JP7342720B2 - 圧縮自着火式内燃機関システム - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、圧縮自着火式内燃機関システムに関する。

特許文献１には、ディーゼルエンジンが記載されている。このディーゼルエンジンは、燃料の噴射を複数回に分けて行う。これにより、複数回の燃焼が順次行われるようになり、燃焼騒音が抑制される。

特開２０１６－０７０１９３号公報

ところで、特許文献１に記載されているディーゼルエンジンは、ビストンの上面にリエントラント型のキャビティを有している。燃料噴射弁から噴射した燃料の噴霧は、キャビティの表面に沿って流れるため、先に噴射した燃料噴霧と、後から噴射した燃料噴霧とは重ならない。その結果、煤の発生を抑制することができる。

特許文献１に記載されているディーゼルエンジンとは異なり、ガソリンを燃料とした内燃機関において、圧縮自着火により燃焼させることで熱効率を向上させる技術が知られている。この内燃機関において、内燃機関の全運転領域において圧縮自着火による燃焼を可能にすれば、内燃機関の熱効率が大幅に向上する。

高負荷領域においてを圧縮自着火による燃焼を行おうとすれば、燃焼騒音が増大するという問題が生じる。そこで、特許文献１に記載されているディーゼルエンジンのように、複数回に分けて燃料噴射を行うことで、燃焼騒音を抑制することが考えられる。

ところが、リエントラント型のキャビティを有していない内燃機関において、複数回の燃料噴射を行うと、燃料噴霧同士が重なり合ってしまい、煤が大置に発生してしまうという新たな問題が生じる。

ここに開示する技術は、圧縮自着火により混合気が燃焼する内燃機関において、燃焼騒音の抑制と煤の発生の抑制とを両立させる。

ここに開示する技術は、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を用いた圧縮自着火式内燃機関システムに係る。

前記燃料噴射弁は、複数の噴射孔を有し、前記複数の噴射孔から前記燃焼室内の周方向における異なる複数の空間領域に向けて、個別に燃料を噴射可能に構成される。

この圧縮自着火式内燃機関システムは、
前記燃料噴射弁を制御するコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、圧縮行程において、前記複数の空間領域のうちの一部の空間領域に向けて、前記燃料噴射弁の一部の噴射孔から燃料の噴射を開始し、前記燃料の噴射の開始後に、前記燃料噴射弁が、前記一部の空間領域を除く他の空間領域に向けて、他の噴射孔から燃料の噴射を開始するよう前記燃料噴射弁を制御する。

燃料噴射弁は、複数の噴射孔が、燃焼室内において周方向に仮想的に分割された複数の空間領域に向けて、個別に燃料を噴射する。いずれかの噴射孔から燃料を噴射すると、当該噴射孔に対応する空間領域に、混合気が形成される。

燃料噴射弁は、圧縮行程において、一部の噴射孔から燃料の噴射を開始する。当該噴射孔に対応する一部の空間領域に混合気が形成される。

燃料噴射弁は、前記の燃料噴射の開始後に、他の噴射孔から燃料の噴射を開始する。当該噴射孔に対応する他の空間領域に混合気が形成される。

燃料噴射弁は、燃料噴射を複数回に分けて行う。各燃料噴射によって形成された混合気が、圧縮自着火により順次燃焼する。燃焼室内の混合気が一斉に燃焼を開始しないため、燃焼圧が急峻に上昇するような燃焼が回避される。燃焼騒音が抑制される。

燃料噴射弁は、燃料噴射を複数回に分けて行うが、燃料を噴射する方向が周方向に異なる。このため、燃料噴霧同士が重ならない。その結果、煤の発生を抑制することができる。この内燃機関を搭載した車両は、排出ガス性能が向上する。

ここに開示する技術において、前記燃料の噴射の開始タイミングが早い噴射孔の径は、前記燃料の噴射の開始タイミングが遅い噴射孔の径よりも大きい。

噴射期間が一定であれば、噴射孔の径が大きいと、噴射される燃料量が多く、噴射孔の径が小さいと、噴射される燃料量が少ない。噴射の開始タイミングが早い噴射孔の径が、相対的に大きいと、燃料噴射弁は、多くの燃料を早いタイミングで燃焼室内に噴射できる。噴射のタイミングが早いと燃焼までの時間を長く確保できるから、多量の燃料を気化させる時間が確保できる。

