JP2021021340A - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘの排出量を低減する。【解決手段】エンジン１の燃料噴射制御装置は、スワール発生部（スワールコントロール弁５６）と、多噴孔の燃料噴射部（インジェクタ６）と、点火部（点火プラグ２５）と、制御部（ＥＣＵ１０）と、を備える。燃料噴射部は、理論空燃比よりもリーンな混合気を形成し、点火部の点火によって、一部の混合気は火炎伝播を伴う燃焼を開始し、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼する。燃料噴射部の第１噴孔から出た第１噴霧と第２噴孔から出た第２噴霧とは、スワール流によって互いに遠ざかる。燃料噴射部は、制御信号を受けて、吸気行程において、第１噴射、及び、第２噴射を順番に実行し、制御部は、第２噴射の噴射量を、第１噴射の噴射量よりも多くする。【選択図】図１０

Description

ここに開示する技術は、エンジンの燃料噴射制御装置に関する。

特許文献１及び特許文献２には、エンジンの燃料噴射装置が記載されている。この装置は、燃焼室の中のスワール流に向けて複数の噴霧を噴射する。複数の噴霧の一部は、スワール流によって互いに遠ざかり、そのことによって、均質かつリーンな混合気の領域が、燃焼室の中に形成される。複数の噴霧の一部は、スワール流によって互いに近づき、そのことによって、相対的にリッチな混合気の領域が、燃焼室の中に形成される。この装置は、燃焼室の中に、リーンな混合気の領域とリッチな混合気の領域とを形成できる。

前記装置を備えたエンジンは、いわゆるＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグが燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って火炎伝播を伴う燃焼を開始させると共に、その燃焼による発熱及び／又は圧力上昇によって、未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。前記の燃料噴射装置は、燃焼室の中の点火プラグの近くにリッチな混合気の領域を形成し、その周囲にリーンな混合気の領域を形成する。点火プラグがリッチな混合気に点火を行うことによって、火炎伝播を伴う燃焼が安定する。そして、リーンな混合気が所望のタイミングで自己着火により燃焼する。前記の燃料噴射装置は、特にエンジンの負荷が低い場合に、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定させる。

特開２０１９−０３９３５９号公報 特開２０１９−０３９３６０号公報

ところが、本願発明者らは、特許文献１及び特許文献２に記載されている燃料噴射装置は、エンジンの負荷が高くなるとＮＯｘの排出量が増えることに気づいた。

ここに開示する技術は、ＮＯｘの排出量を低減する。

本願発明者らはまず、特許文献１及び特許文献２に記載されている燃料噴射装置において、燃料噴射の開始タイミングを早めてみた。燃料噴射の開始タイミングを早めると、燃焼室の中に燃料が噴射されてから、点火プラグが点火を行うまでの時間が長くなる。時間が長くなると、燃料が燃焼室の中で拡散できるから、過濃な混合気が減ると予想される。

しかしながら、燃料噴射の開始タイミングを早めても、ＮＯｘの排出量は減らなかった。本願発明者らの検討によると、燃料噴射の開始タイミングを早めても、点火プラグの近くに、想定以上にリッチな混合気が形成されることがわかった。つまり、複数の噴霧が集合することによってリッチな混合気が形成されると、その混合気は、時間がたっても、あまり拡散しない。

そこで、本願発明者らは、様々な噴射パラメータを変えながら検討を繰り返した。その結果、本願発明者らは、過濃な混合気を減らすことができる燃料の噴射態様を見出した。ここに開示する技術は、本願発明者らの新たな知見に基づいて完成したものである。

具体的にここに開示する技術は、エンジンの燃料噴射制御装置に係る。この燃料噴射制御装置は、
燃焼室を形成するシリンダを有するエンジンと、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中にスワール流を発生させるスワール発生部と、
前記エンジンに取り付けられかつ、噴孔を通じて前記燃焼室の中に燃料を噴射する多噴孔の燃料噴射部と、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火する点火部と、
前記スワール発生部、前記燃料噴射部、及び、前記点火部に接続されかつ、前記スワール発生部、前記燃料噴射部、及び、前記点火部に制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記燃料噴射部は、前記制御信号を受けて、理論空燃比よりもリーンな混合気を、前記燃焼室の中に形成し、
前記点火部は、前記制御信号を受けて、所定のタイミングで前記リーンな混合気に点火し、それによって、一部の混合気は火炎伝播を伴う燃焼を開始し、その後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼し、
前記燃料噴射部は、少なくとも第１噴孔、及び、第２噴孔を有しかつ、前記第１噴孔から出た第１噴霧と前記第２噴孔から出た第２噴霧とは、前記スワール流によって互いに遠ざかり、
前記燃料噴射部は、前記制御信号を受けて、吸気行程において、第１噴射、及び、第２噴射を順番に実行し、
前記制御部は、前記第２噴射の噴射量を、前記第１噴射の噴射量よりも多くする。

この構成によると、第１噴孔から出た第１噴霧と、第２噴孔から出た第２噴霧とは、スワール流によって互いに遠ざかる。第１噴霧と第２噴霧とは、燃焼室の中で拡散する。

燃料噴射部は、第１噴射及び第２噴射を行う。燃料噴射部が分割噴射を行うことによって、噴射一回当たりの燃料量は少ない。各噴射によって形成される混合気は、燃料が過濃になり難い。

燃料噴射部はまた、吸気行程において分割噴射を行う。燃料が噴射されてから点火部が混合気に点火するまでの時間が長い。その間に、燃料が拡散する。

さらに、吸気行程が進むと、ピストンの下降速度が高くなる。ピストンの下降速度が高いと、燃焼室の中のガスの流動が強い。ここでいうガスの流動は、スワール流を含み、吸気行程が進むと、スワール流が強くなる。第２噴射は、第１噴射よりも開始タイミングが遅いため、第２噴射の燃料は、強い流動によって拡散させることができる。

これらの結果、点火のタイミングにおいて、燃焼室の中に過濃な混合気は少ない。過濃な混合気が少ないため、燃焼温度が下がる。前記構成のエンジンの燃料噴射制御装置は、ＮＯｘの排出量が低減する。

また、混合気は、燃焼室の全体における平均の空燃比が理論空燃比よりもリーンである。エンジンは、リーンな混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させるため、熱効率が高い。このエンジンを搭載した自動車は、燃費性能に優れると共に、排出ガス性能に優れる。

前記制御部は、前記エンジンの負荷が第１負荷以上の場合に、前記第２噴射の噴射量を、前記第１噴射の噴射量よりも多くする、としてもよい。

エンジンの負荷が高くなると、１サイクル当たりの要求燃料量が増える。第１噴射及び第２噴射の燃料量も、エンジンの負荷が高くなると増える。制御部は、エンジンの負荷が高くなると、第２噴射の噴射量を、第１噴射の噴射量よりも多くする。多くの燃料を、ガスの強い流動によって拡散できる。ＮＯｘの排出量が低減する。

前記制御部は、前記エンジンの負荷が第２負荷（但し、第２負荷＜第１負荷）未満の場合は、前記第１噴射の噴射量を、前記第２噴射の噴射量以上にする、としてもよい。

第１噴射の燃料は、点火までの長い時間を利用して拡散できる。エンジンの負荷が低い場合に、第１噴射の噴射量を相対的に多くすれば、点火までの長い時間を利用して、多くの燃料を拡散できる。ＮＯｘの排出量が低減できる。

前記制御部は、前記エンジンの負荷が前記第２負荷以上でかつ、前記第１負荷未満の場合は、前記エンジンの負荷が高くなるに従い、１サイクル当たりの全要求燃料量に対する第１噴射の噴射量の割合を減らしかつ、前記第２噴射の噴射量の割合を増やす、としてもよい。

１サイクル当たりの要求燃料量が増えるに従い、第２噴射の噴射量の割合が増えることによって、過濃な混合気の領域の形成を効果的に抑制できる。

前記燃料噴射部は、前記制御信号を受けて、吸気行程において、前記第２噴射の後に、第３噴射を実行し、
前記制御部は、前記第３噴射の噴射量を、前記第１噴射の噴射量よりも少なくする、としてもよい。

第３噴射の開始タイミングは遅いため、第３噴射から点火までの時間は短い。第３噴射の噴射量を少なくすることによって、過濃な混合気の領域の形成が抑制できる。ＮＯｘの排出量が低く抑えられる。

前記制御部は、前記第３噴射の噴射量を、前記第２噴射の噴射量よりも少なくする、としてもよい。

開始タイミングが遅い第３噴射の噴射量を少量にすることで、過濃な混合気の領域の形成が抑制できる。

前記制御部は、前記エンジンの負荷が第３負荷以下の場合は、前記第２噴射の噴射量と前記第３噴射の噴射量とを等しくする、としてもよい。

エンジンの負荷が第３負荷以下である低負荷時には、第２噴射の噴射量と第３噴射の噴射量とを共に少なくし、第１噴射の噴射量を多くする。これにより、点火までの長い時間を利用して燃料を拡散できる。過濃な混合気の領域の形成が抑制できて、ＮＯｘの排出量が低く抑えられる。尚、第３負荷は、前記第２負荷と同じでもよい。

前記制御部は、１サイクル当たりの全要求燃料量に対する第３噴射の噴射量の割合を、前記エンジンの負荷の変化に対して一定に維持する、としてもよい。

第３噴射の噴射量を少量に維持することで、過濃な混合気の領域の形成が抑制できる。

前記燃料噴射部は、１サイクル当たりの全要求燃料量を、吸気行程中に噴射する、としてもよい。

吸気行程中に全燃料の噴射を終了すると、噴射の終了から点火部が混合気に点火するまでの時間が長い。その間に、燃料が拡散するから、点火のタイミングにおいて、過濃な混合気の領域の形成が抑制できる。

