WO2006090884A1 - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

この内燃機関10は、ガソリン燃料を燃焼室25内に噴射する燃料噴射弁37と点火プラグ35とを備える。内燃機関が軽負荷領域にて運転されるとき、吸気行程の初期及び/又は中期に燃料を噴射し、均質混合気を形成しながら圧縮することにより同燃料を自着火燃焼させる予混合圧縮自着火燃焼運転を行う。内燃機関が中負荷領域にて運転されるとき、火花点火燃焼運転を行う。内燃機関が高負荷領域にて運転されるとき、燃焼室内に吸入された空気を圧縮し、同圧縮された空気の中に燃料を噴射することにより同燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼運転を行う。

Description

明 細 書 内燃機関 技 術 分 野

本発明は、 燃焼室内に形成されたガソリン燃料の混合気を圧縮して自着火させ ることができる内燃機関に関する。 背 景 技 術

燃料をガソリンとする内燃機関の燃焼によって生成される N O Xの量は、 燃焼 室内が高温となる燃焼期間の長さに依存し、 この期間が短くなると減少すること が知られている。 燃焼室内に形成された混合気を高圧縮比にて圧縮することによ り同混合気を着火させる予混合圧縮自着火燃焼においては、 圧縮された混合気が 散在する多数の位置においてほぼ同時に着火する。 このため、 自着火燃焼は、 火 炎の伝播により燃料力 S燃焼して行く火花点火燃焼より、 短期間内に終了する。 従 つて、 自着火燃焼を行う内燃機関は、 火花点火燃焼を行う内燃機関より、 N O x の排出量を少なくすることができる。 更に、 自着火燃焼は、 高圧縮比且つ超希薄 空燃比での燃焼が可熊であるので、 燃費も改善することができる。

係る自着火燃焼は極めて短時間のうちに終了するので、 燃料量が多い高負荷領 域にて運転されるときに燃焼室内の圧力 （筒内圧） が急激に上昇し、 燃焼騒音が 非常に大きくなる。 そこで、 燃焼騒音が小さい軽負荷領域においては声着火燃焼 運転を行い、 燃焼騒音が大きくなる高負荷領域においては混合気を点火プラグが 発生する火花により点火して燃焼させる火花点火燃焼運転を行う 4サイクル内燃 機関が開発されて来ている （例えば、 特開 2 0 0 0— 6 4 8 6 3号公報の請求項 1及ぴ図 4を参照。 ） 。

ところで、 自着火燃焼を行うように設計された内燃機関の圧縮比は、 火花点火 燃焼を行うように設計された内燃機関の圧縮比よりも相当に高い。 従って、 自着 火燃焼を行うことができる内燃機関において火花点火燃焼をそのまま行うと、 負 荷が大きいときにノッキングが発生してしまう。 そこで、 従来の内燃機関は、 火 花点火燃焼運転時において吸気弁の閉弁タイミングを圧縮行程の上死点近傍にま で遅角することにより実圧縮比を低下せしめ、 これによりノッキングを回避して いる。

し力、しながら、 高負荷領域で運転する場合においては多量の燃料を燃焼しなけ ればならないから、 吸気弁の閉弁タイミングを遅角するにも限度がある。 吸気弁 の閉弁タイミングを遅角しすぎると、 混合気量 （即ち、 燃料量） が減少してしま うからである。 これらのことから、 従来の内燃機関は、 ノッキングを十分に回避 することができず、 内燃機関の発生するトルクを増大できないという問題がある

発 明 の 開 示

本発明の目的の一つは、 自着火燃焼運転を行うことにより NO xの低減及び燃 費の向上を達成しながら、 ノッキング及び過大な騷音を発生することなく高いト ルクを発生し得る内燃機関を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の内燃機関は、

内燃機関のビストンの頂面、 シリンダのボア壁面及びシリンダへッドの下面に より画定される燃焼室内にガソリン燃料を噴射する燃料噴射手段と、

前記内燃機関が軽負荷領域にて運転されるとき、 前記燃焼室内に吸入された空 気と前記燃料噴射手段から噴射された燃料とを予め混合して同燃料の空間的分布 がー様な均質混合気を形成しながら圧縮することにより同燃料を自着火燃焼させ る予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段と、

を備えた内燃機関であって、

前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が大きい高負荷領域にて運転される とき、 前記自着火燃焼に代え、 前記燃焼室内に吸入された空気を同燃焼室内にて 圧縮し、 同圧縮された空気の中に前記燃料噴射手段から燃料を噴射することによ り同燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼運転実行手段を備えた内燃機関である。

これによれば、 内燃機関が軽負荷領域にて運転されるとき、 燃料の空間的分布 がー様な均質混合気が形成且つ圧縮され、 これにより、 燃料が自着火する均質自 着火燃焼による運転が行われる。 従って、 前記内燃機関は N o Xの排出量を低減 することができる。 一方、 前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が大きい高 負荷領域にて運転されるとき、 圧縮された空気の中に燃料が噴射され、 これによ り拡散燃焼による運転が行われる。 拡散燃焼による運転は火花点火燃焼による運 転よりもノッキングが発生し難いので、 吸気弁の閉弁タイミングを必要以上に遅 角して実圧縮比を低下する必要がない。 従って、 前記内燃機関は、 高負荷領域に て運転されるとき、 高圧縮比の下で安定した燃焼を得ることができるから、 高ト ルクを発生することができる。 更に、 ガソリンは軽油よりも気ィ匕し易いので、 拡 散燃焼の速度が高い。 従って、 前記内燃機関は、 高回転域においてより高出力を 発生することができる。

前記内燃機関は、

クランク角が 7 2 0度回転する毎に吸気、 圧縮、 燃焼及び排気の各行程を迎え る 4サイクル運転を行うように構成されるとともに、 前記空気の前記燃焼室への吸入により同燃焼室内に吸気スワールを生成するス ワール生成手段と、

前記燃焼室に点火用火花を発生する火花発生手段と、

前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が大きく前記高負荷領域よりも負荷 が小さレヽ中負荷領域にて運転されるとき、 前記燃焼室内に吸入された空気と前記 燃料噴射手段から噴射された燃料とを予め混合して同燃料の空間的分布が一様な 均質混合気を形成しながら圧縮し、 同圧縮された均質混合気を前記火花発生手段 による点火用火花によつて点火して同燃料を火花点火燃焼させる火花点火燃焼運 転実行手段と、

を備えることができる。

これによれば、 軽負荷領域においては自着火燃焼による運転、 中負荷領域にお V、ては火花点火燃焼による運転、 高負荷領域にぉレヽては拡散燃焼による運転が行 われる。 この結果、 中負荷領域において自着火燃焼にて運転すると過大な音が発 生し且つ中負荷領域において拡散燃焼が安定して行われ得ないような内燃機関で あっても、 そのような内燃機関を中負荷領域において過大な音を発生することな く火花点火燃焼により安定して運転することができる。

更に、 この場合、 前記予混合圧縮き着火燃焼運転実行手段は、

( 1 ) 前記内燃機関の負荷に応じた軽負荷時吸気弁開弁タイミングにて吸気弁を 開弁するとともに同負荷に応じた軽負荷時吸気弁閉弁タイミングにて同吸気弁を 閉弁し、

( 2 ) 前記燃焼室内に吸入される空気によるスワールが最も強くなる時期である 同軽負荷時吸気弁開弁タイミングから同軽負荷時吸気弁閉弁タイミングまでの吸 気行程の初期及び Z又は中期に前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射させること により前記均質混合気を形成するように構成され得る。

これによれば、 強 、吸気スヮールによつて燃焼室全体の空気と噴射された燃料 とが混合されるので、 燃料の空間的分布が一様な均質混合気が確実に形成される 。 その結果、 N o Xの排出量を低減し、 熱効率 （燃費） の向上を図ることができ る。

また、 前記火花点火燃焼運転実行手段は、

( 1 ) 前記内燃機関の負荷に応じた中負荷時吸気弁開弁タイミング （例えば、 前 記軽負荷時吸気弁開弁タイミングょりも進角側のタイミング） にて前記吸気弁を 開弁するとともに同負荷に応じた吸気弁閉弁タイミングであって前記軽負荷時吸 気弁閉弁タイミングょりも遅角側の中負荷時吸気弁閉弁タイミングにて同吸気弁 を閉弁し、

( 2 ) 前記燃焼室内に吸入された空気によるスワールが最も強くなる時期である 同中負荷時吸気弁開弁タイミングから同中負荷時吸気弁閉弁タイミングまでの吸 気行程の初期及び/又は中期に前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射させること により前記均質混合気を形成するように構成され得る。

これによれば、 吸気弁閉弁タイミングが遅角側に設定されることにより実圧縮 比が低減され、 且つ、 吸気スワールの攪拌作用が利用されることにより燃料の空 間的分布が一様な均質混合気が形成されるので、 ノッキングの発生が回避される とともに安定した火花点火燃焼運転を行うことができる。

更に、 前記拡散燃焼運転実行手段は、

( 1 ) 前記内燃機関の負荷に応じた高負荷時吸気弁開弁タイミングにて前記吸気 弁を開弁するとともに同負荷に応じた吸気弁閉弁タイミングであって前記中負荷 時吸気弁閉弁タイミングょりも進角側の高負荷時吸気弁閉弁タイミングにて同吸 気弁を閉弁し、

( 2 ) 同高負荷時吸気弁閉弁タイミングょりも遅角側であって圧縮上死点近傍の タイミングにて前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射させるように構成され得る これによれば、 吸気弁閉弁タイミングが火花点火燃焼運転時の中負荷時吸気弁 閉弁タイミングょりも進角側に設定されるので、 実圧縮比が大きく低下すること がない。 また、 燃料は拡散燃焼せしめられる。 この結果、 高圧縮比の下で安定し た燃焼を得ることができるので、 内燃機関の発生トルクを向上することができる この場合、

前記ビストンは同ビストンの頂面の中央部に形成されたキヤビティを備え、 前記燃料噴射手段は前記キヤビティに向けて前記燃料を噴射するように構成さ れ、

更に、

前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が小さい極軽負荷領域にて運転され るとき、 前記内燃機関の負荷に応じた極軽負荷時吸気弁開弁タイミングにて前記 吸気弁を開弁するとともに同負荷に応じた極軽負荷時吸気弁閉弁タイミングにて 同吸気弁を閉弁し、 同極軽負荷時吸気弁閉弁タイミングより遅角側で圧縮上死点 までの圧縮行程の中期に前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射して同噴射された 燃料を前記キヤビティに実質的に滞留せしめ、 同キヤビティ内にて均質混合気を 形成しながら圧縮することにより同燃料を自着火燃焼させる成層自着火燃焼運転 実行手段を備えることが好適である。

これによれば、 極軽負荷運転時であって燃料量が少ないときであっても、 キヤ ビティ内に自着火に十分な濃度の混合気を確実に形成できるので、 安定した自着 火燃焼を行うことができる。 この結果、 自着火運転を行うことができる運^ B域 をより軽負荷の領域まで拡大できるので、 N o Xの排出量をより低減し、 燃費を 一層向上することができる。

更に、 前記内燃機関は、

前記燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段による自着火燃焼運転を実行している 場合、 1回の燃焼に対する圧縮行程開始から燃焼行程終了まで前記検出された筒 内圧を平均化した筒内圧平均値を求めるとともに、 過去複数回の燃焼に対する同 筒内圧平均値を平均化した平均筒内圧平均値を求め、 今回の燃焼に対する筒内圧 平均値と同平均筒内圧平均値との差の絶対値に基づく値が所定値より大きくなつ たとき前記成層自着火燃焼運転実行手段による自着火燃焼運転を実行するように 運転を切り換える運 S¾0換手段と、

を備えることが好適である。

これによれば、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段による自着火燃焼が不安定 な状態となった力否かが、 「今回の燃焼に対する筒内圧平均値 P i」 と 「過去複 数回の燃焼に対する筒内圧平均値の平均である平均筒内圧平均値 P i avej との差 の絶対値 ( I P i - P i ave I ) に基づく値 Δ Ρが所定値より大きくなったか否か により判定される。 そして、 前記差の絶対値に基づく値 Δ Ρが前記所定値より大 きくなつたことにより、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段による自着火燃焼が 不安定な状態となったと判定されると、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段によ る自着火燃焼運転から成層自着火燃焼運転実行手段による自着火燃焼運転に運転 が切り換えられる。 従って、 内燃機関の運転状態が不安定になってトルク変動等 が生じる事態を回避することができる。

なお、 前記差の絶対値に基づく値 Δ Ρは、 前記差の絶対値 ( I P i - Ρ i ave | ) を前記平均筒内圧平均値 P i aveで除した値とすることが好適である。

更に、 前記内燃機関は、

前記燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段による自着火燃焼運転を実行している 場合、 前記検出される筒内圧に基づいて筒内圧の単位時間又は単位クランク角あ たりの変化量である筒内圧変化率を求めるとともに、 同求められた筒内圧変化率 が所定変化率より大きくなったとき前記火花点火燃焼運転実行手段による火花点 火燃焼運転を実行するように運転を切り換える運転切換手段と、

を備えることが好適である。

これによれば、 均質混合気の予混合圧縮 着火燃焼に伴う騒音が過大となった 力否かが、 筒内圧変ィ匕率が所定変化率より大きくなった力否かにより判定される 。 そして、 筒内圧変化率が所定変化率より大きくなって均質混合気の予混合圧縮 自着火燃焼に伴う騒音が過大となったと判定されると、 予混合圧縮自着火燃焼運 転実行手段による自着火燃焼運転から火花点火燃焼運転実行手段による火花点火 燃焼運転に運転が切り換えられる。 従って、 騒音が過大となる事態を回避するこ とができる。

更に、 前記内燃機関は、

ノッキングを検出するノッキング検出手段と、

前記火花点火燃焼運転実行手段による火花点火燃焼運転を実行している場合、 前記検出されるノッキングに基づいてノッキングの発生頻度を求めるとともに、 同ノッキングの発生頻度が所定頻度より大きくなったとき前記拡散燃焼運転実行 手段による拡散燃焼 ¾ ^を実行するように ¾ ^を切り換える運転切換手段と、 を備えることが好適である。

これによれば、 ノッキングの頻度が過大となる前に火花点火燃焼運転実行手段 による火花点火燃焼運転から拡散燃焼運転実行手段による拡散燃焼運転に運転が 切り換えられる。'従って、 ノッキングの過度な発生を回避することができる。 な お、 ノッキング検出手段は、 筒内圧センサにより検出された筒内圧の変化に基づ いてノッキングの発生を検出するものであってもよく、 或いは、 内燃機関の振動 を検出するタイプの周知のノッキングセンサを用いていてノッキングを検出する ものであってもよい。

更に、 上述したキヤビティをビストン頂面に備えた内燃機関において、 前記キヤビティは、 有底の略円筒状であって同キヤビティの入り口を形成する 縁部の径が同キヤビティ内部の最大径ょりも小さくなるように形成されるととも に、 前記吸気スワールを同キヤビティ内に導入するためのスワール案内溝が同キ ャビティの外周部に形成されていることが好適である。

これによれば、 燃焼室に吸入される空気により発生するシリンダのボア壁面に 沿うスワール流を、 スワール案内溝によってキヤビティ内に効率的に取り込むこ とができる。 従って、 吸気スワールの旋回半径が小さくなるのでスワール流を強 めることができる。

この結果、 成層自着火燃焼運転実行手段による運転時において、 実質的にキヤ ビティ内のみに' （均質な） 混合気を容易に形成できるので、 N o Xの発生を抑制 することができる。 また、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段による均質混合気 の自着火燃焼時及び火花点火燃焼運転実行手段による均質混合気の火花点火燃焼 時に、 キヤビティ外に形成される混合気をキヤビティ内に効率的に取り込むこと ができ,るので、 キヤビティ内に燃焼室全体の空気を利用した均質混合気を形成す ることができる。 .従って、 N o Xの発生を抑制するとともに熱効率 （燃費） の向 上を図ることができる。 更に、 拡散燃焼運転実行手段による拡散燃焼時には、 キ ャビティ内に生じる強いスワール流により燃料滴と空気 （酸素） とのミキシング を促進できるので、 拡散燃焼中の空気利用率を高めることができる。 その結果、 内燃機関の熱効率を向上することができる。 更に、 燃料滴周りに多量の酸素を存 在させることができるので、 スモークの発生を抑制することができる。

また、 前記火花発生手段は、 前記キヤビティの内周部に前記点火用火花を発生 する火花発生部を備えるように配置された点火ブラグであり、

更に、 前記内燃機関は、

前記内燃機関の始動時及び/又は同内燃機関の冷間時、 所定の始動冷間時吸気 弁開弁タ'ィミングにて前記吸気弁を開弁するとともに所定の始動冷間時吸気弁閉 弁タイミングにて同吸気弁を閉弁し、 同始動冷間時吸気弁閉弁タイミングより遅 角側で圧縮上死点までの圧縮行程の後期に前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射 させることにより同噴射された燃料を前記キヤビティに実質的に滞留せしめて同 キヤビティ内に成層混合気を形成し、 同形成された成層混合気を前記火花発生手 段による点火用火花によって点火させて同燃料を火花点火燃焼させる始動冷間時 成層火花点火燃焼運転実行手段を備えることが好適である。

内燃機関の始動時又は冷間時においては、 混合気の温度が上昇し難いので、 自 着火燃焼が不安定になり易い。 そこで、 上記構成のように、 吸気弁の閉弁後であ つて圧縮上死点までの圧縮行程の後期に燃料噴射手段から燃料を噴射させること により同燃料をキヤビティに実質的に滞留せしめ、 キヤビティに生成されている スワールによってキヤビティの内周部に成層混合気を形成しておき、 その成層混 合気をキヤビティの内周部に火花発生部を備えた点火プラグにより点火させる。 このよう.にすれば、 内燃機関の始動性が向上し、 或いは、 冷間時に安定した燃焼 を得ることができる。

一方、 前記内燃機関において、

前記キヤビティは、 有底の略円筒状であって同キヤビティの入り口を形成する 縁部の径が同キヤビティ内部の最大径ょりも小さくなるように形成されるととも に、 前記吸気スワールを同キヤビティ内に導入するためのスワール案内溝が同キ ャビティの外周部に形成され、

