃焼温度が不足してＣＯの酸化が進みづらくなることがなく、低回転速度側の低負荷域での未燃ＣＯの急増を防止できるのである。

このため、図６に示したように、運転領域を、低回転速度側の低負荷域、低回転速度側の中負荷域、それ以外の３つの領域に分けている。すなわち、低回転速度側の中負荷域（均一圧縮自己着火燃焼領域）で燃焼室２１内の全体に均一な混合気を形成する均一圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ）を、低回転速度側の低負荷域（成層圧縮自己着火燃焼領域）で燃焼室２１内の一部に成層混合気を形成する成層圧縮自己着火燃焼（ＳＣＣＩ）を行わせる。また、それ以外の高負荷域では、ガソリンエンジンで公知の、混合気に対して火花で点火して燃焼させる火炎伝播燃焼を行わせる。このように、低回転速度側の低負荷域で成層圧縮自己着火燃焼を行なうので、均一圧縮自己着火燃焼における燃焼室２１全体の混合気の当量比が小さくなりすぎて未燃ＨＣが排出される、ということが防止される。また、低回転速度側の中負荷域では成層圧縮自己着火燃焼は行わないようにしているので、成層圧縮自己着火燃焼を行なった場合の成層混合気が濃くなり過ぎて燃焼温度が高くなり、ＮＯｘの排出が増加してしまうのを回避することができる。

こうした３つの燃焼形態の切換制御を行うのはエンジンコントロールユニット４１である。図５に示したように、アクセルセンサ４２からのアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）、エアフローメータ４３からの吸入空気流量、回転速度センサ４４からのエンジン回転速度が入力されるエンジンコントロールユニット４１では、エンジンの負荷と回転速度から定まる運転条件が、均一圧縮自己着火燃焼領域にあるのか、それとも成層圧縮自己着火燃焼領域にあるのかを判定し、運転条件が均一圧縮自己着火燃焼領域にある場合に均一圧縮自己着火燃焼が行われるように、また運転条件が成層圧縮自己着火燃焼領域にある場合に成層圧縮自己着火燃焼が行われるように燃料噴射弁３１からの燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する。また、運転条件が均一圧縮自己着火燃焼領域や成層圧縮自己着火燃焼領域を外れて高負荷側にある場合には、従来からある点火プラグ２７で着火する火炎伝播燃焼が行われるように燃料噴射弁３１からの燃料噴射量及び燃料噴射時期と点火時期とを制御する。

さて、成層圧縮自己着火燃焼を行う場合には、低回転速度側の低負荷域（成層圧縮自己着火燃焼領域）でも濃い成層混合気で運転するので、未燃ＣＯの急増は抑制できるものの、この場合に、当量比を大きくし過ぎると、成層混合気内部で一部の燃料の燃焼温度が局所的に高くなり、均一圧縮自己着火燃焼の場合に比べて、ＮＯｘの排出が増加してしまう。上記のように、成層圧縮自己着火燃焼を行なうのは低回転速度側の低負荷域にすることで、成層混合気が全体としては濃くなり過ぎるのを回避しているものの、成層混合気の内部で部分的に当量比が大きくなった場合には、相変わらずその部分の燃焼温度が高くなりＮＯｘの排出が増加してしまう。このような課題は、均一圧縮自己着火燃焼における燃焼室２１内に均一に分布する均一混合気と異なり、時間が経過するに連れて混合気濃度が薄くなっていく成層圧縮自己着火燃焼における成層混合気特有の課題である。また、後述するように、本発明の成層圧縮自己着火燃焼の混合気は、火花点火式エンジンの成層燃焼に比べて、当量比が相対的に極めて小さく、かつ、着火時期における当量比を狭い分布幅の中に納める必要があり、火炎伝播による燃焼が可能な程度の大きな当量比で、しかも相対的に広い当量比分布になっている火花点火式エンジンの成層燃焼の混合気とは、当量比の絶対的の大きさ及び精度（予め定められた狭い範囲に納める）の点で大きな違いがある。

このように、成層圧縮自己着火燃焼を行うに際して、ＮＯｘの排出が増加しないように図ろうとすれば、成層混合気内部の着火時期における局所的な燃料の当量比にまで着目する必要がある。燃焼室２１全体に分布する均一混合気についての着火開始時期や着火遅れ時間を考える場合には、混合気の全体は均一であり、従ってこの均一混合気全体に対する着火（圧縮自己着火）の時期と当量比は１点でだけ生じるものとみなすわけである。これに対して本発明では、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度は一様でなく、成層混合気内部の局所的な燃料は、空間的に２箇所以上で同時に着火したり、時間的に前後して着火が生じ得るものとして扱う。例えば、図８に示したように、成層混合気を空間的にある広がりを有するものとし、この成層混合気内部の局所ａに存在する燃料（局所的な燃料）と局所ｂに存在する燃料（局所的な燃料）とが時刻ｔ１１に着火し、時刻ｔ１１よりも遅いが１サイクル中における時刻である時刻ｔ１２に局所ｃに存在する燃料（局所的な燃料）が着火することが考えられる。この場合であれば、局所ａに存在する燃料と局所ｂに存在する燃料の各着火時期は時刻ｔ１１であり、局所ｃに存在する燃料の着火時期は時刻ｔ１２である。以下で単に「着火する時期」や「着火時期」といえば、それは成層混合気内部の局所的な燃料の「着火する時期」や「着火時期」のことである。そして、本発明の筒内直接噴射式エンジンは、局所的な燃料の着火する時期において、それぞれの燃料によって形成されている混合気の当量比が、所定の当量比範囲に収まるように構成されている。

このように本発明では、成層混合気内部の局所的な燃料のそれぞれに対して「着火する時期」や「着火時期」を新たに導入するものである。そして、成層混合気内部のいずれの部分においても、自己着火時における成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が、ＮＯｘが発生しにくい濃い側の限界である第１当量比以下で、かつＣＯが発生しにくい薄い側の限界である第２当量比以上の、所定の範囲内となるようにエンジンを構成する。例えば、内部の燃料の濃度が時間の経過に伴って希薄化する成層混合気を形成し、ＮＯｘが多く発生しない限界の当量比である０．５（第１当量比）まで成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化した後かつＣＯが多く発生しない限界の当量比である０．３（第２当量比）まで成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する前の予め定めた当量比範囲で成層混合気内部の局所的な燃料に着火させることとする。