逆に、噴射の開始タイミングが遅い噴射孔の径が相対的に小さいことによって、遅いタイミングで燃焼室内に噴射される燃料量は少ない。燃焼までの時間が短くても、噴射した燃料が気化できる。

燃料の噴射タイミングに応じて噴射する燃料量を調節することによって、未燃燃料の増大、及び／又は、煤の発生が抑制される。

ここに開示する別の技術において、前記コントローラは、前記燃料の噴射の開始タイミングが早い噴射の噴射期間を、前記燃料の噴射の開始タイミングが遅い噴射の噴射期間よりも長く設定する。

噴射孔の径が同じであれば、噴射期間が長いと、噴射される燃料量が多く、噴射期間が短いと、噴射される燃料量が少ない。開始タイミングが早い噴射の噴射期間が、相対的に長いと、燃料噴射弁は、多くの燃料を早いタイミングで燃焼室内に噴射できる。前述したように、噴射のタイミングが早いと燃焼までの時間を長く確保できるから、多量の燃料を気化させる時間が確保できる。

逆に、開始タイミングが遅い噴射の噴射期間を相対的に短くすれば、遅いタイミングで燃焼室内に噴射される燃料量を少なくできる。燃焼までの時間が短くても、噴射した燃料が気化できる。

前記コントローラは、圧縮自着火式内燃機関の回転数を取得し、前記取得した回転数が高い場合は、低い場合よりも、前記圧縮行程において噴射する燃料の噴射開始時期を進角する、としてもよい。

内燃機関の回転数が高いと、混合気が燃焼室内において高温環境に晒される時間が短いため、混合気の過早着火が抑制される。内燃機関の回転数が高い場合に、燃料噴射弁が燃料の噴射を開始する時期を進角しても、過早着火は抑制される。

また、燃料噴射を開始する時期を進角すれば、燃料の噴射から燃焼が開始するまでの時間が長くなるから、燃料の気化時間が確保される。内燃機関の回転数が高い場合に、未燃燃料の増大、及び／又は、煤の発生の抑制に有利になる。

尚、膨張行程において噴射する燃料の噴射の開始時期は、内燃機関の回転数が高い場合も、回転数が低い場合も、同じ時期にしてもよい。膨張行程に噴射した燃料は、燃焼までの時間が極めて短く、ディーゼルエンジンの拡散燃焼のような燃焼をするためである。

以上説明したように、前記の圧縮自着火式内燃機関システムによると、燃焼騒音の抑制と煤の発生の抑制とを両立できる。

図１は、内燃機関の構成を例示するシステム図である。 図２は、燃料噴射弁の構成を例示する断面図である。 図３は、燃料噴射弁が燃焼室内の各空間領域に燃料を噴射する状態を例示する遷移図である。 図４は、混合気の燃焼に関する各パラメータのタイミングチャートである。 図５は、燃料噴射弁の制御に関するフローチャートである。 図６は、内燃機関の運転領域を例示する図である。 図７は、内燃機関の基準回転時と高回転時との燃料の噴射態様を例示するタイミングチャートである。 図８は、図７とは異なる、内燃機関の基準回転時と高回転時との燃料の噴射態様を例示するタイミングチャートである。 図９は、燃料噴射弁の噴射孔の変形例を示す図である。 図１０は、燃料噴射弁が燃焼室内の各空間領域に燃料を噴射する状態を例示する図３対応図である。 図１１は、燃料噴射弁の噴射孔の変形例を示す図である。

以下、圧縮自着火式内燃機関システムについて、図面を参照しながら説明をする。尚、以下の説明は、例示である。図１は、内燃機関１のシステム図を示している。この内燃機関１は、圧縮自着火式の４ストローク機関である。内燃機関１の燃料は、ガソリン、又は、ガソリンを含有する液体燃料である。内燃機関１は、４輪の車両に搭載されている。内燃機関１の出力を駆動輪に伝達することによって車両が走行する。

（内燃機関の全体構成）
内燃機関１は、シリンダブロック２１と、シリンダブロック２１の上に載置されるシリンダヘッド２２と、を備えている。シリンダブロック２１の内部には、複数のシリンダ２３が設けられている。複数のシリンダ２３は、クランクシャフト２６の方向に並んで配置されている。尚、内燃機関１のシリンダ数、及び、シリンダの配列は、特定の数及び配列に限定されない。