前記点火ブラグは、 前記スワール案内溝に沿うように配置されることができる これによれば、 点火プラグをスワール案内溝に配置できるので、 点火プラグの 火花発生部をキヤビティの内周部に容易に配置することができる。

更に、 前記キヤビティの壁面に断熱層が形成されることが好適である。

これによれば、.キヤビティ内に残留する燃焼ガスが冷却し難くなるので、 自着 火燃焼に供される混合気の温度を高い温度にすることができ、 自着火燃焼を安定 して行うことが可能となる。 更に、 キヤビティに向けて噴射される燃料の気化を 促進することができるので、 拡散燃焼時において発生するスモークの量を低減す ることができる。

更に、 本発明による内燃機関は過給機を備え、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段、 前記火花点火燃焼運転実行手段及び 前記拡散燃焼運転実行手段のそれぞれは、

( 1 ) 前記吸気弁を開弁する前に前記排気弁を閉弁して同排気弁の閉弁タイミン グから同吸気弁の開弁タイミングまでの期間である負のオーバーラップ期間を発 生せしめるとともに、

( 2 ) 前記内燃機関の負荷が大きくなるほど同負のオーバーラップ期間が短くな るように同排気弁の閉弁タイミング及ぴ同吸気弁の開弁タイミングを制御するよ うに構成されることが好適である。

同様に、 本発明による内燃機関は過給機を備え、

前記成層自着火燃焼運転実行手段、 前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段、 前記火花点火燃焼運転実行手段及び前記拡散燃焼運転実行手段のそれぞれは、

( 1 ) 前記吸気弁を開弁する前に前記排気弁を閉弁して同排気弁の閉弁タイミン グから同吸気弁の開弁タイミングまでの期間である負のオーバーラップ期間を発 生せしめるとともに、

( 2 ) 前記内燃機関の負荷が大きくなるほど同舞のオーバーラップ期間が短くな るように同お気弁の閉弁タイミング及び同吸気弁の開弁タイミングを牢 lj御するよ うに構成されることが好適である。

これらによれば、 燃焼ガスを燃焼室内に封じこめた状態となる所謂 「負のォー バーラップ期間 （負のパルプオーバーラップ期間） 」 が設けられ、 しかも、 その 負のオーバーラップ期間は内燃機関の負荷が大きくなるほど短くなるように設定 される。 従って、 軽負荷領域の負荷又は同負荷より小さい負荷の領域で内燃機関 が運転される場合には、 負のオーバーラップ期間により燃焼室内に導入される空 気量が制御され得る。 また、 軽負荷領域の負荷よりも大きな負荷の領域で內燃機 関が運転される場合には、 過給機による過給と負のオーバーラップ期間とにより 燃焼室内に導入される空気量が制御され得る。 この結果、 内燃機関の吸気通路に 配設されるスロットルパルプを略全開に維持することが可能となるので、 スロッ トルバルブの絞りによるエネルギー損失が低減され、 内燃機関の燃費を改善する ことができる。

また,、 前記内燃機関において、

前記燃料噴射手段は、 燃料の嘖射角を狭角としながら噴射する第 1噴射状態と、 同燃料の嘖射角を同 狭角及び同狭角よりも角度の大き 、広角としながら噴射する第 2噴射状態との何 れかの状態にて同燃料を噴射し得るように構成され、

前記成層自着火燃焼運転実行手段は、 前記燃料を前記燃料噴射手段から前記第 1噴射状態にて噴射せしめるように構成され、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段、 前記火花点火燃焼運転実行手段及び 前記拡散燃焼運転実行手段のそれぞれは、 前記燃料を前記燃料噴射手段から前記 第 2噴射状態にて噴射せしめるように構成されることが好適である。

前述したように、 成層自着火燃焼運転実行手段により混合気を自着火燃焼させ る場合の燃料噴射時期は、 圧縮行程中期である。 従って、 燃料が噴射されるタイ ミングにおいては、 燃料噴射手段とキヤビティが形成されているビストン頂面と の距離が比較的大きい。 このため、 上記構成のように、 成層自着火燃焼運転実行 手段により混合気を自着火燃焼させる場合、 燃料を頂角が狭角の円錐形状 （コー ン状） に噴射することにより、 噴射された燃料をピストン頂面に形成されたキヤ ビティ内に確実に導入することができる。 この結果、 自着火燃焼に寄与しないキ ャビティ外の燃料の量を低減することができるので、 未燃 H Cの発生を抑制する ことができるとともに、 燃費を向上することができる。

更に、 上記構成によれば、 予混合圧縮自着火燃焼運転時及び火花点火燃焼運転 時においては、 スワールが最も強くなる時期である吸気行程の初期及び Z又は中 期において、 燃料は頂角が狭角及び広角の円錐形状 （コーン状） に噴射される。 従って、 噴射された燃料は燃焼室全体に行き渡り、 且つ、 強いスワール流に乗つ て燃焼室内にて攪拌される。 従って、 燃焼室内に存在する全空気が均質混合気の 形成に利用されるので、 N o Xの排出量をより低減し、 熱効率 （燃費） の向上を 図ることができる。

この場合、

前記燃料噴射手段は、 ニードルが低リフト状態及び高リフト状態の何れの状態 にあるときにも開かれて燃料を噴射する狭角嘖射孔群と、 同ニードルが同高リフ ト状態にあるときにのみ開かれて燃料を噴射する広角噴射孔群と、 を備えた燃料 噴射弁であり、

前記成層自着火燃焼運転実行手段は、 前記ニードルを前記低リフト状態とする ことにより前記燃料を前記第 1噴射状態にて噴射せしめるように構成され、' 前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段、 前記火花点火燃焼運転実行手段及び 前記拡散燃焼運転実行手段のそれぞれは、 前記-一ドルを前記高リフト状態とす ることにより前記燃料を前記第 2噴射状態にて噴射せしめるように構成されるこ とが好適である。 . これによれば、 簡単な構成により、 各運転状態に応じた上述の噴射状態にて燃 料を噴射することができる。 また、 燃料噴射弁の燃料噴射量のダイナミックレン ヂ （燃料噴射量の最小量と最大量との差） を大きくすることが容易に可能となる ので、 高負荷時においても十分な量の燃料を噴射することができる。

このような燃料噴射弁を備えた内燃機関において、

前記燃料噴射弁は前記狭角噴射孔ょりも前記広角噴射孔を多く備え、 前記広角 噴射孔の径は前記狭角噴射孔の径よりも小さく形成され、

更に、

前記内燃機関の負荷が大きくなるほど前記燃料噴射弁から噴射される燃料の圧 力を大きくする燃料噴射圧力調整手段を備えることが好適である。

これによれば、 以下の利点がある。

( 1 ) 極軽負荷時 （成層自着火燃焼運転実行手段による運転時） には、 径が相対 的に大きな狭角噴射孔から燃料が噴射され、 且つ、 噴射される燃料の圧力が比較 的小さいため、 燃料滴の粒径が大きくなる。 従って、 燃料をキヤビティ内に確実 に到達させることができる。

( 2 ) 軽負荷時〜中負荷時 （予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段及び火花点火燃 焼運転実行手段による運転時） には、 燃料が狭角噴射孔からのみでなく広角噴射 孔からも噴射される。 この結果、 広角噴射孔から噴射されることにより粒径が小 さく広角に噴射された燃料滴と狭角噴射孔から噴射されることにより粒径が大き く狭角に噴射された燃料滴とにより、 燃焼室内の空気と燃料とが十分に混合され る。 これにより、 燃焼室内に存在する全空気が均質混合気の形成に利 されるよ うになるので、 N o Xの排出量をより低減し、 熱効率 （燃費） の向上を図ること ができる。 .

( 3 ) 高負荷時 （拡散燃焼運転時） には、 燃料が狭角噴射孔からのみでなく広角 噴射孔からも噴射される。 また、 噴射される燃料の圧力が比較的大きい。 従って 、 広角噴射孔から噴射される燃料の粒径が小さくなるので、 その燃料滴と空気 ( 酸素) とが +分にミキシングされる。 この結果、 内燃機関の熱効率を向上するこ とができる。 更に、 燃料滴周りに多量の酸素を存在させることができるので、 ス モークの発生を効果的に抑制することができる。

•一方、 前記内燃機関は、

クランク角が 3 6 0度回転する毎に、 前記燃焼室と同燃焼室内に吸気スワール を生成するように構成された吸気ポートとを遮断した状態にて同燃焼室と排気ポ -トとを連通して排気行程を開始し、 次いで同燃焼室と同吸気ポートとを連通し て掃気行程を開始し、 次いで同燃焼室と同排気ポートとを遮断して吸気行程を開 始し、 次いで同燃焼室と同吸気ポートとを遮断して圧縮行程を開始した後に同状 態にて燃焼行程を迎える 2サイクル運転を行うように構成され得る。

このような 2サイクル内燃機関は、 高温の燃焼ガスを次の燃焼に供される混合 気の温度を上昇させるために直ちに利用することができるので、 自着火燃焼を安 定して行うことが可能となる。 従って、 自着火燃焼運転を行う運 域をより低 負荷側の領域にまで拡大できるので、 N O xの排出量を少なくし、 且つ、 燃費を 改善することができる。

この場合、 前記内燃機関は、

前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が小さい極軽負荷領域にて運転され るとき、 前記圧縮行程の中期に前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射して同噴射 された燃料を前記キヤビティに実質的に滞留せしめ、 同キヤビティ内にて均質混 合気を形成しながら圧縮することにより同燃料を自着火燃焼させる成層自着火燃 焼運転実行手段を備えることが好適である。

これによれば、 極軽負荷運転時であって燃料量が少ないときであっても、 キヤ ビティ内に自着火に十分な濃度の混合気を確実に形成できるので、 安定した自着 火燃焼を行うことができる。 この結果、 自着火運転を行うことができる運転領域 をより軽負荷の領域まで拡大できるので、 N o Xの排出量をより低減し、 燃費を 一層向上することができる。

更に、 この場合、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段は、

前記燃焼室と前記吸気ポートとが連通されてから遮断されるまでの期間におい て同燃焼室内に吸入される空気によるスワールが最も強くなる時期に前記燃料噴 射手段から前記燃料を噴射することにより前記均質混合気を形成するように構成 されることが好適である。

これによれば、 強！/、吸気スヮールによつて燃焼室全体の空気と噴射された燃料 とが混合されるので、 燃料の空間的分布が一様な均質混合気が形成される。 その 結果、 N o Xの排出量を低減し、 熱効率 （燃費） の向上を図ることができる。 更に、 前記拡散燃焼運転実行手段は、

前記圧縮行程であって上死点近傍のタイミングにて前記燃料噴射手段から前記 燃料を噴射して前記燃料を拡散燃焼させるとともに、 同拡散燃焼運転が行われる 前記高負荷領域において火花点火燃焼を行ったと仮定したときにノッキングの過 度の発生を回避するように設定される前記燃焼室と前記吸気ポートとの遮断を行 ぅタイミングょりも進角側のタイミングにて、 同燃焼室と同吸気ポートとの遮断 を行うように構成されることが好適である。

これによれば、 燃焼室と吸気ポートとの遮断タイミングが、 火花点火燃焼を行 つたと仮定したときにノッキングの過度の発生を回避するように設定される燃焼 室と吸気ポートとの遮断を行うタイミングょりも進角側のタイミングとなるので 、 実圧縮比が大きく低下することがない。 また、 燃料は拡散燃焼により燃焼せし められる。 この結果、 高圧縮比の下で安定した燃焼を得ることができるので、 内 燃機関の発生トルクを向上することができる。

本発明による内燃機関の他の態様は、 - クランク角が 3 6 0度回転する毎に、 前記燃焼室と同燃焼室内に吸気スワール を生成するように構成された吸気ポートとを遮断した状態にて同燃焼室と排気ポ ートとを連通して排気行程を開始し、 次いで同燃焼室と同吸気ポートとを連通し て掃気行程を開始し、 次いで同燃焼室と同排気ポートとを遮断し且つ同燃焼室と 同吸気ポートとを遮断して圧縮行程を開始した後に同状態にて燃焼行程を迎える 2サイクル運転を行うように構成されるとともに、

前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が小さい極軽負荷領域にて運転され るとき、 前記圧縮行程の中期の極軽負荷時噴射タイミングにて前記燃料噴射手段 から前記燃料を噴射して同噴射された燃料を前記キヤビティに実質的に滞留せし め、 同キヤビティ内にて均質混合気を形成しながら圧縮することにより同燃料を 自着火燃焼させる成層自着火燃焼運転実行手段と、

前記吸気ポートを介して前記燃焼室に流入する空気を圧縮する過給機と、 を備え 内燃機関である。

更に、

前記ビストンは、 同ビストンの頂面の中央部に形成されたキヤビティを備え、 前記燃料噴射手段は、 前記シリンダへッドの下面であって前記シリンダのボア の略中央部に配置され且つ前記キヤビティに向けて前記燃料を噴射する燃料噴射 弁であり、 .

前記排気ポートは、 その一端が前記シリンダへッドの下面であって前記燃料噴 射弁の周囲に形成された開口部を構成するとともに、 同開口部が同開口部に配設 された排気弁により開かれることにより前記燃焼室と連通させられ且つ同排気弁 により閉じられることにより同燃焼室と遮断させられるように構成され、

前記吸気ポートは、 その一端が前記シリンダのポア壁面に形成された開口部を 構成するとともに、 同開口部が前記ピストンが上死点から下死点に向けて移動す る際に同ビストンの側壁により開かれることにより前記燃焼室と連通させられ且 つ同ピストンが下死点から上死点に向けて移動する際に同ピストンの側壁により 閉じられることにより同燃焼室と遮断させられるように構成される。 つまり、 こ の内燃機関は、 所謂 「ュニフロー型の 2サイクル内燃機関」 である。

このようなュニフ口一型の 2サイクル内燃機関におレ、て、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段は、 前記極軽負荷時噴射タイミングょ りも進角側の軽負荷時噴射タイミングにて前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射 することにより前記均質混合気を形成するように構成され、

前記拡散燃焼運転実行手段は、 前記極軽負荷時噴射タイミングょりも遅角側の 上死点近傍のタイミングであって前記圧縮行程中のタイミングである高負荷時噴 射タイミングにて前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射して前記燃料を拡散燃焼 させるように構成されることが好適である。

このようなュニフロー型の 2サイクル内燃機関は、 高温の燃焼ガスを次の燃焼 に供される混合気の温度を上昇させるために直ちに禾 U用することができるので、 自着火燃焼を安定して行うことが可能となる。 従って、 自着火燃焼運転を行う運 転領域をより低負荷側の領域にまで拡大できる。 この結果、 実用領域において自 着火燃焼運転することができるので、 内燃機関の NO xの排出量を少なくし、 且 つ、 燃費を改善することができる。

更に、 吸気弁及び排気弁をシリンダヘッドに備えた通常の内燃機関は、 負荷が 大きくなるに従って吸気弁閉弁タイミングが遅角側に移行するので、 高負荷領域 において実行程容積 （実圧縮行程容積） が低下してしまうのに対し、 このュニフ ロー型の 2サイクル内燃機関は、 そのような実行程容積の低下を招カゝず、 実圧縮 比を高く維持することができる。 この結果、 前記内燃機関は、 大きな最大トルク を発生することができる。

加えて、 高負荷領域において、 過給機による過給と拡散燃焼とを行うことによ り、 ノッキングを伴わない安定な燃焼を維持することができる。 この結果、 前記 内燃機関は、 大きな最大トルクを発生することができる。 . 図 面 の 簡 単 な .説 明

図 1は、 本発明の第 1実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。

図 2は、 図 1に示した燃焼室及び燃焼室に関連する部分をシリンダの軸線を通 る平面にて切断した断面図である。

図 3は、 図 1に示したピストンの頂面の正面図である。

図 4は、 図 1に示した燃料噴射弁の先端部の縦断面図である。

図 5は、 図 1に示した燃料噴射弁の先端部の正面図である。

図 6は、 図 1に示した電気制御装置の C P Uが所定のプロダラムを実行するこ とにより達成される機能を表すブロック図である。

図 7は、 図 6に示した運転切換手段が参照する運転領域マップを示した図であ る。

図 8,は、 図 1に示した内燃機関のバルブタイミング、 燃料噴射時期 （燃料噴射 タイミング） 及び点火時期を表す図である。 図 9は、 図 6に示した成層自着火燃焼運転実行手段により燃料が噴射されたと きの様子を示した図である。

図 1 0は、 図 6に示した予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段及び火花点火燃焼 運転実行手段のレヽずれかにより燃料が噴射されたときの様子を示した図である。 図 1 1は、 図 6に示した拡散燃焼運転実行手段により燃料が噴射されたときの 様子を示した図である。

図 1 2は、 本発明の第 3実施形態に係る内燃機関が備える電気制御装置の C P Uが所定のプログラムを実行することにより達成される機能を表すブロック図で ある。

図 1 3は、 図 1 2に示した運転切換手段が参照する運転領域マップを示した図 図 1 4は、 本発明の第 3実施形態に係る内燃機関のバルブタイミング及び燃料 噴射タイミングを表す図である。

図 1 5は、 本発明の第 4実施形態に係る内燃機関の作動の概略を説明するため の図である。 '

図 1 6は、 本発明の第 4実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。

図 1 7は、 図 1 6に示した内燃機関のシリンダ、 吸気サージタンク及び吸気ポ ートを同シリンダの軸線に直交する断面にて切断した断面図である。

図 1 8は、 図 1 6に示したシリンダへッドの下面を燃焼室側から見た図である 図 1 9は、 図 1 6に示した駆動アームの正面図である。

図 2 0は、 図 1 6に示した内燃機関が備える電気制御装置の C P Uが所定のプ ログラムを実行することにより達成される機能を表すブロック図である。

図 2 1は、 図 1 6に示した内燃機関の排気弁開閉タイミング、 P及気ポート開閉 タイミング及び燃料噴射タイミングを表す図である。 発明を実施するための最良の形態

く第 1実施形態〉

以下、 本発明による内燃機関の各実施形態について図面を参照しつつ説明する 。 図 1は、 本発明の第 1実施形態に係る内燃機関 1 0の概略構成を示している。 なお、 図 1は、 特定気筒の断面のみを示しているが、 他の気筒も同様な構成を備 えている。

