JPH11159382A - 筒内噴射式エンジン - Google Patents

筒内噴射式エンジン

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JPH11159382A JP10253045A JP25304598A JPH11159382A JP H11159382 A JPH11159382 A JP H11159382A JP 10253045 A JP10253045 A JP 10253045A JP 25304598 A JP25304598 A JP 25304598A JP H11159382 A JPH11159382 A JP H11159382A
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正志 丸原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼安定性を損なうことなく、燃焼効率を向
上させて燃費を効果的に改善する。 【解決手段】 燃料を直接燃焼室内に噴射するインジェ
クタを備え、エンジンが低負荷低回転の運転領域にある
ときに、圧縮行程で上記インジェクタから燃料を噴射す
ることにより混合気を成層化させて燃焼させる成層燃焼
を実行するように構成された筒内噴射式エンジンにおい
て、上記成層燃焼を実行する運転領域内で、エンジンの
負荷および回転の少なくとも一方が比較的高い運転領域
にあるときに、圧縮行程で燃料を複数回に分割して噴射
するように燃料の噴射状態を制御する燃料制御手段１８
を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を直接燃焼室
内に噴射するインジェクタを備えた筒内噴射式エンジン
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特開平７−１１９５０７号
公報に示されるように、エンジンの低負荷時に圧縮行程
の後半から燃料の噴射を開始して成層燃焼を実行し、か
つエンジンの高負荷時に吸気行程の前半から燃料の噴射
を開始して均一燃焼を実行するように構成された筒内噴
射エンジンにおいて、上記均一燃焼を実行するエンジン
の運転領域における低回転時、つまり高負荷低回転時
に、燃料を複数回に分割して噴射することにより、一回
当りに噴射される燃料の噴射量を少なくしてこの燃料を
効果的に霧化拡散させ、良好に均一燃焼させてスモーク
の発生を防止することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記公報に記載された
エンジンは、高負荷低回転の運転領域で燃料を分割して
噴射することにより、燃料を良好に均一燃焼させて排気
ガス中にスモークが発生するのを防止することができる
が、低負荷低回転の運転領域にあるときに圧縮行程で燃
料を噴射することにより、混合気を成層化させて燃焼さ
せる成層燃焼を実行する場合に、燃費の改善効果を高め
る上で改良の余地がある。
【０００４】すなわち、燃費の改善効果を高めるべく、
上記成層燃焼を実行する運転領域を高負荷高回転側の領
域に広げようとした場合、成層燃焼を実行する領域内の
高負荷側の運転領域では、燃料の噴射量が比較的多くな
るために、点火プラグの周囲に燃料が過度に集中して空
気とのミキシング性が低下し、燃焼効率が悪化する傾向
が生じる。また、上記成層燃焼領域内における高回転側
の運転領域では、燃料の噴射時点から点火時期までの時
間が短くなるために、燃料を気化および霧化させるため
の時間が不足し、燃料の不完全燃焼が引き起こされて排
気ガス中のＣＯ量およびＨＣ量が増大する傾向が生じる
ことになる。
【０００５】なお、上記成層燃焼を実行する低負荷低回
転領域内における高負荷側および低負荷側の運転領域
で、燃料と空気とのミキシング性を向上させるととも
に、燃料を気化および霧化させるための時間を充分に確
保するために、燃料の噴射時期を早めることも考えられ
るが、このように構成した場合には、ピストンが適正位
置に上昇する前に燃料が噴射されるため、ピストンの頂
部に形成されたキャビティにおける燃料の捕集性が低下
して点火プラグ周囲の混合気が希薄化し、燃焼安定性が
損なわれるという問題がある。このため、上記成層燃焼
を行う領域を狭くしているのが現状であり、燃費の改善
効果が不充分であった。
【０００６】また、上記公報に記載されたエンジンで
は、中負荷の運転領域にあるときに、吸気行程と圧縮行
程とに分けて燃料を噴射することにより、点火プラグの
周囲に燃料が過度に集中するのを防止するとともに、吸
気行程で噴射された燃料を点火時期までに充分に気化お
よび霧化させるようにしている。しかし、上記吸気行程
で燃料が噴射されると、点火まで時間が長いので燃料が
過度に拡散して希薄化し易く、燃焼効率化が低下して燃
費の改善効果が不充分になることが避けられないという
問題がある。
【０００７】なお、上記のようにエンジンの中負荷時
に、吸気行程と圧縮行程とに分けて燃料を噴射するよう
に構成された筒内噴射式エンジンにおいて、燃料の希薄
化を防止するために、吸気行程で噴射される燃料の噴射
量を増大することも考えられるが、このように構成した
場合には、相対的に圧縮行程で噴射される燃料の噴射量
が減少するため、点火プラグ周囲の混合気が希薄化し、
燃焼安定性が損なわれるのを防止することができなくな
るという問題がある。
【０００８】本発明は、このような事情に鑑み、燃焼安
定性を損なうことなく、燃焼効率を向上させて燃費を効
果的に改善することができるを筒内噴射型エンジンを提
供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
燃料を直接燃焼室内に噴射するインジェクタを備え、エ
ンジンが低負荷低回転の運転領域にあるときに、圧縮行
程で上記インジェクタから燃料を噴射することにより混
合気を成層化させて燃焼させる成層燃焼を実行するよう
に構成された筒内噴射式エンジンにおいて、上記成層燃
焼を実行する運転領域内で、エンジンの負荷および回転
の少なくとも一方が比較的高い運転領域にあるときに、
圧縮行程で燃料を複数回に分割して噴射するように燃料
の噴射状態を制御する燃料制御手段を備えたものであ
る。
【００１０】上記構成によれば、成層燃焼を実行するエ
ンジンの低負荷低回転領域において、エンジンの負荷お
よび回転の少なくとも一方が比較的高い運転領域にある
ときには、圧縮行程で燃料が複数回に分割されて噴射さ
れることにより、点火プラグの周囲に燃料が過度に集中
することが防止されつつ、先に噴射された燃料を気化お
よび霧化させるための時間が適度に確保され、成層燃焼
が良好に行われることになる。これによって上記成層燃
焼を行う領域を拡大することが可能となってこの成層燃
焼を実行することによる燃費の改善効果が得られること
になる。
【００１１】請求項２に係る発明は、上記請求項１記載
の筒内噴射式エンジンにおいて、上記燃料制御手段が、
成層燃焼を実行する運転領域内で、エンジンの負荷が比
較的高く、かつ、エンジン回転数が比較的高い運転領域
にあるときに、圧縮行程で燃料を複数回に分割して噴射
するように燃料の噴射状態を制御する構成としたもので
ある。
【００１２】上記構成によれば、成層燃焼を実行する運
転領域のうちで燃料噴射量が多い高負荷かつ高回転側の
運転領域において、燃料噴射が圧縮行程で分割して行な
われることにより、点火プラグの周囲に燃料が過度に集
中することが避けられて効果的に成層燃焼が行なわれ
る。
【００１３】請求項３に係る発明は、上記請求項１また
は請求項２記載の筒内噴射エンジンにおいて、圧縮行程
で燃料を分割して噴射する際に、先に噴射された燃料
と、後に噴射された燃料とが連続的に安定して燃焼する
ように、燃料の噴射時期をそれぞれ設定したものであ
る。
【００１４】上記構成によれば、圧縮行程で先に噴射さ
れた燃料および後に噴射された燃料が燃焼不良を起こす
ことなく連続して燃焼することにより、燃費の悪化およ
び着火安定性の低下が確実に防止されることになる。
【００１５】請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項
３のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンにおいて、エ
ンジンのシリンダ内のピストンの上方に形成された燃焼
室の上部にインジェクタを配置し、このインジェクタか
ら上記ピストンの頂部に向けて燃料を噴射するようにイ
ンジェクタの燃料噴射方向を設定したものである。
【００１６】上記構成によれば、圧縮行程で複数回に分
割して噴射する際に、燃焼室の上部に位置するインジェ
クタから上記ピストンに向けて噴射された燃料が、ピス
トンの頂部での反射やピストン上方の燃焼室内に生じる
気流の影響等により上記点火プラグの周囲に運ばれ、点
火プラグの周囲に適度に空燃比の混合気層を形成するよ
うな成層状態を得ることが可能となる。
【００１７】請求項５に係る発明は、請求項４に記載の
筒内噴射式エンジンにおいて、燃焼室の周縁部から斜め
下方に向けて燃料が噴射されるようにインジェクタを設
置するとともに、ピストンの頂部に上記燃料が吹き付け
られるキャビティを設けたものである。
【００１８】上記構成によれば、圧縮行程で複数回に分
割して噴射する際に、燃焼室の周囲に設けられたインジ
ェクタから斜め下方に向けて噴射された燃料が、ピスト
ンの頂部に設けられたキャビティに吹き付けられて、キ
ャビティにより効果的に点火プラグの周囲に運ばれるこ
とにより、点火プラグの周囲の成層化が良好に行なわれ
ることになる。
【００１９】請求項６に係る発明は、上記請求項５記載
の筒内噴射式エンジンにおいて、圧縮行程で燃料を分割
して噴射する際に、点火プラグの設置部に対向したキャ
ビティ内の位置に、先に噴射された燃料と、後に噴射さ
れた燃料とが効果的に重なり合うように燃料の噴射時期
を設定したものである。
【００２０】上記構成によれば、圧縮行程で燃料を分割
して噴射する際に、点火プラグの設置部に対向したキャ
ビティ内の位置に、上記先に噴射された燃料と、後に噴
射された燃料とが効果的に重なりあって点火プラグの周
囲が適度に成層化され、上記燃料が連続的に安定して燃
焼することになる。
【００２１】請求項７に係る発明は、上記請求項５また
は請求項６記載の筒内噴射式エンジンにおいて、燃焼室
内にスワール成分とタンブル成分とを含む斜めスワール
が生成されるように吸気系が構成されてなる請求項４記
