JP5274701B1 - 筒内噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス性状の改善と燃費の更なる向上を可能とする筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】噴霧形状を変更可能な機構を有する燃料噴射弁を備え、吸気行程噴射において、燃料噴射時のピストン位置が所定位置にあるときは噴霧の貫徹力が小さく噴霧の広がりが狭角な噴霧を形成し、ピストン位置が所定位置に対してピストン上死点より遠い位置にあるときは噴霧の貫徹力が大きく噴霧の広がりが広角な噴霧を形成するように、燃料噴射弁を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射し、噴射された燃料の蒸発によって形成される混合気に火花点火するようにした筒内噴射式内燃機関では、吸気行程で燃料を噴射して点火時期までに均質な混合気を形成して燃焼させる均質燃焼モードと、圧縮行程で燃料を噴射して点火プラグ近傍のみに混合気を形成して燃焼させる成層燃焼モードとを、運転条件に応じて切り換えることが知られている。

均質燃焼モードでは点火時期までに均質な混合気を形成することが重要であるため、燃焼室内に燃料噴霧が広く分散しやすい燃料噴霧が適する。一方、成層燃焼モードでは点火プラグ近傍のみに混合気を形成することが重要であるため、噴霧の広がりの小さな燃料噴霧が適する。

特許文献１に開示された従来の筒内噴射式内燃機関の制御装置は、燃料噴射弁として噴射特性の変更が可能な可変噴射特性燃料噴射弁が用いられていると共に、この可変噴射特性燃料噴射弁の噴射特性を変更する噴射特性変更制御手段が備えられており、吸気行程噴射時は噴霧広がり角を広角にし、圧縮行程噴射時では噴霧広がり角を狭角にすることに加えて、ピストン位置が吸気上死点側に近いほど燃料噴霧の噴射率と貫徹力を下げる一方で噴霧の広がり角を広角化することで、ピストン頂面への燃料付着を抑制しつつ噴霧の分散性を向上させて、全運転領域に亘って燃焼を促進し燃費を向上させるようにしている。

特開２００７−１６６９４号公報

しかしながら、吸気上死点側では吸気バルブはまだ開き始めの状態であり吸気バルブのリフト量は小さいことから、吸気バルブを介して燃焼室内に吸入されるガス流速は非常に大きく、特許文献１に開示された従来の筒内噴射式内燃機関の制御装置のように、吸気上死点側で噴霧の広がり角を広角とする噴霧を噴射すると、噴霧が前述の大きな流速のガス流動と干渉して排気側のシリンダ壁方向に向けて勢い良く流されてしまい、シリンダ壁面に衝突し付着する。このシリンダ壁面に付着した燃料は、圧縮行程の後期になり燃焼室内のガス温度が高くなると、高温ガスからの受熱により蒸発するが、蒸発した燃料は点火時期までに十分に吸気と混合されないため、局所的に燃料濃度の濃い混合気が形成され、燃焼時のスモークや未燃炭化水素の発生要因となり排ガス性状が悪化すると共に、燃費も悪化するという課題がある。

この発明は、従来の筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、吸気行程噴射、特に吸気上死点側での燃焼室内壁面への燃料付着を抑制することで、排ガス性状の改善と燃費の更なる向上を可能とする筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供するものである。

この発明による筒内噴射式内燃機関の制御装置は、
内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射弁は、前記噴射による燃料の噴霧が前記燃焼室内を貫徹する第１の噴霧貫徹力と前記噴霧が前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に広がる第１の噴霧広がり角とを有する第１の噴霧形状と、前記第１の噴霧貫徹力より大きい第２の噴霧貫徹力と前記第１の噴霧広がり角より大きい第２の噴霧広がり角とを有する第２の噴霧形状と、のうちの少なくとも一方により前記燃料の噴射を行ない得るように構成され、
前記内燃機関の吸気行程での前記燃料噴射弁による燃料噴射時に於いて、
前記内燃機関のピストン位置が所定位置にあるときは、前記第１の噴霧形状のみにより前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御し、
前記内燃機関のピストン位置が前記所定位置に対して吸気上死点から遠い位置にあるときは、少なくとも前記第２の噴霧形状により前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御する、
ことを特徴とするものである。