この内燃機関 1 0は、 クランク角が 7 2 0度回転する毎に吸気、 圧縮、 燃焼及 び排気の各行程を迎える 4サイクル運転を行うように構成されたビストン往復動 型 4サイクル内燃機関である。 内燃機関 1 0に使用される燃料はガソリンである 内燃機関 1 oは、 シリンダブ口ック、 シリンダブ口ックロヮーケース及びオイ ルパン等を含むシリンダブロック部 2 0と、 シリンダブロック部 2 0の上に固定 されるシリンダへッド部 3 0と、 シリンダブ口ック部 2 0に空気を供給するため の吸気系統 4 0と、 シリンダブロック部 2 0からの排ガス （燃焼ガス） を外部に 放出するためのお^気系統 5 0とを含んでいる。

シリンダブ口ック部 2 0は、 中空円筒状のシリンダ 2 1、 ピストン 2 2、 コン ロッド 2 3及びクランク軸 2 4を含んでいる。 ピストン 2 2はシリンダ 2 1内を 往復動し、 ビストン 2 2の往復動がコンロッド 2 3を介してクランク軸 2 4に伝 達され、 これにより同クランク軸 2 4が回転するようになっている。 シリンダ 2 1のボア壁面、 ピストン 2 2の頂面 （ピストンヘッド） 及ぴシリンダヘッド部 3 0の下面は、 燃焼室 2 5を形成している。

シリンダへッド部 3 0は、 燃焼室 2 5に接続された吸気ポート 3 1、 吸気ポー ト 3 1を開閉する吸気弁 3 2、 吸気弁 3 2を駆動する吸気弁駆動手段としての吸 気弁駆動機構 3 2 a、 燃焼室 2 5に接続された排気ポート 3 3、 排気ポート 3 3 を開閉する排気弁 3 4、 排気弁 3 4を駆動する排気弁駆動手段としての排気弁駆 動機構 3 4 a、 点火プラグ 3 5、 点火プラグ 3 5に与える高電圧を発生させるィ グニッションコイルを含むィグナイタ 3 6、 燃料を燃焼室 2 5内に直接噴射する 燃料噴射弁 （燃料噴射手段） 3 7、 燃料の蓄圧室を含む燃料圧力調整手段 3 8 a 及び燃料ポンプ 3 8 bを備えている。 吸気弁駆動機構 3 2 a及び排気弁駆動機構 3 4 aは、'駆動回路 3 9に接続されている。

吸気ポート 3 1は、 周知のスワールポート （又はヘリカルポート） であって、 吸気ポート 3 1及ぴ吸気弁 3 2の周囲を介して燃焼室 2 5に流入する空気により 、 燃焼室 2 5内にシリンダ 2 1のボア壁面に沿う吸気スワール (横スワール） を 形成するようになっている。 即ち、 吸気ポート 3 1はスワール生成手段を構成し ている。

点火プラグ 3 5及びィグナイタ 3 6は、 燃焼室 2 5に点火用火花を発生する火 花発生手段を構成している。

燃料圧力調整手段 3 8 aは、 内燃機関 1 0の負荷が増大するほど圧力が高くな る高圧燃料を燃料噴射弁 3 7に供給するようになっている。 燃料ポンプ 3 8 bは 、 図示しない燃料タンク内の燃料を 料圧力調整手段 3 8 aへ圧送するようにな つている。

吸気系統 4 0は、 吸気ポート 3 1に連通し同吸気ポート 3 1とともに吸気通路 を形成するインテークマ二ホールドを含む吸気管 4 1、 吸気管 4 1に連通したサ ージタンク 4 2、.サージタンク 4 2に一端が接続された吸気ダクト 4 3、 吸気ダ タト 4 3の他端部から下流 （吸気管 4 1 ) に向けて順に吸気ダクト 4 3に配設さ れたエアフィルタ 4 4、 ターボチャージャ 8 1のコンプレッサ 8 1 a、 バイパス 流量調整弁 (A B V) 4 5、 インタークーラ 4 6及びスロットルバルブ 4 7を備 えている。

吸気系統 4 0は、 更に、 パイパス通路 4 8を備えている。 バイパス通路 4 8の 一端はバイパス流量調整弁 4 5と接続され、 他端はインタークーラ 4 6とスロッ トルバルブ 4 7の間の位置にて吸気ダクト 4 3に接続されている。 パイパス流量 調整弁 4 5は、 駆動信号に応答して図示しないパルプ開度を変更することにより 、 インタークーラ 4 6へ流入する空気量とインタークーラ 4 6をパイパスする空 気量 （バイパス通路 4 8へ流入する空気量） とを調整できるようになつている。 ィンタークーラ 4 6は水冷式であって、 吸気ダクト 4 3を通過する空気を冷却 するようになつている。 インタークーラ 4 6は、 インタークーラ 4 6内の冷却水 の熱を大気中に放出するラジェタ 4 6 aと、 インタークーラ 4 6とラジェタ 4 6 aの間で冷却水を循環させる循環ポンプ 4 6 bと、 に接続されている。

スロットノレバルブ 4 7は吸気ダクト 4 3に回転可能に支持され、 スロットルバ ルプアクチユエータ 4 7 aにより駆動されることにより吸気通路の開口断面積を 可変とするようになつている。

排気系統 5 0は、 排気ポート 3 3に連通し同排気ポート 3 3とともに排気通路 を形成するェキゾーストマ二ホールドを含む排気管 5 1、 排気管 5 1に配設され たターボチャージャ （過給機、 過給手段） 8 1のタービン 8 1 b、 タービン 8 1 bをバイパスするように両端が同タービン 8 1 bの上流及び下流において排気管 5 1に連通されたウェストゲート通路 5 2、 ウェストゲート通路 5 2に配設され た過給圧調整弁 5 2 a及びタービン 8 1 bの下流の排気管 5 1に配設された三元 触媒装置 5 3を備えている。

ターボチャージャ 8 1のタービン 8 1 bは排ガスのエネルギーにより回転し、 これにより吸気系統 4 0のコンプレッサ 8 1 aが回転して空気を圧縮する。 この 結果、 ターボチャージャ 8 1は、 P及気通路の空気を圧縮して燃焼室 2 5に空気を 過給するようになっている。

ここで、 燃焼室 2 5及び燃焼室 2 5に関連する部分の構造について、 図 2及び 図 3を参照しながら詳述する。 図 2は燃焼室 2 5及び燃焼室 2 5に関連する部分 をシリンダ 2 1の軸線を通る平面にて切断した断面図、 図 3はピストン 2 2の頂 面の正面図である。

シリンダへッド部 3 0の下面 3 0 aは、 図 2に示したように、 所謂ペントルー フ型燃焼室を構成するシリンダへッド下面と同様な形状となっている。 図 3に示 したように、 一つの気筒 （燃焼室 2 5 ) には、 二つの吸気弁 3 2と二つの排気弁 3 4とが配設されている。 即ち、 内燃機関 1 0は、 所謂 「4パルプエンジン」 で め 。

ピストン 2 2の頂面 2 2 aの周部は、 図 2に示したように、 シリンダへッド下 面 3 0 aに沿うように I斜している。 ピストン 2 2の頂面 2 2 aの中央にはキヤ ビティ （凹部） 2 2 bが形成されている。 キヤビティ 2 2 bは有底の略円筒形状 をなしている。 キヤビティ 2 2 bの入り口を形成する縁部の径は、 キヤビティ 2 2 bの内部の最大径よりも小さくなつている。 キヤビティ 2 2 bの壁面 （表面） には、 チタン或いはセラミックからなる断熱層 （ピストン 2 2を構成する材質 ( 例えば、 ァノレミニゥム） より熱伝達率が小さい材質からなる層） 2 2 cが形成さ れている。

吏に、.キヤビティ 2 2 bの外周部には、 図 2及ぴ図 3に示したように、 燃焼室 2 5に流入する空気により形成される吸気スワールをキヤビティ 2 2 b内に導入 するためのスワール案内溝 2 2 dが複数箇所 （本例では 3箇所） に形成されてい る。 スワール案内溝 2 2 dを構成する面は傾斜している。 この傾斜面の角度は、 スワール案内溝 2 2 dの幅 （ビス トン 2 2の頂面 2 2 aの中心からスワール案内 溝 2 2 dの外周までの距離） が小さくなるに従って、 ピストン 2 2の頂面 2 2 a に沿った角度からピストン 2 2の頂面 2 2 aに対して略垂直な角度に向けて次第 に増カ卩している。

また、 スワール案内溝 2 2 dの一つは、 図 3に示したように、 ピストン 2 2の 頂面 2 2 aの正面視において、 その案内溝開始位置 S tがーつの吸気弁 3 2に対 向する位置に形成され、 その案内溝終了位置 E nが他の一つの吸気弁 3 2に対向 する位置に形成されている。 このスワール案内溝 2 2 dを便宜上 「特定スワール 案内溝」 と称呼する。

点火プラグ 3 5は、 二つの吸気ポー小 3 1 (従って、 二つの吸気弁 3 2 ) の間 に酉己置され、 キヤビティ 2 2 bの内周部 （キヤビティ 2 2 bの内側の周部） に点 火用火花を発生する火花発生部 3 5 aを備えるように配置された突き出しプラグ である。 点火プラグ 3 5の先端部近傍 （火花発生部 3 5 aの近傍） は、 ピストン 2 2が上死点近傍位置に到達したとき、 前述した特定スヮール案内溝に沿うよう に （特定スワール案内溝を構成する傾斜面と平行な角度で同傾斜面に沿うように ) 配置されている。

燃料噴射弁 3 7は、 その噴孔がシリンダへッド下面 3 0 aであって燃焼室 2 5 の中心位置に露呈し、 且つ、 ピストン 2 2のキヤビティ 2 2 bに向けてガソリン 燃料を噴射するように、 シリンダへッド部 3 0に配設されている。

燃料噴射弁 3 7は、 その先端部の縦断面図である図 4及び先端部の正面図であ る図 5に示したように、 ノズルボディ 3 7 aとニードル 3 7 bと図示しない二つ のソレノイドを含む電磁機構 （リフト量制御手段） とを備えたインジェクタであ る。

ノズルボディ 3 7 aは、 略円筒状であって、 先端に向うにつれて径が小さくな つている。 ノズルボディ 3 7 aの先端部は、 半球状になっている。 ノズルボディ 3 7 aの内部には、 ニードル 3 7 bを収容する空間が形成されている。 この空間 は、 大径部 3 7 a 1と小径部 3 7 a 2とを含んでいる。 大径部 3 7 a 1は、 中空 円筒状であってノズルボディ 3 7 aの基端側に位置している。 小径部 3 7 a 2は 、 大径部 3 7 a 1の径ょりも小さい径を有する中空円筒状である。 小径部 3 7 a 2は、 大径部 3 7 a 1からノズルボディ 3 7 aの先端部に向けて延設されている 。 小径部 3 7 a 2の頂部は、 円錐形状となっている。

ノズルボディ 3 7 aの半球状の先端部には、 複数 （本例では 4個） の狭角噴射 孔 3 7 cと、 複数 （本例では 8個） の広角噴射孔 3 7 dが形成されている。 広角 噴射孔 3 7 dの数は、 狭角噴射孔 3 7 cの数よりも多い。 複数の狭角噴射孔 3 7 cを狭角噴射孔群と称呼し、 複数の広角噴射孔 3 7 dを広角噴射孔群と称呼する 狭角噴射孔 3 7 cは、 ノズノレボディ 3 7 aの最先端近傍において同ノズルボデ ィ 3 7 aに放射状に形成されている。 複数の狭角嘖射孔 3 7 cは、 互いに等距離 を隔てて配列されている。 各狭角噴射孔 3 7 cの軸線とノズルボディ 3 7 aの軸 線とのなす角度は 0 1である。

広角噴射孔 3 7 dは、 狭角噴射孔 3 7 cよりもノズルボディ 3 7 aの基端側に おいて同ノズルボディ 3 7 aに放射状に形成されている。 複数の広角.噴射孔 3 7 dは、 互いに等距離を隔てて配列されている。 各広角噴射孔 3 7 dの軸線とノズ ルボディ 3 7 aの軸線とのなす角度は Θ 2である。 角度 Θ 2は角度 0 1より大き い。 広角噴射孔 3 7 dの径は、 狭角噴射孔 3 7 cの径より小さい。

ニードル 3 7 bは、 円筒状の基部 3 7 b 1と円筒状の先端部 3 7 b 2とを含ん でいる。 基部 3 7 b 1の径は大径部 3 7 a 1の径より僅かだけ小さい。 基部 3 7 b 1は大径部 3 7 a 1に収容されている。 先端部 3 7 b 2の径は小径部 3 7 a 2 の径ょりも僅かだけ小さい。 従って、 先端部 3 7 b 2の径は基部 3 7 b 1の径ょ りも小さい。 先端部 3 7 b 2は、 基部 3 7 b 1からニードル 3 7 bの先端側に突 出するように形成され、 少径部 3 7 a 2に収容されている。

ニードル 3 7 bの先端部 3 7 b 2の頂部は円錐台状である。 ニードル 3 7 bが リフトされていないとき、 この円錐台状の項面 （上面） の周部 （縁部） は、 ノズ ルポディ 3 7 aの小径部 3 7 a 2の円錐状頂部をなす内壁面に当接するようにな つている。 これにより、 ニードル 3 7 bがリフトされていないとき、 ニードル 3 7 bの先端部 3 7 b 2の頂面とノズルボディ 3 7 aの小径部 3 7 a 2の円錐状頂 部との間に密閉空間 Sが形成される。

ニードル 3 7 bには、 軸線に沿った細径の燃料通路 3 7 b 3力 図示しない基 部 3 7 b 1側の燃料供給部とニードル 3 7 bの先端部 3 7 b 2の頂面とを連通す るように形成されている。 従って、 ニードル 3 7 bがリフトされていないとき、 燃料通路 3 7 b 3の先端側開口は、 前述した密閉空間 Sのみに臨んでいる。 狭角 噴射孔 3 7 cは、 この密閉空間 Sよりも外側に形成されている。 従って、 エード ル 3 7 bがリフトされていないとき、 密閉空間 Sと狭角嘖射孔 3 7 cとは遮断さ れている。 - ニードル 3 7 bは、 図示しない第 1のソレノイドが通電されたとき、 図 4に破 線により示した位置 L Lまで移動するようになっている。 即ち、 ニードル 3 7 b のリフト量は低リフト量となる。 これにより、 燃料通路 3 7 b 3及び密閉空間 S と狭角噴射孔 3 7 cとが連通する。 一方、 燃料通路 3 7 b 3及び密閉空間 Sと広 角噴射孔 3 7 dとは遮断されている。 この結果、 燃料通路 3 7 b 3を介して密閉 空間 Sに供給される燃料は、 狭角噴射孔 3 7 cのみから噴射される。 即ち、 ニー ドル.3 7 bのリフト量が低リフト量となると、 燃料の噴射角を狭角としながら噴 射する第 1噴射状態が実現される。

ニードル 3 7 は、 図示しない第 1のソレノィド及ぴ第 2のソレノィドの両者 が通電されたとき、 図 4に二点鎖線により示した位置 H Lまで移動するようにな つている。 位置 H Lは、 位置 L Lよりもノズルボディ 3 7 aの基端側の位置であ る。 即ち、 エードル 3 7 bのリフト量は高リフト量となる。 これにより、 燃料通 路 3 7 b 3及び密閉空間 Sと狭角噴射孔 3 7 cとが連通するとともに、 燃料通路 3 7 b 3及び密閉空間 Sと広角噴射孔 3 7 dとが連通する。 この結果、 燃料通路 3 7 b 3を介して密閉空間 Sに供給される燃料は、 狭角噴射孔 3 7 c及び広角噴 射孔 3 7 d力 ら噴射される。 即ち、 ニードル 3 7 bのリフト量が高リフト量とな ると、 燃料の噴射角を狭角及び同狭角よりも角度の大きい広角としながら噴射す る第 2噴射状態が実現される。

再び図 1を参照すると、 この内燃機関 1 0は、 エアフローメータ 6 1、 クラン クポジションセンサ 6 2、 筒内圧検出手段としての筒内圧センサ 6 3、 冷却水温 センサ 6 4、 ァクセル開度センサ 6 5及び電気制御装置 7 0を含んで 、る。

エアフローメータ 6 1は吸入された空気量を表す信号を出力するようになって いる。 クランクポジションセンサ 6 2は、 クランク軸 2 4が 1 0 ° 回転する毎に 幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸 2 4が 3 6 0 ° 回転する毎に幅広の パルスを有する信号を出力するようになっている。 この信号は、 エンジン回転速 度 N Eを表す。 筒内圧センサ 6 3は、 燃焼室 2 5内の圧力 （筒内圧） Pを表す信 号を出力するようになっている。 冷却水温センサ 6 4は、 内燃機関 1 0の冷却水 の温度 THWを表す信号を出力するようになっている。 アクセル開度センサ 6 5 は、 運転者によって操作されるアクセルペダル 6 6の操作量 Accpを表す信号を出 力するようになっている。

電気制御装置 7 0は、 互いにバスで接続された所定のプログラムを実行する C P U 7 1と、 C P U 7 1が実行するプログラム、 テーブル (ルックアップテープ ル、 マップ） 及ぴ定数等を予め記憶した R OM 7 2と、 C P U 7 1が必要に応じ てデータを一時的に格納する R AM 7 3と、 電源が投入された状態でデータを格 納するとともに同格納されたデータを電源が遮断されている間も保持するバック アップ RAM 7 4と、 ADコンバータを含むインターフェース 7 5と、 等からな るマイク口コンピュータである。

インターフェース 7 5は、 上記センサ 6 1〜6 5と接続され、 C P U 7 1にセ ンサ 6 1〜6 5からの信号を供給するとともに、 同 C P U 7 1の指示に応じてィ グナイタ 3 6、 燃料噴射弁 3 7、 燃料圧力調整手段 3 8 a、 燃料ポンプ 3 8 b、 駆動回路 3 9、 スロットルバルブァクチユエータ 4 7 a、 バイパス流量調整弁 4 5及び過給圧調整弁 5 2 aに駆動信号を送出するようになっている。