各シリンダ２３内には、クランクシャフト２６に対しコネクティングロッド２７を介して連結されるピストン２４が内挿されている。ピストン２４は、シリンダ２３内を往復する。ピストン２４の上面と、シリンダヘッド２２の天井部と、シリンダ２３の内周面とは、燃焼室３を形成する。

内燃機関１には、吸気管４１が接続されている。図示は省略するが、吸気管４１は、各燃焼室３に接続されている。吸気管４１は、各燃焼室３へ吸気を供給する。吸気管４１には、スロットル弁４１１が介設している。

内燃機関１には、排気管４２が接続されている。図示は省略するが、排気管４２は、各燃焼室３に接続されている。排気管４２は、各燃焼室３から排気を排出する。

シリンダヘッド２２には、シリンダ２３毎に燃料噴射弁５が取り付けられている。燃料噴射弁５は、燃焼室３内に直接、燃料を噴射する。燃料噴射弁５には、図示は省略する燃料タンクから、燃料が供給される。燃料噴射弁５の構成の詳細は、後述する。

内燃機関１はまた、冷却水回路６４を有している。冷却水回路６４は、冷却水の熱交換を行うラジエータ６４１を有している。冷却水は、内燃機関１とラジエータ６４１との間を循環する。

内燃機関１は、コントローラ７０を有している。コントローラ７０は、内燃機関１の運転を制御する。図１のシステム図において、コントローラ７０には、各種のセンサが接続されている。具体的に図１のシステム図においては、吸気温センサ７１、水温センサ７２、クランク角度センサ７３、車速センサ７４、アクセル踏み込み量センサ７５、スロットル弁開度センサ７６、及び、筒内圧センサ７７が、コントローラ７０に接続されている。

ここで、吸気温センサ７１は、吸気管４１に取り付けられかつ、吸気管４１を流れる吸気の温度に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。水温センサ７２は、冷却水回路６４に取り付けられ、冷却水の温度に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。

クランク角度センサ７３は、内燃機関１に取り付けられかつ、クランクシャフト２６の回転角度に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。

車速センサ７４は、車両の車輪に取り付けられかつ、車両の車速に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。アクセル踏み込み量センサ７５は、アクセルペダル７５１に取り付けられかつ、アクセルペダル７５１の踏み込み量に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。

スロットル弁開度センサ７６は、スロットル弁４１１に取り付けられかつ、スロットル弁４１１の開度に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。筒内圧センサ７７は、シリンダヘッド２２に取り付けられかつ、燃焼室３内の圧力に関係する計測信号をコントローラ７０に出力する。

コントローラ７０は、これらのセンサ７１～７７の計測信号に基づいて内燃機関１の運転状態を判断する。

コントローラ７０は、燃料噴射弁５に、制御信号を出力する。コントローラ７０は、内燃機関１の運転状態に応じた制御信号を出力する。

燃料噴射弁５は、コントローラ７０からの制御信号を受け、所定の量の燃料を、所定のタイミングで、シリンダ２３内に噴射する。燃料噴射弁５による燃料の噴射に関しては、後で詳述する。

燃焼室３内に燃料が噴射されることによって、燃焼室３内には混合気が形成される。ピストン２４が上昇するに従い燃焼室３内の温度が高まる。混合気の酸化反応は、次第に進行する。燃焼室３内の温度が自着火温度を超えると、混合気は、自着火により燃焼する。

（燃料噴射弁の構成）
図２は、燃料噴射弁５の構成を例示している。燃料噴射弁５は、ソレノイド式の噴射弁である。つまり、燃料噴射弁５は、ソレノイドコイルに通電することにより、ニードルをストロークさせ、それによって、噴射孔を開く。この燃料噴射弁５は、複数の噴射孔５６を個別に開閉可能に構成されている。

燃料噴射弁５は、バルブボディ５１と、ニードル５２と、ソレノイドコイル５３と、可動コア５４と、固定コア５５とを有している。

バルブボディ５１は、略円筒状である。バルブボディ５１は、燃料の通路を形成する。バルブボディ５１の基端部（つまり、図２における上端部）には、燃料が流入する流入口５１１が設けられている。バルブボディ５１の先端部（つまり、図２における下端部）は塞がっていると共に、複数の噴射孔５６が形成されている。