載の筒内噴射式エンジンにおいて、圧縮行程で燃料を分
割して噴射する際に、後に噴射された燃料がピストンの
頂部に形成されたキャビティに捕集されるように燃料の
噴射時期を設定したものである。
【００２２】上記構成によれば、圧縮行程で燃料を分割
して噴射する際に、後に噴射された燃料が、上記斜めス
ワールの影響を受けて上記キャビティ内で適度にミキシ
ングされた状態で、上記点火プラグの周囲に運ばれて着
火安定性が効果的に向上することになる。
【００２３】請求項８に係る発明は、上記請求項１〜請
求項３のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおいて、
燃焼室に臨むように設置された点火プラグに向けて燃焼
室の周縁部から燃料が噴射されるようにインジェクタを
設置したものである。
【００２４】上記構成によれば、圧縮行程で燃料を複数
回に分割して噴射する際に、燃焼室に臨むように設置さ
れた点火プラグに向けて燃料が順次噴射されることによ
り、この点火プラグの周囲が適度に成層化されることに
なる。
【００２５】請求項９に係る発明は、上記請求項１〜請
求項８のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおいて、
圧縮行程で燃料を噴射する運転領域で、エンジンの高負
荷時に燃料を分割して噴射するとともに、低負荷時に燃
料を一括して噴射するように構成し、かつ上記分割噴射
時の後に噴射される燃料の噴射開始時期を、同一回転領
域で上記一括噴射を行う際における燃料の噴射開始時期
に対応させて設定したものである。
【００２６】上記構成によれば、圧縮行程で燃料を噴射
する運転領域で、燃料を成層化する最適時期としてエン
ジン回転数に応じて設置された燃料の噴射時期に基づ
き、分割噴射を行う際の燃料の後期噴射が行われること
になる。
【００２７】請求項１０に係る発明は、上記請求項１〜
請求項９のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおい
て、圧縮行程で燃料を分割して噴射する運転領域で、エ
ンジンが高負荷高回転側の運転領域にあるときに、低負
荷側または低回転側の運転領域に比べて燃料の噴射圧力
を高めるように構成したものである。
【００２８】上記構成によれば、エンジンが高負荷高回
転側の運転領域にあるときには、高圧で燃料が噴射され
ることにより、この燃料の噴射時間が短く設定されるこ
とになる。
【００２９】請求項１１に係る発明は、上記請求項１〜
請求項１０のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおい
て、圧縮行程で燃料を分割して噴射する運転領域で、エ
ンジンが加速運転状態にあるときに、通常の運転状態に
比べて先の噴射開始時期を早めるとともに、その燃料の
噴射量を増大させるように構成したものである。
【００３０】上記構成によれば、圧縮行程で燃料を分割
して噴射することにより燃料を成層燃焼させる運転領域
で、エンジンが加速運転状態にある場合に、先に噴射さ
れる燃料の噴射時期が早められるとともに、この燃料の
噴射量が後に噴射される燃料の噴射量に比べて大きな値
に設定されることになる。
【００３１】請求項１２に係る発明は、上記請求項１〜
請求項１１のいずれかに記載の筒内噴射式エンジンにお
いて、圧縮行程で燃料を分割して噴射する際に、後に噴
射される燃料の噴射量を、総噴射量の３〜８割の範囲内
に設定したものである。
【００３２】上記構成によれば、圧縮行程で複数回に分
割して噴射される燃料の噴射量が適度に設定され、混合
気が適正に成層化されて燃費の改善率が維持されつつ、
着火安定性が効果的に向上することになる。
【００３３】請求項１３に係る発明は、上記請求項１２
記載の筒内噴射式エンジンにおいて、圧縮行程で燃料を
分割して噴射する運転領域のうちの少なくとも低負荷側
の領域で、後に噴射される燃料の噴射量を先に噴射され
る燃料の噴射量以上としたものである。
【００３４】上記構成によれば、圧縮行程で燃料を分割
して噴射する運転領域のうちで少なくとも燃料噴射量が
比較的少ない領域で、点火プラグの周囲に混合気を偏在
させて着火安定性を向上する作用が充分に得られるよう
に後に噴射される燃料の噴射量が確保されつつ、燃費の
改善率が高められるように、先の燃料噴射と後の燃料噴
射の割合が調整される。
【００３５】請求項１４に係る発明は、上記請求項１２
記載の筒内噴射式エンジンにおいて、圧縮行程で燃料を
分割して噴射する運転領域で、排気系から吸気系へ排気
ガスを還流させるようにした条件下で、後に噴射される
燃料の噴射量の総噴射量に対する割合を５〜８割の範囲
内に設定したものである。
【００３６】上記構成によれば、排気ガスの還流が行な
われている状態では、還流ガスにより噴射燃料が加熱さ
れて気化、霧化が促進されることにより、後に噴射され
る燃料の噴射量を比較的多くしての成層度を高めつつ燃
料の気化、霧化が悪くなることを避けて燃焼安定性を確
保し、燃費の改善率を高めることが可能となる。
【００３７】請求項１５に係る発明は、請求項１２〜請
求項１４のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおい
て、圧縮行程で燃料を分割して噴射する際に、先に噴射
される燃料の噴射量と後に噴射される燃料の噴射量との
比率を運転状態に応じて変更するようにしたものであ
る。
【００３８】上記構成によると、運転状態に応じた総燃
料噴射量等の変化に対し、先に噴射される燃料の噴射量
と後に噴射される燃料の噴射量との比率が調整されるこ
とで適度に成層化状態が維持される。
【００３９】請求項１６に係る発明は、請求項１５記載
の筒内噴射エンジンにおいて、圧縮行程で燃料を分割し
て噴射する際に、エンジン負荷の増大に伴い、先に噴射
される燃料の噴射量を増量するようにしたものである。
【００４０】上記構成によれば、エンジン負荷の増大に
伴い、先に噴射される燃料の噴射量の増量によってエン
ジン負荷に見合うように総噴射量が調整されつつ、後に
噴射される燃料の噴射量が多くなりすぎて点火プラグま
わりがオーバーリッチになるというようなことがなく、
適度の成層状態が維持されることになる。
【００４１】請求項１７に係る発明は、上記請求項１〜
請求項１６のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおい
て、圧縮行程で燃料を分割して噴射する運転領域で、エ
ンジンが高負荷高回転側の運転領域にあるときに、低負
荷側または低回転側の運転領域に比べて先の噴射開始時
期を早めるとともに、その燃料噴射量を増大させるよう
に構成したものである。
【００４２】上記構成によれば、エンジンが高負荷高回
転側の運転領域にあるときには、先に噴射される燃料の
噴射時期が早められるとともに、この燃料の噴射量が後
に噴射される燃料の噴射量に比べて大きな値に設定され
ることになる。
【００４３】請求項１８に係る発明は、上記請求項１〜
請求項１７のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおい
て、圧縮行程で燃料を分割して噴射する運転領域のうち
の少なくとも低速側の領域で、圧縮行程での先の噴射と
後の噴射の各噴射開始時期をいずれもエンジン負荷の増
大に伴って進角させるようにしたものである。
【００４４】上記構成によれば、エンジン負荷の増大に
よって燃料が増量されるとき、それに応じて適度に噴射
燃料が拡散され、混合気がオーバーリッチになることが
防止されることになる。
【００４５】請求項１９に係る発明は、上記請求項１〜
請求項１８のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおい
て、圧縮行程で燃料を分割して噴射する際に、圧縮行程
での先の噴射と後の噴射の各噴射開始時期をいずれもエ
ンジン回転数の増大に伴って進角させるようにしたもの
である。
【００４６】上記構成によれば、エンジン回転数が高く
なったときにも各噴射開始時期から点火時期までの時間
間隔が適度に保たれるように噴射開始時期が調整され、
高回転時に噴射燃料が燃焼室中央等に集中し過ぎること
が防止される。
【００４７】請求項２０に係る発明は、請求項１９記載
の筒内噴射エンジンにおいて、エンジン回転数に応じた
噴射開始時期の進角量は概ね後の噴射よりも先の噴射の
方が大きくなるようにしたものである。
【００４８】上記構成によれば、エンジン回転数が高く
なったとき、点火時期までの時間間隔が適度に保たれと
ともに、先の噴射と後の噴射との時間間隔も適度に保た
れるように調整される。
【００４９】請求項２１に係る発明は、上記請求項１７
〜請求項２０のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにお
いて、圧縮行程で燃料を分割して噴射する運転領域のう
ちの高負荷高回転側の領域で、エンジン負荷もしくはエ
ンジン回転数の増大に伴う先の噴射の噴射開始時期の進
角を制限するようにしたものである。
【００５０】上記構成によれば、高負荷高回転側の領域
で、先に噴射された燃料が過度に拡散してしまうことが
避けられ、成層化状態が維持される。
【００５１】請求項２２に係る発明は、上記請求項１７
〜請求項２１のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにお
いて、圧縮行程で燃料を分割して噴射する運転領域のう
ちの低回転側の運転領域で、先の噴射開始時期と後の噴
射開始時期との時間間隔を負荷の増大に伴って大きくす
るようにしたものである。
【００５２】上記構成によれば、先の噴射開始時期が過
度に燃料が拡散してしまうことのない進角限界に対して
余裕のある低回転側の運転領域では、負荷の増大に伴う
燃料の増加に応じ、各噴射開示時期の時間間隔が大きく
されることにより、噴射燃料が重なり過ぎることに起因
して混合気がオーバーリッチになることが避けられるこ
とになる。
【００５３】請求項２３に係る発明は、請求項２２記載
の筒内噴射エンジンにおいて、圧縮行程で燃料を分割し
て噴射する運転領域のうちの高回転側の運転領域では、
先の噴射開始時期と後の噴射開始時期との時間間隔を負
荷の変化に対して略一定としたものである。
【００５４】上記構成によれば、先の噴射開始時期が過
度に燃料が拡散してしまうことのない進角限界に対して
余裕の少ない高回転側の運転領域では、負荷の増大に伴
う燃料の増加に応じ、先の噴射開始時期が進角し過ぎな