この内燃機関 1 0は、 図 6に示したように、 成層自着火燃焼運転実行手段 F 1 、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2、 火花点火燃焼運転実行手段 F 3、 拡 散燃焼運転実行手段 F 4、 始動冷間時成層火花点火燃焼運転実行手段 F 5及び運 転切換手段 G 1等の手段を含んでいる。 これらの手段の機能は、 電気制御装置 7 0の C P U 7 1が所定のプログラムを実行することにより達成される。 従って、 以下、 C P U 7 1が実行する各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する 運転切換手段 G 1は 図 7に示した運転領域マップを R OM 7 2に記憶してい る。 運転切換手段 G 1は、 内燃機関 1 0の負荷とエンジン回転速度 N Eと運転領 域マップに基づ 、て運転領域を決定し、 その決定した運転領域に従つた運転方式 にて運転を行う。 内燃機関 1 0の負荷は、 ァクセルペダル 6 6の操作量 Accpとェ ンジン回転速度 N Eとに基づいて決定される要求トルク Tqtgt であってもよく、 単にァクセルペダル 6 6の操作量 Accpであってもよレ、。

図 7に示した運転領域マップによれば、 所定の大きさの第 1負荷より小さい負 荷の領域である極軽負荷領域は成層自着火燃焼運転領域、 第 1負荷より大きく且 つ同第 1負荷より大きい第 2負荷より小さい負荷の領域である軽負荷領域は均質 自着火燃焼運転領域、 第 2負荷より大きく且つ同第 2負荷より大きい第 3負荷よ り小さ ヽ負荷の領域である中負荷領域は均質火花点火燃焼運^ 域、 第 3負荷よ り大きい負荷の領域である高負荷領域は拡散燃焼運^ g域であると定められる。 (内燃機関 1 0が前記極軽負荷領域にて運転されるとき） 従って、 内燃機関 1 0が前記極軽負荷領域にて運転されるとき、 運転切換手段 G 1は運転領域マップに従つて成層自着火燃焼運転実行手段 F 1を選択する。 こ れにより、 内燃機関 1 0は成層自着火燃焼運転実行手段 F 1によって運転される 成層自着火燃焼運転実行手段 F 1は、 キヤビティ 2 2 b内のみに均質混合気を 形成し （即ち、 燃焼室 2 5全体として成層混合気を形成し） 、 その混合気を圧縮 することにより燃料を自着火燃焼させる。 より具体的に述べると、 成層自着火燃 焼運転実行手段 F 1は、 以下に述べる作動を順に実行して内燃機関 1 0の運転を 行う （図 8の （A) を参照。 ) 。

( 1 ) 燃焼行程において、 内燃機関 1 0の負荷に応じた極軽負荷時排気弁開弁タ イミング E Oにて排気弁 3 4を開弁する。 これにより、 燃焼行程が終了し排気行 程が開始する。

( 2 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた極軽負荷時排気弁閉弁タイミング E Cにて排 気弁 3 4を閉弁する。 これにより、 排気行程が終了し、 負のオーバーラップ期間 が開台する。

( 3 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた極軽負荷時吸気弁開弁タイミング I Oにて吸 気弁 3 2を開弁する。 これにより、 負のオーバーラップ期間が終了し、 吸気行程 が開台する。

( 4 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた極軽負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cにて吸 気弁 3 2を閉弁する。 これにより、 P及気行程が終了し、 圧縮行程が開始する。

( 5 ) 極軽負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cより遅角側で圧縮上死点: Γ D Cまで の圧縮行程の中期のタイミング 0 injにて、 内燃機関 1 0の負荷とエンジン回転速 度 N Eとに基づいて定まる所定量の燃料を燃料噴射弁 3 7から噴射する。 この場 合に噴射される燃料の総量は、 空燃比を超希薄空燃比とする量である。 更に、 こ の場合、 成層自着火燃焼運転実行手段 F 1は、 燃料噴射弁 3 7のニードルのリフ ト量が低リフト量となるように、 燃料噴射弁 3 7の第 1のソレノィドのみを通電 する。

これにより、 噴射された燃料は、 図 9に示したように、 キヤビティ 2 2 b内に 実質的に滞留せしめられるので、 実質的にキヤビティ 2 2 b内のみに均質混合気 が形成される。 そして、 その混合気が圧縮され、 燃料が自着火燃焼する燃焼行程 が開始する。

従って、 燃料量が少ない極軽負荷運転時であっても、 キヤビティ 2 2 b内に自 着火に十分な濃度の混合気を確実に形成できるので、 安定した自着火燃焼を行う ことができる。 この結果、 自着火運転を行うことができる運転領域をより軽負荷 の領域まで拡大でき、 そのような軽負荷領域にて火花点火燃焼運転を行わなくて もよいから、 N o xの排出量をより低減し、 燃費を一層向上することができる。 また、 キヤビティ 2 2 bは、 有底の略円筒状であって同キヤビティの入り口を 形成する縁部の径が同キヤビティ内部の最大径ょりも小さくなるように形成され るとともに、 燃焼室 2 5に吸入される空気により発生するシリンダのボア壁面に 沿う吸気スワールをキヤビティ 2 2 b内に導入するためのスワール案内溝 2 2 d がキヤビティ 2 2 bの外周部に形成されているから、 スワール流をスワール案内 溝 2 2 dによってキヤビティ 2 2 b内に効率的に取り込むことができる。

従って、 吸気スヮールの旋回半径が小さくなるのでスワール流を強めることが できる。 この結果、 実質的にキヤビティ 2 2 b内のみに混合気を容易に形成でき るので、 N o Xの発生を抑制することができる。

一方、.燃料は、 噴射角を狭角としながら噴射する第 1噴射状態にて噴射される 。 他方、 燃料が噴射される圧縮行程中期においては、 燃料噴射弁 3 7とキヤビテ ィ 2 2 bが形成されているピストン 2 2の頂面との距離が比較的大きい。 このた め、 上記構成のように、 燃料を頂角が狭角の円錐形状 （コーン状） に噴射するこ とにより、 噴射された燃料をキヤビティ 2 2 b内に確実に導入し及び滞留させる ことができる。

更に、 狭角噴射孔 3 7 cの径は広角噴射孔 3 7 dの径より大きく、 且つ、 狭角 噴射孔 3 7 cの数は広角噴射孔 3 7 dの数より少ない。 更に、 内燃機関負荷が小 さいので、 燃料圧力調整手段 3 8 aによる燃料圧力は比較的小さい。 従って、 狭 角噴射孔 3 7 cから噴射される燃料滴の径が相対的に大きくなるので、 燃料をキ ャビティ 2 2 b内に確実に到達させることができる。 この結果、 自着 燃焼に寄 与しないキヤビティ 2 2 b外の燃料の量を低減することができるので、 未燃 H C の発生を抑制することができるとともに、 燃費を向上することができる。

(内燃機関 1 0が前記軽負荷領域にて運転されるとき）

内燃機関 1 0が前記軽負荷領域にて運転されるとき、 運転切換手段 G 1は運転 領域マップに従って予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2を選択する。 これに より、 内燃機関 1 0は予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2によって運転され る。

予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2は、 燃焼室 2 5内に吸入された空気と 燃料噴射弁 3 7から噴射された燃料とを予め混合して燃焼室 2 5内に同燃料の空 間的分布が一様な均質混合気を形成しながら圧縮することにより同燃料を自着火 燃焼させる。 より具体的に述べると、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2は 、 以下に述べる作動を順に実行して内燃機関 1 0の運転を行う （図 8の （B) を 参照。 .） 。

( 1 ) 燃焼行程において、 内燃機関 1 0の負荷に応じた軽負荷時排気弁開弁タイ ミング E Oにて排気弁 3 4を開弁する。 これにより、 燃焼行程が終了し排気行程 が開始する。

( 2 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた軽負荷時排気弁閉弁タイミング E Cにて排気 弁 3 4を閉弁する。 これにより、 排気行程が終了し、 負のオーバーラップ期間が 開始する。 軽負荷時排気弁閉弁タイミング E Cは、 極軽負荷時排気弁閉弁タイミ ング E Cよりも遅角側に設定される。

( 3 ) 微量 fsの燃料を排気上死点近傍のタイミング Θ inj 1にて燃料噴射弁 3 7か ら噴射する。

( 4 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた軽負荷時吸気弁開弁タイミング I Oにて吸気 弁 3 2を開弁する。 これにより、 負のオーバーラップ期間が終了し、 吸気行程が 開始する。 軽負荷時吸気弁開弁タイミング I Oは、 極軽負荷時吸気弁開弁タイミ ング I Oよりも進角側に設定される。

( 5 ) 燃焼室 2 5内に吸入される空気による吸気スワールが最も強くなる時期、 即ち、 軽負荷時吸気弁開弁タイミング I Oから後述する軽負荷時吸気弁閉弁タイ ミング I Cまでの吸気行程の初期及び Z又は中期のタイミング Θ inj 2にて、 燃料 噴射弁 3 7から燃料を噴射する。 このとき噴射される燃料の量は、 内燃機関 1 0 の負荷とェンジン回転速度 N Eとに基づいて定まる所定量から、 先に噴射された 微量 fs分を差し引いた量である。 なお、 この場合に噴射される燃料の総量は、 空 燃比を超希薄空燃比とする量である。

更に、 この場合、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2は、 燃料噴射弁 3 7 のニードルのリフ.ト量が高リブト量となるように、 燃料噴射弁 3 7の寧 1のソレ ノイド及び第 2のソレノイドの両方を通電する。 これにより、 図 1 0に示したよ うに、 燃料が噴射される。

( 6 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた軽負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cにて吸気 弁 3 2を閉弁する。 これにより、 吸気行程が終了し、 圧縮行程が開始する。 そし て.、 均質混合気が圧縮され、 燃料が自着火燃焼する燃焼行程が開始する。

燃料噴射時期が上記のように設定されることから、 強い吸気スワールによって 混合気が攪拌される。 また、 キヤビティ 2 2 bの上述した形状及ぴスワール案内 溝 2 2 dの存在により、 キヤビティ 2 2 b外の混合気をキヤビティ 2 2 b内に効 率的に取り込むことができる。 従って、 燃焼室 2 5内に存在する全空気が均質混 合気の形成に利用される。 その結果、 N o Xの排出量をより低減し、 熱効率 （燃 費） の向上を図ることができる。

一方、 燃料は、 スワールが最も強くなる時期である吸気行程の初期及ひブ又は 中期において、 燃料の噴射角を前記狭角及ぴ同狭角よりも角度の大きい広角とし ながら噴射する第 2噴射状態にて噴射される。 従って、 噴射された燃料は燃焼室 2 5全体に行き渡り、 且つ、 強いスワール流に乗って燃焼室 2 5内にて攪拌され る。 これによつても、 燃焼室 2 5内に存在する全空気が均質混合気の形成に利用 されるようになるので、 N o Xの排出量をより低減し、 熱効率 （燃費） の向上を 図ることができる。

更に、 燃料は径が相対的に小さい広角噴射孔 3 7 dからも噴射される。 粒径が 小さく広角に噴射された燃料滴はスワール流に乗って攪拌される。 この結果、 広 角噴射孔 3 7 dから噴射されることにより粒径が小さく広角に噴射された燃料滴 と狭角噴射孔 3 7 cから噴射されることにより粒径が大きく狭角に噴射された燃 料滴とにより、 燃焼室 2 5内の空気と燃料とが十分に混合される。 これによつて も、 燃焼室 2 5内に存在する全空気が均質混合気の形成に利用されるようになる ので、 N o Xの排出量をより低減し、 熱効率 （燃費） の向上を図ることができる

(内燃機関 1 0が前記中負荷領域にて運転されるとき）

内燃機関 1 0が前記中負荷領域にて運転されるとき、 運転切換手段 G 1は運転 領域マップに従づて火花点火燃焼運転実行手段 F 3を選択する。 これにより、 内 燃機関 1 0は火花点火燃焼運転実行手段 F 3によって運転される。

火花点火燃焼運転実行手段 F 3は、 燃焼室 2 5内に吸入された空気と燃料噴射 弁 3 7から噴射された燃料とを予め混合して同燃焼室 2 5内にて同燃料の空間的 分布が一様な均質混合気を形成しながら圧縮し、 同圧縮された均質混合気を火花 発生手段である点火ブラグ 3 5が発生する点火用火花によつて点火して同燃料を 火花点火燃焼させる。 より具体的に述べると、 火花点火燃焼運転実行手段 F 3は 、 以下に述べる作動を順に実行して内燃機関 1◦の運転を行う （図 8の （C) を 参照。 ） 。

( 1 ) 燃焼行程において、 内燃機関 1 0の負荷に応じた中負荷時排気弁開弁タイ ミング E Oにて排気弁 3 4を開弁する。 これにより、 燃焼行程が終了し排気行程 が開始する。

( 2 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた中負荷時排気弁閉弁タイミング E Cにて排気 弁 3 4を閉弁する。 これにより、 お気行程が終了し、 負のオーバーラップ期間が 開始する。 中負荷時排気弁閉弁タイミング E Cは、 軽負荷時排気弁閉弁タイミン グ E Cよりも遅角側に設定される。

( 3 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた中負荷時吸気弁開弁タイミング I Oにて吸気 弁 3 2を開弁する。 これにより、 負のオーバーラップ期間が終了し、 吸気行程が 開始する。 中負荷時吸気弁開弁タイミング I Oは、 軽負荷時吸気弁開弁タイミン グ I Oよりも進角側に設定される。

(4 ) 燃焼室 2 5内に吸入される空気による吸気スワールが最も強くなる時期、 即ち、 中負荷時吸気弁開弁タイミング I Oから後述する中負荷時吸気弁閉弁タイ ミング I Cまでの吸気行程の初期及ぴ Z又は中期のタイミング 0 injにて、 燃料嘖 射弁 3 7から燃料を噴射する。 このとき噴射される燃料の量は、 内燃機関 1 0の 負荷とエンジン回転速度 N Eとに基づいて定まり、 且つ、 空燃比を理論空燃比と —致させるために必要な所定量である。

更に、 この場合、 火花点火燃焼運転実行手段 F 3は、 燃料噴射弁 3 7のニード ルのリフト量が髙リフト量となるように、 燃料噴射弁 3 7の第 1のソレノィド及 ぴ第 2のソレノイドの両方を通電する。 これにより、 図 1 0に示したように、 燃 料が噴射される。

( 5 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた中負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cにて吸気 弁 3 2を閉弁する。 これにより、 吸気行程が終了し、 圧縮行程が開始する。 中負 荷時吸気弁閉弁タイミング I Cは、 実圧縮比を低下することによりノッキングを 回避するため、 軽負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cよりも遅角側に設定される。

( 6 ) 上死点近傍の点火時期 Θ igにて点火ブラグ 3 5の火花発生部 3 5 aから点 火用火花を発生させ、 燃料を火花点火燃焼させる。 このとき、 火花点火燃焼運転 実行手段 F 3は、 点火時期 0 igを、 内燃機関 1 0の負荷とエンジン回転速度 N E とに基づいて決定する。 これにより、 燃焼行程が開始する。

これによれば、 吸気弁閉弁タイミング I Cが遅角側に設定されることにより実 圧縮比が低減されるので、 ノッキングの発生が回避される。 更に、 軽負荷時と同 様、 燃料噴射時期が上記のように設定されること、 キヤビティ 2 2 bの上述した 形状及ぴスワール案内溝 2 2 dの存在、 並びに、 燃料が第 2噴射状態にて噴射さ れることにより、 キヤビティ 2 2 b内外に混合気が形成され、 その混合気をキヤ ビティ 2 2 b内に効率的に取り込むことができる。 この結果、 燃焼室 2 5内に存 在する全空気がキヤビティ 2 2 b内の均質混合気の形成に利用されるので、 より 安定した火花点火燃焼が実現され、 N o xの排出量がより低減し、 熱効率 （燃費 ) が向上される。

(内燃機関 1 0が前記高負荷領域にて運転されるとき）

内燃機関 1 0が前記高負荷領域にて運転されるとき、 運転切換手段 G 1は運転 領域マップに従って拡散燃焼運転実行手段 F 4を選択する。 これにより、 内燃機 関 1 0は拡散燃焼運転実行手段 F 4によって運転される。

拡散燃焼運転実行手段 F 4は、 燃焼室 2 5内に吸入された空気を同燃焼室 2 5 内にて圧縮し、 同圧縮された空気の中に燃料噴射弁 3 7から燃料を噴射すること により同燃料を拡散燃焼させる。

拡散燃焼による運転は火花点火燃焼による運転よりもノッキングが発生し難い ので、 吸気弁 3 2の閉弁タイミング （吸気弁閉弁タイミング I C) を必要以上に 遅角して、 実圧縮比を低下する必要がない。 従って、 内燃機関 1 0は、 高負荷領 域にて十分な量の燃料 （或いは混合気） を正常に燃焼させることができるから、 高トルクを発生することができる。 更に、 ガソリンは軽油よりも気ィ匕し易いので

、 拡散燃焼の速度が高い。 従って、 内燃機関 1 0は、 高回転域においてより高出 力を発生することができる。

より具体的に述べると、 拡散燃焼運転実行手段 F 4は、 以下に述べる作動を順 に実行して内燃機関 1 0の運転を行う （図 8の （D) を参照。 ) 。

( 1 ) 燃焼行程において、 内燃機関 1 0の負荷に応じた高負荷時排気弁開弁タイ ミング E Oにて排気弁 3 4を開弁する。 これにより、 燃焼行程が終了し排気行程 が開始する。 '

( 2 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた高負荷時排気弁閉弁タイミング E Cにて排気 弁 3 4を閉弁する。 これにより、 排気行程が終了し、 負のオーバーラップ期間が 開始する。 高負荷時排気弁閉弁タイミング E Cは、 中負荷時排気弁閉弁タイミン グ E Cよりも遅角側に設定される。

( 3 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた高負荷時吸気弁開弁タイミング I Oにて吸気 弁 3 2を開弁する。 これにより、 負のオーバーラップ期間が終了し、 吸気行程が 開始する。 高負荷時吸気弁開弁タイミング I Oは、 中負荷時吸気弁開弁タイミン グ I Oよりも進角側に設定される。

( 4 ) 内燃機関 1 0の負荷に応じた高負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cにて吸気 弁 3 2を閉弁する。 これにより、 吸気行程が終了し、 圧縮行程が開始する。 高負 荷時吸気弁閉弁タイミング I Cは、 火花点火燃焼運転時の中負荷時吸氖弁閉弁タ イミング I Cよりも進角側に設定される。 拡散燃焼の場合は火花点火燃焼の場合 よりノッキング発生の可能性が小さいからである。