詳細には、着火時期において、当量比が０．３から０．５までの当量比範囲に収まる成層混合気内部の局所的な燃料がなるべく多くなるように、また未燃焼のままシリンダ壁面（燃焼室壁面）に到達する成層混合気内部の局所的な燃料がなるべく少なくなるように、かつ成層混合気全体の着火開始時期が上死点付近となるように、筒内直接噴射式エンジンを構成する。すなわち、成層混合気内部の局所的なそれぞれの燃料について、燃焼室壁面に到達しないうちに、所定の時期に自己着火を生じ、着火時期の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が所定範囲に納まるように、例えば、
〈１〉成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が時間の経過に伴って希薄化する速度、
〈２〉燃料噴射弁３１から噴射される燃料の噴射時期（例えば噴射開始時期）、
〈３〉燃料噴射時期（例えば開始時期）から着火までの時間で定義される着火遅れ時間、
〈４〉燃料噴射弁３１から噴射される燃料の噴射率、
〈５〉成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づく速度
を調節する。

繰り返すと、上記〈２〉の燃料噴射開始時期、上記〈３〉の着火遅れ時間、上記〈４〉の燃料噴射率、着火開始時期の値は成層混合気全体に関する値である。上記〈１〉や〈５〉の値は成層混合気内部の局所的な燃料に対して導入した値となる。

図９は成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比と、成層混合気内部の局所的な燃料の着火時期との関係を示した概念図、図１０は成層混合気内部の局所的な燃料の燃焼室内における位置と、成層混合気内部の局所的な燃料の着火時期との関係を示した模式図である。

図１０に示したように、燃料噴射弁３１から噴射された燃料噴霧は、希薄化しながら、所定の広がりを有するリング状の成層混合気を形成すると共に（図１０中段、下段参照）、全体として左右に位置するシリンダ１０の円筒状壁面へと近づいていく。成層混合気内部の局所的な燃料のうち、噴射されてからの時間が長い局所的な燃料すなわちシリンダ壁面に近い側の局所的な燃料から着火し燃焼が進んでいく（図１０下段参照）。このとき、成層混合気内部の局所的な燃料が未燃焼のままシリンダ１０の円筒状壁面に到達する前に、その成層混合気内部の局所的な燃料に着火させるように、上記〈５〉の成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づく速度を調節する。

成層混合気内部の局所的な燃料の状態は燃料噴射開始時期（図９横軸左端のｔ０のタイミング）を基準として時間の経過と共に変化してゆくので、図９には燃料噴射開始時期（ｔ０）を基準として第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７の時間が経過したｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７の各時刻における成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比分布を時系列的に並べて示している。図１０と対応付けると、図１０上段、中段、下段での成層混合気内部の局所的な燃料の状態が図９においてｔ２、ｔ３、ｔ４の各時刻での状態に対応する。

図９に示したように、噴射された後に燃料噴霧は、内部の燃料の濃度が徐々に希薄化する１つの塊としての成層混合気を形成していくが、ｔ０からｔ３直前までの燃料噴射期間中にはノズル部３４の直後に液滴状態または非常に濃い状態の局所的な燃料が成層混合気の内部に存在し、その一方で成層混合気内部の局所的な燃料のうち初期に噴射された局所的な燃料の濃度は希薄化が進んでいく。ｔ３の時刻直前で燃料噴射が終了すると、成層混合気の全体が、ある程度の当量比の幅を持ちながら全体として成層混合気内部の燃料の濃度が希薄化していく。このとき、成層混合気内部の局所的な燃料は燃料噴霧が噴射直後に持っていた運動量を周囲の空気と交換しながら希薄化していくので、希薄化が進むほど成層混合気内部の局所的な燃料が周囲の空気に向かう速度が低下し、希薄化の速度も低下していく。その結果として、ｔ３からｔ７までに示したように成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が分布する幅は徐々に狭くなっていく。

成層混合気内部の局所的な燃料が徐々に希薄化しつつ、成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比分布幅が狭くなっていくに際して、成層混合気内部の局所的な燃料のうち、当量比が０．５（第１当量比）から０．３（第２当量比）まで希薄化した局所的な燃料から着火していく。成層混合気内部でもより希薄化した局所的な燃料は、燃料噴射期間の中でも初期に噴射された燃料であり、噴射されてから経過した時間が長く、着火遅れ時間に早く到達しやすいため、成層混合気内部でもより希薄化した局所的な燃料の着火時期が最も早くなる。成層混合気内部でもより希薄化したこの局所的な燃料が着火すると、燃焼室内の温度と圧力が上昇するので、成層混合気内部の残りの燃料は連鎖的に着火していくが、この場合にも噴射されてからの時間が長い局所的な燃料から着火が進むため、成層混合気内部ではより希薄化の進んだ局所的な燃料から着火し燃焼が進んでいく。

上記の０．５は、ＮＯｘが多く発生しないとして予め定めた当量比の範囲のうちの大きい側の境界（限界）である。すなわち、当量比が０．５より大きい範囲で成層混合気内部の局所的な燃料に着火されると、燃焼温度が上昇してＮＯｘが多く発生する。一方、上記の０．３はＣＯが多く発生しないとして予め定めた当量比の範囲のうちの小さい側の境界（限界）である。すなわち、当量比が０．３より小さい範囲で成層混合気内部の局所的な燃料に着火されると、燃焼状態が悪く未燃ＣＯが多く発生する。従って、成層圧縮自己着火燃焼を行わせるに際して、ＮＯｘ排出の急増を避けかつ未燃ＣＯの急増を避けるためには、着火時期での当量比が０．３から０．５までの範囲で成層混合気内部の局所的な燃料に着火させる必要があるのである。

この場合、ＮＯｘが多く発生しない限界の当量比である０．５（第１当量比）及びＣＯが多く発生しない限界の当量比である０．３（第２当量比）は、エンジンの仕様に左右される値ではなく、エンジンの仕様に影響されない汎用性を有する値であることを確認している。

なお、図９では燃料噴射期間の終了後に成層混合気内部の局所的な燃料に着火する場合を示しているが、必ずしも燃料噴射期間が終了してから最初の着火をさせる必要はない。着火する時期に成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が０．３から０．５の範囲に入っていればよい。すなわち、当量比が０．３から０．５の範囲で成層混合気内部の局所的な燃料のなるべく多くが着火するように上記〈２〉の燃料噴射開始時期や上記〈３〉の着火遅れ時間等を調節する。なお、当量比の分布が小さすぎると、成層混合気内部で局所的な燃料の着火時期の差が小さくなるため、成層混合気全体の燃焼期間が短くなり、燃焼騒音が増加してしまう。従って、成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気が着火するときの当量比を燃焼全体で見たときには、第１当量比と第２当量比の範囲内でなるべく広く分布しているのが良く、さらに着火時の混合気を形成する燃料の当量比別総量についても、ばらつきが少ないことが望ましい。