い範囲で各噴射開示時期の時間間隔が調整されることに
なる。
【００５５】請求項２４に係る発明は、上記請求項１〜
請求項２３のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおい
て、圧縮行程で燃料を分割して噴射する際に、先に噴射
される燃料の噴射開始時期と、後に噴射される燃料の噴
射開始時期との間隔を２ｍｓｅｃ以上に設定したもので
ある。
【００５６】上記構成によれば、先に噴射される燃料の
噴射開始時点から後に噴射される燃料の噴射開始時点ま
での時間が充分に確保され、燃料が重なり過ぎることに
起因して混合気がオーバリッチになることが防止される
ことになる。
【００５７】請求項２５に係る発明は、上記請求項１〜
請求項２４のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおい
て、圧縮行程で燃料を分割して噴射する際に、燃料の噴
射時間をそれぞれ１ｍｓｅｃ以内に設定したものであ
る。
【００５８】上記構成によれば、インジェクタから噴射
された燃料が燃焼室内において過度に集中することが回
避され、上記燃料の気化および霧化が効果的に促進され
ることになる。
【００５９】請求項２６に係る発明は、上記請求項１〜
請求項２５のいずれかに記載の筒内噴射エンジンにおい
て、エンジンの温間時に、成層燃焼を実行する運転領域
内においてエンジンの負荷および回転の少なくとも一方
が比較的高い運転領域で、圧縮行程で燃料を複数回に分
割して噴射するように燃料の噴射状態を制御するととも
に、当該運転領域でエンジンの冷間時には燃料を吸気行
程と圧縮行程とに分割して噴射するように燃料の噴射状
態を制御するものである。
【００６０】この構成によれば、エンジンの温間時に、
成層燃焼を実行する運転領域のうちの高負荷側や高回転
側の領域で圧縮行程の分割噴射が行なわれることで燃費
改善に効果的な燃焼状態が得られ、一方、当該運転領域
でエンジンの冷間時には吸気行程と圧縮行程とに分割し
た燃料噴射が行なわれることにより暖機促進等に有利な
燃焼状態が得られる。
【００６１】
【発明の実施の形態】図１および図２は、本発明に係る
筒内噴射式エンジンの実施形態を示している。このエン
ジンは、シリンダヘッド１およびシリンダブロック２に
よって構成された複数のシリンダを有し、各シリンダ内
にピストン３がそれぞれ嵌挿されるとともに、その上方
に燃焼室４が形成されている。上記シリンダヘッド１に
は、燃焼室４に連通する吸気ポート５および排気ポート
６と、これらのポート５，６を開閉する吸気弁７および
排気弁８と、火花を発生して燃料を燃焼させる点火プラ
グ９と、上記燃焼室４内に直接燃料を噴射するインジェ
クタ１０とが設置されている。
【００６２】上記シリンダヘッド１の下面には、燃焼室
４を形成するペントルーフ型の凹部が設けられ、このペ
ントルーフ型凹部の傾斜面に上記吸気ポート５および排
気ポート６がそれぞれ開口している。そして、上記吸気
弁７および排気弁８が図外の動弁機構によって駆動され
ることにより、上記吸気ポート５および排気ポート６が
所定のタイミングで開閉されるようになっている。
【００６３】図１には上記吸気ポート５および排気ポー
ト６が１個ずつ表示されているが、これらの吸気ポート
５および排気ポート６は、図１の紙面と直交する方向に
それぞれ２個ずつ並列に配設されている。そして、上記
両吸気ポート５の一方には吸気の流れを制御する制御弁
が設けられ、この制御弁がステップモータ等からなるア
クチュエータにより駆動されて全閉または部分開放され
ることにより、両吸気ポート５の一方における吸気の流
通が制限された状態で、両吸気ポート５の他方に多く流
される吸気によって図２の破線で示すように、燃焼室４
の内周面に沿ったスワール（水平方向の渦流）が生成さ
れるようになっている。
【００６４】また、上記吸気ポート５は、その下流側部
が斜め下方に伸びるように形成され、この吸気ポート５
から燃焼室４内に流入する吸気によってタンブル（垂直
方向の渦流）が形成されるように構成されている。した
がって、上記制御弁の全閉時もしくは部分開放時には、
上記スワールとタンブルとが合成されることにより、斜
めスワールが燃焼室４内に生成されることになる。
【００６５】上記点火プラグ９は、燃焼室４の略中央部
に配設され、そのプラグ先端が燃焼室４に臨むように取
り付けられている。また、上記インジェクタ１０は、吸
気ポート５の設置部側に位置する燃焼室４の周縁部に取
り付けられるとともに、ピストンの頂部に向けて燃料を
噴射するように燃料噴射方向が設定されている。すなわ
ち、水平面に対して所定角度θ、例えば２５〜５０°の
範囲内で好ましくは３０°以上の角度で傾斜して設置さ
れることにより、このインジェクタ１０から燃焼室４内
に向けて斜め下方に燃料を噴射するように構成されてい
る。
【００６６】上記インジェクタ１０は、図示を省略した
ニードル弁およびソレノイドを内蔵し、このソレノイド
に後述する燃料制御手段から出力されたパルス信号の入
力時点で、この信号のパルス幅に対応した量の燃料を、
例えば４０°以上に設定された比較的広い噴霧角度をも
って３〜１５ＭＰａの圧力で噴射するように構成されて
いる。
【００６７】ピストン３の頂部には、上記インジェクタ
１０の設置部側に位置する周縁部から、上記点火プラグ
９の設置部に対向する中央部にかけてキャビティ１１が
形成されている。そして、ピストン３が上昇する圧縮行
程の所定時期に噴射された燃料が上記キャビティ１１に
捕集されて点火プラグ９の周囲に運ばれるように、イン
ジェクタ１０の設置位置および傾斜角度と、キャビティ
１１の形成範囲と、点火プラグ９の設置位置との関係が
予め設定されている。
【００６８】上記エンジンには、図３に示すように、ク
ランク角を検出するクランク角センサ１２、アクセルペ
ダルの踏込量を検出するアクセルセンサ１３、吸入空気
量を検出するエアフローメータ１４およびエンジンの冷
却水温度を検出する水温センサ１５等からなる各種のセ
ンサ類が装備され、これらのセンサ類から出力された検
出信号がＥＣＵ１６に入力されるようになっている。こ
のＥＣＵ１６には、エンジンの運転状態判定手段１７
と、インジェクタ１０から噴射される燃料の噴射状態を
制御する燃料制御手段１８とが設けられている。
【００６９】上記運転状態判定手段１７は、各センサ類
の検出手段に応じてエンジンが図４に示す各運転領域の
いずれの領域に属するかを判定し、この判定信号を上記
燃料制御手段１８に出力するように構成されている。上
記運転領域は、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジンの正
味平均有効圧力Ｐｅ（エンジンの出力軸トルク相当であ
るエンジン負荷）に基づいて設定され、燃料の噴射量の
少ない低負荷低回転の運転領域Ａと、この低負荷低回転
の運転領域Ａ内で負荷および回転が比較的高い運転領域
Ａ１と、燃料噴射量が中程度である中負荷中回転領域の
運転Ｂと、この中負荷中回転の運転領域Ｂ内で負荷およ
び回転が比較的高い運転領域Ｂ１と、燃料の噴射量が多
い高負荷の運転領域Ｃと、この高負荷の運転領域Ｃ内に
おいて、負荷が最大で回転が低い運転領域Ｃ１と、高負
荷の運転領域Ｃ内において、負荷が最大で回転が中程度
の運転領域Ｃ２と、高負荷領域Ｃ内で、負荷および回転
がそれぞれ最大である運転領域Ｃ３とに区画されてい
る。
【００７０】燃料噴射量の少ない上記低回転低負荷の運
転領域Ａにおいて負荷および回転が比較的高い運転領域
Ａ１以外の領域では、図５の（Ｉ）に示すように、圧縮
行程の中期から後期にかけての範囲内の所定時期、具体
的にはＢＴＤＣ（Before TopDead Center）３０°〜１
２０°ＣＡ（Crank Angle）、圧縮上死点前のクランク
角３０°〜１２０°、の範囲内における所定時期に、上
記インジェクタ１０から燃焼室４内に燃料を一括して噴
射し、混合気をリーン状態で成層化して燃焼させる成層
燃焼を上記燃料制御手段１８において実行するように構
成されている。上記運転領域Ａにおける成層燃焼は、ス
ロットル開度を大きくして吸気量を増大させ、理論空燃
比に比べて大幅なリーン状態とすることによって実行さ
れる。
【００７１】また、上記低負荷低回転の運転領域Ａ内に
おいて負荷および回転が比較的高い領域Ａ１では、図５
の（II）に示すように、圧縮行程の前期から中期にかけ
ての範囲（ＢＴＤＣ６０°〜１８０°ＣＡ）内の所定時
期と、圧縮行程の中期から後期にかけての範囲（ＢＴＤ
Ｃ３０°〜１２０°ＣＡ）内の所定時期とに分割して燃
料ａ，ｂを噴射し、かつスロットル開度を大きくするこ
とにより、混合気をリーン状態で成層化して燃焼させる
成層燃焼を上記燃料制御手段１８において実行するよう
に構成されている。
【００７２】上記運転領域Ａ１で燃料を分割して噴射す
る際には、後に噴射される燃料ｂの噴射量が、総噴射量
の３〜８割の範囲内、好ましくは５〜８割の範囲内とな
るように燃料の噴射量が制御される。また、上記運転領
域Ａ１で先に噴射された燃料ａと、後に噴射された燃料
ｂとが連続的に安定して燃焼するように、先の噴射時期
と後の噴射時期とが設定されている。
【００７３】すなわち、図６に示すように、燃焼室４の
周縁部に設けられたインジェクタ１０から斜め下方に向
けて燃料が噴射されるようにインジェクタ１０を設置す
るとともに、ピストン３の頂部に上記燃料が吹き付けら
れるキャビティ１１を設けてなるエンジンにおいて、点
火プラグ９の設置部に対向したキャビティ１１内の位
置、つまり燃焼室４の中央部近傍に向けて先に噴射され
た燃料ａが過度に拡散する前に、後の燃料噴射が行われ
るようにしている。これによって上記先に噴射された燃
料ａと後に噴射された燃料ｂとが効果的に重なり合い、
後に噴射された燃料ｂから先に噴射された燃料ａに火炎
が確実に伝播され、安定した成層燃焼が行われることに
なる。
【００７４】さらに、上記運転領域Ａ１で燃料を分割し
て噴射する際において、先に噴射される燃料ａの噴射開
始時期と、後に噴射される燃料ｂの噴射開始時期との間
隔Ｔが２ｍｓｅｃ以上に設定されるとともに、上記各燃
料ａ，ｂの有効噴射時間、つまりインジェクタ１０に設
けられたニードル弁の開弁遅れ等に起因した無効噴射時
間を除く噴射時間ｔ１，ｔ２がそれぞれ１ｍｓｅｃ内に
設定されている。さらに、後に噴射される燃料ｂの噴射
開始時期は、同一回転領域で上記低負荷の運転領域Ａに
おいて一括噴射を行う際における燃料の噴射開始時期に
対応して設定され、後に噴射される上記燃料ｂ噴射開始