( 5 ) 高負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cよりも遅角側であって圧縮上死点近傍 のタイミング 0 injにて燃料噴射弁 3 7から燃料を噴射する。 このとき噴射される 燃料の量は、 内燃機関 1 0の負荷とエンジン回転速度 N Eとに基づいて定まり、 ' 且つ、 空燃比を所定の希薄空燃比と一致させるために必要な所定量である。 更に 、 この場合、 拡散燃焼運転実行手段 F 4は、 燃料噴射弁 3 7のニードルのリフト 量が高リフト量となるように、 燃料噴射弁 3 7の第 1のソレノィド及ぴ第 2のソ レノイドの両方を通電する。 これにより、 図 1 1に示したように燃料が噴射され 、 拡散燃焼により燃料が燃焼する燃焼行程が開始する。

これによれば、 吸気弁閉弁タイミング I C (高負荷時吸気弁閉弁タイミング I C) が火花点火燃焼運転時の中負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cよりも進角側に 設定されるので、 実圧縮比が大きく低下することがない。 また、 燃料は拡散燃焼' により燃焼せしめられる。 この結果、 過度のノッキングを伴うことなく、 高圧縮 比の下で安定した燃焼を得ることができるので、 内燃機関 1 0の発生トルクを向 上することができる。

また、 キヤビティ 2 2 bの上述した形状及びスワール案内溝 2 2 dの存在によ り強いスワール流が生成され、 このスワール流により燃料滴と空気 （酸素） との ミキシングが促進されるので、 拡散燃焼中の空気利用率を高めることができる。 その結果、 内燃機関 1 0の熱効率を向上することができる。 更に、 燃料滴周りに 多量の酸素を存在させることができるので、 スモークの発生を抑制することがで さる。

更に、 燃料は、 狭角噴射孔 3 7 cのみでなく広角噴射孔 3 7 d力 らも噴射され る。 広角噴射孔 3 7 dから噴射される燃料の粒径が小さレ、。 従って、 これによつ ても、 燃料滴と空気 （酸素） とが十分にミキシングされる。 その結果、 内燃機関 の熱効率を向上することができる。 更に、 燃料滴周りに多量の酸素を存在させる ことができるので、 スモークの発生を効果的に抑制することができる。

(内燃機関 1 0の始動時又は冷間時）

一方、 内燃機関 1 0の始動時又は冷間時において、 運転切換手段 G 1は始動冷 間時成層火花点火燃焼運転実行手段 F 5を選択する。 運転切換手段 G 1は、 例え ば、 図示しないイダ二ッション ·キーがオフからオンへと変更された.とき始動時 であると判定し、 冷却水温センサ 6 4が検出した冷却水温 T HWが閾値水温 T H W t h以下のとき冷間時であると判定する。 これにより、 内燃機関 1 0は、 始動 時又は冷間時において、 始動冷間時成層火花点火燃焼運転実行手段 F 5によって 運転される。

始動冷間時成層火花点火燃焼運転実行手段 F 5は、 キヤビティ 2 2 b内にて成 層混合気を形成しながら圧縮し、 同圧縮された成層混合気を火花発生手段である 点火ブラグ 3 5が発生する点火用火花によって点火して燃料を火花点火燃焼させ る。 より具体的に述べると、 始動冷間時成層火花点火燃焼運転実行手段 F 5は、 以下に述べる作動を順に実行して内燃機関 1 0の運転を行う。

( 1 ) 所定の始動冷間時吸気弁開弁タイミング I Oにて吸気弁 3 2を開弁する。 これにより、 吸気行程が開始する。

( 2 ) 所定の始動冷間時吸気弁閉弁タイミング I Cにて吸気弁 3 2を閉弁する。 これにより、 吸気行程が終了し、 圧縮行程が開始する。

( 3 ) 始動冷間時吸気弁閉弁タイミング I Cより遅角側で圧縮上死点 TDじまで の圧縮行程の後期の所定噴射タイミングにて、 燃料噴射弁 3 7から燃料を噴射す る。 これにより、 噴射された燃料はキヤビティ 2 2 bに実質的に滞留せしめられ る。 また、 この時点に いては、 キヤビティ内に強いスワール流が生成されてい る。 従って、 このスワール流により、 キヤビティ 2 2 b内に成層混合気が形成さ れる。

なお、 この場合に噴射される燃料の量は、 冷却水温 T HW及び/又は内燃機関 1 0の負荷とエンジン回転速度 N Eとに基づいて定まり、 且つ、 空燃比を理論空 燃比と一致させるために必要な所定量である。 更に、 この場合、 始動冷間時成層 火花点火燃焼運転実行手段 F 5は、 燃料噴射弁 3 7のニードルのリフト量が低リ フト量となるように、 燃料噴射弁 3 7の第 1のソレノィドのみを通電する。

( 4 ) キヤビティ 2 2 b内に形成された成層混合気を圧縮し、 圧縮上死点 T D C 近傍の所定点火時期にて火花発生手段である点火ブラグ 3 5から点火用火花を発 生させる。 これにより、 燃料が火花点火燃焼する。 これにより、 燃焼行程が開始 する。

( 5 ) 所定の始動冷間時排気弁開弁タイミング E Oにて排気弁 3 4を開弁する。 その結果、 燃焼行程が終了し排気行程が開始する。

( 6 ) 所定の始動冷間時排気弁閉弁タイミング E Cにて排気弁 3 4を閉弁する。 内燃機関 1 0の始動時又は冷間時においては、 均質混合気の温度が上昇し難い ので、. 自着火燃焼が不安定になり易い。 そこで、 上記構成のように、 吸気弁 3 2 の閉弁後であつて圧縮上死点 T D Cまでの圧縮行程の後期に燃料噴射弁 3 7から 燃料を噴射させる。 これにより、 燃料がキヤビティ 2 2 bに実質的に滞留し、 キ ャビティ 2 2 bの上述した形状及びスワール案内溝 2 2 dの存在によりキヤビテ ィ 2 2 b内に形成される強い吸気スワールによってキヤビティ 2 2 bの内周部に 成層混合気が形成される。 そして、 その成層混合気をキヤビティ 2 2 bの内周部 に火花発生部 3 5 aを備えた点火プラグ 3 5により点火させる。 この精果、 内燃 機関 1 0の始動性を向上させ、 或いは、 冷間時に安定した火花点火燃焼を得るこ とができる。

以上、 説明したように、 本発明の第 1実施形態に係る内燃機関 1 0は、 軽負荷 領域においては自着火燃焼、 中負荷領域においては火花点火燃焼、 高負荷領域に おいては拡散燃焼による運転方式にて運転される。 この結果、 中負荷領域におい て自着火燃焼により運転することに起因する過大な音の発生がなく、 且つ、 中負 荷領域において拡散燃焼により運転することに起因する不安定な燃焼に伴う大き なトルク変動の発生もない。

更に、 上記記内燃機関 1 0において、 キヤビティ 2 2 bは、 有底の略円筒状で あって同キヤビティ 2 2 bの入り口を形成する縁部の径が同キヤビティ 2 2 b内 部の最大径ょりも小さくなるように形成されるとともに、 吸気スワールをキヤビ ティ 2 2 b内に導入するためのスワール案内溝 2 2 dがキヤビティ 2 2 bの外周 部に开多成されている。 また、 点火プラグ 3 5は、 スワール案内溝 2 2 dに沿うよ うに配置されている。 従って、 点火プラグ 3 5 (点火プラグ 3 5の先端部近傍） をスワール案内溝 2

2 dに配置できるので、 点火プラグ 3 5の火花発生部 3 5 aをキヤビティ 2 2 b の周辺 （内部の周側） に容易に配置することができる。

更に、 キヤビティ 2 2 bの壁面には断熱層が形成されている。 従って、 キヤビ ティ 2 2 b内に残留する燃焼ガスが冷却し難くなるので、 自着火燃焼に供される 混合気の温度を高い温度にすることができ、 自着火燃焼を安定して行うことが可 能となる。 加えて、 キヤビティ 2 2 bに向けて噴射される燃料の気化を促進する ことができるので、 拡散燃焼時において発生するスモークの量を低減することが できる。

また、 上記内燃機関 1 0は過給機であるターボチャージャ 8 1を備え、 成層自 着火燃焼運転実行手段 F l、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2、 火花点火 燃焼運転実行手段 F 3及び拡散燃焼運転実行手段 F 4のそれぞれは、

( 1 ) 吸気弁 3 2を開弁する前に 気弁 3 4を閉弁して排気弁 3 4の閉弁タイミ ングから吸気弁 3 2の開弁タイミングまでの期間である負のオーバーラップ期間 を発生せしめるとともに、

( 2 ) 内燃機関 1 0の負荷が大きくなるほど負のオーバーラップ期間が短くなる ように排気弁 3 4の閉弁タイミング及び吸気弁 3 2の開弁タイミングを制御する ように構成されている。

「負のオーバーラップ期間 （負のバルブオーバーラップ期間） 」 においては、 燃焼ガスが燃焼室 2 5内に封じこめられた状態となる。 その負のオーバーラップ 期間は内燃機関の負荷が大きくなるほど短くなるように設定される。 .従って、 軽 負荷領域又は極軽負荷領域で内燃機関 1 0が運転される場合には、 負のオーバー ラップ期間により燃焼室 2 5内に導入される空気量が制御される。

また、 軽負荷領域の負荷よりも大きな負荷の領域 （中負荷領域又は高負荷領域 ) で内燃機関が運転される場合には、 過給機による過給と負のオーバーラップ期 間とにより燃焼室 2 5内に導入される空気量が制御される。 この結果、 内燃機関 1 0の吸気通路に配設されるスロットルパルプ 4 7を略全開に維持することが可 能となるので、 スロットルパルプ 4 7の絞りによるエネルギー損失が低減され、 内燃機関 1 0の燃費を改善することができる。

更に、 燃料噴射弁 3 7は、 ニードル 3 7 bが低リフト状態及ぴ髙リフト状態の 何れの状態にあるときにも開力れて燃料を噴射する狭角噴射孔群と、 同ニードル

3 7 bが同高リフト状態にあるときにのみ開力れて燃料を噴射する広角噴射孔群 と、 を備えている。

従って、 簡単な構成により、 各運転状態に応じた上述の噴射状態 （第 1噴射状 態又は第 2噴射状態） にて燃料を噴射することができる。 また、 燃料噴射弁 3 7 のダイナミックレンヂ （燃料噴射量の最小量と最大量との差） を大きくすること が容易に可能となるので、 高負荷時においても十分な量の燃料を供給することが できる。

く第 2実施形態 >

次に、 本発明の第 2実施形態に係る内燃機関について説明する。 この内燃機関 は、 運転切換手段 G 1に更に以下の機能が付加されている点のみにおいて、 第 1 実施形態に係る内燃機関 1 0と相違する。 従って、 以下、 係る相違点を中心とし て説明する。

(均質予混合圧縮自着火運転から成層自着火燃焼運転への切換え）

上述したように運転切換手段 G 1は、 図 7に示した運転領域マップに従って、 各運転実行手段 F 1〜F 4を選択し、 運転の切換えを行う。

更に、 運転切換手段 G 1は、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2により均 質混合気の予混合圧縮自着火燃焼運転を実行している場合、 筒内圧センサ 6 3に より検出される筒内圧 Pを 1回の燃焼に対する圧縮行程開始から燃焼行程終了ま で平均化することにより筒内圧平均値 P iを求める。 また、 運転切換手段 G 1は 、 過去複数回の燃焼に対する筒内圧平均値 P iを平均ィヒした平均筒内圧平均値 P i aveを永める。

更に、 運転切換手段 G 1は、 今回の燃焼に対する筒内圧平均値 P iと平均筒内 圧平均値 P i aveとの差の絶対値 ( I P i - P i ave I ) を平均筒内圧平均値 P i aveで除すことにより、 差の絶対値 ( I P i - P i ave I ) に基づく値 Δ Ρ ( Δ Ρ = I P i - Ρ i ave I /P i ave) を求める。 そして、 運転切換手段 G .1は、 前記 差の絶対値に基づく値 Δ Ρが所定値 P t hより大きくなつたことにより、 予混合 圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2による自着火燃焼が不安定な状態となったと判 定すると、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2による予混合庄縮自着火運転 から成層自着火燃焼運転実行手段 F 1による自着火燃焼運転へ運転の切換えを行

5 o

これによれば、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2による自着火燃焼が不 安定な状態となったと判定されると、 成層自着火燃焼運転実行手段 F 1による自 着火燃焼運転へと運転が切り換えられる。 従って、 内燃機関の運転状態が不安定 になってトルク変動等が生じる事態を回避することができる。

(予混合圧縮自着火 «I云から火花点火燃焼藤への切換え）

カロえて、 運転切換手段 G 1は、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 F 2により 均質混合気の予混合圧縮自着火燃焼運転を実行している場合、 筒内圧センサ 6 3 により.検出される筒内圧 Pに基づいて筒内圧 Pの単位時間又は単位クランク角あ たりの変化量である筒内圧変化率 （d P/ d t又は d PZ d 0、 tは時間、 0は クランク角) を求めるとともに、 求められた筒内圧変化率 (d PZd t又は d p /ά θ ) が所定変化率 dP t hより大きくなつたとき、 予混合圧縮自着火燃焼運 転実行手段 F 2による均質混合気の予混合圧縮自着火燃焼運転から火花点火燃焼 運転実行手段 F 3による均質混合気の火花点火燃焼運転へ運転の切換えを行う。 これによれば、 均質混合気の予混合圧縮自着火燃焼に伴う騒音が過大となった か否かが、 筒内圧変化率 （dPZd t又は dPノ d 0) が所定変化率 d P t hよ り大きくなつた力否かにより判定される。 そして、 筒内圧変化率 （dPZd t又 は dPZd 0) が所定変化率 dP t hより大きくなつて均質混合気の予混合圧縮 自着火燃焼に伴う騒音が過大となったと判定されると、 予混合圧縮自着火燃焼運 転実行手段 F 2による自着火燃焼運転から火花点火燃焼運転実行手段 F 3による 火花点火燃焼運転に運転が切り換えられる。 従って、 騒音が過大となる事態を回 避することができる。 ―

(均質混合気の火花点火燃焼運転から拡散燃焼運転への切換え）

加えて、 運転切換手段 G1は、 火花点火燃焼運転実行手段 F 3による火花点火 燃焼運転が実行されている場合、 筒内圧センサ 63により検出される筒内圧 Pに 基づいてノッキングを検出する。 例えば、 運転切換手段 G1は、 筒内圧 Pの最大 値 Pmax近傍において、 筒内圧の極小値 P smallと、 同極小値 P smallの直後に現れ る極大値 P largeとの差の絶対値を筒内圧変動 Δ P hとして検出し、 この筒内圧変 動 APhが所定の閾値 （例えば、 最大値 Pmaxの所定数分の 1) より大きいとき、 ノッキングが発生したと判定する （例えば、 特開 2004— 184228号公報 を参照。 ） 。 .

そして、 運転切換手段 G1は、 検出されるノッキングに基づいてノッキングの 発生頻度 （例えば、 一回の燃焼に何回ノッキングが検出されたかを表す値） を求 めるとともに、 同ノッキングの発生頻度が所定頻度より大きくなつたとき、 火花 点火燃焼運転実行手段 F 3による火花点火燃焼運転から拡散燃焼運転実行手段 F 4による拡散燃焼運転へ運転の切換えを行う。

これによれば、 ノッキングの頻度が過大となる前に火花点火燃焼運転から拡散 燃焼運転に運転が切り換えられる。 従って、 ノッキングの過度な発生を回避する ことができる。 なお、 ノッキングは、 内燃機関の振動に基づいてノッキングを検 出するタイプの周知のノッキングセンサを用いて検出してもよい。

<第 3実施形態 >

次に、 本発明の第 3実施形態に係る内燃機関について説明する。 この内燃機関 は、 內燃機関 10と同様な構成を備えている。 ただし、 この内燃機関は、 クラン ク角が 360度回転する毎に、 燃焼室 25と同燃焼室 25内に吸気スワールを生 成するように構成された吸気ポート 31とを遮断 （吸気弁 32を閉弁） した状態 にて燃焼室 2 5と排気ポート 3 3とを連通 （排気弁 3 4を開弁） して排気行程を 開始し、 次いで同燃焼室 2 5と同吸気ポート 3 1とを連通 （吸気弁 3 2を開弁） して掃気行程を開始し、 次いで同燃焼室 2 5と同排気ポート 3 3とを遮断 （排気 弁 3 4を閉弁） して吸気行程を開始し、 次いで同燃焼室 2 5と同吸気ポート 3 1 とを遮断 （吸気弁 3 2を閉弁） して圧縮行程を開始した後に同状態にて燃焼行程 を迎える 2サイクル運転を行う 2サイクル内燃機関である。

この内燃機関 9 0は、 図 1 2に示したように、 成層自着火燃焼運転実行手段 H 1、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 H 2、 拡散燃焼運転実行手段 H 3及び運 転切換手段 G 2等の手段を含んでいる。 これらの手段の機能は、 電気制御装置 7 0の C P U 7 1が所定のプログラムを実行することにより達成される。 従って、 以下、 C P U 7 1が実行する各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する 運転切換手段 G 2は、 図 1 3に示した運転領域マップを R OM 7 2に記憶して いる。 運転切換手段 G 2は、 内燃機関 9 0の負荷とエンジン回転速度 N Eと運転 領域マップに基づいて運転領域を決定し、 その決定した運転領域に従った運転方 式にて運転を行う。 内燃機関 9 0の負荷は、 アクセルペダル 6 6の操作量 Accpと エンジン回転速度 N Eとに基づいて決定される要求トルク Tqtgt であってもよく 、 単にァクセノレペダル 6 6の操作量 Accpであってもよい。

図 1 3に示した運転領域マップによれば、 所定の大きさの第 1負荷より小さい 負荷の領域である極軽負荷領域は成層自着火燃焼運転領域、 第 1負荷より大きく 且つ同第 1負荷より大きい第 3負荷より小さい負荷の領域である軽負荷領域及び 中負荷領域 （軽 ·中負荷領域） は均質自着火燃焼運転領域、 第 3負荷より大きい 負荷の領域である高負荷領域は拡散燃焼運^ S域であると定められている。