前記エンジンは、前記燃焼室の中にタンブル流を発生させる吸気ポートを有し、
前記スワール発生部は、前記エンジンの吸気通路に設けられたスワールコントロール弁を有し、前記スワールコントロール弁を閉じることにより、前記シリンダの中心軸に対して傾いた斜めスワール流を発生させ、
前記燃料噴射部の噴孔は、前記燃焼室の天井部における中心部に配置され、
前記燃料噴射部は、複数の噴孔を通じて放射状にかつ同時に、前記斜めスワール流に向けて、燃料を噴射する、としてもよい。

この構成によると、燃料噴射部の各噴孔から出た燃料噴霧が、斜めスワール流に到達する位置、及び、到達するまでの時間が、燃料噴霧毎に異なる。各燃料噴霧が斜めスワール流に乗って流れることにより、燃料噴霧が拡散する。

前記スワール発生部は、前記制御信号を受けて、２以上６以下のスワール比のスワール流を発生させ、
前記燃料噴射部は、前記スワール流に向けて、３０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下の圧力の燃料を噴射する、としてもよい。

スワール発生部が２以上６以下の、比較的強いスワール流を発生させると、燃料噴霧が強いスワール流によって有効に拡散する。また、燃料の圧力が低すぎると、燃料噴霧がスワール流に到達しない。燃料の圧力が高すぎると、燃料噴霧がスワール流を通り抜ける。燃料の圧力が３０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下であれば、燃料噴霧はスワール流に乗る。

前記制御部は、前記火炎伝播を伴う燃焼の燃焼量を調節することによって、前記自己着火のタイミングを調節する、としてもよい。

自己着火による燃焼は、燃焼室の中の温度の影響を受ける。燃焼室の中の温度が変わると、自己着火のタイミングが変わる。火炎伝播を伴う燃焼の燃焼量を調節することによって、燃焼室の中の温度のばらつきを吸収できる。火炎伝播を伴う燃焼の燃焼量を調節すると、未燃混合気が適切なタイミングに自己着火する。エンジンの燃焼が安定すると共に、エンジンの熱効率が向上する。

前記制御部は、前記エンジンの負荷が高くなるに従い、前記第１噴射の開始タイミングを遅くする、としてもよい。

１サイクル当たりの要求燃料量が増えるに従い、第１噴射の開始タイミングが遅くなるため、ガスの強い流動を利用して，第１噴射の燃料を拡散できる。過濃な混合気の領域の形成を効果的に抑制できる。

前記燃料噴射部は、第３噴孔、及び、第４噴孔をさらに有しかつ、前記第１噴孔から出た第１噴霧と前記第２噴孔から出た第２噴霧とは、前記スワール流によって互いに遠ざかり、前記第３噴孔から出た第３噴霧と前記第４噴孔から出た第４噴霧とは、前記スワール流によって互いに近づき、それによって、前記燃焼室の中に、第１領域と、前記第１領域の混合気よりもリッチな混合気の第２領域とが形成される、としてもよい。

燃料噴射部が噴射する燃料の噴霧の内、第１噴孔から出た第１噴霧と、第２噴孔から出た第２噴霧とは、前述したように、スワール流によって互いに遠ざかる。第１噴霧と第２噴霧とは、燃焼室の中で拡散し、第１領域を形成する。

第３噴孔から出た第３噴霧と、第４噴孔から出た第４噴霧とは、スワール流によって互いに近づく。第３噴霧と第４噴霧とは、燃焼室の中で集合し、第１領域の混合気よりもリッチな混合気の第２領域を形成する。尚、前述したように、混合気は、燃焼室の全体における平均の空燃比が理論空燃比よりもリーンである。

点火部は、リッチな混合気に安定して点火できる。当該混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始する。その後、相対的にリーンな混合気が自己着火により燃焼する。前述したように、過濃な混合気は少ないため、前記構成のエンジンの燃料噴射制御装置は、ＮＯｘの排出量が低減する。

前記燃料噴射部は、前記制御信号を受けて、前記第１噴射、及び、前記第２噴射を、噴射間隔を空けながら順番に実行し、
前記第１噴射によって形成される第２領域と、前記第２噴射によって形成される第２領域とは、前記燃焼室の中の位置が互いにずれている、としてもよい。

燃料噴射部が第１噴射と第２噴射とを行うと、各噴射によって、第１領域と、リッチな混合気の第２領域とが形成される。各噴射によって形成される第２領域は、スワール流に乗って移動する。燃料噴射部が第１噴射と第２噴射とを続けて行わないため、第１噴射によって形成される第２領域と、第２噴射によって形成される第２領域とは、燃焼室の中で重ならない。混合気の燃料濃度が過濃になり難い。

また、燃料噴射部が分割噴射を行うことによって、噴射一回当たりの燃料量は少ない。各噴射によって形成される第２領域の混合気は、燃料が過濃になり難い。

燃焼室の中には、相対的にリーンな混合気の領域と、相対的にリッチな、但し、リッチ過ぎない混合気の領域とが形成される。点火部は、リッチな混合気に安定して点火し、その後、リーンな混合気が自己着火により安定して燃焼する。前記構成のエンジンの燃料噴射制御装置は、エンジンの燃焼安定性が高まると共に、ＮＯｘの排出量が低減する。

前記制御部は、前記エンジンが、予め設定された、低回転低負荷の特定運転状態にある場合に、前記燃料噴射部に前記第１噴射、及び、前記第２噴射を実行させることにより、理論空燃比よりもリーンな混合気を前記燃焼室の中に形成させる、としてもよい。

混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにする場合に、前述したように、燃料噴射部が、リーンな混合気の領域と、リッチな混合気の領域とを形成すると、点火部がリッチな混合気に安定して点火できかつ、リーンな混合気が安定して自己着火する。

また、エンジンの運転状態が低回転低負荷の特定運転状態にある場合に、混合気が理論空燃比よりもリーンであれば、エンジンの燃費性能が向上すると共に、排出ガス性能が向上する。

以上説明したように、エンジンの燃料噴射制御装置は、ＮＯｘの排出量を低減できる。

図１は、燃料噴射制御装置を備えたエンジンを例示する構成図である。 図２は、燃焼室を例示する図であり、上図は、燃焼室の平面図、下図はII−II線断面図である。 図３は、燃焼室及び吸気通路を例示する平面図である。 図４は、エンジンの制御装置を例示するブロック図である。 図５は、エンジンの制御マップを例示する図であり、上図は温間時の制御マップ、中図は半暖機時の制御マップ、及び、下図は冷間時の制御マップである。 図６は、スワール流を利用した混合気の形成の様子を例示する説明図である。 図７は、スワール流を利用した混合気の形成の様子を例示する説明図である。 図８は、燃料の噴射態様を変えた場合の、空燃比と空燃比の頻度分布との関係を例示する図、及び、燃焼室内の燃料の濃度分布のコンター図である。 図９の上図は、燃料量の変化に対する、吸気弁の開弁時期及び排気弁の閉弁時期のマップ、中図は、燃料量の変化に対する、第１噴射、第２噴射及び第３噴射の開始タイミングのマップ、下図は、燃料量の変化に対する、第１噴射、第２噴射及び第３噴射の噴射割合のマップを例示する図である。 図１０は、低負荷時、中負荷時、及び、高負荷時のそれぞれにおいて、燃料の噴射タイミングと点火タイミングとを例示するタイミングチャートである。 図１１は、ＥＣＵが実行するエンジンの制御のフローチャートである。

以下、エンジンの燃料噴射制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジン、及び、燃料噴射制御装置は例示である。

図１は、エンジンを例示する図である。図２は、エンジンの燃焼室を例示する図である。図３は、燃焼室及び吸気通路を例示する図である。尚、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２及び図３における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図４は、エンジンの制御装置を例示するブロック図である。

エンジン１は、燃焼室１７を有している。燃焼室１７は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返す。エンジン１は、４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって自動車は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。燃料は、例えばバイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。

（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とを備えている。シリンダヘッド１３は、シリンダブロック１２の上に載置される。

シリンダブロック１２に、複数のシリンダ１１が形成されている。エンジン１は、多気筒エンジンである。図１及び図２では、一つのシリンダ１１のみを示す。

各シリンダ１１には、ピストン３が内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１の内部を往復動する。ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３は、燃焼室１７を形成する。尚、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する。

シリンダヘッド１３の下面は、燃焼室１７の天井部を構成する。天井部は、図２の下図に示すように、二つの傾斜面によって構成されている。燃焼室１７は、いわゆるペントルーフ型である。

ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹んでいる。キャビティ３１は、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側にずれている。

エンジン１の幾何学的圧縮比は、１０以上３０以下に設定されている。後述するようにエンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱及び／又は圧力上昇によって、ＣＩ燃焼をコントロールする。エンジン１は、圧縮着火式エンジンである。このエンジン１は、ピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度を高める必要がない。エンジン１の幾何学的圧縮比は低い。幾何学的圧縮比が低いと、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン１の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様であれば、１４〜１７とし、ハイオク仕様であれは、１５〜１８としてもよい。尚、レギュラー燃料は、オクタン価が９１程度の低オクタン価燃料である。ハイオク燃料は、オクタン価が９６程度の高オクタン価燃料である。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、図３に示すように、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２を有している。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、燃焼室１７の中にタンブル流が発生するような形状を有している。

吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、吸気ポート１８を開閉する。動弁機構は、吸気弁２１を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。図４に示すように、動弁機構は、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気弁２１の開弁角は変化しない。吸気弁２１の開弁角は、例えば２４０°ＣＡである。尚、動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有してもよい。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、図３に示すように、第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２を有している。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。

排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、排気ポート１９を開閉する。動弁機構は、排気弁２２を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。図４に示すように、動弁機構は、排気電動Ｓ−ＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気弁２２の開弁角は変化しない。排気弁２２の開弁角は、例えば２４０°ＣＡである。尚、動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有してもよい。

吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスが燃焼室１７の中に導入される。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ６は、燃料噴射部の一例である。インジェクタ６は、燃焼室１７の天井部の中心部に配設されている。より詳細に、インジェクタ６はペントルーフの谷部に配設されている。図２に示すように、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に位置している。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２とキャビティ３１の中心とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致してもよい。その構成の場合において、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の中心とは一致してもよい。

インジェクタ６は、複数の噴孔を有する多噴孔型である。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃焼室１７の天井部の中央部から放射状にかつ、斜め下向きに、燃料を噴射する。インジェクタ６は、この構成例においては、十個の噴孔を有している。十個の噴孔は、周方向に等角度間隔に配置されている。

インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留する燃料タンク６３と、燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２は、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いにつないでいる。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を送る。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から送られた燃料を蓄える。コモンレール６４の中は高圧である。インジェクタ６は、コモンレール６４につながっている。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４の中の高圧の燃料が、インジェクタ６の噴孔から燃焼室１７の中に噴射される。この構成例の燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給できる。燃料供給システム６１の最高圧力は、例えば２００ＭＰａとしてもよい。燃料供給システム６１は、燃料の圧力を、エンジン１の運転状態に応じて変えてもよい。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、点火部の一例である。点火プラグ２５は、図２に示すように、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、２つの吸気ポート１８の間に位置している。点火プラグ２５の電極は、燃焼室１７の中に臨んでいる。尚、点火プラグ２５は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ２５は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配置してもよい。

エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。燃焼室１７に導入する吸気のガスは、吸気通路４０の中を流れる。吸気通路４０の上流端部には、エアクリーナー４１が配設されている。吸気通路４０の下流端の近くには、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、シリンダ１１毎に分岐している。

吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度が変わることによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調節する。

吸気通路４０にはまた、スロットル弁４３の下流に、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入する吸気のガスの圧力を高める。この構成例において、過給機４４は、エンジン１によって駆動される。過給機４４は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式である。

過給機４４とエンジン１との間には、電磁クラッチ４５が介設している。電磁クラッチ４５は、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達する状態と、駆動力の伝達を遮断する状態とを切り替える。後述するＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５に制御信号を出力することによって、過給機４４はオン又はオフになる。

吸気通路４０における過給機４４の下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４が圧縮した吸気のガスを冷却する。インタークーラー４６は、水冷式又は油冷式である。

吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、吸気通路４０における過給機４４の上流部とインタークーラー４６の下流部とを互いに接続する。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスする。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れるガスの流量を調節する。

ＥＣＵ１０は、過給機４４がオフの場合に、エアバイパス弁４８を全開にする。吸気通路４０を流れる吸気のガスは、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に至る。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。

過給機４４がオンの場合、エンジン１は過給状態で運転する。ＥＣＵ１０は、過給機４４がオンの場合に、エアバイパス弁４８の開度を調節する。過給機４４及びインタークーラー４６を通過した吸気のガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流に戻る。ＥＣＵ１０がエアバイパス弁４８の開度を調節すると、燃焼室１７に導入する吸気のガスの圧力が変わる。尚、「過給」とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える状態をいい、「非過給」とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる状態をいう、と定義してもよい。

エンジン１は、燃焼室１７内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、図３に示すように、吸気通路４０に取り付けられたスワールコントロール弁５６を有している。吸気通路４０は、第１吸気ポート１８１につながるプライマリ通路４０１と、第２吸気ポート１８２につながるセカンダリ通路４０２とを有している。スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路４０２に配設されている。スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路４０２の断面を絞ることができる開度調節弁である。スワールコントロール弁５６の開度が小さいと、第１吸気ポート１８１から燃焼室１７に流入する吸気の流量が多くかつ、第２吸気ポート１８２から燃焼室１７に流入する吸気の流量が少ないから、燃焼室１７内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁５６の開度が大きいと、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２のそれぞれから燃焼室１７に流入する吸気の流量が、略均等になるから、燃焼室１７内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁５６を全開にすると、スワール流は発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図３における反時計回り方向に周回する。

前述したように、エンジン１の吸気ポート１８はタンブルポートであるため、スワールコントロール弁５６を閉じると、燃焼室１７の中には、タンブル成分とスワール成分とを含んだ斜めスワール流が発生する。斜めスワール流は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して傾いたスワール流である（図６参照）。斜めスワール流の傾斜角度は、中心軸Ｘ１に直交する面に対して４５°程度が一般的である。傾斜角度は、３０°〜６０°の範囲で設定してもよい。

エンジン１の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。燃焼室１７から排出された排気ガスは、排気通路５０の中を流れる。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐している。

排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。これらの触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。

吸気通路４０と排気通路５０との間には、ＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させる通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における二つの触媒コンバーターの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０における過給機４４の上流部に接続されている。

ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、排気ガスを冷却する。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスの流量を調節する。ＥＧＲ弁５４は、外部ＥＧＲガスの還流量を調節する。

（エンジンの制御装置の構成）
エンジンの制御装置は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、制御部の一例である。ＥＣＵ１０は、図４に示すように、マイクロコンピュータ１０１と、メモリ１０２と、Ｉ／Ｆ回路１０３と、を備えている。マイクロコンピュータ１０１は、プログラムを実行する。メモリ１０２は、プログラム及びデータを格納する。メモリ１０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）である。Ｉ／Ｆ回路１０３は、電気信号の入出力を行う。

ＥＣＵ１０には、図１及び図４に示すように、各種のセンサＳＷ１−ＳＷ１１が接続されている。センサＳＷ１−ＳＷ１１は、信号をＥＣＵ１０に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。

エアフローセンサＳＷ１は、吸気通路４０を流れる新気の流量を計測する。エアフローセンサＳＷ１は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されている
第１吸気温度センサＳＷ２は、吸気通路４０を流れる新気の温度を計測する。第１吸気温度センサＳＷ２は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されている
第２吸気温度センサＳＷ３は、燃焼室１７に導入される吸気のガスの温度を計測する。第２吸気温度センサＳＷ３は、サージタンク４２に取り付けられている
吸気圧センサＳＷ４は、燃焼室１７に導入される吸気のガスの圧力を計測する。吸気圧センサＳＷ４は、サージタンク４２に取り付けられている
筒内圧センサＳＷ５は、各燃焼室１７内の圧力を計測する。筒内圧センサＳＷ５は、シリンダ１１毎に、シリンダヘッド１３に取り付けられている
水温センサＳＷ６は、冷却水の温度を計測する。水温センサＳＷ６は、エンジン１に取り付けられている
クランク角センサＳＷ７は、クランクシャフト１５の回転角を計測する。クランク角センサＳＷ７は、エンジン１に取り付けられている
アクセル開度センサＳＷ８は、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する。アクセル開度センサＳＷ８は、アクセルペダル機構に取り付けられている
吸気カム角センサＳＷ９は、吸気カムシャフトの回転角を計測する。吸気カム角センサＳＷ９は、エンジン１に取り付けられている
排気カム角センサＳＷ１０は、排気カムシャフトの回転角を計測する。排気カム角センサＳＷ１０は、エンジン１に取り付けられている
燃圧センサＳＷ１１は、インジェクタ６に供給する燃料の圧力を計測する。燃圧センサＳＷ１１は、燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられている。

ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１−ＳＷ１１の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断する。ＥＣＵ１０はまた、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶されている。

ＥＣＵ１００は、制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、及び、スワールコントロール弁５６に出力する。

（ＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプト）
エンジン１は、燃費の向上及び排出エミッション性能の向上を主目的として、所定の運転状態にある場合に、圧縮自己着火による燃焼を行う。圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、次のような燃焼形態である。つまり、点火プラグ２５が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりＳＩ燃焼を開始する。ＳＩ燃焼の開始後、（１）ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなりかつ、（２）火炎伝播により燃焼室１７の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする（図１０の燃焼波形１０１５、１０２５、１０３５も参照）。

ＳＩ燃焼の燃焼量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収できる。ＥＣＵ１０が点火タイミングを調節することによって、ＳＩ燃焼の燃焼量が調節される。ＥＣＵ１０が点火タイミングを調節すれば、混合気は目標のタイミングで自己着火する。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼の燃焼量がＣＩ燃焼の開始タイミングをコントロールしている。

（エンジンの運転領域）
図５は、エンジン１の制御マップ５０１、５０２、５０３を例示している。制御マップ５０１、５０２、５０３は、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。ＥＣＵ１０は、制御マップ５０１、５０２、５０３に基づいて、エンジン１を運転する。制御マップは、第１制御マップ５０１、第２制御マップ５０２、及び、第３制御マップ５０３の三種類の制御マップを含んでいる。ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の壁温（又はエンジン水温）及び吸気の温度それぞれの高低に応じて、第１制御マップ５０１、第２制御マップ５０２、及び、第３制御マップ５０３の中から選択した制御マップを、エンジン１の制御に用いる。

ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の壁温が第１壁温（例えば８０℃）以上でかつ、吸気の温度が第１吸気温（例えば５０℃）以上の場合、第１制御マップ５０１を選択する。第１制御マップ５０１は、エンジン１の温間時のマップである。

燃焼室１７の壁温が第１壁温未満、第２壁温（例えば３０℃）以上でかつ、吸気温が第１吸気温未満、第２吸気温（例えば２５℃）以上の場合、ＥＣＵ１０は、第２制御マップ５０２を選択する。第２制御マップ５０２は、エンジン１の半暖機時のマップである。燃焼室１７の壁温が第２壁温未満、又は、吸気温が第２吸気温未満の場合、ＥＣＵ１０は、第３制御マップ５０３を選択する。第３制御マップ５０３は、エンジン１の冷間時のマップである。