複数の噴射孔５６は、拡大図２０１に示すように、第１噴射孔５６１、第２噴射孔５６２、第３噴射孔５６３、第４噴射孔５６４、第５噴射孔５６５及び第６噴射孔５６６を含む。第１～第６噴射孔５６１～５６６は、周方向に等角度間隔で配置されている。第１～第６噴射孔５６１～５６６の径は全て同じである。第１～第６噴射孔５６１～５６６の孔軸は、燃料噴射弁５の軸に対して傾いている。第１～第６噴射孔５６１～５６６は、拡大図２０１及び図３に示すように、燃料噴射弁５の先端から斜め下向きに燃料Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６を噴射する。

ニードル５２は、第１～第６噴射孔５６１～５６６を開閉する。ニードル５２は、バルブボディ５１内において、燃料噴射弁５の軸に沿って伸びている。ニードル５２の先端は、バルブボディ５１の先端部に当接している。ニードル５２は、その基端部に設けられたスプリング５２０によって、バルブボディ５１の先端側へ付勢されている。ニードル５２は、非通電時には第１～第６噴射孔５６１～５６６を閉じる。

ニードル５２は、円柱状である。ニードル５２はまた、図２の拡大図２０２に示すように、周方向に６つに分割されている。６つの分割ニードル５２１は、第１～第６噴射孔５６１～５６６のそれぞれに対応する。つまり、６つの分割ニードル５２１は、第１～第６噴射孔５６１～５６６のそれぞれを、個別に開閉する。

ニードル５２には、可動コア５４が外挿されている。可動コア５４は、円環状を有していると共に、ニードル５２と同様に、周方向に６つに分割されている。６つの分割可動コア５４１は、６つの分割ニードル５２１のそれぞれに対応する。各分割可動コア５４１は、各分割ニードル５２１に固定されている。尚、各分割可動コア５４１には、水が通過する通路５４２が、軸方向に貫通して形成されている。

可動コア５４よりも、バルブボディ５１の基端側には、固定コア５５が配設されている。固定コア５５は、バルブボディ５１に内挿されかつ、バルブボディ５１に固定されている。固定コア５５には、燃料が流れる通路５５１が、軸方向に貫通して形成されている。

ソレノイドコイル５３は、バルブボディ５１に外挿されている。ソレノイドコイル５３は、周方向に６つに分割されている。６つの分割ソレノイドコイル５３１は、６個の分割可動コア５４１のそれぞれに対応する。燃料噴射弁５は、６つの分割ソレノイドコイル５３１に個別に通電可能に構成されている。

いずれかの分割ソレノイドコイル５３１に通電すると、当該分割ソレノイドコイル５３１に対応する分割可動コア５４１が、固定コア５５の方へ吸引される。これにより、当該分割可動コア５４１に対応する分割ニードル５２１が、スプリング５２０の付勢力に抗して基端側へ移動し、当該分割ニードル５２１に対応する噴射孔５６から、燃料が噴射する。燃料噴射弁５は、第１～第６噴射孔５６１～５６６から、個別に燃料Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６を噴射できる。

（燃料の噴射態様）
燃料噴射弁５は、複数の噴射孔５６１～５６６を通じて、燃焼室３内における周方向に異なる複数の空間領域３１～３６に向けて、個別に燃料Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６を噴射できる。

図３は、燃料噴射弁５が燃焼室３内の第１～第６空間領域３１～３６に燃料を噴射する状態を例示する遷移図である。先ず、工程Ｐ３０１において、燃料噴射弁５は、第１噴射孔５６１から第１空間領域３１へ燃料Ｆ１を噴射する。次に、工程Ｐ３０２において、燃料噴射弁５は、第２噴射孔５６２から第２空間領域３２へ燃料Ｆ２を噴射する。第１噴射孔５６１の孔軸の向きと、第２噴射孔５６２の孔軸の向きとは異なるため、第２噴射孔５６２から噴射された燃料の噴霧は、第１噴射孔５６１が噴射した第１空間領域３１に対して、周方向に異なる第２空間領域３２へ到達する。