(内燃機関 9 0が前記極軽負荷領域にて運転されるとき）

従って、 内燃機関 9 0が俞記極軽負荷領域にて運転されるとき、 運転切換手段 G 2は運転領域マップに従つて成層自着火燃焼運転実行手段 H 1を選択する。 こ れにより、 内燃機関 9 0は成層自着火燃焼運転実行手段 H 1によって運転される 成層自着火燃焼運転実行手段 H Iは、 実質的にキヤビティ 2 2 b内のみに均質 混合気を形成し （即ち、 燃焼室 2 5全体として成層混合気を形成し） 、 その混合 気を圧縮することにより燃料を自着火燃焼させる。 より具体的に述べると、 成層 自着火燃焼運転実行手段 H 1は、 以下に述べる作動を順に実行して内燃機関 9 0 の運転を行う （図 1 4の （A) を参照。 ） 。

( 1 )，燃焼行程において、 内燃機関 9 0の負荷に応じた極軽負荷時排気弁開弁タ イミング E Oにて排気弁 3 4を開弁する。 これにより、 燃焼ガスが排気ポート 3 3を介して燃焼室 2 5から排出される排気行程が開始する。

( 2 ) 内燃機関 9 0の負荷に応じた極軽負荷時吸気弁開弁タイミング I Oにて吸 気弁 3 2を開弁する。 これにより、 空気が吸気ポート 3 1を介して燃焼室 2 5内 に流入するとともに、 その空気により燃焼ガスが排気ポート 3 3を介して燃焼室 2 5から排出される掃気行程が開始する。

( 3 ) 内燃機関 9 0の負荷に応じた極軽負荷時排気弁閉弁タイミング E Cにて排 気弁 3 4を閉弁する。 これにより、 掃気行程が終了し、 P及気行程が開始する。

( 4 ) 内燃機関 9 0の負荷に応じた極軽負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cにて吸 気弁 3 2を閉弁する。 これにより、 圧縮行程が開始する。

( 5 ) 極軽負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cより遅角側で圧縮上死点 T D Cまで の圧縮行程の中期のタイミング 0 injにて、 内燃機関 9 0の負荷とエンジン回転速 度 N Eとに基づいて定まる所定量の燃料を燃料噴射弁 3 7から噴射する。 この場 合に噴射される燃料の総量は、 空燃比を超希薄空燃比とする量である。 更に、 こ の場合、 成層自着火燃焼運転実行手段 H 1は、 燃料噴射弁 3 7のニードルのリフ ト量が低リフト量となるように、 燃料噴射弁 3 7の第 1のソレノィドのみを通電 する。

これにより、 噴射された燃料は、 図 9に示したように、 キヤビティ 2 2 b内に 実質的に滞留せしめられるので、 実質的にキヤビティ 2 2 b内のみに均質混合気 が形成される。 そして、 その混合気が圧縮され、 燃料が自着火燃焼する燃焼行程 が開台する。

従って、 燃料量が少なレヽ極軽負荷運転時であっても、 キヤビティ 2 2 b内に自 着火に十分な濃度の混合気を確実に形成できるので、 安定した自着火燃焼を行う ことができる。 この結果、 自着火運転を行うことができる運^ g域をより軽負荷 の領域まで拡大でき、 そのような軽負荷領域にて火花点火燃焼運転を行わなくて もよいから、 N o Xの排出量をより低減し、 燃費を一層向上することができる。 また、 上述したキヤビティ 2 2 bの形状及ぴスワール案内溝 2 2 dにより、 吸 気スワールをキヤビティ 2 2 b内に効率的に取り込むことができる。 従って、 吸 気スワールの旋回半径が小さくなつてスワール流を強めることができる。 この結 果、 実質的にキヤビティ 2 2 b内のみに均質混合気を容易に形成できるので、 N o Xの発生を抑制することができる。

一方、 燃料は、 嘖射角を狭角としながら噴射する第 1噴射状態にて噴射される 。 他方、 燃料が噴射される圧縮行程中期においては、 燃料噴射弁 3 7とキヤビテ ィ 2 2 bが形成されているビストン 2 2の頂面との距離が比較的大きい。 このた め、 上記構成のように、 燃料を頂角が狭角の円錐形状 （コーン状） に噴射するこ とにより、 噴射された燃料をキヤビティ 2 2 b内に確実に導入することができる 更に、 燃料は径が大きい狭角噴射孔 3 7 cから噴射されるので、 噴射される燃 料滴の径が相対的に大きくなる。 燃料をキヤビティ 2 2 b内に確実に到達させる ことができる。 この結果、 自着火燃焼に寄与しないキヤビティ 2 2 b外の燃料の 量を低減することができるので、 未燃 H Cの発生を抑制することができるととも に、 燃費を向上することができる。

(内燃機関 9 0が前記軽 ·中負荷領域にて運転されるとき）

内燃機関 9 0が前記軽 ·中負荷領域にて運転されるとき、 運転切換手段 G 2は 運転領域マップに従って予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 H 2を選択する。 こ れにより、 内燃機関 9 0は予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 H 2によつて運転 される。

予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 H 2は、 燃焼室 2 5内に均質混合気を形成 しながら圧縮することにより燃料を自着火燃焼させる。 より具体的に述べると、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 H 2は、 以下に述べる作動を順に実行して内 燃機関 9 0の運転を行う （図 1 4の （B) を参照。 ) 。

( 1 ) 燃焼行程において、 内燃機関 9 0の負荷に応じた軽'中負荷時排気弁開弁 タイミング E Oにて排気弁 3 4を開弁する。 これにより、 燃焼行程が終了し排気 行程が開始する。

( 2 ) 内燃機関 9 0の負荷に応じた軽 ·中負荷時吸気弁開弁タイミング I Oにて 吸気弁 3 2を開弁する。 これにより、 排気行程が終了し、 掃気行程が開始する。

( 3 ) 燃焼室 2 5と吸気ポート 3 1とが連通されてから遮断されるま.での期間 （ 吸気弁 3 2が開弁せしめられてから閉弁せしめられるまでの期間） において、 燃 焼室 2 5内に吸入される空気によるスワールが最も強くなるタイミング 0 inj に て、 内燃機関 9 0の負荷とエンジン回転速度 N Eとに基づいて定まる所定量の燃 料を燃料噴射弁 3 7から噴射する。

この場合に噴射される燃料の総量は、 空燃比を超希薄空燃比とする量である。 更に、 この場合、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 H 2は、 燃料噴射弁 3 7の ニードルのリフト量が高リフト量となるように、 燃料噴射弁 3 7の第 1のソレノ イド及び第 2のソレノイドの両方を通電する。 これにより、 図 1 0に示したよう に、 燃料が噴射される。

燃料噴射タイミングが上記のように設定され、 及び、 燃料は第 2噴射状態にて 噴射されるので、 噴射された燃料は燃焼室 2 5全体に行き渡り、 且つ、 強いスヮ ール流に乗って燃焼室 2 5内にて攪拌される。 更に、 キヤビティ 2 2 bは、 キヤ ビティ 2 2 b外の混合気をキヤビティ 2 2 b内に効率的に取り込むことができる ので、 燃焼室 2 5内に存在する全空気がキヤビティ 2 2 b内の均質混合気の形成 に利用される。 その結果、 N o Xの排出量をより低減し、 熱効率 （燃費） の向上 を図ることができる。

( 4 ) 内燃機関 9 0の負荷に応じた軽 ·中負荷時排気弁閉弁タイミング E Cにて 排気弁 3 4を閉弁する。 これにより、 掃気行程が終了し、 吸気行程が開始する。

( 5 ) 内燃機関 9 0の負荷に応じた軽 ·中負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cにて 吸気弁 3 2を閉弁する。 これにより、 吸気行程が終了し、 圧縮行程が開始する。 そして、 形成された均質混合気が圧縮され、 燃料が自着火燃焼する燃焼行程が始 まる。

(内燃機関 9 0が前記高負荷領域にて運転されるとき）

内燃機関 9 0が前記高負荷領域にて運転されるとき、 運転切換手段 G 2は運転 領域マップに従って拡散燃焼運転実行手段 H 3を選択する。 これにより、 内燃機 関 9 0は拡散燃焼運転実行手段 H 3によって運転される。

拡散燃焼運転実行手段 H 3は、 燃焼室 2 5内に吸入された空気を同燃焼室 2 5 内にて圧縮し、 同圧縮された空気の中に燃料噴射弁 3 7から燃料を噴射すること により同燃料を拡散燃焼させる。 より具体的に述べると、 拡散燃焼運転実行手段 H 3は、 以下に述べる作動を順に実行して内燃機関 9 0の運転を行う （図 1 4の (C) を参照。 ） 。

( 1 ) 燃焼行程において、 内燃機関 9 0の負荷に応じた高負荷時排気弁開弁タイ ミング E Oにて排気弁 3 4を開弁する。 これにより、 上述した排気行程が開始す る。

( 2 ) 内燃機関 9 0の負荷に応じた高負荷時吸気弁開弁タイミング I Oにて吸気 弁 3 2を開弁する。 これにより、 上述した掃気行程が開始する。

( 3 ) 内燃機関 9 0の負荷に応じた高負荷時排気弁閉弁タイミング E Cにて排気 弁 3 4を閉弁する。 これにより、 上述した吸気行程が開始する。

( 4 ) 内燃機関 9 0の負荷に応じた高負荷時吸気弁閉弁タイミング I Cにて吸気 弁 3 2を閉弁する。 これにより、 上述した圧縮行程が開始する。

高負荷時吸気弁閉弁タイミング I C (即ち、 燃焼室 2 5と吸気ポート 3 1との 遮断タイミング） は、 拡散燃焼運転が行われる高負荷領域において火花点火燃焼 を行ったと仮定したときにノッキングの過度の発生を回避するように設定される 吸気弁閉弁タイミングょりも進角側のタイミング （即ち、 軽 ·中負荷時吸気弁閉 弁タイミング I Cと略同時期） に設定される。 拡散燃焼の場合は火花点火燃焼の 場合よりノッキング発生の可能性が小さいからである。

( 5 ) 次いで、 圧縮行程であって上死点近傍の燃料噴射タイミング 0 injにて燃料 噴射弁 3 7から燃料を噴射し、 その燃料を拡散燃焼させる燃焼行程を開始する。 このとき噴射される燃料の量は、 内燃機関 9 0の負荷とエンジン回転速度 N Eと に基づいて定まり、 且つ、 空燃比を所定の希薄空燃比と一致させるために必要な 所定量である。 更に、 この場合、 拡散燃焼運転実行手段 H 3は、 燃料噴射弁 37 のニードルのリフト量が高リフト量となるように、 燃料噴射弁 37の第 1のソレ ノイド及び第 2のソレノイドの両方を通電する。 これにより、 図 1 1に示したよ うに、 燃料が噴射される。

これによれば、 燃焼室 25と吸気ポート 31との遮断タイミングが、 火花点火 燃焼を行つたと仮定したときにノッキングの過度の発生を回避するように設定さ れる燃焼室 25と吸気ポート 31との遮断タイミングょりも進角側のタイミング となるので、 実圧縮比が大きく低下することがない。 また、 燃料は拡散燃焼によ り燃焼する。 この結果、 過度のノッキングを伴うことなく、 高圧縮比の下で安定 した燃焼を得ることができるので、 内燃機関 90の発生トルクを向上することが できる。

く第 4実施形態〉

次に、 本発明の第 4実施形態に係る内燃機関について説明する。 この内燃機関 は、 所謂ュニフロー型の 2サイクル内燃機関であり、 使用される燃料はガソリン である。 先ず、 かかる 2サイクル内燃機関の作動 （運転サイクル） の概略につい て、 図 15を参照しながら説明する。

このュニフロー型の内燃機関は、 燃焼室 （シリンダ CY) の上部に接続された 排気ポート EXPと、 排気ポート EXPを開閉する排気弁 E XVと、 シリンダ C Yのボア壁に一端が接続された吸気ポート （掃気ポートとも称呼される。 ） IN Pと、 燃料噴射弁 I N J、 点火プラグ I GN及び過給機 （この場合、 ターボチヤ 一ジャ） T/Cと、 を備えている。 この内燃機関は、 ピストン PSをシリンダ C Y内において移動させ、 排気弁 EXV (排気ポート EXP) と吸気ポート INP を開閉させながら、 燃料と空気との混合気を燃焼させることにより動力を取り出 すようになっている。 以下、 各行程について、 均質混合気を自着火燃焼させる場 合を例にとりながら順に説明する。

図 15の （a) に示したように、 混合気が着火すると、 混合気が燃焼を開始し てシリンダ CY内には高圧の燃焼ガスが発生し、 ビストン P Sが上死点から下死 点に向けて移動する燃焼行程 （膨張行程） が開始する。

次に、 ピストン P Sが所定の位置に到達した適当なタイミングにおいて排気弁 EXVが開弁させられる。 この時点において、 シリンダ CY内の燃焼ガスの圧力 は高い圧力であるから、 図 15の （b) に示したように、 燃焼ガスは排気弁 EX 及び排気ポート EXPを介してシリンダ CY外に排出される。 ビストン P Sは下 死点に向けて移動を続ける。

その後、 ビストン PSが更に下死点に向けて移動して所定の位置に到達すると 、 ピストン P Sの側壁により閉じられていた吸気ポート I N Pの端部 （開口部、 掃気口） が開かれ、 これにより吸気ポート I NPとシリンダ CYとが連通する。 吸気ポート I NP内は過給機 TZCによって加圧されている。 従って、 吸気ポー ト I NPの開口部が開力れると、 吸気ポート I NP内の空気がシリンダ CY内に 流入し、 この空気がシリンダ CY内の燃焼ガスを排気弁 EXVに向けて押し出す 。 これにより、 図 15の （c) に示したように、 燃焼ガスは 気ポート EXPを 介して更に排出させられる。 即ち、 掃気が開始する。

次いで、 ピストン P Sは下死点を通過し、 上死点に向けて移動し始める。 この 段階においても、 吸気ポート I NP内の空気の圧力は高いから、 図 15の （d) に示したように、 掃気が継続する。

その後、 ビストン PSが上死点に向けて移動を続けて前記所定の位置に到達す ると、 吸気ポート I N Pの端部 （開口部） がピストン P Sの側壁により閉じられ る。 これにより吸気ポート I NPとシリンダ CYとが遮断する。 この直前又は直 後に、 排気弁 EXVが開弁させられる。 この時点において、 図 15の （e) に示 したように、 燃料噴射弁 I N Jから燃料が噴射される。

ピストン P Sは上死点に向けて移動を続ける。 この結果、 図 15の （f) に示 したように、 均質混合気が形成されながら圧縮され、 上死点近傍で自着火燃焼を 開始する。 以上が、 ュニフロー型 2サイクル内燃機関の作動の概略である。

以下、 このュニフロー型内燃機関の構成について説明する。 図 16は、 內燃機 関 100の概略構成を示している。 なお、 図 16は、 特定気筒の断面のみを示し ているが、 他の気筒も同様な構成を備えている。 .

内燃機関 100は、 シリンダブロック 1 10と、 シリンダブロック 110に固 定されるシリンダへッド 120と、 吸気系統 13.0と、 排ガスを外部に放出する ための排気系統 140と、 電気制御装置 170とを含んでいる。 なお、 以下の説 明において、 シリンダブロック 1 10からシリンダヘッド 120に向う方向を上 方と称呼し、 シリンダへッド 120からシリンダブロック 1 10に向う方向を下 方と称呼する。

シリンダブ口ック 1 10は、 中空円筒状のシリンダ 1 1 1を形成している。 シ リンダブ口ック 1 10の内部には、 ピストン 1 12、 コンロッド 1 13及びクラ ンク軸 114が収容されている。 ピストン 1 12はシリンダ 11 1内を往復動し 、 ビストン 1 12の往復動がコンロッド 1 13を介してクランク軸 114に伝達 され、 これにより同クランク軸 1 14が回転するようになっている。 シリンダ 1 1 1のボア壁面、 ピストン 112の頂面 （ビストンへッド） 及ぴシリンダへッド 120,の下面は、 燃焼室 115を形成している。 ピストン 1 12の中央部にはキ ャビティ 112 aが形成されている。 キヤビティ 112 aの形状は、 キヤビティ 2 2 bと同様な有底の略円筒状である。

更に、 シリンダブ口ック 1 1 0は、 一対の第 1の吸気ポート 1 1 6、 一対の第 2の吸気ポート 1 1 7及び吸気サージタンク 1 1 8を構成するとともに、 一対の 吸気制御弁 1 1 9を備えている。

第 1の吸気ポート 1 1 6は、 管状である。 第 1の吸気ポート 1 1 6は、 その軸 線がシリンダ 1 1 1の中心軸に垂直な平面に略平行となるように形成されている 。 第 1の吸気ポート 1 1 6は、 概略断面図である図 1 7に示したように、 吸気サ ージタンク 1 1 8及びシリンダ 1 1 1に接続され、 シリンダ 1 1 1のボア壁面に 沿って空気をシリンダ 1 1 1内に流入するようになっている。 これにより、 第 1 の吸気ポート 1 1 6は、 燃焼室 1 1 5に流入する空気により燃焼室 1 1 5内に吸 気スワールを生成するので、 スワールポートと称呼される。

第 1の吸気ポート 1 1 6は、 シリンダ 1 1 1の近傍にてリブ 1 1 6 aにより二 分割されている。 これにより、 シリンダ 1 1 1のボア壁面に二つの開口部 1 1 6 b， 1 1 6 cが形成されている。 開口部 1 1 6 b , 1 1 6 cは、 ピストン 1 1 2 が上死点から下死点に向けて （即ち、 下方に） 移動する際にビストン 1 1 2の側 壁により開力れる位置に設けられている。 開口部 1 1 6 b， 1 1 6 cが開かれる と、 第 1の吸気ポート 1 1 6は燃焼室 1 1 5と連通させられる。 一方、 開口部 1 1 6 b , 1 1 6 cは、 ピストン 1 1 2が下死点から上死点に向けて （即ち、 上方 に） 移動する際にピストン 1 1 2の側壁により閉じられる。 これにより、 第 1の 吸気ポート 1 1 6は燃焼室 1 1 5と遮断させられる。