成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気について、成層混合気内部の局所的な燃料が燃焼室壁面に到達しないうちに自己着火を生じ、着火時期の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が所定範囲に納まるように、燃圧、燃料噴射弁３１のリフト量（開口部寸法）、燃料噴射期間（燃料噴射時間）、燃料噴射時期、圧縮比、ＥＧＲ量等を設定する。図１１は、燃料噴射からの経過時間に対する燃料噴霧（＝成層混合気内部の局所的な燃料）の到達距離と、燃料噴霧から形成される混合気の当量比の関係を、燃圧別に示し、図１２は、燃料噴射からの経過時間に対する燃料噴霧の到達距離と、燃料噴霧から形成される混合気の当量比の関係を、開口部寸法別に示している。両図によれば、経過時間に応じて燃料噴霧の到達距離は長くなり、長くなる度合は経過時間に応じて徐々に低下する。また、経過時間に応じて燃料噴霧から形成される混合気の当量比は減少し、減少する度合は経過時間に応じて徐々に低下する。さらに図１１によると、燃圧が高い場合は低い場合に比べて、燃料噴霧の初期速度が大きく燃料噴霧の到達距離は長くなり、また燃圧が高い場合に燃料噴霧の拡散が進みやすいため燃料噴霧から形成される混合気の当量比は減少する。また図１２によると、開口部寸法が大きい場合は小さい場合に比べて、燃料噴霧の運動エネルギーが大きく燃料噴霧の到達距離は長くなり、また開口部寸法が大きい場合に燃料噴霧の希薄化が進み難いため燃料噴霧から形成される混合気の当量比は増大する。

ここで、燃圧、燃料噴射弁３１のリフト量（開口部寸法）、燃料噴射期間（時間）、燃料噴射時期、圧縮比、ＥＧＲ量等の設定について、一例を挙げると次のようになる。

着火時期の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比を所定の範囲まで低下させるためには、燃圧を上昇させるか開口部寸法を低下させることである。ここで、もし成層圧縮自己着火燃焼領域内で、負荷増加により燃料噴射量が増えた際に、燃料噴霧から形成される混合気の当量比を低下させるために開口部寸法を小さくした場合、時間当たりの燃料噴射量が減少してしまう。燃料噴射量を確保するため燃料噴射弁３１の開弁時間を長くすることもできるが、燃料噴霧から形成される混合気の当量比が逐次変化することを考えると、燃料噴射時間を長くすると燃料噴霧から形成される混合気の当量比を所望の当量比範囲に納めるのが難しくなる。このような場合には、燃料噴射量が多い高負荷側において開口部寸法の低下に依存しないで燃料噴霧から形成される混合気の当量比を低下させることとし、すなわち、燃圧を高めに設定するのが望ましい。一方、負荷が低下して燃料噴射量が減少した際、制御応答性を考慮すれば燃圧を急変させるよりは、開口部寸法を小さくし、場合によっては燃料噴射期間（時間）を短くするのが望ましい。このように、高負荷側では、燃圧を高めに設定し、燃料噴霧から形成される混合気について、燃焼室壁面に到達しないうちに、所定の時期に自己着火を生じ、着火時期の燃料噴霧から形成される混合気の当量比が所定範囲に納まるように、開口部寸法を決定し、負荷が低下したときに、開口部寸法を小さくする、というパターンが１つの選択肢として挙げられる。ただし、負荷に応じて燃圧を変化させることが否定される訳ではないのは勿論である。

このようにして負荷変化に対応するように燃圧、開口部寸法を設定することができる。そしてさらに、燃圧が高めでかつ開口部寸法が大きい高負荷側において、燃料噴霧から形成される混合気が、燃焼室壁面に到達しないうちに、所定の時期に自己着火を生じ、着火時期の燃料噴霧から形成される混合気の当量比が所定範囲に納まるように、燃料噴射期間（時間）、燃料噴射時期、圧縮比、ＥＧＲ量等を設定する。仮に低負荷側で開口部寸法を小さくした場合、開口部寸法が小さいほど燃料噴射後に燃料噴霧から形成される混合気の当量比が所望の当量比に低下するまでの時間が短くなるので、燃料噴射時期は遅い時期にするのが良い。開口部寸法を小さくすると燃料噴霧から形成される混合気の当量比の低下が速いので、所定の当量比分布幅に納めることを考えても、開口部寸法を小さくするのは比較的燃料噴射量が少ない低負荷側での設定が適している。燃料噴射時期を遅い時期にしても、開口部寸法を小さくしたときは燃料噴霧の到達距離が減少するので、燃料噴霧から形成される混合気が着火する前に燃焼室壁に到達することが避けられる。

所定の燃圧と開口部寸法の下で、必要燃料量を満足するために燃料噴射期間（時間）が長くなり過ぎると、着火時期の燃料噴霧から形成される混合気の当量比の分布幅が所望の範囲に納まらなくなり、あるいは燃料噴射開始時期が（燃焼終了前に全量噴き終えるため）早くなって燃料噴霧が燃焼室壁面に到達する可能性が高まるため、その場合には燃料噴射率を高めなければならない。燃料噴射率は、燃圧を高めたり、開口部寸法を大きくしたりして高めることができる。本発明の成層混合気は、火炎伝播による燃焼が可能な程度の大きな当量比で相対的に広い当量比分布幅になっている火花点火式エンジンの成層燃焼の混合気に比べ、燃料噴霧から形成される混合気の当量比が相対的に極めて小さく、かつ、着火時期における燃料噴霧から形成される混合気の当量比を狭い分布幅の中に納める必要がある。そのような着火時期の燃料噴霧から形成される混合気の当量比分布が得られるような燃料噴射率を予め決めて、燃料噴射率が目標値になるように制御することができる。

さらに、燃料噴霧から形成される混合気が所望の当量比範囲において確実に自己着火するように、圧縮比あるいはＥＧＲ量を設定する。所望の当量比範囲において燃料噴霧から形成される混合気を確実に自己着火させるために、着火性を高めることを利用するならば、圧縮比を高くし、ＥＧＲ量を増大させる。この場合のＥＧＲは、高温の内部ＥＧＲとし、例えば吸排気弁２４、２５の開閉時期を変更するなどの公知の方法で内部ＥＧＲ量を増大させる。このようにして、燃料噴霧から形成される混合気が、燃焼室壁面に到達しないうちに自己着火を生じ、着火時期の燃料噴霧から形成される混合気の当量比が所望の当量比範囲に収まるように、エンジンを構成することができる。

図９に示した成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比と、成層混合気内部の局所的な燃料の着火時期との関係および図１０に示した成層混合気内部の局所的な燃料の燃焼室内における位置と、成層混合気内部の局所的な燃料の着火時期との関係の両方を満足させるためには、例えば、
〈ア〉成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に未燃焼のまま到達するよりも前に、当量比が０．３から０．５までの間の当量比の範囲に収まるように成層混合気内部の局所的な燃料の濃度を希薄化する必要があり、かつ
〈イ〉この当量比の範囲で成層混合気内部の局所的な燃料に着火させる必要があり、また
〈ウ〉成層混合気全体としての着火開始時期は高い熱効率を得るために上死点付近とする必要がある、と捉えることができる。