又、この発明による筒内噴射式内燃機関の制御装置は、
内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射弁は、前記噴射による燃料の噴霧が前記燃焼室内を貫徹する第１の噴霧貫徹力と前記噴霧が前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に広がる第１の噴霧広がり角とを有する第１の噴霧形状と、前記第１の噴霧貫徹力より大きい第２の噴霧貫徹力と前記第１の噴霧広がり角より大きい第２の噴霧広がり角とを有する第２の噴霧形状と、のうちの少なくとも一方により前記燃料の噴射を行ない得るように構成され、
前記第１の噴霧貫徹力をＰ１、前記第２の噴霧貫徹力をＰ２、前記燃料噴射弁に於ける前記燃料の噴射を行なう噴孔の先端と前記内燃機関のピストンの頂面との間の距離をＺとしたとき、前記内燃機関の吸気行程での前記燃料噴射弁による燃料噴射時に於いて、
Ｚ＜Ｐ１の期間では、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を禁止するように前記燃料噴射弁を制御し、
Ｐ１≦Ｚ＜Ｐ２の期間では、前記第１の噴霧形状のみにより前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御し、
Ｚ≧Ｐ２の期間では、前記第１の噴霧形状と前記第２の噴霧形状の双方により前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御する、
ことを特徴とするものである。

この発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置によれば、燃料噴射弁は、噴射による燃料の噴霧が燃焼室内を貫徹する第１の噴霧貫徹力と前記噴霧が前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に広がる第１の噴霧広がり角とを有する第１の噴霧形状と、前記第１の噴霧貫徹力より大きい第２の噴霧貫徹力と前記第１の噴霧広がり角より大きい第２の噴霧広がり角とを有する第２の噴霧形状と、のうちの少なくとも一方により前記燃料の噴射を行ない得るように構成され、前記内燃機関の吸気行程での前記燃料噴射弁による燃料噴射時に於いて、前記内燃機関のピストン位置が所定位置にあるときは、前記第１の噴霧形状のみにより前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御し、前記内燃機関のピストン位置が前記所定位置に対して吸気上死点から遠い位置にあるときは、少なくとも前記第２の噴霧形状により前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御するようにしたので、吸気行程上死点側での燃料噴射による燃焼室内壁面への燃料付着を抑制しつつ、点火時期までに燃焼室内に均質な混合気を形成することが可能であり、排ガス性状の改善と燃費の更なる向上が可能となる。

又、この発明による筒内噴射式内燃機関の制御装置によれば、燃料噴射弁は、噴射による燃料の噴霧が燃焼室内を貫徹する第１の噴霧貫徹力と前記噴霧が前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に広がる第１の噴霧広がり角とを有する第１の噴霧形状と、前記第１の噴霧貫徹力より大きい第２の噴霧貫徹力と前記第１の噴霧広がり角より大きい第２の噴霧広がり角とを有する第２の噴霧形状と、のうちの少なくとも一方により前記燃料の噴射を行ない得るように構成され、前記第１の噴霧貫徹力をＰ１、前記第２の噴霧貫徹力をＰ２、前記燃料噴射弁に於ける前記燃料の噴射を行なう噴孔の先端と前記内燃機関のピストンの頂面との間の距離をＺとしたとき、前記内燃機関の吸気行程での前記燃料噴射弁による燃料噴射時に於いて、Ｚ＜Ｐ１の期間では、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を禁止するように前記燃料噴射弁を制御し、Ｐ１≦Ｚ＜Ｐ２の期間では、前記第１の噴霧形状のみにより前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御し、Ｚ≧Ｐ２の期間では、前記第１の噴霧形状と前記第２の噴霧形状の双方により前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御するようにしたので、吸気行程上死点側での燃料噴射による燃焼室内壁面への燃料付着を抑制しつつ、点火時期までに燃焼室内に均質な混合気を形成することが可能であり、排ガス性状の改善と燃費の更なる向上が可能となる。