第 2の吸気ポート 1 1 7は、 管状である。 第 2の吸気ポート 1 1 7.は、 吸気サ ージタンク 1 1 8及びシリンダ 1 1 1に接続されている。 第 2の吸気ポート 1 1 7は、 シリンダ 1 1 1の中心軸に垂直な平面に対して空気が斜め下向きにシリン ダ 1 1 1内に流入するような勾配をもって形成されている。 第 2の吸気ポート 1 1 7の軸線は、 シリンダ 1 1 1の中心軸に向っている。 第 2の吸気ポート 1 1 7 は、 ストレートポートと称呼される。

第 2の吸気ポート 1 1 7は、 シリンダ 1 1 1の近傍にてリブ 1 1 7 aにより二 分割されている。 これにより、 シリンダ 1 1 1のボア壁面に二つの開口部 1 1 7 b， 1 1 7 cが形成されている。 一つの吸気ポート 1 1 7の開口部 1 1 7 bは他 の一つの吸気ポート 1 1 7の開口部 1 1 7 cにシリンダ 1 1 1を挟んで対向する 位置に形成され、 一つの吸気ポート 1 1 7の開口部 1 1 7 cは他の一つの吸気ポ ート 1 1 7の開口部 1 1 7 ¾)にシリンダ 1 1 1を挟んで対向する位置に形成され ている。

開口部 1 1 7 b , 1 1 7 cは、 ピストン 1 1 2が下方に移動する際にピストン 1 1 2の側壁により開力、れる位置に設けられている。 開口部 1 1 7 b , 1 1 7 c が開かれると、 第 2の吸気ポート 11 7は燃焼室 1 15と連通させられる。 一方 、 開口部 1 17 b, 117 cは、 ピストン 112が上方に移動する際にピストン

112の側壁により閉じられる。 これにより、 第 2の吸気ポート 117は燃焼室

115と遮断させられる。

このような構成により、 第 2吸気ポート 117からシリンダ 111内に流入し た空気は、 ピストン 112の頂面に衝突し、 その向きを斜め上方に変更する。 ま た、 互いに対向する二つの吸気ポート 117 (の開口部 1 1 7 b, 117 c) か らシリンダ 1 1 1内に流入する空気がシリンダ 1 1 1の中心軸付近にて衝突する ので、 シリンダ 1 1 1内にシリンダ 1 1 1の中心軸近傍に沿って上昇する上昇気 流が発生する。

吸気制御弁 1 19は、 電気制御装置 170からの指示に応じて第 2吸気ポート 117内にて回動することにより、 第 2吸気ポート 1 1 7の開閉を行うようにな つている。

再び、 図 16を参照すると、 シリンダへッド 120は、 シリンダブ口ック 1 1 0の上方に固定されている。 シリンダへッド 120は、 燃焼室 115に接続され た排気ポート 121、 排気弁 122、 排気弁 122を駆動する駆動アーム 123 、 電磁ァクチユエータ 124、 点火プラグ 125、 点火プラグ 125に与える高 電圧を発生させるイダニッシヨンコィルを含むィグナイタ 126及び燃料を燃焼 室 1 15内に直接噴射する燃料噴射弁 （燃料噴射手段） 127等を備えている。 点火プラグ 125及びィグナイタ 126は、 燃焼室 1 15に点火用火花を発生す る火花発生手段を構成している。 ，

排気ポート 121は、 シリンダへッド 120の下面を燃焼室 115側から見た 図 18に示したように、 シリンダ 11 1の中心の.回りの 3箇所に開口するように 形成されている。 従って、 シリンダヘッド 120には 3個の排気弁 122が備え られている。 各 気弁 122は、 各 ^気ポート 121の開口を開閉するようにな つている。 排気ポート 121は、 その開口が排気弁 122により開力れたとき燃 焼室 1 15と連通し、 その開口が排気弁 122により閉じられたとき燃焼室 1 1 5と遮 K ^しめられるようになつている。

3個の排気弁 122は、 各軸線が互いに平行 （シリンダ 1 1 1の軸線に平行） となるように配置されていて、 スプリング 122 aにより各排気ポート 121の 燃焼室 1 15に形成された開口を閉じるように付勢されている。 3個の排気弁 1 22のそれぞれは、 上端部にて図 19に示した駆動アーム 123の 3つの端部 1 23 aのそれぞれに接続されている。 電磁ァクチユエータ 124は、 駆動アーム 123の中心部 123 bを下方に移動させて排気弁 122を下方に移動させ、 こ れにより、 各排気ポ ト 121の燃焼室 1 15に形成された開口を開くようにな つている。

燃料噴射弁 1 2 7は、 上述の燃料噴射弁 3 7と同一の構造を備えている。 燃料 噴射弁 1 2 7には、 図示しない燃料圧力調整手段及び燃料ポンプにより、 図示し ない燃料タンク内の燃料が供給されるようになっている。 燃料噴射弁 1 2 7は、 図 1 8に示したように、 シリンダ 1 1 1の中心に配置されている。 燃料噴射弁 1 2 7は、 ピストン 1 1 2のキヤビティ 1 1 2 aに向けて蛾料を噴射するようにな つている。

吸気系統 1 3 0は、 吸気サージタンク 1 1 8に連通したサージタンク 1 3 1、 サージタンク 1 3 1に一端が接続された吸気管 1 3 2、 吸気管 1 3 2の他端から 下流 (サージタンク 1 3 1 ) に向けて順に吸気管 1 3 2に配設されたエアフィル タ 1 3 3、 ターボチャージャ （過給機、 過給手段） 1 5 0のコンプレッサ 1 5 1 、 インタークーラ 1 5 2及びスロットルバルブ 1 5 4等を備えている。

スロットルパルプ 1 5 4は吸気管 1 3 2に回転可能に支持され、 スロットルバ ルブァクチユエータ 1 5 4 aにより駆動されることにより吸気通路の開口断面積 を可変とするよう'になっている。

排気系統 1 4 0は、 排気ポート 1 2 1に連通し同排気ポート 1 2 1とともに排 気通路を形成するェキゾーストマ二ホールドを含む排気管 1 4 1、 排気管 1 4 1 に配設されたターボチャージャ 1 5 0のタービン 1 5 3及びタービン 1 5 3の下 流の排気管 1 4 1に配設された触媒装置 1 5 5を備えている。 ターボチャージャ 1 5 0は、 ターボチャージャ 8 1と同様に吸気通路の空気を圧縮して燃焼室 1 1 5に空気を過給するようになっている。 .

この内燃機関 1 0 0は、 クランクポジションセンサ 1 6 1、 アクセル開度セン サ 1 6 2及ぴこれらと接続された電気制御装置 1 .7 0を含んでいる。 クランクポ ジションセンサ 1 6 1、 アクセル開度センサ 1 6 2及ぴ電気制御装置 1 7 0は、 クランクポジシヨンセンサ 6 2、 ァクセル開度センサ 6 5及び電気制御装置 7 0 とそれぞれ同一の構成及び機能を備えている。

この内燃機関 1 0 0は、 図 2 0に示したように、 成層自着火燃焼運転実行手段 J 1、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 J 2、 拡散燃焼運転実行手段 J 3及び 前述した運転切換手段 G 2等の手段を含んでいる。 これらの手段の機能は、 電気 制御装置 1 7 0の C P Uが所定のプログラムを実行することにより達成される。 従って、 以下、 C P Uが実行する各種の動作を上記各手段が行うものとして説明 する。

(内燃機関 1 0 0が謝己極軽負荷領域にて ¾云されるとき）

内燃機関 1 0 0が前記極軽負荷領域にて運転されるとき、 運転切換手段 G 2は 図 1 3に示した運転領域マップに従って成層自着火燃焼運転実行手段 J 1を選択 する。 これにより、 内燃機関 1 0 0は成層自着火燃焼運転実行手段 J 1によって 運転される。

成層自着火燃焼運転実行手段 J 1は、 実質的にキヤビティ 1 1 2 a内のみに均 質混合気を形成し （即ち、 燃焼室 2 5全体として成層混合気を形成し） 、 その混 合気を圧縮することにより燃料を自着火燃焼させる。 より具体的に述べると、 成 層自着火燃焼運転実行手段 J 1は、 以下に述べる作動を順に実行して内燃機関 1 0 0の運転を行う (図 2 1の (A) を参照。 ） 。

( 1 ) 燃焼行程において、 内燃機関 1 0 0の負荷に応じた極軽負荷時排気弁開弁 タイミング E Oにて排気弁 1 2 2を開弁する。 これにより、 排気ポート 1 2 1と 燃焼室 1 1 5とが連通し、 燃焼ガスが燃焼室 1 1 5から排出される排気行程が開 始する。

( 2 ) 次レ、で、 ピストン 1 1 2が上死点側から下死点側に向けて移動することに より、 吸気ポート開タイミング I P Oにて第 1吸気ポート 1 1 6及ぴ第 2吸気ポ ート 1 1 7と燃焼室 1 1 5とが連通せしめられる。 このとき、 吸気制御弁 1 1 9 は第 2吸気ポート 1 1 7を閉じるように制御されている。 従って、 空気が第 1吸 気ポート 1 1 6を介して燃焼室 1 1 5内に流入し、 吸気スワールが発生する。 燃 焼ガスは、 その流入空気により排気ポート 1 2 1側に押しやられて燃焼室 1 1 5 から排出される。 即ち、 掃気行程が開始する。

( 3 ) 次いで、 ピストン 1 1 2が下死点側から上死点側に向けて移動することに より、 吸気ポート閉タイミング I P Cにて第 1吸気ポート 1 1 6及ぴ第 2吸気ポ ート 1 1 7と燃焼室 1 1 5とが遮断せしめられる。 同時に、 内燃機関 1 0 0の負 荷に応じた極軽負荷時排気弁閉弁タイミング E Cが到来するので、 排気弁 1 2 2 を閉弁する。 これにより、 圧縮行程が開始する。 .

( 4 ) 吸気ポート閉タイミング I P C及び極軽負荷時排気弁閉弁タイミング E C より遅角側で圧縮上死点 T D Cまでの圧縮行程の中期のタイミング Θ injにて、 内 燃機関 1 0 0の負荷とエンジン回転速度 N Eとに基づいて定まる所定量の燃料を 燃料噴射弁 1 2 7から噴射する。 この場合に噴射される燃料の総量は、 空燃比を 超希薄空燃比とする量である。 更に、 この場合、 成層自着火燃焼運転実行手段 J 1は、 燃料噴射弁 1 2 7のニードルのリフト量が低リフト量となるように、 燃料 噴射弁 1 2 7の第 1のソレノイドのみを通電する。

これにより、 噴射された燃料は、 キヤビティ 1 1 2 a内に実質的に滞留せしめ られるので、 実質的にキヤビティ 1 1 2 a内のみに均質混合気が形成される。 そ して、 その混合気が圧縮され、 燃料が自着火燃焼する燃焼行程が開始する。

従って、 燃料量が少ない極軽負荷運転時であっても、 キヤビティ 1 1 2 a内に 自着火に十分な濃度の混合気を確実に形成できるので、 安定した自着火燃焼を行 うことができる。 この結果、 自着火運転を行う'ことができる運転領域をより極軽 負荷の領域まで拡大でき、 そのような極軽負荷領域にて火花点火燃焼運転を行わ なくてもよいから、 N o Xの排出量をより低減し、 燃費を向上することができる 。 また、 自着火燃焼に寄与しないキヤビティ 1 1 2 a外の燃料の量を低減するこ とができる。 従って、 未燃 H Cの発生を抑制することができるとともに、 燃費を 一層向上することができる。

(内燃機関 1 0 0が前記軽 ·中負荷領域にて運転されるとき）

内燃機関 1 0 0が前記軽 ·中負荷領域にて運転されるとき、 運転切換手段 G 2 は運転領域マップに従つて予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 J 2を選択する。 これにより、 内燃機関 1 0 0は予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 J 2によって 運転される。

予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 J 2は、 燃焼室 1 1 5内に均質混合気を形 成しながら圧縮することにより燃料を自着火燃焼させる。 より具体的に述べると 、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 J 2は、 以下に述べる作動を順に実行して 内燃機関 1 0 0の運転を行う （図 2 1の （B ) を参照。 ） 。

( 1 ) 燃焼行程において、 内燃機関 1 0 0の負荷に応じた軽 ·中負荷時排気弁開 弁タイミング E Oにて排気弁 1 2 2を開弁する。 これにより、 上述した排気行程 が開始する。

( 2 ) 次いで、 吸気ポート開タイミング I P Oにて第 1吸気ポート 1 1 6及び第 2吸気ポート 1 1 7と燃焼室 1 1 5とが連通せしめられる。 これにより、 掃気行 程が開始する。 このとき、 吸気制御弁 1 1 9は第 2吸気ポート 1 1 7 ?：閉じるよ うに制御されている。 従って、 吸気スワールが発生する。 また、 この掃気行程で は吸気も行われる。

( 3 ) 次いで、 気ポート閉タイミング I P Cにて第 1吸気ポート 1 1 6及び第 2吸気ポート 1 1 7と燃焼室 1 1 5とが遮断せしめられる。 その後、 内燃機関 1 0 0の負荷に応じた軽 ·中負荷時排気弁閉弁タイミング E Cが到来するので、 排 気弁 1 2 2を閉弁する。 これにより、 圧縮行程が開始する。

( 4 ) 軽 ·中負荷時排気弁閉弁タイミング E Cと同時或いは若干だけ遅角側の圧 縮行程の初期のタイミング Θ injにて、 内燃機関 1 0 0の負荷とエンジン回転速度 N Eとに基づいて定まる所定量の燃料を燃料噴射弁 1 2 7から噴射する。 即ち、 矛混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 J 2は、 極軽負荷時噴射タイミング 0 injより も進角側の軽 ·中負荷時噴射タイミング 0 injにて燃料を噴射することにより均質 混合気を形成する。

この場合に噴射される燃料の総量は、 空燃比を超希薄空燃比とする量である。 更に、 この場合、 予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段 J 2は、 燃料噴射弁 1 2 7 のニードルのリフト量が高リフト量となるように、 燃料噴射弁 1 2 7の第 1のソ レノィド及ぴ第 2のソレノィドの両方を通電する。

この段階では、 吸気スワールが強い状態にて残存している。 従って、 混合気が 吸気スワールにより攪拌されることにより、 燃焼室 1 1 5内に存在する全空気が 均質混合気の形成に利用される。 そして、 その均質混合気は、 キヤビティ 1 1 2 aに取り込まれたのちに圧縮され、 燃料が自着火燃焼する燃焼行程が始まる。 そ の結果、 N o Xの排出量をより低減し、 熱効率 （燃費） の向上を図ることができ る。

(内燃機関 1 0 0が lift己高負荷領域にて運転されるとき）

内燃機関 1 0 0が前記高負荷領域にて運転されるとき、 運転切換手段 G 2は運 転領域マップに従って拡散燃焼運転実行手段 J 3を選択する。 これにより、 内燃 機関 1 0 0は拡散燃焼運転実行手段 J 3によって運転される。

拡散燃焼運転実行手段 J 3は、 燃焼室 1 1 5内に吸入された空気を同燃焼室 1 1 5内にて圧縮し、 同圧縮された空気の中に燃料噴射弁 1 2 7から燃料を噴射す ることにより同燃料を拡散燃焼させる。 より具体的に述べると、 拡散燃焼運転実 行手段 J 3は、 以下に述べる作動を順に実行して内燃機関 1 0 0の運転を行う （ 図 2 1の （C) を参照。 ) 。

( 1 ) 燃焼行程において、 内燃機関 1 0 0の負荷に応じた高負荷時排気弁開弁タ ィミング E Oにてお気弁 1 2 2を開弁する。 これにより、 排気行程が開始する。

( 2 ) 次いで、 吸気ポート開タイミング I P Oにて第 1吸気ポート 1 1 6及び第 2吸気ポート 1 1 7と燃焼室 1 1 5とが連通せしめられる。 これにより、 掃気行 程が開始する。 このとき、 吸気制御弁 1 1 9は第 2吸気ポート 1 1 7を開くよう に制御されている。

( 3 ) 次いで、 吸気ポート閉タイミング I P Cにて第 1吸気ポート 1 1 6及び第 2吸気ポート 1 1 7と燃焼室 1 1 5とが遮断せしめられる。 吸気ポート閉タイミ ング I P Cは負荷により変ィ匕しない。 換言すると、 高負荷時の吸気ポート閉タイ ミング I P Cは、 図 1に示したような頭上弁式の内燃機関において、 拡散燃焼運 転が行われる高負荷領域で火花点火燃焼を行ったと仮定したとき、 ノッキングの 過度の発生を回避するように設定される吸気弁閉弁タイミング I Cigよりも進角 側のタイミング （即ち、 軽 ·中負荷時の吸気ポート閉タイミング） となる。

( 4 ) 次いで、 燃機関 1 0 0の負荷に応じた高負荷時排気弁閉弁タイミング E C が到来するので、 排気弁 1 2 2を閉弁する。 これにより、 圧縮行程が開始する。

( 5 ) 次いで、 圧縮行程であって上死点近傍の燃料噴射タイミング 0 injにて燃料' 噴射弁 1 2 7から燃料を噴射し、 その燃料を拡散燃焼させる。 噴射する燃料の量 は、 内燃機関 1 0 0の負荷とエンジン回転速度 N Eとに基づいて定まる量である 。 更に、 この場合、 拡散燃焼運転実行手段 J 3は、 燃料噴射弁 1 2 7のニードル のリフト量が高リフト量となるように、 燃料噴射弁 1 2 7の第 1のソレノイド及 び第 2のソレノィドの両方を通電する。

これによれば、 高負荷時における燃焼室 1 1 5と第 1吸気ポート 1 1 6及び第 2吸気ポート 1 1 7との遮断タイミングが、 軽 ·中負荷時における同遮断タイミ ングと同じタイミングになるので、 実圧縮比が大きく低下することがない。 この 結果、 過度のノッキングを伴うことなく、 更に、 燃料は拡散燃焼により燃焼する ので、 高圧縮比の下で安定した燃焼を得ることができる。 従って、 内燃機関 1 0 0の発生トルクを向上することができる。

また、 2サイクル内燃機関 9 0と同様、 2サイクル内燃機関 1 0 0においては 、 高温の燃焼ガスを直ちに次の燃焼に供される混合気の温度を上昇させるために 利用することができるので、 自着火燃焼を安定して行うことが可能となる。 従つ て、 自着火燃焼運転を行う運転領域をより低負荷側の領域にまで拡大できる。 こ の結果、 実用領域において自着火燃焼運転することができるので、 内燃機関の N O xの排出量を少なくし、 且つ、 燃費を改善することができる。