工程Ｐ３０３において、燃料噴射弁５は、第３噴射孔５６３から第３空間領域３３へ燃料Ｆ３を噴射する。第３噴射孔５６３から噴射された燃料の噴霧は、第１噴射孔５６１が噴射した第１空間領域３１及び第２噴射孔５６２が噴射した第２空間領域３２に対して、周方向に異なる第３空間領域３３へ到達する。

工程Ｐ３０４において、燃料噴射弁５は、第４噴射孔５６４から第４空間領域３４へ燃料Ｆ４を噴射し、続く工程Ｐ３０５において、燃料噴射弁５は、第５噴射孔５６５から第５空間領域３５へ燃料Ｆ５を噴射し、工程Ｐ３０６において、燃料噴射弁５は、第６噴射孔５６６から第６空間領域３６へ燃料Ｆ６を噴射する。燃料噴射弁５は、燃焼室３内を、周方向に仮想的に分割した複数の空間領域のそれぞれへ、噴射タイミングをずらして燃料を噴射できる。以下において、燃料噴射弁５が実行する燃料噴射態様を、空間分割噴射と呼ぶ場合がある。

図４は、混合気の燃焼に関する各パラメータのタイミングチャートである。符号４０１は、燃料噴射弁５のリフト量を例示している。燃料噴射弁５は、圧縮行程の期間から、燃料の噴射を開始する。燃料噴射弁５は、第１～第６噴射孔５６１～５６６から個別に、第１～第６空間領域３１～３６へ、燃料Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６を順次噴射する。燃料噴射弁５は、６回の燃料噴射を実行する。第１～第３噴射孔５６１～５６３からの燃料噴射は、圧縮上死点前に行われる。第４～第６噴射孔５６４～５６６からの燃料噴射は、圧縮上死点後に行われる。各燃料噴射の噴射期間は、図４の構成例においては同じである。

尚、図４の構成例においては、噴射と噴射との間に休止期間を設けているが、噴射と噴射との間に休止期間を設けなくてもよい。また、燃料の噴射の開始タイミングがずれていればよく、複数の噴射期間の一部が重なっていてもよい。

燃料の噴射後、ピストン２４が上昇するに従い、燃焼室３内の温度が次第に高まる。燃焼室３内の混合気の酸化反応も進行する。図４の符号４０２は、燃焼室３内の熱発生率の変化を例示している。最初に燃料が噴射された第１空間領域３１の混合気は、酸化反応が先行して進むため、ＣＡ１において先に自着火をして燃焼を開始する。二番目に燃料が噴射された第２空間領域３２の混合気は、ＣＡ１よりも遅れたＣＡ２において自着火をして燃焼を開始する。第３空間領域３３の混合気は、ＣＡ２よりも遅れたＣＡ３において自着火をして燃焼を開始する。

先に開始する燃焼が燃焼室３内の一部の空間領域に制限されるため、燃焼圧が急峻に上昇するような燃焼が回避される。また、開始タイミングをずらして、複数の空間領域における燃焼が順次行われるため、燃焼室３内全体としては、急速な燃焼を行いつつも、燃焼のピークが高くなりすぎることが抑制される。その結果、燃焼騒音の増大が抑制される。

図４の構成例において、第４空間領域３４、第５空間領域３５及び第６空間領域３６への燃料噴射は、燃焼室３内において燃焼が開始した後に行われる。第４空間領域３４、第５空間領域３５及び第６空間領域３６へ噴射された燃料は、それぞれＣＡ４、ＣＡ５、ＣＡ６において自着火をして燃焼を開始する。これらの燃焼は、ディーゼルエンジンの拡散燃焼に近い燃焼である。

第４噴射孔５６４、第５噴射孔５６５、及び、第６噴射孔５６６からの燃料噴射は、燃焼室３内における燃焼が開始した後であるものの、燃焼が開始した空間領域とは異なる空間領域３４～３６のそれぞれに燃料が噴射される。燃料は、当該空間領域内の空気と十分に混ざり合うことができるため、煤の発生が抑制される。

図４の符号４０３は、煤の発生量を例示している。同図の破線は、燃料の分割噴射を行う従来の内燃機関における煤の発生量を例示している。従来の内燃機関は、燃料の噴射を、タイミングをずらして行っても、後から噴射する燃料を、燃焼を開始した火炎に向かって噴射するため、煤の発生量が増える。