本実施形態では、上記〈１〉の成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度、上記〈４〉の燃料噴射率、上記〈５〉の成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づく速度の３つを、主に燃料噴射弁３１に供給する燃料の圧力である燃圧及び燃料噴射弁３１の開口部寸法で調節し、かつ着火開始時期と上記〈３〉の着火遅れ時間とを、主に上記〈２〉の燃料噴射開始時期及び圧縮比で調節することで、上記〈ア〉〜〈ウ〉の全てを満足させることとする。燃圧を増大すると、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度、燃料噴射率、成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づく速度は、大きくなり、開口部寸法を増大すると、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度は小さくなる一方、燃料噴射率、成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づく速度は、大きくなる。燃料噴射時期は、着火時期の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が所望の範囲に納まるように設定する。燃料噴射時期を早めると、燃焼室２１内の密度が低い状態で燃料噴射が行われるようになるので成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度が低下し、成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の濃度が高めになって着火し易くなる一方、燃焼室２１内温度は低い状態となるため、着火遅れ時間が長くなるか短くなるかはどちらともいえない。着火開始時期については、仮に着火遅れ時間が一定であれば、燃料噴射時期を早めた分だけ進角する。圧縮比を高めると、着火開始時期が早まり、着火遅れ時間が短くなる。

図１１は、上述の通り燃圧を変えた場合に特定燃料から形成される混合気の当量比と特定燃料の燃料噴射弁３１からの到達距離とが時間の経過と共にどのように変化するのかを示す概念図である。ここで、「特定燃料」とは、特定の時期に噴射された燃料つまり燃料噴射期間中の特定の瞬間に噴射された燃料のことである。特定燃料は、成層混合気内部の局所的な燃料を構成する。従って、図１１に示したように、燃圧を高くするほど特定燃料から形成される混合気の当量比が小さくなり、燃料噴射弁３１からの到達距離が大きくなる。つまり、燃圧を高くするほど特定燃料の濃度が希薄化する速度は早まり、成層混合気内部の局所的な燃料が移動する速度が速まる。

図１２は、上述の通り燃料噴射弁３１の開口部寸法を変えた場合に特定燃料から形成される混合気の当量比と特定燃料の燃料噴射弁３１からの到達距離とが時間の経過と共にどのように変化するするのかを示す概念図である。図１２に示したように、燃料噴射弁３１の開口部寸法を大きくするほど特定燃料から形成される混合気の当量比が大きくなり、燃料噴射弁３１からの到達距離が大きくなる。つまり、燃料噴射弁３１の開口部寸法を大きくするほど特定燃料の濃度が希薄化する速度は遅くなり、成層混合気内部の局所的な燃料が移動する速度が速まる。図示しないが、圧縮比は高いほど着火遅れ時間が短くなる。

このようにして、上記〈ア〉〜〈ウ〉の全てを満足させるために具体的に調節すべき対象は、燃圧、燃料噴射弁３１の開口部寸法、燃料噴射開始時期、圧縮比の４つにまとめることができる。従って、上記〈ア〉〜〈ウ〉の全てを満足させるこれら燃圧、燃料噴射弁３１の開口部寸法、燃料噴射開始時期、圧縮比それぞれの具体的な数値は実験またはシミュレーションによってあらかじめ定めて、図５に示すエンジンコントロールユニット４１にマップやテーブルとして記憶させておき、センサ４２、４４により検出されるそのときのエンジンの負荷と回転速度とからマップやテーブルを検索することにより、そのときのエンジンの負荷と回転速度とに最適な燃圧、燃料噴射弁３１の開口部寸法、燃料噴射開始時期、圧縮比を読み出す。そして、読み出した燃圧が得られるように燃圧可変機構３８を調節し、読み出した燃料噴射弁３１の開口部寸法及び燃料噴射開始時期が得られるように燃料噴射弁３１を調節し、読み出した圧縮比が得られるように圧縮比制御アクチュエータ１６を調節する。

燃圧、燃料噴射弁３１の開口部寸法、燃料噴射開始時期、圧縮比の４つの各値はエンジンの諸元や運転状態によって異なるが、一例として自動車用エンジンの常用域にあたる１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの低負荷領域（成層圧縮自己着火燃焼領域）では、次の通りとなる。

〈ａ〉燃圧
燃圧としては１０ＭＰａから２５ＭＰａまでの燃圧範囲である。具体的には、成層圧縮自己着火燃焼領域において回転速度が高いほどあるいは負荷が大きいほど上記の燃圧範囲で燃圧が高くなるように設定する。このように燃圧を設定するのは、負荷の増加に応じて燃料噴射量が大きくなってもあるいは回転速度が高くなっても、成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が第１当量比と第２当量比の間にある時に自己着火が行われるようにしつつ、燃料の全てを所定の時期までに噴き終える必要があるためである。

〈ｂ〉燃料噴射弁３１の開口部寸法
燃料噴射弁３１の開口部寸法としては５μｍから２０μｍまでの寸法範囲である。具体的には、燃料噴射弁３１の開口部寸法は、燃圧を回転速度、負荷に応じて上記〈ａ〉のように設定できる場合には、ほぼ一定の５μｍでよい。燃圧に上限がある場合（例えば燃料ポンプの制約上２０ＭＰａまでしか使えない場合）には成層圧縮自己着火燃焼領域において回転速度が高いほどあるいは負荷が大きいほど上記の寸法範囲で燃料噴射弁３１の開口部寸法が大きくなるように設定する。

〈ｃ〉燃料噴射開始時期
燃料噴射開始時期としては１０°ＢＴＤＣから３０°ＢＴＤＣまでの範囲である。具体的には、燃料噴射開始時期は、成層圧縮自己着火燃焼領域において上記の範囲で回転速度が高いほど進角側に設定する。このように燃料噴射開始時期を設定するのは、回転速度が高くなっても燃料の全てを所定の時期までに噴き終えることができるようにするためである。なお、成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が第１当量比と第２当量比の間にあるときに自己着火が行われるようにするためには、燃圧を一定にしたまま燃料噴射弁３１の開口部寸法を変化させる場合と、燃料噴射弁３１の開口部寸法を一定にしたまま燃圧を変化させる場合とで、燃料噴射量が同一の場合であっても燃料噴射開始時期を異なるものとしなければならない場合もあり得る。