この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置の概要を示すシステム構成図である。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置の説明図である。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に用いる、燃料噴射弁の概略断面図である。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に用いる、燃料噴射弁の先端部の拡大断面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面を矢印方向から視た断面図である。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、噴孔長と噴孔径との比率と、燃料噴霧の貫徹力との関係を示す特性図である。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、燃料噴射弁の噴孔の傾き角度θの設定方法を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、燃料噴射弁の作動状態を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、スワール流動強さマップのイメージ図である。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、均質燃焼モードでのニードル弁の駆動タイミングの演算方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、成層燃焼モードでのニードル弁の駆動タイミングの演算方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、吸気上死点付近での燃焼室内の空気流動と噴霧の状態を示す説明図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置について、図面を参照して説明する。図1は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置の概要を示すシステム構成図、図２は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置の説明図である。尚、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置は、多気筒の内燃機関の制御を想定しているが、図１、図２には多気筒のうちの１つの気筒を代表として図示している。

図１及び図２に於いて、内燃機関１は、円筒形のシリンダ２とピストン３を備えている。シリンダ２には、ピストン３がシリンダ２の内部を往復運動可能なように嵌合されている。シリンダ２の上には、所謂、ペントルーフ型のシリンダヘッド４が固定されており、ピストン３の頂面とシリンダヘッド４の下面の間に燃焼室５が形成されている。

ピストン３の下方にはクランク軸６が配置され、クランク軸６とピストン３を連結するコネクティングロッド７を介してピストン３の往復運動が回転運動に変換される。クランク軸６の外周には、内燃機関１の回転数を検出するためのクランク角センサ８が設けられている。クランク角センサ８の出力は、内燃機関制御装置８０へ送信される。又、内燃機関１には、内燃機関の冷却水温を検出するための水温センサ（図示せず）が取り付けられており、その水温センサの出力は内燃機関制御装置８０へ送信される。

シリンダヘッド４の中央部には、燃焼室４内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁９が配置され、更に混合気に点火するための点火プラグ１０が燃料噴射弁９の近傍に配置されている。ここで燃料噴射弁９と点火プラグ１０は、内燃機関制御装置８０から発信される駆動信号に応じて駆動される。

シリンダヘッド４には２つの吸気ポート１１ａ、１１ｂ（図１には１１ａのみを表示している）が設けられている。吸気ポート１１ａ、１１ｂは、夫々吸気バルブ１２ａ、１２ｂ（図１には１２ａのみを表示している）を介して燃焼室５内に通じている。吸気ポート１１ａ、１１ｂの上流部の吸気管１１０に配置されたスロットルバルブ１３は、スロットルアクチュエータ１４により駆動される。このスロットルアクチュエータ１４は、アクセルペダル１５の踏込度合を検出するアクセルポジションセンサ１６の出力に応じて駆動される。具体的には、アクセルポジションセンサ１６の出力は、内燃機関制御装置８０に送信される。内燃機関制御装置８０は、このアクセルポジションセンサ１６の出力値に基づきスロットル駆動信号を生成してスロットルアクチュエータ１４へ送信する。スロットルアクチュエータ１４は、このスロットル駆動信号に応じてスロットルバルブ１３の開度を制御し、燃焼室５内への吸入空気量を調整する。

又、シリンダヘッド４には２つの排気ポート１７ａ、１７ｂ（図１には１７ａのみを表示している）が設けられている。排気ポート１７ａ、１７ｂは、夫々排気バルブ１８ａ、１８ｂを介して燃焼室５内に通じている。排気ポート１７ａ、１７ｂの下流部の排気管１７０には、排気ガスを浄化するための触媒１９が設けられている。