これに対し、同図の実線は、この内燃機関１の煤の発生量を示している。この内燃機関１は、前述したように、後から噴射する燃料を、燃焼が開始していない空間領域に向かって噴射するため、煤の発生量を低減できる。

尚、燃料噴射弁５は、第４噴射孔５６４、第５噴射孔５６５、及び、第６噴射孔５６６からの噴射を、圧縮上死点前に行ってもよい。

従って、この内燃機関１は、燃焼騒音の抑制と、煤の発生の抑制とを両立できる。

図５は、コントローラ７０が実行する、燃料噴射弁５の制御に関するフローチャートを例示している。スタート後のステップＳ１において、コントローラ７０は、各種センサの値を取得する。続くステップＳ２において、コントローラ７０は、前述した空間分割噴射が必要であるか否かを判断する。コントローラ７０は、具体的には、内燃機関１の運転状態が、予め設定された空間分割噴射を行う領域内にある場合、空間分割噴射が必要であると判断する。

図６は、空間分割噴射を行う領域（つまり、空間分割領域）６０２を例示している。内燃機関１の回転数と負荷とによって規定される運転領域６０１において、空間分割領域６０２は、負荷の高い領域に設定されている。内燃機関１の負荷が高いと、燃料量が増えると共に、熱発生量が増えて燃焼室３内の温度が高くなるため、混合気の過早着火が発生しやすくなる。燃焼騒音を抑制しつつ、自着火による燃焼を実現するために、コントローラ７０は、前述した空間分割噴射を行い、燃焼騒音を抑制と、煤の発生の抑制とを両立させる。

ステップＳ２の判定がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ３に進む。ステップＳ２の判定がＮＯの場合、プロセスはリターンする。尚、内燃機関１の運転状態が空間分割領域６０２内にない場合、燃料噴射弁５は、複数の噴射孔５６から同時に燃料を噴射してもよい。また、燃料噴射弁５は、内燃機関１の運転状態が空間分割領域６０２内にない場合、燃料を、複数回に分けて噴射してもよい。

ステップＳ３において、コントローラ７０は、燃料噴射の時期、及び、燃料噴射量を設定する。コントローラ７０は、内燃機関１の運転状態に応じて、燃料噴射の時期、及び、燃料噴射量を設定する。

図７は、内燃機関１の基準回転時と、基準回転よりも高回転時との、燃料の噴射態様を例示するタイミングチャートである。チャート７０２に示すように、内燃機関１が高回転の場合、コントローラ７０は、第１噴射孔５６１、第２噴射孔５６２、及び、第３噴射孔５６３から噴射する燃料の、噴射開始タイミングを、基準回転時の噴射開始タイミング（チャート７０１参照）よりも進角する。内燃機関１が高回転の場合、混合気が、燃焼室３内で高温環境に晒される時間が短い。そのため、混合気は過早着火しにくくなる。内燃機関１の回転数が高い場合に、燃料噴射弁５が燃料の噴射を開始する時期を進角しても、過早着火が抑制される。燃料噴射を開始する時期を進角すれば、燃料の噴射から燃焼が開始するまでの時間が長くなるから、燃料の気化時間が確保される。内燃機関１が高回転の場合に、未燃燃料の増大、及び／又は、煤の発生の抑制に有利になる。

尚、第１噴射孔５６１、第２噴射孔５６２、及び、第３噴射孔５６３からの噴射期間は同じである。前述したように、各噴射孔５６の径が同じであるため、各噴射において噴射される燃料量は、同じである。

コントローラ７０は、第４噴射孔５６４、第５噴射孔５６５、及び、第６噴射孔５６６から噴射する燃料の、噴射開始タイミングは、基準回転時と高回転時とで同じに設定する。第４噴射孔５６４、第５噴射孔５６５、及び、第６噴射孔５６６からの燃料噴射は、燃焼室３内で燃焼が開始した後に行うため、前述したように、ディーゼルエンジンの拡散燃焼のような燃焼になる。そのため、第４噴射孔５６４、第５噴射孔５６５、及び、第６噴射孔５６６から噴射する燃料の噴射タイミングは、内燃機関１の回転数の高低に関わらず一定に維持する。