〈ｄ〉圧縮比
圧縮比としては１８から２０程度までの圧縮比範囲である。具体的には、圧縮比は成層圧縮自己着火燃焼領域において上記の圧縮比範囲で回転速度が高いほど高く設定する。これは回転速度が高いほど成層混合気内部の局所的な燃料に着火しにくいので、回転速度が高いほど圧縮比を大きくして、成層混合気内部の局所的な燃料に着火しやすくするためである。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、内部の燃料濃度が時間の経過に伴って希薄化する成層混合気を形成し、ＮＯｘが多く発生しない限界の当量比である０．５（第１当量比）まで成層混合気内の局所的な燃料の濃度が希薄化した後かつＣＯが多く発生しない限界の当量比である０．３（第２当量比）まで成層混合気内の局所的な燃料の濃度が希薄化する前の予め定めた当量比範囲で着火させるので、成層混合気内部の局所的な燃料が着火する時期において、当量比が０．５以上であれば生じるＮＯｘ排出の急増を避け、かつ当量比が０．３以下であれば生じる未燃ＣＯの急増を避けることができる。

また、本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、燃焼室内に火花点火が可能な空燃比の成層混合気を形成して成層燃焼させることでポンピングロスを低減する筒内直接噴射式ガソリンエンジンに比べて、成層混合気内の局所的な燃料の比熱比を高めて運転するので、ＮＯｘの排出を抑制しつつ高い熱効率を得ることができる。

本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を調節する局所的燃料濃度希薄化速度調節手段を備え、この局所的燃料濃度希薄化速度調節手段を用いて、０．５から０．３までの予め定めた当量比範囲で成層混合気内部の局所的な燃料に着火させるように成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を調節するので、着火時期における成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比を、予め定めた当量比範囲に収めることが可能となり、低ＮＯｘかつ高効率の運転を行わせることができる。成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度は主に、燃圧、開口部寸法によって調節される。

本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、成層混合気全体が着火を開始する時期を調節する着火開始時期調節手段を備え、この着火開始時期調節手段を用いて、成層混合気全体が上死点付近で着火を開始するように成層混合気全体が着火を開始する時期を調節するので、成層混合気全体の着火開始時期を上死点付近にすることが可能となり、高い熱効率を得ることができる。成層混合気全体が着火を開始する時期は主に、燃料噴射時期、圧縮比によって調節される。

本実施形態（請求項１３に記載の発明）によれば、成層混合気全体が着火を開始する時期を制御するにあたって、燃料噴射時期の制御と、着火遅れ期間（時間）の制御とに分けて捉え直し、着火開始時期調節手段として、燃料噴射弁３１から噴射された燃料の噴射（開始）時期を調節する燃料噴射（開始）時期調節手段と、着火遅れ時間を調節する着火遅れ時間調節手段との両方を備えるので、着火開始時期における成層混合気全体の当量比を調節することが可能となり、これに加えて上死点付近の着火開始時期とすることが可能なる。これによって、成層混合気全体の当量比と着火開始時期の両方の面において高い熱効率を得ることができる。成層混合気全体が着火を開始する時期の制御を、燃料噴射時期の制御と、着火遅れ期間（時間）の制御とに分けて捉える場合には、着火遅れ時間は主に、圧縮比によって調節される。

燃料噴射期間が長すぎると初期に噴射された燃料が作る成層混合気内部の局所的な混合気の状態と、後期に噴射された燃料が作る成層混合気内部の局所的な混合気の状態とは、大きく異なることになるため、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度の希薄化の度合いにも大きな違いが生じ、成層混合気内部に大きな当量比の分布が生じる。その結果として、着火時期の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が、高効率かつ低ＮＯｘとなる当量比の範囲から外れる割合が大きくなってしまう。その一方で燃料噴射期間が短すぎると、成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比の分布は小さくなり、成層混合気内部で局所的な燃料の着火時期の差が小さくなるため、成層混合気全体の燃焼期間が短くなり、燃焼騒音が増加してしまう。このように、燃料噴射期間が長すぎても短すぎても燃焼騒音と熱効率およびＮＯｘ排出のバランスが悪くなるのであるが、本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、燃料噴射弁３１から噴射される燃料の噴射率を調節する燃料噴射率調節手段を備え、この燃料噴射率調節手段を用いて、予め定めた当量比範囲で成層混合気内部の局所的な燃料に着火させるように燃料噴射弁３１から噴射される燃料の噴射率を調節するので、燃料噴射期間が最適となり、着火したときの成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比は、燃焼室全体で見たときに第１当量比と第２当量比の範囲内で広く分布し、着火時の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比に対応する燃料量もばらつきが少なくなって、燃焼騒音と熱効率およびＮＯｘ排出のバランスを取ることができる。燃料噴射率は主に、燃圧または燃料噴射弁３１の開口部寸法で調節され、燃圧を高めると燃料噴射率が上昇し、開口部寸法を拡大したときも燃料噴射率が上昇する。

燃料噴射弁３１から噴射される燃料の噴射率を調節するために例えば開口部寸法を調節した場合、燃料噴射率と共に成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度も変化する。例えば開口部寸法を低下させると、燃料噴射率が低下するのに対して、図１２に示されるように燃料噴霧から形成される混合気（成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気）の当量比は低下し易くなって、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度は増大する。同じように燃圧を調節した場合、燃料噴射率と共に成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度も変化する。例えば燃圧を低下させると、燃料噴射率が低下するのに対して、図１１に示されるように燃料噴霧から形成される混合気（成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気）の当量比は上昇し易くなって成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度は低下する。このため、着火時期の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が、高効率かつ低ＮＯｘとなる当量比の範囲から外れて、小さく（濃く）なったり大きく（薄く）なってしまう。このように燃料噴射率を調節する手段が成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度に影響する場合に、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を、低下させる一方または高める一方であると、着火時期における成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比を、予め定めた当量比範囲に収めることができない場合があるのであるが、本実施形態（請求項８に記載の発明）によれば、燃料噴射率調節手段として、燃料噴射弁３１から噴射される燃料の噴射率を高める一方で成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を低下させる燃料噴射率増大・局所的燃料濃度希薄化速度低下手段と、燃料噴射弁３１から噴射される燃料の噴射率を高める一方で成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を高める燃料噴射率増大・局所的燃料濃度希薄化速度増大手段との両方を備えるので、燃料噴射率を調節した場合でも着火時期における成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比を予め定めた当量比範囲に収めることができる。例えば、燃料噴射率を低下させるために開口部寸法を減少させるときに、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度が高くなり過ぎる場合には、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を低下させるために燃圧を低下させる。また、燃料噴射率を低下させるために燃圧を低下させるときに、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度が低くなりすぎる場合には、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を高めるために開口部寸法を減少させる。成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を調節するための燃圧の変化または開口部寸法の変化は燃料噴射率の変化をもたらすことになるので、着火時の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比分布を所定の範囲に納めるための燃料噴射率と、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度とが得られるように、燃圧および開口部寸法の組合せを決める。着火時の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比分布を所定の範囲に納めるための燃料噴射率と、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度とが、燃圧および開口部寸法の実現可能な組合せで得られない場合、さらに燃料噴射時期、圧縮比、あるいはＥＧＲ量等を変化させる。