尚、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の壁温に代えて、例えば水温センサＳＷ６が計測するエンジン１の冷却水の温度に基づいて制御マップ５０１、５０２、５０３を選択してもよい。また、ＥＣＵ１０は、各種の計測信号に基づいて、燃焼室１７の壁温を推定できる。吸気温は、第２吸気温度センサＳＷ３によって計測される。また、ＥＣＵ１０は、吸気温を、各種の計測信号に基づいて推定してもよい。

各マップ５０１、５０２、５０３は、エンジン１の負荷及びエンジン１の回転数によって規定されている。第１制御マップ５０１は、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、領域Ａ４、及び、領域Ａ５の五つの領域に分かれる。領域Ａ１は、Ｎａよりも回転数が低い領域である。エンジン１のアイドル運転は、領域Ａ１に含まれる。領域Ａ２は、Ｎｂよりも回転数が高い領域である。領域Ａ３は、回転数がＮａからＮｂまでの領域のうち、負荷がＬａよりも低い領域である。領域Ａ４は、回転数がＮａからＮｂまでの領域のうち、負荷がＬａ以上の領域である。尚、Ｌａは、エンジン１の最高負荷の１／２負荷としてもよい。領域Ａ５は、領域Ａ３内において、低負荷側の特定の領域である。領域Ａ５は、エンジン１の全運転領域において、低回転低負荷の特定領域に相当する。尚、ここでいう「低回転」は、エンジン１の全運転領域を低回転側と高回転側とに二等分した場合の、低回転側に対応する。「低負荷」は、エンジン１の全運転領域を低負荷側と高負荷側とに二等分した場合の、低負荷側に対応する。

エンジン１の負荷及び回転数によって定まる運転状態が、領域Ａ１内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。混合気の空燃比は、三元触媒５１１、５１３の浄化ウインドウに含まれればよい。尚、空燃比は、燃焼室１７の全体における平均の空燃比である。エンジン１の運転状態が、領域Ａ２内にある場合も、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。

エンジン１の運転状態が、領域Ａ３内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン１の運転状態が領域Ａ３内にある場合、過給機４４はオフである。エンジン１の運転状態が、領域Ａ４内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン１の運転状態が領域Ａ４内にある場合、過給機４４はオンである。

エンジン１の運転状態が、領域Ａ５内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンである。燃焼室１７の全体における平均の空燃比は、具体的には、３０以上４０以下である。エンジン１の運転状態が領域Ａ５内にある場合、過給機４４はオフである。また、エンジン１の運転状態が領域Ａ５内にある場合、ＥＣＵ１０はまた、吸気弁２１及び排気弁２２が共に開弁するオーバーラップ期間を設ける。内部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に導入される。これにより、燃焼室１７の中の温度が高くなる。エンジン１の負荷が低い領域Ａ５において、燃焼室１７の中の温度が高いことによりＳＰＣＣＩ燃焼のＣＩ燃焼が安定化する。尚、以下においては、領域Ａ５を、ＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５と呼ぶ。エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５内にある場合の、燃料噴射制御の詳細は、後述する。

第２制御マップ５０２は、領域Ｂ１、領域Ｂ２、領域Ｂ３、及び、領域Ｂ４の四つの領域に分かれる。領域Ｂ１は、Ｎａよりも回転数が低い領域であり、第１制御マップ５０１の領域Ａ１に対応する。領域Ｂ２は、Ｎｂよりも回転数が高い領域であり、第１制御マップ５０１の領域Ａ２に対応する。領域Ａ３は、回転数がＮａからＮｂまでの領域のうち、負荷がＬａよりも低い領域であり、第１制御マップ５０１の領域Ａ３に対応する。領域Ｂ４は、回転数がＮａからＮｂまでの領域のうち、負荷がＬａ以上の領域であり、第１制御マップ５０１の領域Ａ４に対応する。第２制御マップ５０２は、第１制御マップ５０１の領域Ａ５に対応する領域を有していない。温度が低いとリーンな混合気のＳＰＣＣＩ燃焼が不安定になるためである。

エンジン１の運転状態が、領域Ｂ１内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。エンジン１の運転状態が、領域Ｂ２内にある場合も、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。エンジン１の運転状態が、領域Ｂ３内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン１の運転状態が領域Ｂ３内にある場合、過給機４４はオフである。エンジン１の運転状態が、領域Ｂ４内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン１の運転状態が領域Ｂ４内にある場合、過給機４４はオンである。

第３制御マップ５０３は、領域Ｃ１のみを有している。領域Ｃ１は、エンジン１の全運転領域に広がる。エンジン１の運転状態が、領域Ｃ１内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うように、エンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。

（燃料噴射の基本制御）
前述したように、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５内にある場合、エンジン１は、理論空燃比よりもリーンな混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる。点火プラグ２５が点火を行うタイミングで、点火プラグ２５の近くにリッチな混合気の領域を形成し、その周囲にリーンな混合気の領域を形成することが好ましい。そうすれば、点火プラグ２５がリッチな混合気に安定して着火を行うことができ、かつ、リーンな未燃混合気が安定して自己着火できる。リッチな混合気は、空燃比Ａ／Ｆが例えば２０以上３５以下であり、リーンな混合気は、Ａ／Ｆが例えば３５以上５０以下である。

そこで、エンジン１は、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５内にある場合に、スワール流を利用して、燃焼室１７の中に、リーンな混合気の第１領域と、リッチな混合気の第２領域とを形成する。尚、第１領域は、均質又は略均質である。尚、以下の説明において「均質」は、「均質」及び「略均質」の両方を含む。ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５内にある場合に、スワールコントロール弁５６の開度を、例えば全閉にする。

図６は、燃焼室１７の中に噴射した燃料の噴霧が、スワール流に乗って流れる様子を示している。図６の左端のステップ６００の図は、インジェクタ６が燃料を噴射する前の燃焼室１７の中を示す図である。同図に矢印で示すように、燃焼室１７の中には、タンブル成分とスワール成分とを含んだ斜めスワール流が発生している。斜めスワール流は、燃焼室１７の排気側の上部を通ってエンジン１のフロント側を斜め下向きに大きく旋回する。斜めスワール流はまた、燃焼室１７の吸気側の下部を通って、エンジン１のリヤ側を斜め上向きに大きく旋回し、燃焼室１７の排気側の上部に戻る。

符号Ｄは、燃焼室１７の内部を、エンジン１のフロント−リヤ方向に二等分した縦断面を示している。図６のステップ６０１−６０５の図は、燃焼室１７の内部の、縦断面Ｄよりもエンジン１のフロント側における燃料噴霧の経時的な変化を示している。ステップ６０６−６１０の図は、燃焼室１７の内部の、縦断面Ｄよりもエンジン１のリヤ側における燃料噴霧の経時的な変化を示している。各図中の白抜き矢印は、斜めスワール流の主流を示している。

ステップ６０１の図は、インジェクタ６が燃料を噴射した直後の燃焼室１７の内部を示している。インジェクタ６は、５つの燃料噴霧ｆ１−ｆ５を、燃料噴霧ｆ６−ｆ１０と同時に噴射する。燃料噴霧ｆ１は、噴孔からスワール流までの距離が最も短い。ステップ６０２の図に示すように、燃料噴霧ｆ１は、最初にスワール流に到達する。

ステップ６０３の図に示すように、燃料噴霧ｆ２が、次にスワール流に到達する。燃料噴霧ｆ２は、燃料噴霧ｆ１がスワール流に到達した位置よりも下流の位置に到達する。燃料噴霧ｆ２がスワール流に到達するまでに、燃料噴霧ｆ１はスワール流と共に移動する。燃料噴霧ｆ１と燃料噴霧ｆ２とは、集合する。さらにその後、ステップ６０４の図に示すように、燃料噴霧ｆ３がスワール流に到達する。燃料噴霧ｆ３がスワール流に到達するまでに、燃料噴霧ｆ１−ｆ２はスワール流と共に移動している。燃料噴霧ｆ１−ｆ３は、集合する。

さらにその後、ステップ６０５の図に示すように、燃料噴霧ｆ４がスワール流に到達する。燃料噴霧ｆ４がスワール流に到達するまでに、燃料噴霧ｆ１−ｆ３は、スワール流と共に移動している。燃料噴霧ｆ１−ｆ４は、集合する。

図６の例では、燃料噴霧ｆ５が燃焼室１７の壁面１７ａに到達している。燃料噴霧ｆ５は、ステップ６０４の図に示すように、壁面１７ａに到達した後、壁面１７ａに沿って下向きに移動する。そして、ステップ６０５の図に示すように、燃料噴霧ｆ５も、その後、スワール流に到達する。燃料噴霧ｆ５は、燃料噴霧ｆ１−ｆ４に合流する。

インジェクタ６が噴射した複数の燃料噴霧ｆ１−ｆ５は、スワール流によって互いに近づく。その結果、燃料濃度の濃い混合気が、局所的に形成される。

一方、ステップ６０６の図も、インジェクタ６が燃料を噴射した直後の燃焼室１７の内部を示している。燃料噴霧ｆ１０は、噴孔からスワール流までの距離が最も短い。ステップ６０７の図に示すように、燃料噴霧ｆ１は、最初にスワール流に到達する。

その後、ステップ６０８の図に示すように、燃料噴霧ｆ９がスワール流に到達する。燃料噴霧ｆ９は、燃料噴霧ｆ１０がスワール流に到達した位置よりも上流の位置に到達する。燃料噴霧ｆ９がスワール流に到達するまでの間に、燃料噴霧ｆ１０はスワール流に乗って流れている。燃料噴霧ｆ１０は、燃料噴霧ｆ９から遠ざかる。燃料噴霧ｆ９がスワール流に乗って移動しても、燃料の噴霧ｆ１０もスワール流に乗って移動するため、燃料噴霧ｆ９と、燃料噴霧ｆ１０とは互いに離れた状態を維持する。