内燃機関制御装置８０は、演算処理をするＣＰＵ（図示せず）と、プログラムデータや固定値データを記録するメモリを有するマイクロコンピュータ（図示せず）と、各種信号の入出力を行うＩ／Ｏインターフェース（図示せず）とにより構成されている。内燃機関制御装置８０は、前述の各センサから送信されてきた各出力値に応じて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期などを制御する信号を発信する。更に、内燃機関制御装置８０には、噴霧形状変更所定位置（クランク角度）記憶手段８１と、噴霧形状変更タイミング演算手段８２と、噴霧形状変更制御手段８３が設けられている。噴霧形状変更タイミング演算手段８２では、前述の各センサの出力値と、噴霧形状変更所定位置（クランク角度）記憶手段８１に記憶された所定クランク角度に基づき噴霧形状を変更するタイミングが定められ、噴霧形状変更制御手段８３により燃料噴射弁９から噴射される燃料噴霧形状が変更制御される。

又、図２に示すように、一方のポート１１aは、閉塞板２０により閉塞されており、燃焼室５内には他方の吸気ポート１１bからのみ空気が吸入される。その結果、燃焼室５内には燃焼室５内を水平方向に旋回するスワール流動２１が形成される。スワール流動２１は、燃料噴霧の蒸発や混合気の拡散を促進すると共に、燃焼室５内に乱れを生成し燃焼を促進する。この実施の形態１では、一方のポート１１ａに設けられた閉塞板２０は、スワール流動形成手段を構成している。

次に、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に用いる燃料噴射弁９の構造について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に用いる燃料噴射弁の概略断面図、図４は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に用いる、燃料噴射弁の先端部の拡大断面図、図５は、図４のＡ−Ａ線に沿う断面を矢印方向から視た断面図である。図４は、図３に示す燃料噴射弁の噴孔プレート側の先端部を拡大して示しているが、その先端部は軸心Ｃに対して対称に形成されているので、図４では軸心Ｃに対する一方側のみを示している。

図３乃至図５に於いて、燃料噴射弁９は、円筒形状の形成されたノズルボディ３１を備えている。このノズルボディ３１の軸方向の一端部には、円筒形状に形成された第１の固定鉄心３２が配置されている。更に、第１の固定鉄心３２の軸方向の一端部には、円筒形状の非磁性パイプ３３を介して円筒形状に形成された第２の固定鉄心３４が固定されている。前述のように夫々円筒形状に形成されたノズルボディ３１と第１の固定鉄心３２と第２の固定鉄心３４と非磁性パイプ３３は、軸心Ｃを共有して同軸に配置されている。

ノズルボディ３１の軸方向の他端部には円板形状の形成された噴孔プレート３５が溶接により固定されている。図５に良く示されているように、噴孔プレート３５には、燃料を噴射する４個の第１の噴孔３６（図５には３個のみ示している）からなる第１の噴孔群と、燃料を噴射する４個の第２の噴孔３７（図５には３個のみ示している）からなる第２の噴孔群が設けられている。第１の噴孔群を構成する４個の第１の噴孔３６は、噴孔プレート３５の軸心Ｃの周りに９０度間隔で配置されており、夫々の噴孔３６は、噴孔プレート３５の第１の面部３５１に開口する第１の開口部３６１と、噴孔プレート３５の第２の面部３５２に開口する第２の開口部３６２とを有している。そして、第２の開口部３６２は、第１の開口部３６１よりも、噴孔プレート３５の径方向外側に形成されている。各第１の噴孔３６は、第１の開口部３６１と第２の開口部３６２との間で直線状に延び、且つ軸心Ｃに対して噴孔プレート３５の径方向外側に傾斜するように形成されている。

第２の噴孔群を構成する４個の第２の噴孔３７（図５には２個のみ示している）は、噴孔プレート３５の軸心Ｃの周りに９０度間隔で配置されている。これ等の第２の噴孔３７は、第１の噴孔３６に対して、軸心Ｃの周りに４５度ずれた位置で且つ噴孔プレート３５の径方向内側に配置されている。夫々の第２の噴孔３７は、噴孔プレート３５の第１の面部３５１に開口する第１の開口部３７１と、噴孔プレート３５の第２の面部３５２に開口する第２の開口部３７２とを有している。そして、第２の開口部３７２は、第１の開口部３７１よりも、噴孔プレート３５の径方向外側に形成されている。各第２の噴孔３７は、第１の開口部３７１と第２の開口部３７２との間で直線状に延び、且つ軸心Ｃに対して噴孔プレート３５の径方向外側に傾斜するように形成されている。