成層混合気内部の局所的な燃料を未燃焼のままシリンダ壁面に到達させたのでは、消炎し熱効率が悪くなるのであるが、本実施形態（請求項９に記載の発明）によれば、時間の経過とともにシリンダ壁面（燃焼室壁面）に近づいていく成層混合気を形成し、成層混合気内部の局所的な燃料が未燃焼のままシリンダ壁面に到達する前にその未燃焼である局所的な燃料から形成される混合気に着火させるので、シリンダ壁面の近傍での消炎を抑制することが可能となり高い熱効率を得ることができる。着火時の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比分布を所定の範囲に納めるための燃料噴射率と、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度とが、ある条件下で成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に付着することになって、燃圧および開口部寸法の組合せで得られないときに、燃料噴射時期あるいは圧縮比を変化させる。例えば、シリンダ壁面に付着するのを避けるには、圧縮比を高めつつ燃料噴射時期を遅くすることで、燃料噴霧の到達距離を低下させる。

本実施形態（請求項１０に記載の発明）によれば、成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づいていく速度を調節する局所的燃料壁面接近速度調節手段を備えるので、着火時期における成層混合気内部の局所的な燃料の位置を調節することが可能となり、成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に到達する度合いを小さくし消炎による未燃燃料を低減することができる。

成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づいていく速度を調節するために例えば燃圧を調節した場合、シリンダ壁面に近づいていく速度と共に、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度も変化する。このため、着火時期の成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比が、高効率かつ低ＮＯｘとなる当量比の範囲から外れてしまう。このように局所的な燃料壁面接近速度調節手段が、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度に影響する場合に、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を、低下させる一方または高める一方であると、着火時期における成層混合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比を予め定めた当量比範囲に収めることができない場合があるのであるが、本実施形態（請求項１１に記載の発明）によれば、局所的燃料壁面接近速度調節手段として、成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づいていく速度を低下させる一方で成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を低下させる局所的燃料壁面接近速度低下・局所的燃料濃度希薄化速度低下手段と、成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づいていく速度を低下させる一方で成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を高める局所的燃料壁面接近速度低下・局所的燃料濃度希薄化速度増大手段との両方を備えるので、成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づいていく速度を調節した場合でも、着火時期における成層混予合気内部の局所的な燃料から形成される混合気の当量比を予め定めた当量比範囲に収めることができる。成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づいていく速度は、主に、燃圧を低下させあるいは開口部寸法を小さくすることにより、低下させることができる。成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づいていく速度を低下する場合に燃圧を低下させるときは、開口部寸法を小さくすることで成層混合気内部の局所的なの濃度が希薄化する速度を増大させ、開口部寸法を大きくすることで成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を減少させる。成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づいていく速度を低下する場合に開口部寸法を低下させるときは、燃圧を大きくすることで成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を増大させ、燃圧を小さくすることで成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を減少させることができる。

図１３は第２実施形態の筒内直接噴射式エンジンの概略構成図で、第１実施形態の図１と同一部分には同一符号を付している。

第２実施形態は、可変圧縮比機構を有しない筒内直接噴射式エンジンを対象とすると共に、第１実施形態と相違して、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流するＥＧＲ装置（図示しない）と、吸気管内に着火性向上剤を供給する着火性向上剤供給装置５１（着火性向上剤供給手段）を備えている。

第１実施形態は、着火開始時期と着火遅れ時間とを燃料噴射開始時期及び圧縮比で調節するものであった。これに対して、第２実施形態では、エンジンに可変圧縮比機構を有しないため、圧縮比を調節することができない。そこで、第２実施形態は、ＥＧＲ装置と着火性向上剤供給装置５１とを用いて着火遅れ時間を調節するようにしたものである。

図１４は着火性向上剤供給装置５１の拡大図で、図１４（Ａ）は着火性向上剤供給装置５１の縦断面図を、図１４（Ｂ）は着火性向上剤供給装置５１の平面図を示している。

着火性向上剤供給装置５１は、図１４（Ａ）に示したように、軸状の中心電極５２がエンジン本体に接地した有底円筒状の外周電極５３に絶縁体５４を介して取り付けられている。中心電極の端子５２ａには交流電圧印加装置（図示しない）が接続され、エンジンコントロールユニット４１からの信号に基づいて交流電圧が印加される。中心電極の端子５２ａに交流電圧が印加されると、外周電極５３と絶縁体５４の間の空間５５では非平衡プラズマ放電が生じ、着火性を向上させる化学種（例えばオゾン）が生成される。着火性向上剤供給装置５１はこれに限らず、特開２００２−２２１０６０の公報に示されているような着火性向上剤供給装置であってもかまわない。

第３実施形態では、着火遅れ時間を長くする場合にＥＧＲ（排気還流）を行い、着火遅れ時間を短くする場合に着火性向上剤としてのオゾンを供給する。例えば、図６の成層圧縮自己着火燃焼領域におけるほぼ中央の位置を適合点とし、この適合点においてＥＧＲを行わない状態（ＥＧＲ率がゼロ）かつ着火性向上剤を供給しない状態（着火性向上剤がゼロ）の場合に最適な着火遅れ時間（つまり上記〈ア〉〜〈ウ〉の全てを満足させることのできる着火遅れ時間）が得られるように適合したとする。この場合に、成層圧縮自己着火燃焼領域において適合点の回転速度より小さい回転速度になると、適合点より成層混合気内部の局所的な燃料に着火しやすくなる。ということは、適合点の回転速度より小さい回転速度のときの着火遅れ時間は適合点での着火遅れ時間より短くなることを意味するので、適合点の回転速度より小さい回転速度のときにはＥＧＲを行って（正の値のＥＧＲ率とし）着火遅れ時間が長くなるようにすることで、適合点の回転速度より小さい回転速度のときにも適合点での着火遅れ時間と同じ着火遅れ時間が得られるようにする。一方、成層圧縮自己着火燃焼領域において適合点の回転速度より大きい回転速度になると、適合点より成層混合気内部の局所的な燃料に着火しにくくなる。ということは、適合点の回転速度より大きい回転速度のときの着火遅れ時間は適合点での着火遅れ時間より長くなることを意味するので、適合点の回転速度より大きい回転速度のときには着火性向上剤を供給して着火遅れ時間が短くなるようにすることで、適合点の回転速度より大きい回転速度のときにも適合点での着火遅れ時間と同じ着火遅れ時間が得られるようにする。