時期と、一括噴射の開始時期が略同時期に設定されてい
る。
【００７５】また、燃料の噴射量が中程度である上記中
負荷中回転の運転領域Ｂにおいて負荷および回転が比較
的高い運転領域Ｂ１以外の領域では、図５の（III）に
示すように、吸気行程の所定範囲（ＢＴＤＣ２００°〜
３６０°ＣＡ）の時期と、圧縮行程の所定範囲（ＢＴＤ
Ｃ３０°〜１２０°ＣＡ）の時期とに分割して燃料を噴
射し、かつスロットル開度を大きくすることにより、混
合気をリーン状態で弱成層化して燃焼させるように構成
されている。
【００７６】また、上記中負荷中回転の運転領域Ｂ内で
負荷および回転が比較的高い運転領域Ｂ１では、図５の
（IV）に示すように、吸気行程の所定範囲（ＢＴＤＣ２
００°〜３６０°ＣＡ）内の時期に燃料を一括して噴射
し、かつスロットル開度を大きくすることにより、混合
気をリーン状態で均一化して燃焼させる均一燃焼を上記
燃料制御手段１８において実行するように構成されてい
る。
【００７７】また、燃料の噴射量が多い上記高負荷の運
転領域Ｃにおいて負荷が最大となる運転領域Ｃ１〜Ｃ３
以外の領域では、上記運転領域Ｂ１と同様に、吸気行程
の所定範囲内の時期に燃料を一括して噴射し、かつ空気
過剰率が１である理論空燃比下で燃料を均一化して燃焼
させる均一燃焼を上記燃料制御手段１８において実行す
るように構成されている。
【００７８】さらに、高負荷の運転領域Ｃ内において、
負荷が最大で回転が低い運転領域Ｃ１では、図５の
（Ｖ）に示すように、吸気行程の前期から中期かけての
所定範囲（ＢＴＤＣ２２０°〜３６０°ＣＡ）内の時期
と、吸気行程の前期から中期かけての所定範囲（ＢＴＤ
Ｃ２４０°〜３６０°ＣＡ）内の時期とに分割して燃料
ａ，ｂを噴射し、かつ混合気をエンリッチ状態で均一化
して燃焼させるように構成されている。
【００７９】上記運転領域Ｃ１で燃料を分割して噴射す
る際には、後に噴射される燃料ｂの噴射量が、総噴射量
の４〜６割の範囲内となるように燃料ａ，ｂの噴射量が
制御され、好ましくは先に噴射される燃料ａの噴射量が
後に噴射される燃料ｂの噴射量に比べて大きな値に設定
されるようになっている。
【００８０】また、上記高負荷の運転領域Ｃ内におい
て、負荷が最大で回転が中程度の運転領域Ｃ２では、上
記領域Ｂ１および領域Ｃと同様に、吸気行程の所定時期
に燃料を一括して噴射し、かつ混合気をエンリッチ状態
で均一化して燃焼させるように構成されている。
【００８１】さらに、上記高負荷の運転領域Ｃ内で、負
荷および回転がそれぞれ最大である運転領域Ｃ３では、
図５の（VI）に示すように、排気行程の後半（ＢＴＤＣ
３６０°〜４４０°ＣＡ）の所定時期から噴射を開始
し、燃料を一括して噴射し、かつ混合気をエンリッチ状
態で均一化して燃焼させる均一燃焼を上記燃料制御手段
１８において実行するように構成されている。
【００８２】上記燃料制御手段１８において実行される
制御動作を図７および図８に示すフローチャートに基づ
いて説明する。上記制御動作がスタートすると、まず水
温センサ１５によって検出されたエンジンの冷却水温度
に応じ、排気通路に設けられた排気ガス浄化用の触媒が
非活性化状態にある可能性が高い冷間運転状態にあるか
否かを判定し（ステップＳ１）、ＹＥＳと判定された場
合には、上記触媒の暖機を促進する冷間時の燃焼制御を
実行する（ステップＳ２）。
【００８３】すなわち、上記冷間運転状態において触媒
温度が低いことが確認された場合に、燃料を吸気行程と
圧縮行程とに分割して噴射し、点火プラグ９周囲の混合
気を理論空燃比またはこれよりもリッチな状態とすると
ともに、燃焼室４の全体を略理論空燃比とすることによ
り、触媒による排気ガスの浄化作用が充分に得られない
エンジンの冷間運転時に、ＨＣ、ＮＯｘの排出量を低減
しつつ、排気ガス温度を上昇させて触媒の暖機を促進す
るように燃料の噴射状態を制御する。
【００８４】また、上記ステップＳ１でＮＯと判定さ
れ、エンジンが冷間運転状態にないことが確認された場
合には、上記アクセルセンサ１３の検出信号に応じてエ
ンジンが所定の加速運転状態にあるか否かを判定し（ス
テップＳ３）、ＹＥＳと判定された場合には、アクセル
ペダルが急激に大きく踏み込まれることによる吸入空気
量の増大に起因した失火の発生を防止する加速時の燃焼
制御を実行する（ステップＳ４）。
【００８５】すなわち、吸気行程で燃料の噴射が行われ
る均一燃焼領域を有する筒内噴射式エンジンにおいて、
燃料噴射の開始時点における前後で吸入空気量の検出値
に基づく吸気充填量の演算を行い、噴射開始時点で算出
された吸気充填量に応じて上記燃料の噴射量を決定する
とともに、噴射前の時点で算出された吸気充填量よりも
噴射後の時点で算出された吸気充填量が多い場合に、そ
の増大分に見合う量の燃料を圧縮行程の前半中に追加噴
射するように構成することにより、吸気充填量の増大に
起因する空燃比を過大化を防ぎ、ひいてはエンジンの失
火等を防止するように燃焼状態を制御する。
【００８６】また、上記ステップＳ３でＮＯと判定さ
れ、エンジンが通常運転状態にあることが確認された場
合には、エンジン回転数とアクセル開度とをパラメータ
とするマップから読出されたエンジンの正味平均有効圧
力Ｐｅ、つまりエンジンの出力軸トルク相当の値が、予
め設定された第１基準値Ｐ１よりも小さいか否かを判定
することにより、燃料噴射量の少ない低負荷低回転の運
転領域Ａにあるか否かを判別する（ステップＳ５）。
【００８７】上記ステップＳ５でＹＥＳと判定された場
合には、正味平均有効圧力Ｐｅが、上記第１基準値Ｐ１
以下の範囲内で予め設定された第２基準値Ｐ２よりも大
きいか否かを判定することにより、上記低負荷低回転の
運転領域Ａでエンジンの負荷および回転が比較的高い運
転領域Ａ１にあるか否かを判別する（ステップＳ６）。
上記ステップＳ６でＮＯと判定され、低負荷低回転の運
転領域Ａ内で上記領域Ａ１以外の運転領域にあることが
確認された場合には、図５の（Ｉ）に示すように、圧縮
行程の中期から後期にかけての範囲内の所定時期に、上
記インジェクタ１０から燃焼室４内に燃料を一括して噴
射し、混合気をリーン状態で成層化して燃焼させる成層
燃焼を実行する（ステップＳ７）。
【００８８】また、上記ステップＳ６でＹＥＳと判定さ
れ、低負荷低回転の運転領域Ａ内でエンジン負荷および
回転が比較的高い運転領域Ａ１にあることが確認された
場合には、図５の（II）に示すように、圧縮行程の前期
から中期にかけての範囲内の所定時期と、圧縮行程の中
期から後期にかけての範囲内の所定時期とに分割して燃
料ａ，ｂを噴射し、混合気をリーン状態で成層化して燃
焼させる成層燃焼を実行する（ステップＳ８）。
【００８９】上記ステップＳ５でＮＯと判定され、正味
平均有効圧力Ｐｅが上記第１基準値Ｐ１よりも大きいこ
とが確認された場合には、正味平均有効圧力Ｐｅが、上
記第１基準値Ｐ１よりも大きな値に設定された第４基準
値Ｐ４よりも小さいか否かを判定することにより、燃料
噴射量が中程度である中負荷中回転の運転領域Ｂにある
か否かを判定する（ステップＳ９）。
【００９０】上記ステップＳ９でＹＥＳと判定された場
合には、正味平均有効圧力Ｐｅが、上記第１基準値Ｐ１
よりも大きく、かつ第４基準値Ｐ４よりも小さな値に予
め設定された第３基準値Ｐ３よりも大きいか否かを判定
することにより、エンジンが中負荷中回転の運転領域Ｂ
内で負荷および回転が比較的高い運転領域Ｂ１にあるか
否かを判別する（ステップＳ１０）。このステップＳ１
０でＮＯと判定され、エンジンが中負荷中回転の運転領
域Ｂで上記領域Ｂ１以外の運転領域にあることが確認さ
れた場合には、図５の（III）に示すように、圧縮行程
の所定時期と、吸気行程の所定時期とに分割して燃料を
噴射し、混合気をリーン状態で弱成層化して燃焼させる
弱成層化燃焼を実行する（ステップＳ１１）。
【００９１】また、上記ステップＳ１０でＹＥＳと判定
され、エンジンが上記中負荷中回転の運転領域Ｂ内で負
荷および回転が比較的高い運転領域Ｂ１にあることが確
認された場合には、図５の（IV）に示すように、吸気行
程の所定時期に燃料を一括して噴射し、かつ空燃比を理
論空燃比よりもリーン状態とするように燃料噴射量およ
びスロットル開度を制御することにより、混合気をリー
ン状態で均一化して燃焼させる均一燃焼を上記燃料制御
手段１８において実行する（ステップＳ１２）。
【００９２】また、上記ステップＳ９でＮＯと判定さ
れ、正味平均有効圧力Ｐｅが上記第４基準値Ｐ４よりも
大きい高負荷の運転領域Ｃにあることが確認された場合
には、上記アクセルセンサ１３の検出信号に応じてアク
セルが全開状態にあるか否か、つまりエンジン負荷が最
大領域にあるか否かを判定する（ステップＳ１３）。こ
のステップＳ１３でＮＯと判定され、高負荷の運転領域
Ｃ内においてアクセル開度が全開状態にないことが確認
された場合には、吸気行程の所定時期に燃料を一括して
噴射し、かつ理論空燃比とするように燃料噴射量および
スロットル開度を制御することにより、空気過剰率が１
である理論空燃比下で燃料を均一化して燃焼させる均一
燃焼制御を実行する（ステップＳ１４）。
【００９３】また、上記ステップＳ１３でＹＥＳと判定
され、アクセル開度が全開状態であることが確認された
場合には、エンジン回転数Ｎｅが予め設定された第１基
準値Ｎ１、例えば３０００ｒｐｍ未満か否かを判定する
（ステップＳ１５）。このステップＳ１５でＹＥＳと判
定され、エンジンの高負荷領域Ｃ内において、負荷が最
大で回転が低い運転領域Ｃ１にあることが確認された場
合には、図５の（Ｖ）に示すように、吸気行程の前期か
ら中期にかけての範囲内における所定時期に燃料を分割
して噴射し、かつ空燃比を理論空燃比よりもリッチ状態
とするように燃料の噴射量を制御することにより、混合
気をエンリッチ状態で均一化して燃焼させるように燃焼
状態を制御する（ステップＳ１６）。
【００９４】上記ステップＳ１５でＮＯと判定され、エ
ンジン回転数Ｎｅが上記第１基準値Ｎ１以上であること
が確認された場合には、エンジン回転数Ｎｅが、上記第
１基準値Ｎ１よりも大きな値に設定された第２基準値Ｎ
２、例えば５５００ｒｐｍよりも大きい高回転の運転状
態にあるか否かを判定する（ステップＳ１７）。このス
テップＳ１７でＮＯと判定され、高負荷の運転領域Ｃ内
において、負荷が最大で回転数Ｎｅが中程度の運転領域
Ｃ２にあることが確認された場合には、吸気行程の所定
時期に燃料を一括して噴射し、かつ空燃比を理論空燃比
よりもリッチ状態とするように燃料の噴射量を制御する