図４及び図５に良く示されているように、第１の噴孔群を構成する各第１の噴孔３６は、第２の噴孔群を構成する各第２の噴孔３７よりも噴孔プレート３５の外周側に配置されている。更に、第１の噴孔３６と第２の噴孔３７とは、各噴孔から噴射された燃料噴霧が互いに干渉しないように、噴孔プレート３５に於ける第１の噴孔３６と第２の噴孔３７の貫通方向を異なる方向とされている。又、各第１の噴孔３６の噴孔径は、各第２の噴孔３７の噴孔径より大きく、且つ各第１の噴孔３６の前述の傾斜角度は、各第２の噴孔３７の傾斜角度より小さく軽視得されている。噴孔プレート３５の厚みは、燃料噴射弁９の軸心Ｃに近いほど厚く形成されており、各第１の噴孔３６の噴孔長さは、各第２の噴孔３７の噴孔長さより短くなっている。

ノズルボディ３１の内部には、ノズルボディ３１と同軸に配置された中空の第１のニードル弁３８と、中実の第２のニードル弁３９が設けられている。第２のニードル弁３９の軸方向一端部３９１の近傍から軸方向中部付近までは、第１のニードル弁３８の内部に配置され、軸方向他端部３９２の外周面は前述の非磁性パイプ３３の内周面に摺動自在に当接している。第２のニードル弁３９は、前述の軸方向他端部３９２の外周面が非磁性パイプ３３の内周面に摺動自在に当接することで、軸方向移動自在に構成されている。第１及び第２のニードル弁３８、３９は、鉄等の磁性体により形成されている

第１のニードル弁３８と第２のニードル弁３９は、ノズルボディ３１内を燃料噴射弁９の軸心Ｃに沿って互いに独立して移動可能である。第１のニードル弁３８の軸方向一端部３８１は、噴孔プレート３５の第１の面部３５１に着座することで各第１の噴孔３６の第１の開口部３６１を閉塞して各第１の噴孔３６を閉じ、離座することで第１の開口部３６１を開放して各第１の噴孔３６を開く。第２のニードル弁３９の軸方向一端部３９１は、噴孔プレート３５の第１の面部３５１に着座することで各第２の噴孔３７の第１の開口部３７１を閉塞して各第２の噴孔３７を閉じ、離座することで第１の開口部３７１を開放して各第２の噴孔３７を開く。一方、第１のニードル弁３８の軸方向他端部３８２は第１の固定鉄心３２の軸方向一端部３２１に対して当接又は離反し、第２のニードル弁３９の他端部３９２は第２の固定鉄心３４の軸方向一端部３４１に対して当接又は離反するように構成されている。

第１の固定鉄心３２の軸方向一端３２１側には内径拡大部３２２が形成され、この内径拡大部３２２内に第１の圧縮ばね４０が挿入されている。この第１の圧縮ばね４０は、第１のニードル弁３８の軸方向他端部３８２に当接し、第１のニードル弁３８を噴孔プレート３５側に常時押圧している。第２の固定鉄心３４の軸方向一端３４１側には内径拡大部３４２が形成され、この内径拡大部３４２内に第２の圧縮ばね４１が挿入されている。この第２の圧縮ばね４１は、第２のニードル弁３９の軸方向他端部３９２に当接し、第１のニードル弁３９を噴孔プレート３５側に常時押圧している。