なお、ＥＧＲを行うと燃焼室内ガスの酸素濃度が低下するので、成層混合気内部の局所的な燃料により形成される混合気の当量比が変化するが、本発明で成層混合気内部の局所的な燃料により形成される混合気の当量比を調節している狙いは、成層混合気内部の局所的な燃料により形成される混合気の当量比が大きい（つまり空燃比が小さい）領域で燃焼温度が高くなりＮＯｘが多く排出されるのを避けることと、成層混合気内部の局所的な燃料により形成される混合気の当量比が小さい（つまり空燃比が大きい）領域で燃焼温度が低くなり未燃ＣＯが多く排出されるのを避けることとであるので、ＥＧＲを考慮したうえでの成層混合気内部の局所的な燃料の燃焼温度を、当量比が０．３から０．５の範囲でＥＧＲを行わない場合の成層混合気内部の局所的な燃料の燃焼温度と同等の範囲に入れるように調節する。

図１５は第３実施形態の筒内直接噴射式エンジンの概略構成図で、第２実施形態の図１３と同一部分には同一符号を付している。

第３実施形態の基本的な構成は第２実施形態とほぼ同じであり、燃料噴射弁３１の噴射方向とピストン９の冠面形状のみが第２実施形態と相違している。すなわち、第３実施形態では、ピストン９冠面の中央部にほぼ円柱状のキャビティ６１が設けられる。また、第２実施形態では燃料噴射弁３１からの燃料噴霧が、シリンダ１０の円筒状壁面を指向するものであったが、第３実施形態では第２実施形態と相違して、燃料噴霧がキャビティ６１を指向する燃料噴射弁３１を配置している。

成層圧縮自己着火燃焼を行わせる際に、第３実施形態では、成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に到達することがないように成層混合気内部の局所的な燃料がシリンダ壁面に近づく速度を調節するのではなく、燃料噴霧つまり成層混合気内部の局所的な燃料をキャビティ６１の壁面に衝突させてキャビティ６１内に受け止めさせることで、成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を低下させる（成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が過度に希薄化しないようする）。成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度が低下するのは、キャビティ６１内に受け止められた燃料はそれ以上外側に向かって広がりようがないためである。なお、成層混合気内部の局所的な燃料がキャビティ６１に衝突することによってキャビティ６１の壁面への燃料付着が生じるが、その燃料付着量はわずかであり、この燃料付着が現状の技術レベルで問題となることはない。

第３実施形態によれば、第２実施形態に比べ、より長い着火遅れ時間であっても成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が過剰に希薄になるのを防止できるので、着火性向上剤の供給量を第２実施形態の場合より低減できるほか、圧縮比を低く設定して全負荷時のトルクを向上することができる。

最後に、図１７は各請求項に記載の手段と、３つの実施形態のＡからＦまでの各手段とを対応させた表図である。請求項６の局所的燃料濃度希薄化速度調節手段は、Ａの燃圧調節手段、Ｂの開口部寸法調節手段、Ｃの燃料噴射開始時期調節手段、Ｄの圧縮比調節手段の少なくとも一つから構成される（請求項１２に記載の発明）。請求項４の着火開始時期調節手段は、Ｄの圧縮比調節手段から構成される。請求項１３の着火遅れ時間調節手段は、Ｄの圧縮比調節手段から構成される。請求項８の燃料噴射率増大・局所的燃料濃度希薄化速度低下手段は、Ｄの圧縮比調節手段から、また燃料噴射率増大・局所的燃料濃度希薄化速度増大手段は、Ａの燃圧調節手段から構成される（請求項１４に記載の発明）。請求項１１の局所的燃料壁面接近速度低下・局所的燃料濃度希薄化速度低下手段は、Ａの燃圧調節手段から、また局所的燃料壁面接近速度低下・局所的燃料濃度希薄化速度増大手段は、Ｄの圧縮比調節手段から構成される（請求項１５に記載の発明）。

図１７の読み方の一例を示すと、例えば、局所的燃料濃度希薄化速度調節手段により成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を速くするには、Ａの燃圧調節手段により燃圧を高くするか、Ｄの圧縮比調節手段により圧縮比を高くすることとなる。一方、局所的燃料濃度希薄化速度調節手段により成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を遅くするには、Ｂの開口部寸法調節手段により開口部寸法を大きくするか、Ｃの燃料噴射開始時期調節手段により燃料噴射開始時期を進角させることとなる。「どちらともいえない」とあるのは、一様な傾向を持たず、エンジンの仕様が相違すれば、異なる傾向を有する場合のあることを示している。従って、「どちらともいえない」とある箇所では、エンジン毎に個々に適合して値の傾向を設定することとなる。

３１ 燃料噴射弁
３８ 燃圧可変機構
４１ エンジンコントロールユニット
４２ アクセルセンサ
４４ 回転速度センサ
５１ 着火性向上剤供給装置

Claims (15)