ことにより、混合気をエンリッチ状態で均一化して燃焼
させるように制御する（ステップＳ１８）。
【００９５】また、上記ステップＳ１７でＹＥＳと判定
され、高負荷の運転領域Ｃ内で、負荷および回転がそれ
ぞれ最大である運転領域Ｃ３にあることが確認された場
合には、図５の（VI）に示すように、排気行程の後半の
所定時期から燃料の噴射を開始するとともに、吸気行程
の前半に亘る範囲内で燃料を一括して噴射し、かつ空燃
比を理論空燃比よりもリッチ状態とするように燃料の噴
射量を制御することにより、混合気をエンリッチ状態で
均一化して燃焼させる均一燃焼制御を上記燃料制御手段
１８において実行する（ステップＳ１９）。
【００９６】上記のようにエンジンが低負荷低回転の運
転領域Ａにあるときに、圧縮行程でインジェクタ１０か
ら燃料を噴射することにより混合気を成層化させて燃焼
させる成層燃焼を実行するように構成された筒内噴射式
エンジンにおいて、エンジンが低負荷低回転の運転領域
Ａにあって上記圧縮行程で燃料を噴射する領域内で、エ
ンジンの負荷および回転が比較的高い運転領域Ａ１にあ
るときに、燃料を圧縮行程で分割して噴射するように構
成したため、先に噴射された燃料ａを適度に拡散させて
その気化および霧化を促進することにより、燃費を効果
的に改善することができるとともに、後に噴射された燃
料ｂを点火プラグ９の周囲に集中させて燃焼安定性を確
保することができる。また、上記構成を採用することに
より、圧縮行程で燃料を噴射する領域を従来よりも広げ
ることができる。
【００９７】すなわち、上記圧縮行程で燃料を噴射する
運転領域Ａ内で、エンジンの負荷および回転が比較的高
い運転領域Ａ１にある場合には、燃料の噴射量が比較的
多くなるとともに、燃料の噴射時点から点火時期までの
時間が短くなるため、燃料を一括して噴射するように構
成すると、点火プラグ９の周囲に燃料が過度に集中して
空気とのミキシング性が低下することにより、燃焼効率
が悪化する傾向が生じるとともに、燃料を気化および霧
化させるための時間が不足することにより、不完全燃焼
が引き起こされて燃焼安定性が損なわれる傾向がある。
【００９８】これに対して上記のように圧縮行程で燃料
を分割して噴射するように構成した場合には、図６に示
すように、先に噴射された燃料ａを適度に拡散させるこ
とができるため、点火プラグ９の周囲に燃料が過度に集
中するのを防止して空気とのミキシング性を維持しつ
つ、燃料ａを気化および霧化させる時間を適度に確保す
ることにより、燃焼効率を効果的に改善することができ
る。また、後に噴射された燃料ｂを点火プラグ９の周囲
に集中させて適度の空燃比を有する混合気を形成するこ
とができるため、燃焼室４内の成層度を適正に維持する
ことにより、燃料が不完全燃焼するのを防止して燃焼安
定性を効果的に向上させることができる。
【００９９】このような効果を図９，図１０によって具
体的に説明する。図９は、エンジン回転数Ｎｅが２００
０ｒｐｍ、正味平均有効圧力が４９０ｋＰａという運転
条件下で、図１０中の（ａ）のように燃料を圧縮行程で
一括噴射するようにして噴射時期を燃費最良点に設定し
た場合と、図１０中の（ｂ）のように圧縮行程一括噴射
で噴射時期を燃費最良点より進角させた場合と、図１０
中の（ｃ）のように燃料を圧縮行程で二回に分割して噴
射するようにして噴射時期を燃費最良点に設定した場合
とにつき、プラグ近傍の局所空燃比と、局所空燃比の変
動率と、燃費とを調べたデータを示している。図中、Δ
ｔは噴射開始時点（分割噴射の場合は先の噴射の開始時
点）から点火までの時間である。
【０１００】図９のように、上記運転条件下において圧
縮行程の分割噴射で燃費最良点とした場合、先の噴射の
噴射開始時期は圧縮行程一括噴射での燃費最良点よりも
進角して燃料の気化、霧化の時間が稼がれ、局所空燃比
の変動が抑制されるとともに、後の噴射によりプラグ近
傍の局所空燃比が適度にリッチ化されて可燃空燃比内に
保たれ、燃焼安定性が確保される。これらの作用によ
り、燃費が大幅に低減されることとなる。
【０１０１】また、上記運転領域Ａ１において、燃料を
圧縮行程で一括して噴射するように構成した場合と、燃
料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射するように構
成した場合と、燃料を圧縮行程で二回に分割して噴射す
るように構成した場合とにおいて、燃費の改善率を比較
する実験を行ったところ、図１１に示すように、燃料を
圧縮行程で分割して噴射するように構成した場合には、
燃料を圧縮行程で一括して噴射するように構成した場合
および燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射する
ように構成した場合に比べ、燃費の改善率が向上するこ
とが確認された。
【０１０２】さらに、エンジン回転数Ｎｅが３０００ｒ
ｐｍで正味平均有効圧力が４．５ｋｇ／ｃｍ2の運転状
態、エンジン回転数Ｎｅが２５００ｒｐｍで正味平均有
効圧力が５ｋｇ／ｃｍ2の運転状態、エンジン回転数Ｎ
ｅが２５００ｒｐｍで正味平均有効圧力が４ｋｇ／ｃｍ
2の運転状態のそれぞれにおいて、吸気行程の一括噴射
により理論空燃比（λ＝１）で均一燃焼を行なった場合
と、圧縮行程の一括噴射により成層燃焼を行なった場合
と、圧縮行程の分割噴射により成層燃焼を行なった場合
とについて燃費を調べると、図１２に示すようなデータ
が得られた。このデータからも、上記各運転状態を含む
運転領域Ａ１において、圧縮行程の分割噴射により燃費
が改善されることがわかる。
【０１０３】また、上記実施形態に示すように、圧縮行
程で燃料を分割して噴射する際に、後述のようなＥＧＲ
による影響を考慮しなければ、後に噴射される燃料ｂの
噴射量を、総噴射量の３〜６割の範囲内に設定した場合
に、燃費の改善率を維持しつつ、着火安定性を、さらに
効果的に向上させることができる。すなわち、後に噴射
される燃料ｂの噴射量を、総噴射量の３割未満に設定し
た場合には、それに対応させて先に噴射される燃料ａの
噴射量を増大する必要があるので、この燃料ａの気化お
よび霧化が不充分となり易く、これを回避するために先
の噴射開始時期を進角すると、燃料ａが過度に拡散する
とともに、燃料ｂの噴射量が少ないため点火プラグ９の
周囲の混合気の希薄化を抑制することができず、着火安
定性および燃費が悪化することになる。
【０１０４】逆に、後に噴射される燃料ｂの総噴射量に
対する割合を適正範囲より多く設定した場合は、着火安
定性の悪影響は少なくなるが、燃料の一括噴射の形態に
近付くために、燃料噴射量が比較的多い状況下では、点
火プラグ９の周囲に燃料が集中し過ぎることにより燃費
改善効果が低下するようになり、ＥＧＲを行なわない場
合は後の噴射量が総噴射量の７割程度以上になると燃費
改善効果が低下する傾向が生じる。
【０１０５】上記後に噴射される燃料ｂの噴射割合を種
々変化させて燃費の改善率がどのように変化するかを検
証する実験を行ったところ、図１３に示すようなデータ
が得られた。この実験は、エンジン回転数Ｎｅが３００
０ｒｐｍ、正味平均有効圧力が４．５ｋｇ／ｃｍ2（走
行速度が１２０ｋｍ／ｈ）の条件下で、先の噴射時期を
１６０°ＢＴＤＣに設定するとともに、後の噴射時期を
９７°ＢＴＤＣに設定し、ＥＧＲを行なわない状態で、
燃費の改善率を調べたものである。
【０１０６】また、同様にして、燃焼室内の圧力及びク
ランク角の測定に基づきエンジンの図示平均有効圧力を
計算し、この図示平均有効圧力の気筒間のバラツキを示
す値ＣＰＩ（Coefficient of Variation of Indicate M
ean Effective Pressure）を求める実験を行ったとこ
ろ、図１４に示すようなデータが得られた。
【０１０７】これらのデータからも、ＥＧＲを行なわな
い場合に、上記燃料ｂの噴射量を総噴射量の３〜６割の
範囲内に設定することが望ましいことがわかる。
【０１０８】なお、上記データはＥＧＲを行なわない場
合のものであるが、通常、上記運転領域Ａ１を含む成層
燃焼領域ＡではＮＯｘ低減及びポンピングロス低減のた
め、排気系から吸気系への排気ガスの還流（ＥＧＲ）が
行なわれる。そして、ＥＧＲが行なわれている状態で
は、燃焼室に導入される比較的高温のＥＧＲガスで噴射
燃料が加熱されて気化、霧化が促進される反面、不活性
成分の導入により点火プラグの周囲の混合気の着火性や
燃焼性が多少低下する傾向があるので、後に噴射される
燃料ｂの割合をＥＧＲを行なわない場合の適正範囲より
ある程度多くする方が、燃料の気化、霧化の悪化を招く
ことなく燃焼効率を高めることができる。このような理
由から、図１３に示す後期噴射の割合と燃費改善率との
関係、及び図１４に示す後期噴射の割合と図示平均有効
圧力のバラツキとの関係は、ＥＧＲを行なった場合に後
期噴射割合増大側へ１〜２割程度ずれる傾向がある。
【０１０９】従って、上記運転領域Ａ１内での運転状態
の変化やＥＧＲの有無等を考慮すると後に噴射する燃料
ｂの噴射量を総噴射量の３〜８割の範囲内で調整するこ
とが望ましく、とくに、後述の図１５に示すデータから
もわかるように、ＥＧＲを行なうという条件下では後に
噴射する燃料ｂの噴射量を総噴射量の５〜８割の範囲内
に設定することが望ましい。
【０１１０】また、上記実施形態では、燃焼室４の周縁
部から斜め下方に向けて燃料が噴射されるようにインジ
ェクタ１０が設置されるとともに、ピストン３の頂部に
上記燃料が吹き付けられるキャビティ１１が形成されて
なるエンジンにおいて、圧縮行程で燃料を分割して噴射
する際に、点火プラグ９の設置部に対向したキャビティ
１１内の位置に、先に噴射された燃料ａと、後に噴射さ
れた燃料ｂとが効果的に重なり合うように燃料の噴射時
期を設定したため、上記両燃料ａ，ｂを連続的に安定し
て燃焼させることができ、先に噴射された燃料ａが燃焼
不良を起こすことに起因した燃費の悪化および着火安定
性の低下を確実に防止することができる。
【０１１１】さらに、上記実施形態では、燃焼室４内に
スワール成分とタンブル成分とを含む斜めスワールが生
成されるように吸気系が構成されてなる筒内噴射式エン
ジンにおいて、圧縮行程で燃料を分割して噴射する際
に、後に噴射された燃料ｂがピストン３の頂部に形成さ
れたキャビティ１１に捕集されるように上記燃料ｂの噴
射時期を設定したため、後に噴射された燃料ｂを上記キ
ャビティ１１内で適度にミキシングした状態で、上記点
火プラグ９の設置部に供給することができるため、上記
着火安定性を、さらに効果的に向上させることができ
る。