さらにその後、ステップ６０９の図に示すように、燃料噴霧ｆ８がスワール流に到達する。燃料噴霧ｆ１０−ｆ９はそれぞれ、スワール流に乗って流れている。燃料噴霧ｆ１０−ｆ８は、互いに離れる。

インジェクタ６が噴射した複数の噴霧ｆ１０−ｆ８は、スワール流によって互いに遠ざかる。その結果、燃料濃度の薄い混合気が、広く形成される。

さらにその後、ステップ６１０の図に示すように、燃料噴霧ｆ７がスワール流に到達する。燃料噴霧ｆ７は、この構成例では、前述した燃料噴霧ｆ１−ｆ５に合流する。

燃焼室１７の壁面１７ａに到達する燃料噴霧ｆ６は、ステップ６０９の図に示すように、壁面１７ａに到達した後、壁面１７ａに沿って下向き移動する。そして、ステップ６１０の図に示すように、燃料噴霧ｆ６は、その後、スワール流に到達する。燃料噴霧ｆ６は、燃料噴霧ｆ１−ｆ５に合流する。インジェクタ６が噴射した燃料噴霧ｆ１−ｆ１０の内、燃料噴霧ｆ１−ｆ７が集まりかつ、燃料噴霧ｆ８−ｆ１０が離れる。図６の例では、インジェクタ６が噴射した燃料の約７０％が集合し、約３０％が拡散する。

図６の右端のステップ６１１の図は、インジェクタ６が噴射した燃料の全てがスワール流に到達した直後の燃焼室１７の中を示している。燃焼室１７の中に、第１領域と、第１領域の混合気よりもリッチな混合気の第２領域とが形成される。第１領域及び第２領域は、スワール流によって燃焼室１７の中を周方向に移動する。

図７は、燃焼室１７の内部を、燃焼室１７の上方から見た図を示している。図７は、燃焼室１７の中の混合気の経時的な変化を示している。吸気行程時に燃焼室１７の中に発生したスワール流は、圧縮行程が進むに従い次第に減衰する。スワール流に乗って流れる混合気は、次第に拡散しながら燃焼室１７の中心部へ向かう。

図７のステップ７１の図に示すように、インジェクタ６が、燃料噴霧ｆ１−ｆ１０を放射状に噴射すると、ステップ７２の図にドットで示すように、燃料噴霧ｆ１−ｆ７は集合してリッチな混合気の第２領域を形成する。第２領域は、スワール流に乗って流れることで、ステップ７３の図に示すように、点火プラグ２５が点火をするタイミングでは、燃焼室１７の中央部へ移動する。点火プラグ２５の近くにリッチな混合気の領域が形成される。

ステップ７４の図にドットで示す、燃料噴霧ｆ８−ｆ１０が分散することにより形成された均質な混合気の第１領域は、矢印で示すように、スワール流と共に移動してさらに拡散する。第１領域は、ステップ７５の図に示すように、点火プラグ２５が点火をするタイミングでは、燃焼室１７の全体に拡がる。

こうして、点火プラグ２５が点火をするタイミングでは、ステップＳ７３の図に示す混合気の第２領域と、ステップＳ７５の図に示す混合気の第１領域とが重なる。これにより、相対的にリッチな混合気の第２領域が、点火プラグ２５の近くに形成され、相対的にリーンでかつ均質な混合気の第１領域が、第２領域の周囲に形成される。

前述した混合気形成を実現するために、燃料の圧力は３０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下に設定してもよい。燃料の圧力が３０ＭＰａを下回ると、噴射された燃料の勢いが弱すぎて、燃料噴霧がスワール流に到達しない恐れがある。燃料の圧力が１２０ＭＰａを上回ると、噴射された燃料の勢いが強すぎて、燃料噴霧がスワール流を貫通する恐れがある。燃料の圧力が３０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下の範囲であれば、燃料噴霧をスワール流に乗せることができる。前述したように、燃料噴霧は、スワール流によって集合又は拡散する。

また、前述した混合気形成を実現するために、スワール流は比較的強いことが好ましい。本願発明者らの検討によると、スワール比が２以上であれば、前述した混合気形成を実現できることがわかった。ここで、「スワール比」は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値である。尚、吸気流横方向角速度は、図示は省略するが、リグ試験装置を用いた測定に基づいて求めることができる。このエンジン１は、スワールコントロール弁５６を全閉にすると、スワール比は６程度になる。従って、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５にある場合、スワール比は２以上６以下としてもよい。スワールコントロール弁５６の開度を、開口比率が０−１５％となる範囲で調整すれば、スワール比は２以上６以下となる。

（ＳＰＣＣＩリーン領域の燃料噴射制御）
前述したように、スワール流を利用すると、燃料濃度が異なる混合気の領域を、燃焼室１７の中に分布させることができる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼が安定化し、エンジン１の燃費性能の向上、及び、排出エミッション性能の向上が期待できる。

ところが、本願発明者らは、スワール流を利用した混合気形成を行うと、ＮＯｘの排出量が増える場合があることに気づいた。これは、燃焼室１７の中に、過濃な混合気の領域が、局所的に形成されたためと考えられる。

図８は、燃焼室１７中の混合気の、空燃比の分布を示している。図８の中央のグラフ８０は、空燃比の頻度分布である。横軸は空燃比であり、右に進むほど混合気はリーンであり、左に進むほど、混合気はリッチである。また、グラフ８０の縦軸は当該空燃比の混合気の頻度である。また、図８のコンター図８１−８４はそれぞれ、点火タイミングにおける、燃焼室１７の中の燃料の濃度分布を示すコンター図である。図８のコンター図８１−８４はそれぞれ、燃料の噴射タイミングを変えて行ったシミュレーションの結果である。

図８の左下のコンター図８１は、１サイクル当たりの全要求燃料量を、吸気行程の後期に、一括で噴射した場合のコンター図である。噴射開始タイミング（ＳＯＩ）は、２７０°ｂＴＤＣである。同図に示すように燃料の噴射時期が遅い場合、点火のタイミングにおいて、燃焼室１７の外周部に、燃料が過濃な領域が存在している。図８のグラフ８０に示すように、燃料の噴射時期が遅いと、過濃な混合気が多い。この場合、燃焼温度が高くなるため、ＮＯｘの排出量が多くなる恐れがある。尚、ＳＰＣＣＩリーン領域では、燃焼室１７の全体における平均の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるため、三元触媒は、燃焼室１７から排出されたＮＯｘを浄化できない。図８のグラフ８０に破線で示すように、燃焼室１７からのＮＯｘの排出を抑制するためには、Ａ／Ｆは、例えば２５以上であることが好ましい。また、ＳＰＣＣＩ燃焼において、点火プラグ２５が安定して混合気に着火を行うためには、Ａ／Ｆは、例えば３０以下であることが好ましい。

燃料の噴射時期を早めると、燃料が燃焼室１７の中に噴射されてから点火までの時間が長くなる。噴射から点火までの時間が長いと、その間に燃料が拡散することにより、過濃な混合気が減ると予想される。

図８の左上のコンター図８２は、燃料の噴射開始タイミングを、３３０°ｂＴＤＣまで早めた場合のコンター図であり、右下のコンター図８３は、燃焼の噴射開始タイミングを、３６０°ｂＴＤＣまで早めた場合のコンター図である。尚、コンター図８２、８３の例でも、コンター図８１の例と同様に、インジェクタ６は、１回の噴射によって、１サイクル当たりの全要求燃料量を噴射している。

同図から明らかなように、噴射開始を早めると、燃料が過濃な混合気の領域が燃焼室１７の中央部へ移動する。しかしながら、燃焼室１７の中に、燃料が過濃な混合気の領域が依然として存在している。これらの結果から、燃料噴射の開始タイミングを早くしただけでは、ＮＯｘの排出量は低減しないことがわかる。

本願発明者らは、様々な噴射パラメータを変えながら検討を繰り返した結果、１サイクル当たりの全要求燃料量を、インジェクタ６が吸気行程中に複数回に分けて噴射すると、ＮＯｘの排出量が低減することを見出した。

図８の右上のコンター図８４は、インジェクタ６が、第１噴射、第２噴射及び第３噴射の三回に分けて燃料を噴射した場合のコンター図である。第１噴射の開始タイミングは、３３６°ｂＴＤＣであり、第２噴射の開始タイミングは２７５°ｂＴＤＣであり、第３噴射の開始タイミングは２１５°ｂＴＤＣである。インジェクタ６は、第１噴射、第２噴射及び第３噴射を、間隔を空けながら順番に行う。インジェクタ６はまた、この例においては、全要求燃料量の約６０％の燃料を第１噴射として噴射し、約３０％の燃料を第２噴射として噴射し、約１０％の燃料を第３噴射として噴射している。

同図からわかるように、インジェクタ６が吸気行程中に分割噴射を行うと、燃料が過濃な領域が無くなる。燃焼温度が下がるため、ＮＯｘの排出を抑制できる。また、点火プラグ２５の近くは、混合気の燃料濃度が相対的に濃い。点火プラグ２５は、リッチな混合気に安定して点火できる。ＳＩ燃焼が安定する。リッチな混合気の領域の周囲は、混合気の燃料濃度が相対的に薄い。ＳＩ燃焼の開始後、リーンな混合気は適切なタイミングで自己着火する。

また、図８のグラフ８０に示すように、インジェクタ６が吸気行程中に分割噴射を行うと、頻度ピークは２５以上３０以下のＡ／Ｆの範囲に収まる。混合気が過濃でないため、ＮＯｘの排出が抑制されると共に、混合気が過薄でないため、混合気の着火性が良好になる。その結果、ＳＰＣＣＩ燃焼が安定になる。