1. 燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁を備え、
   この燃料噴射弁から噴射される燃料により前記燃焼室内に成層混合気を形成し、
   前記成層混合気内部のいずれの部分においても、圧縮着火時における局所的な当量比が、ＮＯｘが発生しにくい濃い側の限界である第１当量比以下で、ＣＯが発生しにくい薄い側の限界である第２当量比以上の、所定の範囲内であり、
   前記燃料噴射弁に供給される燃料圧力を１０ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下の範囲に設定し、前記燃料噴射弁の噴口隙間を５μｍ以上２０μｍ以下の範囲に設定し、
   前記成層混合気を形成して圧縮着火を行なう運転領域において、燃圧を一定にしたまま負荷の低下に応じて前記燃料噴射弁の隙間寸法を減少させることを特徴とする成層圧縮着火式エンジン。
2. 前記成層混合気内部のいずれの部分においても、圧縮着火を生じるときに混合気を形成している燃料は、燃焼室壁面へ到達する前の燃料であることを特徴とする請求項１に記載の成層圧縮着火式エンジン。
3. 前記第１当量比は０．５、第２当量比は０．３であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮着火式エンジン。
4. 燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁を備え、
   この燃料噴射弁から噴射される燃料を用い、内部の燃料の濃度が希薄化する成層混合気を形成し、
   ＮＯｘが多く発生しない限界の当量比である第１当量比まで前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化した後かつＣＯが多く発生しない限界の当量比である第２当量比まで前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する前の予め定めた当量比範囲で前記成層混合気内部の局所的な燃料に着火させると共に、
   圧縮比可変機構を備え、
   前記成層混合気全体が圧縮自己着火を開始する時期を調節する着火開始時期調節手段を、前記圧縮比可変機構を用いて圧縮比を調節し得る圧縮比調節手段から構成し、
   前記着火開始時期調節手段を用いて、成層混合気全体が上死点付近で着火を開始するように成層混合気全体が着火を開始する時期を調節することを備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 前記第１当量比は０．５、第２当量比は０．３であることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を調節する局所的燃料濃度希薄化速度調節手段を備え、
   この局所的燃料濃度希薄化速度調節手段を用いて、前記予め定めた当量比範囲で前記成層混合気内部の局所的な燃料に着火させるように前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を調節することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
7. 前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率を調節する燃料噴射率調節手段を備え、
   この燃料噴射率調節手段を用いて、前記予め定めた当量比範囲で前記成層混合気内部の局所的な燃料に着火させるように前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率を調節することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
8. 前記燃料噴射率調節手段として、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率を高める一方で前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を低下させる燃料噴射率増大・局所的燃料濃度希薄化速度低下手段と、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率を高める一方で前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を高める燃料噴射率増大・局所的燃料濃度希薄化速度増大手段との両方を備えることを特徴とする請求項７に記載のエンジンの制御装置。
9. 時間の経過とともに燃焼室壁面に近づいていく成層混合気を形成し、
   前記成層混合気内部の局所的な燃料が未燃焼のまま燃焼室壁面に到達する前にその未燃焼である局所的な燃料に着火させることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
10. 前記成層混合気内部の局所的な燃料が前記燃焼室壁面に近づいていく速度を調節する局所的燃料壁面接近速度調節手段を備えることを特徴とする請求項９に記載のエンジンの制御装置。
11. 前記局所的燃料壁面接近速度調節手段として、前記成層混合気内部の局所的な燃料が前記燃焼室壁面に近づいていく速度を低下させる一方で前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を低下させる局所的燃料壁面接近速度低下・局所的燃料濃度希薄化速度低下手段と、前記成層混合気内部の局所的な燃料が前記燃焼室壁面に近づいていく速度を低下させる一方で前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を高める局所的燃料壁面接近速度低下・局所的燃料濃度希薄化速度増大手段との両方を備えることを特徴とする請求項１０に記載のエンジンの制御装置。
12. 燃圧可変機構を備え、
    前記局所的燃料濃度希薄化速度調節手段を、前記燃圧可変機構を用いて燃圧を調節し得る燃圧を調節し得る燃圧調節手段、前記燃料噴射弁の開口部寸法を調節し得る開口部寸法調節手段、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射開始時期を調節し得る燃料噴射開始時期調節手段の少なくとも一つから構成することを特徴とする請求項６に記載のエンジンの制御装置。
13. 燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁を備え、
    この燃料噴射弁から噴射される燃料を用い、内部の燃料の濃度が希薄化する成層混合気を形成し、
    ＮＯｘが多く発生しない限界の当量比である第１当量比まで前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化した後かつＣＯが多く発生しない限界の当量比である第２当量比まで前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する前の予め定めた当量比範囲で前記成層混合気内部の局所的な燃料に着火させると共に、
    前記成層混合気全体が圧縮自己着火を開始する時期を調節する着火開始時期調節手段として、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の噴射開始時期を調節する燃料噴射開始時期調節手段と、この燃料噴射開始時期から着火までの時間で定義される着火遅れ時間を調節する着火遅れ時間調節手段との両方を備え、
    前記着火開始時期調節手段を用いて、成層混合気全体が上死点付近で着火を開始するように成層混合気全体が着火を開始する時期を調節し、
    かつ、圧縮比可変機構を備え、
    前記着火遅れ時間調節手段を、前記圧縮比可変機構を用いて圧縮比を調節し得る圧縮比調節手段から構成することを特徴とするエンジンの制御装置。
14. 燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁を備え、
    この燃料噴射弁から噴射される燃料を用い、内部の燃料の濃度が希薄化する成層混合気を形成し、
    ＮＯｘが多く発生しない限界の当量比である第１当量比まで前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化した後かつＣＯが多く発生しない限界の当量比である第２当量比まで前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する前の予め定めた当量比範囲で前記成層混合気内部の局所的な燃料に着火させると共に、
    前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率を調節する燃料噴射率調節手段として、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率を高める一方で前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を低下させる燃料噴射率増大・局所的燃料濃度希薄化速度低下手段と、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率を高める一方で前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を高める燃料噴射率増大・局所的燃料濃度希薄化速度増大手段との両方を備え、
    前記この燃料噴射率調節手段を用いて、前記予め定めた当量比範囲で前記成層混合気内部の局所的な燃料に着火させるように前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率を調節し、
    かつ、圧縮比可変機構と燃圧可変機構とを備え、
    前記燃料噴射率増大・局所的燃料濃度希薄化速度低下手段を、前記圧縮比可変機構を用いて圧縮比を調節し得る圧縮比調節手段から構成する共に、
    前記燃料噴射率増大・局所的燃料濃度希薄化速度増大手段を、前記燃圧可変機構を用いて燃圧を調節し得る燃圧調節手段から構成することを特徴とするエンジンの制御装置。
15. 燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射弁を備え、
    この燃料噴射弁から噴射される燃料を用い、内部の燃料の濃度が希薄化する成層混合気を形成し、
    ＮＯｘが多く発生しない限界の当量比である第１当量比まで前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化した後かつＣＯが多く発生しない限界の当量比である第２当量比まで前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する前の予め定めた当量比範囲で前記成層混合気内部の局所的な燃料に着火させると共に、
    時間の経過とともに燃焼室壁面に近づいていく成層混合気を形成し、
    前記成層混合気内部の局所的な燃料が未燃焼のまま燃焼室壁面に到達する前にその未燃焼である局所的な燃料に着火させ、
    前記成層混合気内部の局所的な燃料が前記燃焼室壁面に近づいていく速度を調節する局所的燃料壁面接近速度調節手段として、前記成層混合気内部の局所的な燃料が前記燃焼室壁面に近づいていく速度を低下させる一方で前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を低下させる局所的燃料壁面接近速度低下・局所的燃料濃度希薄化速度低下手段と、前記成層混合気内部の局所的な燃料が前記燃焼室壁面に近づいていく速度を低下させる一方で前記成層混合気内部の局所的な燃料の濃度が希薄化する速度を高める局所的燃料壁面接近速度低下・局所的燃料濃度希薄化速度増大手段との両方を備え、
    かつ、圧縮比可変機構と燃圧可変機構とを備え、
    前記局所的燃料壁面接近速度低下・局所的燃料濃度希薄化速度低下手段を、前記燃圧可変機構を用いて燃圧を調節し得る燃圧調節手段から構成する共に、
    前記局所的燃料壁面接近速度低下・局所的燃料濃度希薄化速度増大手段を、前記圧縮比可変機構を用いて圧縮比を調節し得る圧縮比調節手段から構成することを特徴とするエンジンの制御装置。

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