【０１１２】また、上記実施形態に示すように、圧縮行
程で燃料を分割して噴射する際に、先に噴射される燃料
ａの噴射開始時期と、後に噴射される燃料ｂの噴射開始
時期との間隔Ｔを２ｍｓｅｃ以上に設定した場合には、
燃料ａの噴射開始時点から燃料ｂの噴射終了時点までの
見かけ上の噴射時間を充分に確保することにより、燃料
が重なり過ぎることに起因して混合気がオーバリッチと
なるのを防止できるため、燃料の気化および霧化を効果
的に促進して、上記運転領域Ａ１における燃費の改善効
果を、さらに効果的に向上させることができる。
【０１１３】さらに、上記実施形態では、圧縮行程で燃
料を分割して噴射する際に、燃料の噴射時間、つまりイ
ンジェクタ１０に設けられたニードル弁の開弁遅れ等に
起因した無効噴射時間を除く有効噴射時間を、それぞれ
１ｍｓｅｃ以内に設定したため、上記インジェクタ１０
から燃焼室内に噴射された燃料ａ，ｂが、噴霧内部で過
度に集中するのを回避して、その気化および霧化を効果
的に促進することができる。
【０１１４】また、上記実施形態では、圧縮行程で燃料
を噴射する運転領域Ａで、エンジンの高負荷時に燃料を
分割して噴射するとともに、低負荷時に燃料を一括して
噴射するように構成し、かつ上記分割噴射時において後
に噴射される燃料ｂの噴射開始時期を、同一回転領域で
上記一括噴射を行う際における燃料の噴射開始時期に対
応させて設定し、上記後の噴射開始時期と、一括噴射の
開始時期とを略同時期に設定するように構成したため、
燃料を成層化する最適時期としてエンジン回転数に応じ
て設置された一括噴射時における燃料の噴射時期に基づ
いて上記燃料ｂの噴射を行うことにより、点火プラグ９
の周囲に、適度の空燃比を有する混合気を形成すること
ができる。上記燃料の分割噴射を行う場合、その分割回
数は二回に限られず三回以上であってもよい。
【０１１５】なお、上記実施形態では、圧縮行程で燃料
を噴射する運転領域Ａで、高負荷高回転側の運転領域Ａ
１にあるときに、燃料を分割して噴射するようにした例
について説明したが、低負荷側または低回転側いずれか
一方の運転状態にあるときにも、燃料を分割して噴射す
るように構成してもよい。この場合には、上記高負荷高
回転側の運転領域Ａ１にあるときに、低負荷側または低
回転側の運転領域に比べて燃料の噴射圧力を高めるよう
に構成することにより、燃料噴射量が比較的多いととも
に、燃料の噴射時期から点火時期までの時間が比較的に
短い上記運転領域Ａ１において噴射される燃料ａ，ｂの
噴射時間をそれぞれ短くし、これによって噴射された燃
料ａ，ｂが噴霧内部で過度に集中するのを回避してその
気化および霧化を効果的に促進できるようにすることが
望ましい。
【０１１６】また、上記圧縮行程で燃料を分割して噴射
する運転領域のうちで高負荷高回転側の運転領域にある
ときに、低負荷側または低回転側の運転領域に比べ、先
の噴射開始時期を早めるとともに、その燃料噴射量を増
大させるように構成してもよく、このように構成した場
合には、燃料噴射量が比較的多いとともに、燃料の噴射
時期から点火時期までの時間が比較的に短い高負荷高回
転側の運転領域において、先に噴射される燃料ａの噴射
開始時期を早めるとともに、先に噴射される燃料ａの噴
射量を増大させることにより、この燃料ａを効果的に拡
散させてその気化および霧化を促進することができるた
め、燃費改善効果をさらに効果的に向上させることがで
きる。
【０１１７】さらに、圧縮行程で燃料を分割して噴射す
る運転領域Ａ１で、エンジンが加速運転状態にあるとき
に、通常の運転状態に比べて先の噴射開始時期を早める
とともに、その燃料ａの噴射量を増大させるように構成
した場合には、燃料噴射量が比較的多くなるとともに、
燃料の噴射時期から点火時期までの時間が比較的に短く
なる上記加速運転状態で、先に噴射される燃料ａの噴射
開始時期を早めるとともに、先に噴射される燃料ａの噴
射量を増大させることにより、この燃料ａを効果的に拡
散させてその気化および霧化を促進することができるた
め、上記運転領域Ａ１における燃費改善効果を効果的に
向上させることができる。
【０１１８】また、上記実施形態では、上記運転領域Ａ
１で、エンジンの温間時に圧縮行程の分割噴射が行なわ
れる一方、エンジンの冷間時には、燃料が吸気行程と圧
縮行程とに分割して噴射され、かつ、点火プラグ９周囲
の混合気が理論空燃比またはこれよりリッチな状態とさ
れるとともに燃焼室全体が略理論空燃比とされる。この
ように燃焼室全体が略理論空燃比とされつつ、吸気行程
と圧縮行程とに分割して燃料が噴射されると、混合気の
後燃えが促進されること等により、触媒の暖機が促進さ
れるとともに、ＨＣ、ＮＯｘの排出量が低減される。
【０１１９】次に、圧縮行程で分割して燃料を噴射する
運転領域Ａ１の中での運転状態に応じた噴射タイミン
グ、噴射量、噴射割合及び噴射の時間間隔等の好ましい
例を、図１５に示すデータに基づいて具体的に説明す
る。
【０１２０】図１５は、上記運転領域Ａ１の中でエンジ
ン回転数及び正味平均有効圧力（Ｐｅ）を種々変えた各
運転状態において、燃料を圧縮行程で二回に分割して噴
射することとして、燃費が最良となるような噴射状態を
調べたデータを示すものである。同図（ａ）は、後の噴
射の噴射タイミング（噴射開始時期）及び噴射パルス
（噴射量）を、各運転状態を示す点の上下に並べて表示
し、同図（ｂ）は、先の噴射の噴射タイミング（噴射開
始時期）及び噴射パルス（噴射量）を、各運転状態を示
す点の上下に並べて表示し、同図（ｃ）は後の噴射の総
噴射量に対する噴射割合（流量比）を各運転状態におい
て示し、同図（ｄ）は後の噴射と先の噴射の時間間隔を
各運転状態において示している。
【０１２１】これらのデータは、噴射率が１５〜１６mm
3／msecのインジェクタを燃圧８ＭＰａにて使用し、か
つ、ＥＧＲを行なうという条件下で各運転状態において
燃費が最良となる値を実験的に求めたものである。これ
らのデータから、次のようなことがわかる。
【０１２２】すなわち、上記運転領域Ａ１内の各運転状
態において、図１５（ａ）中に示された後の噴射の噴射
パルスは同図（ｂ）中に示された先の噴射の噴射パルス
よりも大きくなっており、また、同図（ｃ）に示される
後の噴射の割合は５０％〜８０％（５割〜８割）の範囲
内となっている。ＥＧＲを行なうという条件下ではこの
ような範囲内に後の噴射の割合が設定されることによ
り、燃焼安定性及び燃焼効率を高めるような適度の成層
状態が得られて燃費が改善される。
【０１２３】上記各噴射の噴射量及び噴射割合は運転状
態に応じて変えられる。とくに、エンジン負荷の変化に
対しては先に噴射される燃料の噴射量が主に変えられ、
エンジン負荷の増大に伴って先に噴射される燃料の噴射
量が増量される。このようにすれば、上記運転領域Ａ１
内でエンジン負荷が高くなったときに、先に噴射される
燃料の噴射量の増量によってエンジン負荷に見合う燃料
の量の調整が行なわれつつ、後に噴射される燃料の噴射
量が多くなりすぎて点火プラグまわりがオーバーリッチ
になるようなことがなく、適度の成層状態が維持され
る。
【０１２４】そして、このようにエンジン負荷に応じて
先に噴射される燃料の噴射量が調整されることにより、
後に噴射される燃料の噴射割合は負荷の増大に伴って小
さくなるが、圧縮行程で燃料を分割して噴射する運転領
域の少なくとも低負荷側では、後に噴射される燃料の噴
射量が先に噴射される燃料の噴射量以上とされ、図１５
に示すデータによると圧縮行程で燃料を分割して噴射す
る運転領域の全域で、後に噴射される燃料の噴射量が先
に噴射される燃料の噴射量より多くされている。
【０１２５】なお、エンジン回転数の変化に対しては各
燃料噴射量が略一定とされるが、エンジン回転数によっ
て燃焼効率等に多少の変化があるので、先に噴射される
燃料の噴射量が多少変えられる。また、先の噴射及び後
の噴射の各噴射時間は１ｍｓｅｃ以内とされ、かつ、上
記運転領域Ａ１内でエンジン負荷が低くなると先に噴射
される燃料の噴射量が減量されるが、噴射時間が短かす
ぎるとインジェクタの制御の精度が悪くなるため、低負
荷時には、先の噴射の噴射パルス（噴射時間）は所定の
下限値（０．１５ｍｓｅｃ程度｝より小さくならないよ
うにされて、後の噴射の噴射パルスが調整されている。
【０１２６】上記各噴射の噴射タイミング及び噴射間隔
も運転状態に応じて変えられる。エンジン負荷に応じた
噴射タイミングの調整としては、先の噴射と後の噴射の
各噴射タイミングがエンジン負荷の増大に応じて進角さ
れ、これにより、噴射燃料が適度に拡散され、混合気が
オーバーリッチになることが避けられる。エンジン回転
数に応じた噴射タイミングの調整としては、先の噴射と
後の噴射の各噴射タイミングがエンジン回転数の増大に
応じて進角され、かつ、そのエンジン回転数の増大に応
じた噴射タイミングの進角量は概ね先の噴射の方が大き
くされる。こうすることにより、エンジン回転数が高く
なっても、各噴射時期から点火時期までの時間及び各噴
射の時間間隔が適度に保たれ、点火までの時間が短くな
って噴霧内で燃料が過度に集中したり、各噴射の時間間
隔が短くなって各噴射燃料が重なりあい過ぎたりするこ
とが防止される。
【０１２７】このように噴射量および噴射タイミングが
調整されることにより、上記運転領域Ａ１内の高負荷高
回転側の領域では、低負荷低回転側の運転領域と比べて
先の噴射の噴射量が増大されるとともに、その噴射タイ
ミングが進角される。ただし、先の噴射の噴射タイミン
グを進角させすぎると、噴射された燃料がピストン３の
頂部のキャビティ１１にトラップされなくなって過度に
拡散してしまうことで燃焼性が悪化するため、先の噴射
の噴射タイミングの進角は、噴射燃料がキャビティ１１
にトラップされ得る限界の時期であるトラップ限界（過
度の拡散を生じない噴射時期の進角時期）までにとどめ
る必要がある。従って、先の噴射の噴射タイミングがト
ラップ限界に近づく高回転側では、その噴射タイミング
の進角が制限されて、負荷が増大しても先の噴射の噴射
タイミングは略一定とされる。
【０１２８】なお、上記キャビティ１１による噴霧のト
ラップ性はキャビティ１１の形状やインジェクタ１０の
設置角度によって変化し、インジェクタ１０の設置角度
を大きくする程、噴射時期進み側のトラップ性が高めら
れる。そして、噴射時期進み側のトラップ性が高められ
ると、高負荷高回転側で先の噴射の噴射タイミングをよ
り大きく進角させることで燃料の気化、霧化を改善する
ことができるため、圧縮行程分割噴射の適用をより高負
荷、高回転側にシフトして、成層運転領域を拡大するこ