吸気行程中に、スワール流に向けて分割噴射を行うと、各噴射において、図６及び図７で説明をしたように、第１領域と第１領域の混合気よりもリッチな混合気の第２領域とが形成される。各噴射の一回当たりの噴射量は少ないため、第２領域の混合気は過濃にならない。

各噴射によって形成された第２領域は、スワール流に乗って移動する。三回の噴射を、間隔を空けて順番に行うことにより、各噴射により形成された領域が重ならない。コンター図８４に一点鎖線で例示するように、第１噴射、第２噴射及び第３噴射によって形成される第２領域８４１、８４２、８４３の位置は、互いにずれる。第２領域８４１、８４２、８４３は、重ならない。こうして、間隔を空けて複数回の燃料噴射を行うと、過濃な混合気の領域が無くなる、又は、小さくなる。エンジン１がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５内で運転している場合に、ＮＯｘの排出を抑制できる。また、リーンな混合気が燃焼室１７の全体に広がるのではなく、点火プラグ２５の近くには、適度な燃料濃度の混合気の領域が形成できる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼が安定する。

（ＳＰＣＣＩリーン領域におけるエンジンの制御）
図９は、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５にある場合の、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングのマップ９１、燃料噴射時期のマップ９２、及び、燃料の噴射割合のマップ９３を例示する図である。図９の横軸は、燃料量であり、燃料量は、１サイクル当たりの要求燃料量である。エンジン１の負荷が高いほど燃料量が多く、エンジン１の負荷が低いほど燃料量は少ない。従って、図９の横軸は、エンジン１の負荷に相当する。図９の右側ほどエンジン１の負荷が高く、左側ほどエンジン１の負荷が低い。

前述したように、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩ領域Ａ５にある場合、ＥＣＵ１０は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を通じて、吸気弁２１及び排気弁２２を共に開弁するオーバーラップ期間を設ける（マップ９１参照）。吸気弁２１は、排気行程中に開弁し、排気弁２２は、吸気行程中に閉弁する。

排気弁２２の閉弁時期（ＥＶＣ）は、燃料量が変化しても、一定に維持される。吸気弁２１の開弁時期（ＩＶＯ）は、燃料量が変化すれば変化する。具体的に燃料量が第１噴射量ｍ１未満の場合、吸気弁２１の開弁時期は遅い。オーバーラップ期間は短い。オーバーラップ期間が短いと、燃焼室１７の中に導入されるＥＧＲガス量が少ない。エンジン１の負荷が第１負荷Ｌ１未満であって燃料量が少ない場合に、多量のＥＧＲガスを燃焼室１７に導入すると、ＳＰＣＣＩ燃焼が不安定になる恐れがある。ＥＧＲガス量が少ないと、エンジン１の燃焼安定性が向上する。

燃料量が第１噴射量ｍ１以上でかつ、第２噴射量ｍ２未満の場合、吸気弁２１の開弁時期は早い。オーバーラップ期間は長い。オーバーラップ期間は、例えば７０°ＣＡである。オーバーラップ期間が長いと、燃焼室１７の中に導入されるＥＧＲガス量が多い。燃焼室１７の中の温度が高いから、ＳＰＣＣＩ燃焼が安定する。

燃料量が第２噴射量ｍ２以上の場合、吸気弁２１の開弁時期は遅い。オーバーラップ期間は短い。燃焼室１７の中に導入されるＥＧＲガス量が少ない。エンジン１の負荷が第２負荷Ｌ２以上の場合、燃料量が多いため、燃焼室１７の中の温度は高い。燃焼室１７の中の温度が高い場合にＥＧＲガス量を少なくすることによって、燃焼室１７の中の温度が過剰に高くなることを抑制する。異常燃焼を抑制できる。

インジェクタ６は、前述したように、吸気行程中に、第１噴射、第２噴射及び第３噴射の三回の燃料噴射を行う。図９のマップ９２に示すように、インジェクタ６は、第１噴射を吸気行程の前期に開始し、第２噴射を吸気行程の中期に開始し、第３噴射を吸気行程の後期に開始する。ここで、吸気行程の前期、中期、及び、後期はそれぞれ、吸気行程を、クランク角度について前期、中期、及び、後期に三等分した場合の、前期、中期、及び、後期としてもよい。第１噴射、第２噴射及び第３噴射を、間隔を空けて順番に行うことにより、前述したように、燃料濃度が過濃な領域を無くすと共に、適度な燃料濃度の混合気の領域が、点火プラグ２５の近くに形成される。

より詳細に、燃料量が第３噴射量ｍ３未満（但し、ｍ１＜ｍ３）の場合、インジェクタ６は、第１噴射を，例えば３６０°ｂＴＤＣに開始し、第２噴射を、例えば２７５°ｂＴＤＣに開始し、第３噴射を、例えば２１５°ｂＴＤＣに開始する。エンジン１の負荷が第３負荷Ｌ３未満の場合、エンジン１の負荷が変化しても、第１噴射の開始タイミング、第２噴射の開始タイミング、及び、第３噴射の開始タイミングはそれぞれ一定に維持される。これにより、過濃な混合気の領域の形成が抑制できる。エンジン１の負荷が低い場合に、ＮＯｘの排出量が低く抑えられる。

エンジン１の負荷が高くなって噴射量が第３噴射量ｍ３以上になると、ＥＣＵ１０は、第１噴射の開始タイミングを遅らせる。第１噴射の開始タイミングは、噴射量が増えるに従い遅れる。つまり、エンジン１の負荷が高くなるに従い、第１噴射の開始タイミングは遅角する。燃焼室１７の中のガスの流動は、吸気行程が進むに従い、ピストン３の増速に伴い強くなる。スワール流も、吸気行程が進むに従い強くなる。第１噴射の開始タイミングが遅角すると、インジェクタ６は、ガスの流動の強い燃焼室１７の中に燃料を噴射できる。燃料の拡散に有利になり、過濃な混合気が局所的に形成されることが抑制される。

エンジン１の負荷がさらに高くなって噴射量が第２噴射量ｍ２以上になると、ＥＣＵ１０は、第１噴射の開始タイミングを所定値にする。噴射量が増えても、第１噴射の開始タイミングは一定に維持される。第１噴射の開始タイミングは、排気弁２２の閉弁時期（ＥＶＣ）以降に設定される。エンジン１の負荷が高い場合に、第１噴射をオーバーラップ期間内に行うと、インジェクタ６が噴射した燃料の一部が、吸気通路４０及び／又は排気通路５０へと流れてしまう。そこで、エンジン１の負荷が高い場合に、ＥＣＵ１０は、第１噴射の開始タイミングをオーバーラップ期間の終了後まで遅らせる。インジェクタ６が燃焼室１７の中に噴射した燃料は、燃焼室１７の中に留まる。

また、第１噴射の開始タイミングを遅らせ過ぎると、第１噴射と第２噴射との間隔が短くなる。噴射間隔が短いと、第１噴射によって形成されるリッチな混合気の第２領域と第２噴射によって形成される第２領域とが重なることで過濃な混合気の領域が形成される恐れがある。エンジン１の負荷が第２負荷Ｌ２以上の場合に、第１噴射の開始タイミングを固定することで、過濃な混合気の領域の形成が抑制される。具体的に、インジェクタ６は、第１噴射を３２５°ｂＴＤＣに開始してもよい。

噴射量が第２噴射量ｍ２未満の場合は、燃料噴射量が少ないため、燃料の一部が、吸気通路４０及び／又は排気通路５０へと流れることが抑制される。エンジン１の負荷が第２負荷Ｌ２未満の場合は、第１噴射の開始タイミングが進角することによって、燃料の流出が抑制されつつ、第１噴射から点火までの時間が長くなる。燃料の拡散時間が確保できるから、過濃な混合気が減って、ＮＯｘの排出量が減る。

エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５にある場合、第２噴射及び第３噴射の開始タイミングは、エンジン１の負荷が変わっても一定に維持される。第２噴射は、吸気行程の中期に開始され、第３噴射は、吸気行程の後期に開始される。吸気行程の中期及び後期は、燃焼室１７の中のガスの流動が強い。第２噴射及び第３噴射の開始タイミングを変えないことによって、第２噴射の燃料及び第３噴射の燃料はそれぞれ、ガスの強い流動によって拡散できる。

また、エンジン１の負荷が高くなると、第２噴射及び第３噴射の噴射量がそれぞれ増えることに伴い、第２噴射の噴射期間及び第３噴射の噴射期間がそれぞれ長くなる。第２噴射及び第３噴射の開始タイミングが一定に維持されることによって、燃料の噴射終了から点火までの時間が短くならない。燃料の拡散時間を確保できる。また、第２噴射及び第３噴射の開始タイミングが一定に維持されることによって、第２噴射と第３噴射との噴射間隔が確保できる。これらの結果、過濃な混合気の領域の形成が抑制でき、ＮＯｘの排出量が低く抑えられる。

ＥＣＵ１０は、第１噴射、第２噴射及び第３噴射の割合を、マップ９３に例示するように、燃料量に応じて変更する。噴射割合は、１サイクル当たりの要求燃料量に対する、各噴射の割合である。燃料量が第３噴射量ｍ３未満の場合、第１噴射の割合を多くし、第２噴射及び第３噴射の割合を少なくする。尚、第２噴射の割合は、第３噴射の割合と等しい。第１噴射の割合が多いと、早いタイミングで噴射する噴射量が多い。これにより、燃料が拡散する時間を長く確保できる。過濃な混合気の領域の形成が抑制される。