尚、燃料の噴射時期が遅すぎると、噴射した燃料が、燃焼室３内の全体へ拡散してしまい、燃焼室３内が、複数の空間領域に分割されない恐れがある。燃料の噴射タイミングには、遅角限界が存在する。

図５のフローに戻り、コントローラ７０は、ステップＳ３において燃料の噴射時期、及び、燃料の噴射量を設定すれば、続くステップＳ４において、設定した時期及び設定した噴射量で、燃料噴射弁５に燃料の噴射を実行させる。

これにより、前述したように、内燃機関１の負荷が高い場合でも、燃焼騒音を抑制しつつ、煤の発生を抑制した圧縮自着火による燃焼が実現する。内燃機関１が高負荷で運転している場合に圧縮自着火による燃焼を行うため、内燃機関１の熱効率が向上する。

（変形例）
前述した構成では、燃料噴射弁５は、第１～第６噴射孔５６１～５６６からの噴射期間を同じにしている。これとは異なり、例えば図８に示すように、燃焼が開始する前に噴射する第１、第２及び第３噴射孔５６１、５６２、５６３の噴射期間を相対的に長く、燃焼が開始した後に噴射する第４、第５及び第６噴射孔５６４、５６５、５６６の噴射期間を相対的に短くしてもよい。燃焼が開始した後に噴射する噴射量が少ないから、煤の発生を抑制する上で、有利になる。

尚、図８の構成例においては、図７と同様に、基準回転時よりも高回転時には（チャート８０２）、第１噴射孔５６１、第２噴射孔５６２、及び、第３噴射孔５６３から噴射する燃料の、噴射開始タイミングを、基準回転時の噴射開始タイミング（チャート８０１）よりも進角している。

また、図８の構成例においては、第１、第２及び第３噴射孔５６１、５６２、５６３の噴射期間を次第に短くしているが、第１、第２及び第３噴射孔５６１、５６２、５６３の噴射期間は同じにしてもよい。同様に、図８の構成例においては、第４、第５及び第６噴射孔５６４、５６５、５６６の噴射期間を次第に短くしているが、第４、第５及び第６噴射孔５６４、５６５、５６６の噴射期間は同じにしてもよい。

また、前述した構成では、燃料噴射弁５は、同じ径の噴射孔５６１～５６６を有している。これとは異なり、例えば図９に示すように、燃料噴射弁５は、異なる径の噴射孔５６１～５６６を有してもよい。第１～第６噴射孔５６１～５６６は、径が順番に小さくなる。第１～第６噴射孔５６１～５６６の内、第１噴射孔５６１の径が最も大きく、第６噴射孔５６６の径が最も小さい。最大径の第１噴射孔５６１と最小径の第６噴射孔５６６とは、周方向に隣り合っている。噴射期間が同じ場合に、径の大きい噴射孔は、燃料の噴射量が相対的に多く、径の小さい噴射孔は、燃料の噴射量が相対的に少ない。

第１噴射孔５６１から第６噴射孔５６６の順に燃料を噴射すると、燃焼が開始する前に噴射する第１、第２及び第３噴射孔５６１～５６３からの噴射量は、相対的に多い。燃焼が開始した後に噴射する第４、第５及び第６噴射孔５６４～５６６からの噴射量は、相対的に少ない。煤の発生を抑制する上で、有利になる。

燃料噴射弁５が燃料を噴射する順番は、図３に例示するように、周方向に噴射孔５６が並んだ順で噴射することに限らない。例えば図１０に例示するように、第１噴射孔５６１（工程Ｐ１００１）、第３噴射孔５６３（工程Ｐ１００２）、第５噴射孔５６５（工程Ｐ１００３）、第２噴射孔５６２（工程Ｐ１００４）、第４噴射孔５６４（工程Ｐ１００５）、及び、第６噴射孔５６６（工程Ｐ１００６）の順番に、燃料を噴射してもよい。工程Ｐ１００１～Ｐ１００３までの燃料噴射は、例えば圧縮上死点前に行う燃料噴射である。工程Ｐ１００４～Ｐ１００６までの燃料噴射は、燃焼室３内での燃焼が開始した後に行う燃料噴射である。工程Ｐ１００４～Ｐ１００６までの燃料噴射は、燃焼が開始している空間領域に隣接した空間領域へ燃料を噴射するため、当該燃料の着火性が高まるという利点がある。