第１の固定鉄心３２の外周部には第１の電磁コイル４２が配置され、第２の固定鉄心３４の外周部には第２の電磁コイル４３が配置されている。樹脂を成型して構成されたハウジング４４は、前述の第１及び第２の電磁コイル４２、４３を埋設すると共に、内周面側にノズルボディ３１と第１及び第２の固定鉄心３２、３４と非磁性パイプ３３を配置し、これ等を一体に固定している。コネクタ部４４aは、樹脂製ハウジング４４に一体に形成されており、その内側空間部に、第１及び第２の電磁コイル４２、４３に夫々電気的に接続されハウジング４４から引き出された第１及び第２のターミナル４５、４６が収納されている。

第２のニードル弁３９の軸方向他端部３９２には、軸心Ｃの周りに等間隔に４個の燃料通路３９aが形成されている（図３には２個の燃料通路が示されている）。これ等の燃料通路３９ａは、軸心Ｃに対して傾斜するようの形成されている。第２の固定鉄心３４の内部に設けられた燃料通路４７は、第２のニードル弁３９に設けられた燃料通路３９a、第１の固定鉄心３２の内周面と第１のニードル弁３８の外周面との間に形成された燃料通路４８、第１のニードル弁３８の内周面と第２のニードル弁３９の外周面との間に形成された燃料通路４９を介して、噴孔プレート３５の第１の噴孔３６及び第２の噴孔３７と連通する。

燃料は、高圧ポンプ（図示せず）により高い圧力に昇圧される。この昇圧された高圧燃料は、デリバティブパイプ（図示せず）を介して図３の上部から燃料噴射弁９に導入され、前述の燃料通路４７、３９ａ、４８、４９、及び第１及び第２の噴孔３６、３７を介して図１に示す内燃機関１の燃焼室５内に供給される。

図６は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、噴孔長と噴孔径との比率と、燃料噴霧の貫徹力との関係を示す特性図である。ここで、噴孔から噴射される燃料噴霧の噴霧貫徹力（到達距離）をＰ、噴孔長をＬ、噴孔径をＤとすると、噴孔長Ｌと噴孔径Ｄとの比率Ｌ／Ｄと、噴霧貫徹力Ｐとは、図６に示す関係を有する。これは、比率Ｌ／Ｄによって燃料の噴射流速や噴射後の燃料噴霧粒径が変わるためである。各第１の噴孔３６に於ける比率Ｌ／Ｄは、各第２の噴孔３７に於ける比率Ｌ／Ｄより小さく設定されている。従って、第１の噴孔群を構成する各第１の噴孔３６から噴射される燃料の噴霧貫徹力は、第２の噴孔群を構成する各第２の噴孔３７から噴射される燃料の噴霧貫徹力より小さくなる。

又、前述したように各第１の噴孔３６の傾斜角度は、各第２の噴孔３７の傾斜角度より小さく設定されており、各第１の噴孔３６から噴射される燃料噴霧の燃焼室５の外周方向への広がりが、前述の２つの吸気バルブ１２の軸間に収まるように設定されている。具体的には、図７に示す通りである。即ち、図７は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、燃料噴射弁の噴孔の傾き角度θの設定方法を示す説明図である。図７に示すように、燃料噴射弁９の軸心Ｃに対する第１の噴孔３６の傾斜角度をθ、第１の噴孔３６から噴射された燃料噴霧の噴霧貫徹力をＰ１、燃料噴射弁９の軸心Ｃと第１の噴孔３６の出口側の噴孔中心位置との距離をｍ、２つの吸気バルブ１２の軸間距離をＬ０（図２参照）とすると、第１の噴孔３６の傾斜角度θは、下記の式（１）を満たすように設定されている。

θ≦ｔａｎ^−１［（Ｌ０／２−ｍ）／Ｐ１］・・・・式（１）

次に、燃料噴射弁９の作動の状態を図３と図８を参照して説明する。図８は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、燃料噴射弁の作動状態を示す説明図であって、図３に示す燃料噴射弁９の先端部を拡大したものである。そして図８の（Ａ）は、第１のニードル弁３８のみが噴孔プレート３５から離座した状態を示し、図８の（Ｂ）は、第１のニードル弁３８と第２のニードル弁３９の両方が噴孔プレート３５から離座した状態を示している。