エンジン１の負荷が第３負荷Ｌ３未満の場合、エンジン１の負荷が変わっても、第１噴射の割合、第２噴射の割合、及び、第３噴射の割合は一定に維持される。エンジン１の負荷が低い場合に、ＮＯｘの排出量が低く抑えられる。エンジン１の負荷が第３負荷Ｌ３未満の場合、一例として、第１噴射の噴射量と、第２噴射の噴射量と、第３噴射の噴射量との割合は、８：１：１である。エンジン１が、第１負荷Ｌ１未満の、ある負荷で運転している場合に、第１噴射の噴射量と、第２噴射の噴射量と、第３噴射の噴射量とを比較すると、第１噴射の噴射量は、第２噴射の噴射量よりも多い。第２噴射の噴射量は、第３噴射の噴射量と等しい。

燃料量が第３噴射量ｍ３以上になると、第１噴射の割合を減らし、第２噴射の割合を増やす。第１噴射の割合は、エンジン１の負荷が高くなるに従い減り、第２噴射の割合は、エンジン１の負荷が高くなるに従い増える。尚、燃料量が第３噴射量ｍ３以上になると、第３噴射の割合は若干減る。

エンジン１の負荷が高くなると、１サイクル当たりの要求噴射量が増える。第１噴射、第２噴射及び第３噴射の各噴射量が増える。また、前述したように、吸気行程が進むに従い燃焼室１７の中のガスの流動が強くなる。吸気行程の中期はピストン３の下降速度が最も高い。吸気行程の中期に燃料を噴射する第２噴射の燃料量の割合を増やすと、ガスの強い流動を利用して、多くの燃料を拡散できる。過濃な混合気の形成を抑制する上で有利になる。

また、第２噴射は、第３噴射よりも噴射タイミングが早いため、拡散時間が長い。第２噴射の噴射量を増やした方が、第３噴射の噴射量を増やすよりも、燃料の拡散に有利である。

第１噴射の割合を減らし、第２噴射の割合を増やす結果、図９の例では、第４噴射量ｍ４において、第２噴射の割合が、第１噴射の割合を超える。エンジン１が、第４負荷Ｌ４以上の、ある負荷で運転している場合に、第１噴射の噴射量と、第２噴射の噴射量と、第３噴射の噴射量とを比較すると、第２噴射の噴射量は、第１噴射の噴射量よりも多い。第１噴射の噴射量は、第３噴射の噴射量よりも多い。

燃料量が第２噴射量ｍ２以上になると、第１噴射の割合、第２噴射の割合、及び第３噴射の割合を固定する。燃料量が増えても、第１噴射の割合、第２噴射の割合、及び、第３噴射の割合は変わらない。前述したように、燃料量が第２噴射量ｍ２以上になると、第１噴射の噴射時期、及び、第２噴射の噴射時期は一定に維持される。噴射時期を一定に維持することに対応して、第１噴射の割合、及び、第２噴射の割合をそれぞれ、一定に維持することにより、過濃な混合気の領域の形成が抑制される。また、第２噴射の噴射量が増えると、第２噴射の噴射期間が長くなるため、第２噴射の終了から点火までの時間が短くなる。第２噴射の噴射量の割合を増やし過ぎないことで、第２噴射の終了から点火までの時間を長くすることができる。燃料の拡散時間を確保でき、過濃な混合気の領域の形成が抑制できる。

エンジン１の負荷が第２負荷Ｌ２以上の場合、第１噴射の噴射量と、第２噴射の噴射量と、第３噴射の噴射量との割合は、一例として、３：６：１である。エンジン１が、第２負荷Ｌ２以上の、ある負荷で運転している場合に、第１噴射の噴射量と、第２噴射の噴射量と、第３噴射の噴射量とを比較すると、第２噴射の噴射量は、第１噴射の噴射量よりも多い。第１噴射の噴射量は、第３噴射の噴射量よりも多い。

第３噴射の割合は、燃料量が変化しても、ほぼ一定である。第３噴射の噴射量は、第１噴射の噴射量及び第２噴射の噴射量よりも少ない。第３噴射は、第１噴射の燃料噴霧及び第２噴射の燃料噴霧とは異なる位置に燃焼噴霧が到達するよう、少量だけ燃料を噴射する。第３噴射は、開始タイミングが最も遅いため、第３噴射の終了から点火までの時間は短い。第３噴射の噴射量が、常に少ないことによって、過濃な混合気の領域の形成が抑制できる。ＮＯｘの排出量が低く抑えられる。

また、インジェクタ６は、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５にある場合に、１サイクル当たりの全要求燃料量の燃料を、吸気行程中に噴射する。吸気行程中に噴射が終了するから、噴射の終了から点火プラグ２５が混合気に点火するまでの時間は長い。その間に、燃料が拡散するから、点火のタイミングにおいて、過濃な混合気の領域の形成が抑制できる。

さらに、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５にある場合に、インジェクタ６は常に、第１噴射、第２噴射及び第３噴射の三回の噴射を行う。当該領域Ａ５内でエンジン１の運転状態が変わっても、ＥＣＵ１０が噴射回数を変えないことにより、エンジン１の運転は安定する。

図１０は、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５にある場合の、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期、燃料噴射時期及び噴射量、並びに、点火時期を例示するタイミングチャートである。図１０の右に進むほど、クランク角が進む。図１０中の台形は、インジェクタ６の針弁のリフト量に対応し、台形の面積は、燃料の噴射量に対応する。つまり、台形の面積が大きいほど、燃料の噴射量が多く、台形の面積が小さいほど、燃料の噴射量が少ない。各台形に対応して記載された数字は、当該噴射の割合である。

図１０のチャート１００１は、エンジン１が、ＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５内の低負荷で運転する場合に相当し、チャート１００２は、エンジン１が、ＳＰＣＣＩリーン領域内の中負荷で運転する場合に相当し、チャート１００３は、エンジン１が、ＳＰＣＣＩリーン領域内の高負荷で運転する場合に相当する。ここでいう「低負荷」は、燃料量が第３噴射量未満ｍ３の場合であり、「中負荷」は、燃料量が第３噴射量ｍ３以上第２噴射量ｍ２未満の場合であり、「高負荷」は、燃料量が第２噴射量ｍ２以上の場合である。

先ずエンジン１が低負荷で運転する場合、チャート１００１に示すように、第１噴射１０１１の開始タイミングは進角している。インジェクタ６は、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開弁しているオーバーラップ期間Ｏ／Ｌ内において、第１噴射１０１１を行う。第１噴射１０１１は、吸気行程の前期に行われる。第１噴射１０１１の噴射量は、第２噴射１０１２の噴射量よりも多くかつ、第３噴射１０１３の噴射量よりも多い。

吸気行程の中期に、インジェクタ６は第２噴射１０１２を行う。第１噴射１０１１と第２噴射１０１２との間には、所定の間隔が空いている。第２噴射１０１２の噴射量は、第３噴射１０１３の噴射量と同じである。インジェクタ６は、吸気行程の後期に、第３噴射１０１３を行う。第２噴射１０１２と第３噴射１０１３との間にも、所定の間隔が空いている。

第３噴射１０１３の終了後、圧縮行程前期から後期に掛けての期間に、燃焼室１７の中では、スワール流によって、相対的にリッチな混合気の第２領域が点火プラグ２５の近くに形成されかつ、相対的にリーンかつ均質な混合気の第１領域が、第２領域の周囲に形成される。圧縮行程の後期、より詳細には、圧縮上死点の近くにおいて、ＥＣＵ１０は点火プラグ２５に点火１０１４を実行させる。点火プラグ２５は、リッチな混合気に安定して点火をすることができ、第２領域の混合気がＳＩ燃焼を開始する。ＳＩ燃焼の発熱及び／圧力上昇によって、第１領域の混合気がＣＩ燃焼を開始する。こうして、燃焼室１７の中において、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼する（燃焼波形１０１５参照）。

エンジン１が中負荷で運転する場合、チャート１００２に示すように、第１噴射１０２１の開始タイミングは、低負荷で運転する場合よりも遅角する。インジェクタ６は、吸気行程の前期に、第１噴射１０２１を行う。第１噴射１０２１の噴射量は、第２噴射１０２２の噴射量よりも多くかつ、第３噴射１０２３の噴射量よりも多い。

吸気行程の中期に、インジェクタ６は第２噴射１０２２を行う。第２噴射１０２２の開始タイミングは、エンジン１が低負荷で運転する場合と同じである。第１噴射１０２１と第２噴射１０２２との間には、所定の間隔が空いている。第２噴射１０２２の噴射量は、第３噴射１０２３の噴射量よりも多い。インジェクタ６は、吸気行程の後期に、第３噴射１０２３を行う。第３噴射１０２３の開始タイミングは、エンジン１が低負荷で運転する場合と同じである。第２噴射１０２２と第３噴射１０２３との間にも、所定の間隔が空いている。第３噴射１０２３の噴射量は、最も少ない。

第３噴射１０２３の終了後、圧縮行程前期から後期にかけての期間に、燃焼室１７の中では、スワール流によって、相対的にリッチな混合気の第２領域が点火プラグ２５の近くに形成されかつ、相対的にリーンかつ均質な混合気の第１領域が、第２領域の周囲に形成される。圧縮行程の後期、より詳細には、圧縮上死点の近くにおいて、ＥＣＵ１０は点火プラグ２５に点火１０２４を実行させる。燃焼室１７の中において、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼する（燃焼波形１０２５参照）。

エンジン１が高負荷で運転する場合、チャート１００３に示すように、第１噴射１０３１の開始タイミングは、中負荷で運転する場合よりも遅角する。第１噴射１０３１の開始タイミングは、図１０に二点鎖線で示す排気弁２２の閉弁時期（ＥＶＣ）以降になる。インジェクタ６は、吸気行程の前期に、第１噴射１０３１を行う。第１噴射１０３１の噴射量は、第２噴射１０３２の噴射量よりも少ない。第１噴射１０３１の噴射量は、第３噴射１０３３の噴射量よりも多い。