とができる。
【０１２９】また、先の噴射と後の噴射の時間間隔は、
運転状態に応じ、主に先の噴射の噴射タイミングが調整
されることに対応して図１５（ｄ）のように調整され
る。つまり、上記運転領域Ａ１のうちの低回転側では、
負荷の増大に伴い、先の噴射の噴射タイミングが進角さ
れることにより上記時間間隔が大きくなり、先の噴射の
噴射タイミングがトラップ限界に近づく高回転側では、
負荷の増大に対し、先の噴射の噴射タイミングの進角が
制限されることにより上記時間間隔が略一定となる。
【０１３０】このように圧縮行程の分割噴射が行なわれ
る運転領域Ａ１内で運転状態に応じて各噴射タイミン
グ、各噴射量、噴射割合及び噴射時間間隔が調整される
ことにより、適度の成層状態が得られて燃費改善効果が
高められることとなる。
【０１３１】また、上記実施形態では、成層燃焼を実行
する運転領域Ａ内で、エンジンの負荷および回転の少な
くとも一方が比較的高い運転領域Ａ１にあるときに、圧
縮行程で燃料を複数回に分割して噴射するように燃料の
噴射状態を制御するとともに、上記均一燃焼を実行する
高負荷の運転領域Ｃ内において、エンジンが低回転の運
転領域Ｃ１にあるときに、吸気行程の前期から中期にか
けての範囲内で燃料を分割して噴射するように構成した
ため、上記運転領域Ｃ１で吸気の充填量を充分に確保す
るとともに、混合気を効果的に均一化させた状態で燃焼
させることにより、燃費を低減しつつ、エンジン出力を
効果的に増大させることができる。
【０１３２】すなわち、上記高負荷低回転の運転領域Ｃ
１において、吸気行程で燃料を噴射して混合気を均一化
して燃焼させる場合、図１５の（Ｉ）に示すように、吸
気の充填量が燃料の噴射時期に応じて変化するととも
に、図１５の（II）に示すように、混合気の均一度が燃
料の噴射時期に応じて変化し、この混合気の均一度が最
適となる燃料の時期と、上記吸気の充填量が最大となる
燃料の噴射時期とが相違しているとともに、吸気の充填
効率が最大となる時期および混合気の均一度が最適とな
る噴射時期は、それぞれ吸気行程の前期から中期にかけ
ての範囲内において生じる。このため、上記吸気行程の
前期から中期にかけての範囲内で燃料を複数回に分割し
て噴射することにより、吸気の充填量が最大となる時期
と、混合気の均一度が最適となる時期とに対応させてそ
れぞれ燃料を噴射することができ、これによって燃費を
悪化させることなく、エンジン出力を効果的に増大させ
ることができる。
【０１３３】上記混合気の均一度が最適となる噴射時期
は、混合気が弱成層化される時期を挟む２つのポイント
α，βに形成されることになるが、図１５の（III）燃
料の噴射時期が遅くなるのに従って燃料の燃焼時間が短
くなる傾向があるため、上記ポイントα，βのうち遅い
方のポイントβに合わせて燃料を噴射することにより、
燃焼時間を短くしてエンジン出力を効果的に増大させる
ことができる。
【０１３４】また、上記実施形態では、均一燃焼を実行
する上記高負荷の運転領域Ｃでエンジンが高回転の運転
領域Ｃ３にあるときに、燃料の噴射開始時期を排気行程
の後半に設定し、この排気行程の後半から燃料の噴射を
開始するように構成したため、燃料の噴射時点から点火
時点までの時間を充分に確保し、燃料を確実に気化およ
び霧化した状態で燃焼させることにより、燃費を改善し
つつ、エンジン出力を効果的に増大できるという利点が
ある。しかも、上記高回転の運転領域Ｃ３では、ピスト
ン３の昇降速度が極めて早いため、排気行程の後半から
燃料の噴射を開始するように構成した場合においても、
インジェクタ１０から噴射された燃料が排気ポート６に
到達する前に、排気ポート６が排気弁８により閉止され
て燃料の吹き抜けが防止されることになる。
【０１３５】さらに、上記実施形態に示すように、燃焼
室４の周縁の吸気ポート５側から燃焼室４内に燃料が噴
射されるようにインジェクタ１０を設置した場合には、
エンジンの高負荷高回転運転領域Ｃ３で、排気行程の後
半から噴射された燃料が排気ポート８に到達するまでの
時間を充分に確保することができるため、上記燃料の吹
き抜けを、さらに効果的に防止することができる。な
お、上記燃料の吹き抜けを確実に防止するためには、燃
料の噴射方向を水平方向に対して３０°以上傾斜させる
ようにインジェクタ１０の傾斜角度θを設定することが
望ましい。
【０１３６】なお、図１６に示すように、燃焼室４の周
辺部から、燃焼室４の上部中央に臨むように設置された
点火プラグ９に向けて燃料が噴射されるようにインジェ
クタ１０を１０〜２５°の傾斜角度で設置してなるエン
ジンにおいて、成層燃焼を実行する運転領域Ａ内で、エ
ンジンの負荷および回転の少なくとも一方が比較的高い
運転領域Ａ１にあるときに、圧縮行程で燃料ａ，ｂを複
数回に分割して噴射するように構成してもよい。この場
合には、上記インジェクタ１０から２０°〜４０°程度
の比較的狭い噴霧角度で噴霧するとともに、ピストン３
の頂部において排気ポートの設置部側、つまりインジェ
クタ１０の設置部と反対側の部位に、ピストン３の周面
に燃料が付着するのを防止するためのキャビティ１１を
形成することが望ましい。
【０１３７】また、図１７に示すように、燃焼室４の上
部中央に臨むように点火プラグ９およびインジェクタ１
０が設置されるとともに、ピストン３の頂部中央にキャ
ビティ１１が形成されてなる中心噴射型のエンジンにお
いても、本発明を適用することができる。あるいはま
た、噴射燃料をトラップするためのキャビティ１１を設
けず、ピストン３の頂部を略平坦にしておいても、ピス
トン３の頂部に向けて燃料が噴射されるようにインジェ
クタ１０を配置することにより、圧縮行程でインジェク
タ１０から噴射された燃料がピストン３の頂部での反射
やピストン上方の燃焼室内に生じる気流の影響等により
点火プラグ付近に運ばれ、点火プラグ周囲に適度の空燃
比の混合気層が形成されるような成層状態とすることか
可能である。
【０１３８】これらの実施形態においても、圧縮行程で
燃料を分割して噴射する際に、先に噴射された燃料ａ
と、後に噴射された燃料ｂとが連続的に安定して燃焼す
るように、先の噴射時期と後の噴射時期とを設定するこ
とにより、先に噴射された燃料ａが燃焼不良を起こすこ
とに起因した燃費の悪化および着火安定性の低下を確実
に防止できるように構成することが望ましい。
【０１３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、燃料を
直接燃焼室内に噴射するインジェクタを備え、エンジン
が低負荷低回転の運転領域にあるときに、圧縮行程で上
記インジェクタから燃料を噴射することにより混合気を
成層化させて燃焼させる成層燃焼を実行するように構成
された筒内噴射式エンジンにおいて、上記圧縮行程噴射
を実行する運転領域内で、エンジンの負荷および回転の
少なくとも一方が比較的高い運転領域にあるときに、燃
料を複数回に分割して噴射するように燃料の噴射状態を
制御するように構成したため、先に噴射された燃料を適
度に拡散させてその気化および霧化を促進することによ
り、燃費を効果的に改善することができるとともに、後
期に噴射された燃料を点火プラグの周囲に集中させて燃
焼安定性を確保することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒内噴射式エンジンの実施形態を
示す説明図である。
【図２】上記エンジンのピストン頂部を示す平面図であ
る。
【図３】上記エンジンの制御部を示すブロック図であ
る。
【図４】上記エンジンの運転領域を示すマップである。
【図５】燃料の噴射時期を示すタイムチャートである。
【図６】燃料の噴射状態を示す説明図である。
【図７】燃料の噴射制御動作の第１行程を示すフローチ
ャートである。
【図８】燃料の噴射制御動作の第２行程を示すフローチ
ャートである。
【図９】特定の運転状態において圧縮行程の一括噴射を
行なった場合と圧縮行程の分割噴射を行なった場合とに
つき、プラグ近傍の局所空燃比、局所空燃比の変動率お
よび燃費を調べたデータを示すグラフである。
【図１０】図９のデータに関係する燃料噴射の説明図で
あって、（ａ）は圧縮行程の一括噴射で燃費最良の噴射
タイミングとした場合、（ｂ）噴射時期を進角させた場
合、（ｃ）は圧縮行程の分割噴射で燃費最良の噴射タイ
ミングとした場合を示している。
【図１１】燃費の改善率を示すグラフである。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）か各種運転状態での燃費を示
すグラフである。
【図１３】燃費の改善率と後期噴射の割合との関係を示
すグラフである。
【図１４】図示平均有効圧力のバラツキと後期噴射の割
合との関係を示すグラフである。
【図１５】圧縮行程で燃料が分割して噴射される運転領
域の中の各種状態における後の噴射の噴射タイミング及
び噴射パルス（ａ）と、先の噴射の噴射タイミング及び
噴射パルス（ｂ）と、後の噴射の噴射割合（ｃ）と、噴
射の時間間隔（ｄ）とを示す図表である。
【図１６】吸気の充填量、空燃比および燃焼時間の変化
状態を示すグラフである。
【図１７】本発明に係る筒内噴射式エンジンの別の実施
形態を示す説明図である。
【図１８】本発明に係る筒内噴射式エンジンのさらに別
の実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
３ ピストン ４ 燃焼室 ５ 吸気ポート（吸気系） ９ 点火プラグ １０ インジェクタ １１ キャビティ １８ 燃料制御手段
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３４５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３４５Ｄ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｓ ３１０Ａ (72)発明者 太田 統之 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料を直接燃焼室内に噴射するインジェ
    クタを備え、エンジンが低負荷低回転の運転領域にある
    ときに、圧縮行程で上記インジェクタから燃料を噴射す
    ることにより混合気を成層化させて燃焼させる成層燃焼
    を実行するように構成された筒内噴射式エンジンにおい
    て、上記成層燃焼を実行する運転領域内で、エンジンの
    負荷および回転の少なくとも一方が比較的高い運転領域