尚、図１１に示すように、径の大きい噴射孔、つまり、第１噴射孔５６１、第２噴射孔５６２及び第３噴射孔５６３と、径の小さい噴射孔、つまり、第４噴射孔５６４、第５噴射孔５６５及び第６噴射孔５６６と、を周方向に交互に配置してもよい。この構成の燃料噴射弁５を用いて、図１０に示すように第１噴射孔５６１、第３噴射孔５６３、第５噴射孔５６５、第２噴射孔５６２、第４噴射孔５６４、及び、第６噴射孔５６６の順番に、燃料を噴射すれば、圧縮上死点前に噴射する燃料の噴射量を相対的に多く、圧縮上死点後に噴射する燃料の噴射量を相対的に少なくできる。また、この構成では、燃焼が開始している空間領域に隣接した空間領域へ噴射する燃料の噴射量が少ないため、当該燃料の着火性がさらに高まる。

尚、前述した構成では、燃料噴射弁５は、６個の噴射孔５６１～５６６を有している。燃料噴射弁５は、適宜の数の噴射孔を有することができる。

また、燃料噴射弁５は、一噴射孔ずつ燃料を噴射せずに、一回の噴射の際に、６個の噴射孔５６１～５６６の内の一部でかつ、複数の噴射孔から同時に燃料を噴射してもよい。

前述した各構成例は、互いに組み合わせることができる。

尚、ここに開示する技術は、前述した内燃機関１に適用することに限らない。ここに開示する技術は、ディーゼル燃料を用いる圧縮自着火式の内燃機関に適用することも可能である。

１ 内燃機関
３ 燃焼室
３１ 第１空間領域
３２ 第２空間領域
３３ 第３空間領域
３４ 第４空間領域
３５ 第５空間領域
３６ 第６空間領域
５ 燃料噴射弁
５６１ 第１噴射孔
５６２ 第２噴射孔
５６３ 第３噴射孔
５６４ 第４噴射孔
５６５ 第５噴射孔
５６６ 第６噴射孔
７０ コントローラ（制御部）

Claims (3)

1. 燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える圧縮自着火式内燃機関システムであって、
   前記燃料噴射弁は、複数の噴射孔を有し、前記複数の噴射孔から前記燃焼室内の周方向における異なる複数の空間領域に向けて、個別に燃料を噴射可能に構成され、
   前記燃料噴射弁を制御するコントローラをさらに備え、
   前記コントローラは、圧縮行程において、前記複数の空間領域のうちの一部の空間領域に向けて、前記燃料噴射弁の一部の噴射孔から燃料の噴射を開始し、前記燃料の噴射の開始後に、前記燃料噴射弁が、前記一部の空間領域を除く他の空間領域に向けて、他の噴射孔から燃料の噴射を開始するよう前記燃料噴射弁を制御し、
   前記燃料の噴射の開始タイミングが早い噴射孔の径は、前記燃料の噴射の開始タイミングが遅い噴射孔の径よりも大きい圧縮自着火式内燃機関システム。
2. 燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える圧縮自着火式内燃機関システムであって、
   前記燃料噴射弁は、複数の噴射孔を有し、前記複数の噴射孔から前記燃焼室内の周方向における異なる複数の空間領域に向けて、個別に燃料を噴射可能に構成され、
   前記燃料噴射弁を制御するコントローラをさらに備え、
   前記コントローラは、圧縮行程において、前記複数の空間領域のうちの一部の空間領域に向けて、前記燃料噴射弁の一部の噴射孔から燃料の噴射を開始し、前記燃料の噴射の開始後に、前記燃料噴射弁が、前記一部の空間領域を除く他の空間領域に向けて、他の噴射孔から燃料の噴射を開始するよう前記燃料噴射弁を制御し、
   前記コントローラは、前記燃料の噴射の開始タイミングが早い噴射の噴射期間を、前記燃料の噴射の開始タイミングが遅い噴射の噴射期間よりも長く設定する圧縮自着火式内燃機関システム。
3. 請求項１又は２に記載の圧縮自着火式内燃機関システムにおいて、
   前記コントローラは、圧縮自着火式内燃機関の回転数を取得し、前記取得した回転数が高い場合は、低い場合よりも、前記圧縮行程において噴射する燃料の噴射開始時期を進角する圧縮自着火式内燃機関システム。

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