加えて、 高負荷領域において、 過給機 1 5 0による過給と拡散燃焼を行うこと により、 ノッキングを伴わない燃焼が可能となる。 この結果、 内燃機関 1 0 0は 、 大きな最大トルクを発生することができる。

なお、 内燃機関 1 0 0では、 掃気行程と吸気行程とが同時に行われているが、 内燃機関 1 0 0を、 クランク角が 3 6 0度回転する毎に、 燃焼室 1 1 5と吸気ポ ート 1 1 6とを遮断した状態にて燃焼室 1 1 5と排気ポート 1 2 1と.を連通して 排気行程を開始し、 次いで燃焼室 1 1 5と吸気ポート 1 1 6とを連通して掃気行 程を開始し、 次いで燃焼室 1 1 5と排気ポート 1.2 1とを遮断して吸気行程を開 始し、 次いで燃焼室 1 1 5と吸気ポート 1 1 6とを遮断して圧縮行程を開始した 後に同状態にて燃焼行程を迎える 2サイクル運転を行うように構成してもよい。 以上、 説明したように、 本発明による内燃機関の各実施形態は、 少なくとも軽 負荷側で均質混合気の自着火燃焼運転を行 ヽ、 高負荷側で拡散燃焼運転を行うよ うに構成されているの。 従って、 燃費の向上や N o X排出量の低減を実現できる とともに、 ノッキングを回避しながら高トルクを発生することができる。 また、 火花点火燃焼運転領域を排除又は縮小することが可能となるので、 N o X排出量 の低減及び燃費の向上が実現できる。 更に、 火花点火燃焼運転領域を排除できる 場合、 点火ブラグゃィグナイタ等の点火用火花発生手段を排除することができる ので、 内燃機関のコストを低減することができる。

なお、 本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、 本発明の範囲内にお いて種々の変形例を採用することができる。 例えば、 上記各実施形態における過 給機はターボチャージャであったが、 機械式過給機 （スーパーチャージャ） であ つてもよい。 また、 上記成層自着火燃焼運転実行手段による運転時、 上記予混合 圧縮自着火燃焼運転実行手段による運転時及び上記拡散燃焼運転実行手段による 運転時において、 点火用火花を補助的に発生させることにより、 より安定した燃 焼を確保してもよい。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 内燃機関のビストンの頂面、 シリンダのボア壁面及ぴシリンダへッドの下面 により画定される燃焼室内にガソリン燃料を噴射する燃料噴射手段と、

前記内燃機関が軽負荷領域にて運転されるとき、 前記燃焼室内に吸入された空 気と前記燃料噴射手段から噴射された燃料とを予め混合して同燃料の空間的分布 がー様な均質混合気を形成しながら圧縮することにより同燃料を自着火燃焼させ る予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段と、

を備えた内燃機関であって、

前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が大きい高負荷領域にて運転される とき、 前記自着火燃焼に代え、 前記燃焼室内に吸入された空気を同燃焼室内にて 圧縮し、 同圧縮された空気の中に前記燃料噴射手段から燃料を噴射することによ り同燃料を拡散燃焼させる拡散燃焼運転実行手段を備えた内燃機関。

2. 請求の範囲 1に記載の内燃機関であって、

クランク角が 7 2 0度回転する毎に吸気、 圧縮、 燃焼及び排気の各行程を迎え る 4サイクル運転を行うように構成されるとともに、

前記空気の前記燃焼室への吸入により同燃焼室内に吸気スワールを生成するス ワール生成手段と、

前記燃焼室に点火用火花を発生する火花発生手段と、

前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が大きく前記高負荷領域.よりも負荷 が小さレヽ中負荷領域にて運転されるとき、 前記燃焼室内に吸入された空気と前記 燃料噴射手段から噴射された燃料とを予め混合して同燃料の空間的分布が一様な 均質混合気を形成しながら圧縮し、 同圧縮された均質混合気を前 ff己火花発生手段 による点火用火花によつて点火して同燃料を火花点火燃焼させる火花点火燃焼運 転実行手段と、

を備 、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段は、

前記内燃機関の負荷に応じた軽負荷時吸気弁開弁タイミングにて吸気弁を開弁 するとともに同負荷に応じた軽負荷時吸気弁閉弁タイミングにて同吸気弁を閉弁 し、 前記燃焼室内に吸入される空気によるスワールが最も強くなる時期である同 軽負荷時吸気弁開弁タイミングから同軽負荷時吸気弁閉弁タイミングまでの吸気 行程の初期及び Z又は中期に前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射させることに より前記均質混合気を形成するように構成され、

前記火花点火燃焼 実行手段は、 前記内燃機関の負荷に応じた中負荷時吸気弁開弁タイミングにて前記吸気弁を 開弁するとともに同負荷に応じた吸気弁閉弁タイミングであって前記軽負荷時吸 気弁閉弁タイミングょりも遅角側の中負荷時吸気弁閉弁タイミングにて同吸気弁 を閉弁し、 前記燃焼室内に吸入された空気によるスワールが最も強くなる時期で ある同中負荷時吸気弁開弁タイミングから同中負荷時吸気弁閉弁タイミングまで の吸気行程の初期及び Z又は中期に前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射させる ことにより前記均質混合気を形成するように構成され、

前記拡散燃焼運転実行手段は、

前記内燃機関の負荷に応じた高負荷時吸気弁開弁タイミングにて前記吸気弁を 開弁するとともに同負荷に応じた吸気弁閉弁タイミングであって前記中負荷時吸 気弁閉弁タイミングょりも進角側の高負荷時吸気弁閉弁タイミングにて同吸気弁 を閉弁し、 同高負荷時吸気弁閉弁タイミングょりも遅角側であって圧縮上死点近 傍のタイミングにて前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射させるように構成され た内燃機関。

3. 請求の範囲 2に記載の内燃機関であって、

前記ピストンは同ビストンの頂面の中央部に形成されたキヤビティを備え、 前記燃料噴射手段は前記キヤビティに向けて前記燃料を噴射するように構成さ れ、

吏に、

前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が小さい極軽負荷領域に^:運転され るとき、 前記内燃機関の負荷に応じた極軽負荷時吸気弁開弁タイミングにて前記 吸気弁を開弁するとともに同負荷に応じた極軽負荷時吸気弁閉弁タイミングにて 同吸気弁を閉弁し、 同極軽負荷時吸気弁閉弁タイミングょり遅角側で圧縮上死点 までの圧縮行程の中期に前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射して同噴射された 燃料を前記キヤビティに実質的に滞留せしめ、 同キヤビティ内にて均質混合気を 形成しながら圧縮することにより同燃料を自着火燃焼させる成層き着火燃焼運転 実行手段を備えた内燃機関。

4. 請求の範囲 2又は請求の範囲 3に記載の内燃機関であって、

前記燃焼 ^内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段による自着火燃焼運転を実行している 場合、 1回の燃焼に対する圧縮行程開始から燃焼行程終了まで前記検出された筒 内圧を平均ィ匕した筒内圧平均値を求めるとともに、 過去複数回の燃焼に対する同 筒内圧平均値を平均化した平均筒内圧平均値を求め、 今回の燃焼に対する筒内圧 平均値と同平均筒内圧平均値との差の絶対値に基づく値が所定値より大きくなつ たとき前記成層自着火燃焼運転実行手段による自着火燃焼運転を実行するように 運転を切り換える運 ^3換手段と、

を備えた内燃機関。

5 . 請求の範囲 2又は請求の範囲 3に記載の内燃機関であって、

前記燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段による自着火燃焼運転を実行している 場合、 前記検出される筒内圧に基づいて筒内圧の単位時間又は単位クランク角あ たりの変ィ匕量である筒内圧変化率を求めるとともに、 同求められた筒内圧変化率 が所定変化率より大きくなつたとき前記火花点火燃焼運転実行手段による火花点 火燃焼運転を実行するように運転を切り換える運転切換手段と、

を備えた内燃機関。

6 . 請求の範囲 2又は請求の範囲 3に記載の内燃機関であって、

ノッキングを検出するノッキング検出手段と、

前記火花点火燃焼運転実行手段による火花点火燃焼運転を実行している場合、 前記検出されるノッキングに基づレ、てノッキングの発生頻度を求めるとともに、 同ノッキングの発生頻度が所定頻度より大きくなつたとき前記拡散燃焼運転実行 手段による拡散燃焼運転を実行するように ¾云を切り換える運転切換手段と、 を備えた内燃機関。

7 . 請求の範囲 3に記載の内燃機関において、

前記キヤビティは、 有底の略円筒状であって同キヤビティの入り口を形成する 縁部の径が同キヤビティ内部の最大径ょりも小さくなるように形成されるととも に、 前記咴気スワールを同キヤビティ内に導入するためのスワール案内溝が同キ ャビティの外周部に形成されてなる内燃機関。

8 . 請求の範囲 3に記載の内燃機関であって、

前記火花発生手段は、 前記キヤビティの内周部に前記点火用火花を発生する火 花発生部を備えるように配置された点火プラグであり、

更に、

前記内燃機関の始動時及び z又は同内燃機関の冷間時、 所定の始動冷間時吸気 弁開弁タイミングにて前記吸気弁を開弁するとともに所定の始動冷間時吸気弁閉 弁タイミングにて同吸気弁を閉弁し、 同始動冷間時吸気弁閉弁タイミングょり遅 角側で圧縮上死点までの圧縮行程の後期に前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射 させることにより同嘖射された燃料を前記キヤビティに実質的に滞留せしめて同 キヤビティ内に成層混合気を形成し、 同形成された成層混合気を前記火花発生手 段による点火用火花によって点火させて同燃料を火花点火燃焼させる始動冷間時 成層火花点火燃焼運転実行手段を備えた内燃機関。

9. 請求の範囲 8に記載の内燃機関において、

前記キヤビティは、 有底の略円筒状であって同キヤビティの入り口を形成する 縁部の径が同キヤビティ内部の最大径ょりも小さくなるように形成されるととも に、 前記吸気スワールを同キヤビティ内に導入するためのスワール案内溝が同キ ャビティの外周部に形成され、

前記点火ブラグは、 前記スワール案内溝に沿うように配置された内燃機関。

1 0 . 請求の範囲 3、 請求の範囲 7、 請求の範囲 8及び請求の範囲 9の何れか一 項に記載の内燃機関であって、

前記キャビティの壁面に断熱層が形成されてなる内燃機関。

1 1 . 請求の範囲 2に記載の内燃機関であって、

過系合機を備えるとともに、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段、 前記火花点火燃焼運転実行手段及び 前記拡散燃焼運転実行手段のそれぞれは、 前記吸気弁を開弁する前に 記排気弁 を閉弁して同お気弁の閉弁タイミングから同吸気弁の開弁タイミングまでの期間 である負のオーバーラップ期間を発生せしめるとともに、 前記内燃機関の負荷が 大きくなるほど同負のオーバーラップ期間が短くなるように同排気弁の閉弁タイ ミング及ぴ同吸気弁の開弁タイミングを制御するように構成された内燃機関。

1 2. 請求の範囲 3に記載の内燃機関であって、

過糸合機を備えるとともに、

前記成層自着火燃焼運転実行手段、 前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段、 前記火花点火燃焼運転実行手段及び前記拡散燃焼運転実行手段のそれぞれは、 前 記吸気弁を開弁する前に前記排気弁を閉弁して同排気弁の閉弁タイミングから同 吸気弁の開弁タイミングまでの期間である負のオーバーラップ期間を発生せしめ るとともに、 前記内燃機関の負荷が大きくなるほど同負のォーパーラップ期間が 短くなるように同排気弁の閉弁タイミング及び同吸気弁の開弁タイミングを制御 するように構成された内燃機関。

1 3 . 請求の範囲 3に記載の内燃機関において、

前記燃料噴射手段は、

燃料の噴射角を狭角としながら噴射する第 1噴射状態と、 同燃料の噴射角を同 狭角及び同狭角よりも角度の大きい広角としながら嘖射する第 2噴射状態との何 れカゝの状態にて同燃料を噴射し得るように構成され、

前記成層自着火燃焼運転実行手段は、 前記燃料を前記燃料噴射手段から前記第 1噴射状態にて噴射せしめるように構成され、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段、 前記火花点火燃焼運転実行手段及び 前記拡散燃焼運転実行手段のそれぞれは、 前記燃料を前記燃料噴射手段から前記 第 2噴射状態にて噴射せしめるように構成されてなる内燃機関。

1 . 請求の範囲 1 3に記載の内燃機関であって、

前記燃料噴射手段は、 ユードルが低リフト状態及び高リフト状態の何れの状態 にあるときにも開カれて燃料を噴射する狭角噴射孔群と、 同ニードルが同高リフ ト状態にあるときにのみ開力れて燃料を噴射する広角噴射孔群と、 を備えた燃料 噴射弁であり、

前記成層自着火燃焼運転実行手段は、 前記ニードルを前記低リフト状態とする ことにより前記燃料を前記第 1噴射状態にて噴射せしめるように構成され、 前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段、 前記火花点火燃焼運転実行手段及び 前記拡散燃焼運転実行手段のそれぞれは、 前記ニードルを前記高リフ.ト状態とす ることにより前記燃料を前記第 2噴射状態にて噴射せしめるように構成されてな る内燃機関。

1 5 . 請求の範囲 1 4に記載の内燃機関であって、

前記燃料噴射弁は前記狭角噴射孔ょりも前記広角噴射孔を多く備え、 前記広角 噴射孔の径は前記狭角噴射孔の径よりも小さく形成され、

更に、

前記内燃機関の負荷が大きくなるほど前記燃料噴射弁から噴射される燃料の圧 力を大きくする燃料噴射圧力調整手段を備えた内燃機関。

1 6 . 請求の範囲 1に記載の内燃機関であって、

クランク角が 3 6 0度回転する毎に、 前記燃焼室と同燃焼室内に吸気スワール を生成するように構成された吸気ポートとを遮断した状態にて同燃焼室と排気ポ ートとを連通して排気行程を開始し、 次いで同燃焼室と同吸気ポートとを連通し て掃気行程を開始し、 次いで同燃焼室と同排気ポートとを遮断して吸気行程を開 始し、 次レ、で同燃焼室と同吸気ポートとを遮断して圧縮行程を開始した後に同状 態にて燃焼行程を迎える 2サイクル運転を行うように構成されるとともに、 前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が小さい極軽負荷領域にて運転され るとき、 前記圧縮行程の中期に前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射して同噴射 された燃料を前記キヤビティに実質的に滞留せしめ、 同キヤビティ内にて均質混 合気を形成しながら圧縮することにより同燃料を自着火燃焼させる成層自着火燃 焼運転実行手段を備え、

更に、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段は、

前記燃焼室と前記吸気ポートとが連通されてから遮断されるまでの期間におい て同燃焼室内に吸入される空気によるスワールが最も強くなる時期に前記燃料噴 射手段から前記燃料を噴射することにより前記均質混合気を形成するように構成 され、

前記拡散燃焼運転実行手段は、

前記圧縮行程であって上死点近傍のタイミングにて前記燃料噴射手段から前記 燃料を噴射して前記燃料を拡散燃焼させるとともに、 同拡散燃焼運転が行われる 前記高負荷領域にぉレ、て火花点火燃焼を行つたと仮定したときにノッキングの過 度の発生を回避するように設定される前記燃焼室と前記吸気ポートとの遮断を行 ぅタイミングょりも進角側のタイミングにて、 同燃焼室と同吸気ポートとの遮断 を行うように構成された内燃機関。 ，

1 7 . 請求の範囲 1に記載の内燃機関であって、 .

クランク角が 3 6 0度回転する毎に、 前記燃焼室と同燃焼室内に吸気スワール を生成するように構成された吸気ポートとを遮断した状態にて同;^焼室と排気ポ ートとを連通して排気行程を開始し、 次いで同燃焼室と同吸気ポートとを連通し て掃気行程を開始し、 次いで同燃焼室と同排気ポートとを遮断し且つ同燃焼室と 同吸気ポートとを遮断して圧縮行程を開始した後に同状態にて燃焼行程を迎える 2サイクル運転を行うように構成されるとともに、

前記内燃機関が前記軽負荷領域よりも負荷が小さい極軽負荷領域にて運転され るとき、 前記圧縮行程の中期の極軽負荷時噴射タイミングにて前記燃料噴射手段 から前記燃料を噴射して同噴射された燃料を前記キヤビティに実質的に滞留せし め、 同キヤビティ内にて均質混合気を形成しながら圧縮することにより同燃料を 自着火燃焼させる成層自着火燃焼運転実行手段と、

前記吸気ポートを介して前記燃焼室に流入する空気を圧縮する過給機と、 を備え、 且つ、

前記ビストンは、 同ビストンの頂面の中央部に形成されたキヤビティを備え、 前記燃料噴射手段は、 前記シリンダへッドの下面であって前記シリンダのボア の略中央部に配置され且つ前記キヤビティに向けて前記燃料を噴射する燃料噴射 弁であり、

前記お気ポートは、 その一端が前記シリンダへッドの下面であって前記燃料噴 射弁の周囲に形成された開口部を構成するとともに、 同開口部が同開口部に配設 された排気弁により開かれることにより前記燃焼室と連通させられ且つ同排気弁 により閉じられることにより同燃焼室と遮断させられるように構成され、

前記吸気ポートは、 その一端が前記シリンダのボア壁面に形成された開口部を 構成するとともに、 同開口部が前記ビストンが上死点から下死点に向けて移動す る際に同ビストンの側壁により開かれることにより前記燃焼室と連通させられ且 つ同ピストンが下死点から上死点に向けて移動する際に同ピストンの側壁により 閉じられることにより同燃焼室と遮断させられるように構成され、

前記予混合圧縮自着火燃焼運転実行手段は、 前記極軽負荷時噴射タイミングょ りも進角側の軽負荷時噴射タイミングにて前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射 することにより前記均質混合気を形成するように構成され、

前記拡散燃焼運転実行手段は、 前記極軽負荷時噴射タイミングょりも遅角側の 上死点近傍のタイミンクであって前記圧縮行程中のタイミングである高負荷時噴 射タイミングにて前記燃料噴射手段から前記燃料を噴射して前記燃料を拡散燃焼 させるように構成された内燃機関。