    にあるときに、圧縮行程で燃料を複数回に分割して噴射
    するように燃料の噴射状態を制御する燃料制御手段を備
    えたことを特徴とする筒内噴射式エンジン。
  2. 【請求項２】 上記燃料制御手段は、成層燃焼を実行す
    る運転領域内で、エンジンの負荷が比較的高く、かつ、
    エンジン回転数が比較的高い運転領域にあるときに、圧
    縮行程で燃料を複数回に分割して噴射するように燃料の
    噴射状態を制御するものであることを特徴とする請求項
    １記載の筒内噴射エンジン。
  3. 【請求項３】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する際
    に、先に噴射された燃料と、後に噴射された燃料とが連
    続的に安定して燃焼するように、燃料の噴射時期をそれ
    ぞれ設定したことを特徴とする請求項１または請求項２
    記載の筒内噴射エンジン。
  4. 【請求項４】 エンジンのシリンダ内のピストンの上方
    に形成された燃焼室の上部にインジェクタを配置し、こ
    のインジェクタから上記ピストンの頂部に向けて燃料を
    噴射するようにインジェクタの燃料噴射方向を設定した
    ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載
    の筒内噴射エンジン。
  5. 【請求項５】 燃焼室の周縁部から斜め下方に向けて燃
    料が噴射されるようにインジェクタを設置するととも
    に、ピストンの頂部に上記燃料が吹き付けられるキャビ
    ティを設けたことを特徴とする請求項４に記載の筒内噴
    射式エンジン。
  6. 【請求項６】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する際
    に、点火プラグの設置部に対向したキャビティ内の位置
    に、先に噴射された燃料と、後に噴射された燃料とが効
    果的に重なり合うように燃料の噴射時期を設定したこと
    を特徴とする請求項５記載の筒内噴射式エンジン。
  7. 【請求項７】 燃焼室内にスワール成分とタンブル成分
    とを含む斜めスワールが生成されるように吸気系が構成
    されるとともに、圧縮行程で燃料を分割して噴射する際
    に、後に噴射された燃料がピストンの頂部に形成された
    キャビティに捕集されるように燃料の噴射時期を設定し
    たことを特徴とする請求項５または請求項６記載の筒内
    噴射式エンジン。
  8. 【請求項８】 燃焼室に臨むように設置された点火プラ
    グに向けて燃焼室の周縁部から燃料が噴射されるように
    インジェクタを設置したことを特徴とする請求項１〜請
    求項３のいずれかに記載の筒内噴射エンジン。
  9. 【請求項９】 圧縮行程で燃料を噴射する運転領域で、
    エンジンの高負荷時に燃料を分割して噴射するととも
    に、低負荷時に燃料を一括して噴射するように構成し、
    かつ上記分割噴射時の後に噴射される燃料の噴射開始時
    期を、同一回転領域で上記一括噴射を行う際における燃
    料の噴射開始時期に対応させて設定したことを特徴とす
    る請求項１〜請求項８のいずれかに記載の筒内噴射エン
    ジン。
  10. 【請求項１０】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する運
    転領域で、エンジンが高負荷高回転側の運転領域にある
    ときに、低負荷側または低回転側の運転領域に比べて燃
    料の噴射圧力を高めるように構成したことを特徴とする
    請求項１〜請求項９のいずれかに記載の筒内噴射エンジ
    ン。
  11. 【請求項１１】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する運
    転領域で、エンジンが加速運転状態にあるときに、通常
    の運転状態に比べて先の噴射開始時期を早めるととも
    に、その燃料の噴射量を増大させるように構成したこと
    を特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の
    筒内噴射エンジン。
  12. 【請求項１２】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する際
    に、後に噴射される燃料の噴射量の総噴射量に対する割
    合を３〜８割の範囲内に設定したことを特徴とする請求
    項１〜請求項１１のいずれかに記載の筒内噴射エンジ
    ン。
  13. 【請求項１３】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する運
    転領域のうちの少なくとも低負荷側の領域で、後に噴射
    される燃料の噴射量を先に噴射される燃料の噴射量以上
    としたことを特徴とする請求項１２記載の筒内噴射エン
    ジン。
  14. 【請求項１４】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する運
    転領域で、排気系から吸気系へ排気ガスを還流させるよ
    うにした条件下で、後に噴射される燃料の噴射量の総噴
    射量に対する割合を５〜８割の範囲内に設定したことを
    特徴とする請求項１２記載の筒内噴射エンジン。
  15. 【請求項１５】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する際
    に、先に噴射される燃料の噴射量と後に噴射される燃料
    の噴射量との比率を運転状態に応じて変更することを特
    徴とする請求項１２〜請求項１４のいずれかに記載の筒
    内噴射エンジン。
  16. 【請求項１６】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する際
    に、エンジン負荷の増大に伴い、先に噴射される燃料の
    噴射量を増量することを特徴とする請求項１５記載の筒
    内噴射エンジン。
  17. 【請求項１７】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する運
    転領域で、エンジンが高負荷高回転側の運転領域にある
    ときに、低負荷側または低回転側の運転領域に比べて先
    の噴射開始時期を早めるとともに、その燃料噴射量を増
    大させるように構成したことを特徴とする請求項１〜請
    求項１６のいずれかに記載の筒内噴射エンジン。
  18. 【請求項１８】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する運
    転領域のうちの少なくとも低速側の領域で、圧縮行程で
    の先の噴射と後の噴射の各噴射開始時期をいずれもエン
    ジン負荷の増大に伴って進角させることを特徴とする請
    求項１〜請求項１７のいずれかに記載の筒内噴射エンジ
    ン。
  19. 【請求項１９】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する際
    に、圧縮行程での先の噴射と後の噴射の各噴射開始時期
    をいずれもエンジン回転数の増大に伴って進角させるこ
    とを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれかに記載
    の筒内噴射エンジン。
  20. 【請求項２０】 エンジン回転数に応じた噴射開始時期
    の進角量は概ね後の噴射よりも先の噴射の方が大きくな
    るようにしたことを特徴とする請求項１９記載の筒内噴
    射エンジン。
  21. 【請求項２１】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する運
    転領域のうちの高負荷高回転側の領域で、エンジン負荷
    もしくはエンジン回転数の増大に伴う先の噴射の噴射開
    始時期の進角を制限することを特徴とする請求項１７〜
    請求項２０のいずれかに記載の筒内噴射エンジン。
  22. 【請求項２２】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する運
    転領域のうちの低回転側の運転領域で、先の噴射開始時
    期と後の噴射開始時期との時間間隔を負荷の増大に伴っ
    て大きくすることを特徴とする請求項１〜請求項２１の
    いずれかに記載の筒内噴射エンジン。
  23. 【請求項２３】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する運
    転領域のうちの高回転側の運転領域では、先の噴射開始
    時期と後の噴射開始時期との時間間隔を負荷の変化に対
    して略一定としたことを特徴とする請求項２２記載の筒
    内噴射エンジン。
  24. 【請求項２４】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する際
    に、先に噴射される燃料の噴射開始時期と、後に噴射さ
    れる燃料の噴射開始時期との間隔を２ｍｓｅｃ以上に設
    定したことを特徴とする請求項１〜請求項２３のいずれ
    かに記載の筒内噴射エンジン。
  25. 【請求項２５】 圧縮行程で燃料を分割して噴射する際
    に、燃料の噴射時間をそれぞれ１ｍｓｅｃ以内に設定し
    たことを特徴とする請求項１〜請求項２４のいずれかに
    記載の筒内噴射エンジン。
  26. 【請求項２６】 エンジンの温間時に、成層燃焼を実行
    する運転領域内においてエンジンの負荷および回転の少
    なくとも一方が比較的高い運転領域で、圧縮行程で燃料
    を複数回に分割して噴射するように燃料の噴射状態を制
    御するとともに、当該運転領域でエンジンの冷間時には
    燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射するように
    燃料の噴射状態を制御することを特徴とする請求項１〜
    請求項２５のいずれかに記載の筒内噴射エンジン。
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