吸気行程の中期に、インジェクタ６は第２噴射１０３２を行う。第２噴射１０３２の開始タイミングは、エンジン１が低負荷及び中負荷で運転する場合と同じである。第１噴射１０３１と第２噴射１０３２との間には、所定の間隔が空いている。第２噴射１０３２の噴射量は、第３噴射１０３３の噴射量よりも多い。第２噴射１０３２の噴射量は最も多い。インジェクタ６は、吸気行程の後期に、第３噴射１０３３を行う。第３噴射１０３３の開始タイミングは、エンジン１が低負荷及び中負荷で運転する場合と同じである。第２噴射１０３２と第３噴射１０３３との間にも、所定の間隔が空いている。第３噴射１０３３の噴射量は、最も少ない。

第３噴射１０３３の終了後、圧縮行程前期から後期にかけての期間に、燃焼室１７の中では、スワール流によって、相対的にリッチな混合気の第２領域が点火プラグ２５の近くに形成されかつ、相対的にリーンかつ均質な混合気の第１領域が、第２領域の周囲に形成される。圧縮行程の後期、より詳細には、圧縮上死点の近くにおいて、ＥＣＵ１０は点火プラグ２５に点火１０３４を実行させる。ＥＣＵ１０は点火プラグ２５に、所定の間隔を空けて、複数回の点火を実行させる。点火を複数回行うと、放電期間が長くなるため、混合気が安定して着火する。燃焼室１７の中において、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼する（燃焼波形１０３５参照）。

図１１は、ＥＣＵ１０が実行するエンジン１の制御に係るフローチャートである。スタート後のステップＳ１で、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１−ＳＷ１１の信号を読み込む。ステップＳ２で、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態を判断し、続くステップＳ３で、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５にあるか否かを判断する。ステップＳ３の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ４に進み、ＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ１０に進む。

ステップＳ４においてＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に応じて、スワールコントロール弁５６の開度を設定する。例えば、エンジン１の運転状態が高回転の領域Ａ２、Ｂ２にある場合、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６を全開にする。エンジン１のポンプ損失が低減する。

ステップＳ５においてＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に対応する燃料量を設定し、続くステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、燃料量に応じて吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを設定する。ＥＣＵ１０は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を通じて、吸気弁２１のバルブタイミング、及び、排気弁２２のバルブタイミングをそれぞれ調節する。

ステップＳ７においてＥＣＵ１０は、燃料量に応じて各噴射の量を設定する。噴射回数が複数の場合、ＥＣＵ１０は、ステップＳ５で設定した噴射量を、複数の噴射に分配する。噴射回数が一回の場合、ステップＳ５で設定した噴射量が、ステップＳ７の噴射量となる。続くステップＳ８において、ＥＣＵ１０は、燃料量に応じた時期に、燃料を噴射し、ステップＳ９においてＥＣＵ１０は、所定のタイミングで、点火プラグ２５に点火を実行させる。

一方、エンジン１の運転状態がＳＰＣＣＩリーン領域Ａ５にある場合、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０においてスワールコントロール弁５６を閉じる。燃焼室１７の中に、斜めスワール流が発生する。

ステップＳ１１においてＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に対応する燃料量を設定し、続くステップＳ１２において、ＥＣＵ１０は、燃料量と、図９のマップ９１とに基づいて、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを設定する。マップ９１に例示したように、エンジン１の負荷が高い場合及び低い場合に、吸気弁２１の開弁時期は遅角し、エンジン１の負荷が中程度の場合に、吸気弁２１の開弁時期は進角する。

ステップＳ１３においてＥＣＵ１０は、燃料量と、図９のマップ９３と基づいて、第１噴射、第２噴射、及び第３噴射の噴射量を設定する。続くステップＳ１４において、ＥＣＵ１０は、燃料量と図９のマップ９２と基づいて噴射時期を定めかつ、第１噴射、第２噴射及び第３噴射を実行する。そして、ステップＳ１５においてＥＣＵ１０は、所定のタイミングで、点火プラグ２５に、１回、又は、２回の点火を実行させる。

尚、ここに開示する燃料噴射制御装置は、前述した構成のエンジン１への適用に限定されない。ここに開示する燃料噴射制御装置は、様々な構成のエンジンに適用可能である。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御部）
１１ シリンダ
１７ 燃焼室
１８ 吸気ポート
２５ 点火プラグ（点火部）
５６ スワールコントロール弁（スワール発生部）
６ インジェクタ（燃料噴射部）

Claims (16)

1. 燃焼室を形成するシリンダを有するエンジンと、
   前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中にスワール流を発生させるスワール発生部と、
   前記エンジンに取り付けられかつ、噴孔を通じて前記燃焼室の中に燃料を噴射する多噴孔の燃料噴射部と、
   前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火する点火部と、
   前記スワール発生部、前記燃料噴射部、及び、前記点火部に接続されかつ、前記スワール発生部、前記燃料噴射部、及び、前記点火部に制御信号を出力する制御部と、を備え、
   前記燃料噴射部は、前記制御信号を受けて、理論空燃比よりもリーンな混合気を、前記燃焼室の中に形成し、
   前記点火部は、前記制御信号を受けて、所定のタイミングで前記リーンな混合気に点火し、それによって、一部の混合気は火炎伝播を伴う燃焼を開始し、その後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼し、
   前記燃料噴射部は、少なくとも第１噴孔、及び、第２噴孔を有しかつ、前記第１噴孔から出た第１噴霧と前記第２噴孔から出た第２噴霧とは、前記スワール流によって互いに遠ざかり、
   前記燃料噴射部は、前記制御信号を受けて、吸気行程において、第１噴射、及び、第２噴射を順番に実行し、
   前記制御部は、前記第２噴射の噴射量を、前記第１噴射の噴射量よりも多くするエンジンの燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
   前記制御部は、前記エンジンの負荷が第１負荷以上の場合に、前記第２噴射の噴射量を、前記第１噴射の噴射量よりも多くするエンジンの燃料噴射制御装置。
3. 請求項２に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
   前記制御部は、前記エンジンの負荷が第２負荷（但し、第２負荷＜第１負荷）未満の場合は、前記第１噴射の噴射量を、前記第２噴射の噴射量以上にするエンジンの燃料噴射制御装置。
4. 請求項３に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
   前記制御部は、前記エンジンの負荷が前記第２負荷以上でかつ、前記第１負荷未満の場合は、前記エンジンの負荷が高くなるに従い、１サイクル当たりの全要求燃料量に対する第１噴射の噴射量の割合を減らしかつ、前記第２噴射の噴射量の割合を増やすエンジンの燃料噴射制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
   前記燃料噴射部は、前記制御信号を受けて、吸気行程において、前記第２噴射の後に、第３噴射を実行し、
   前記制御部は、前記第３噴射の噴射量を、前記第１噴射の噴射量よりも少なくするエンジンの燃料噴射制御装置。
6. 請求項５に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
   前記制御部は、前記第３噴射の噴射量を、前記第２噴射の噴射量よりも少なくするエンジンの燃料噴射制御装置。
7. 請求項５又は６に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
   前記制御部は、前記エンジンの負荷が第３負荷以下の場合は、前記第２噴射の噴射量と前記第３噴射の噴射量とを等しくするエンジンの燃料噴射制御装置。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
   前記制御部は、１サイクル当たりの全要求燃料量に対する第３噴射の噴射量の割合を、前記エンジンの負荷の変化に対して一定に維持するエンジンの燃料噴射制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
   前記燃料噴射部は、１サイクル当たりの全要求燃料量を、吸気行程中に噴射するエンジンの燃料噴射制御装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
    前記エンジンは、前記燃焼室の中にタンブル流を発生させる吸気ポートを有し、
    前記スワール発生部は、前記エンジンの吸気通路に設けられたスワールコントロール弁を有し、前記スワールコントロール弁を閉じることにより、前記シリンダの中心軸に対して傾いた斜めスワール流を発生させ、
    前記燃料噴射部の噴孔は、前記燃焼室の天井部における中心部に配置され、
    前記燃料噴射部は、複数の噴孔を通じて放射状にかつ同時に、前記斜めスワール流に向けて、燃料を噴射するエンジンの燃料噴射制御装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
    前記スワール発生部は、前記制御信号を受けて、２以上６以下のスワール比のスワール流を発生させ、
    前記燃料噴射部は、前記スワール流に向けて、３０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下の圧力の燃料を噴射するエンジンの燃料噴射制御装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
    前記制御部は、前記火炎伝播を伴う燃焼の燃焼量を調節することによって、前記自己着火のタイミングを調節するエンジンの燃料噴射制御装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
    前記制御部は、前記エンジンの負荷が高くなるに従い、前記第１噴射の開始タイミングを遅くするエンジンの燃料噴射制御装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
    前記燃料噴射部は、第３噴孔、及び、第４噴孔をさらに有しかつ、前記第１噴孔から出た第１噴霧と前記第２噴孔から出た第２噴霧とは、前記スワール流によって互いに遠ざかり、前記第３噴孔から出た第３噴霧と前記第４噴孔から出た第４噴霧とは、前記スワール流によって互いに近づき、それによって、前記燃焼室の中に、第１領域と、前記第１領域の混合気よりもリッチな混合気の第２領域とが形成されるエンジンの燃料噴射制御装置。
15. 請求項１４に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
    前記燃料噴射部は、前記制御信号を受けて、前記第１噴射、及び、前記第２噴射を、噴射間隔を空けながら順番に実行し、
    前記第１噴射によって形成される第２領域と、前記第２噴射によって形成される第２領域とは、前記燃焼室の中の位置が互いにずれているエンジンの燃料噴射制御装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射制御装置において、
    前記制御部は、前記エンジンが、予め設定された、低回転低負荷の特定運転状態にある場合に、前記燃料噴射部に前記第１噴射、及び、前記第２噴射を実行させることにより、理論空燃比よりもリーンな混合気を前記燃焼室の中に形成させるエンジンの燃料噴射制御装置。

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