図３に於いて、外部から第１のターミナル４５に電圧が印加されると、第１の電磁コイル４２が通電により励磁され、第１の固定鉄心３２が磁化される。これにより第１のニードル弁３８は第１の圧縮ばね４０の付勢力に抗して第１の固定鉄心３２に吸引されてその軸方向に移動し、第１のニードル弁３８の軸方向他端部３８２が第１の固定鉄心３２の軸方向一端部３２１に吸着されて当接し、第１のニードル弁３８の軸方向一端部３８１は噴孔プレート３５から離座する。その結果、燃料通路４９と第１の噴孔群を構成する各第１の噴孔３６が連通する。

このとき燃料噴射弁９は、図８の（Ａ）に示すように第１のニードル弁３８のみが離座した状態であり、燃料通路４９に供給されていた高圧燃料は、各第１の噴孔３６へと流入して燃焼室５内へ矢印ａように噴射される。この状態では、前述したように各第１の噴孔３６は、噴孔長Ｌと噴孔径Ｄとの比率Ｌ／Ｄと傾斜角度θとが式（１）のように設定されているため、燃料噴射弁９からは貫徹力が小さく広がり角が狭角なコンパクトな噴霧が形成される。後述するようにピストン位置が吸気上死点に近いときや、圧縮行程で燃料を噴射するときにはこの状態が適用され、燃焼室壁面への燃料付着を抑制する。

一方、図３に於いて、外部から第１のターミナル４５と第２のターミナル４６に電圧が印加されると、第１及び第２の電磁コイル４２、４３が通電により励磁され、第１及び第２の固定鉄心３２、３４が夫々磁化される。これにより、第１のニードル弁３８は第１の固定鉄心３２に前述のように吸引されて軸方向に移動し噴孔プレート３５から離座する。又、第２のニードル弁３９は第２の圧縮ばね４１の付勢力に抗して第２の固定鉄心３２に吸引されてその軸方向に移動し、第１のニードル弁３８の軸方向他端部３８２が第２の固定鉄心３４の軸方向一端部３４１に吸着されて当接し、第２のニードル弁３９の軸方向一端部３９１は噴孔プレート３５から離座する。

その結果、図８の（Ｂ）に示すように、燃料通路４９と、第１の噴孔群の各第１の噴孔３６と第２の噴孔群の各第２の噴孔３７とが連通する。このとき、燃料通路４９に供給されていた高圧燃料は、各第１の噴孔３６と各第２の噴孔３７へと流入し、各第１及び第２の噴孔３６、３７から燃焼室５内へ矢印ａ、ｂのように噴射される。前述したように、第２の噴孔群を構成する各第２の噴孔３７は、噴孔長Ｌと噴孔径Ｄとの比率Ｌ／Ｄと傾斜角度θを第１の各噴孔３６のそれらより大きく設定されているため、各第２の噴孔３７からの噴霧は、各第１の噴孔３６から噴射される噴霧の貫徹力より大きな貫徹力で且つ第１の噴孔３６からの噴霧の広がり角より大きな広がり角で広角に噴射される。

このように、第１の噴孔群の各第１の噴孔３６と、第２の噴孔群の各第２の噴孔３７とから、夫々高圧燃料の噴霧が噴射されることにより、燃焼室５全体に広く噴霧を分散し混合気の拡散を促進することができる。又、この状態では、各第２の噴孔３７に加えて各第１の噴孔３６からも燃料が噴射されるので、単位時間当たりの燃料噴射量（燃料噴射率）が大きくなり、所定の燃料噴射量を短期間で噴射することができる。

以上述べたように、この発明の実施の形態１に用いる燃料噴射弁９に於いては、第１及び第２のターミナル４５、４６への電圧の印加を制御することで、噴霧の貫徹力や広がり角、及び燃料噴射率を変更することができる。

次に、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置の動作を説明する。図９は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置動作を示すフローチャートである。図９に示す制御ルーチンは、図１に示す内燃機関制御装置８０に於いて所定のクランク角（例えば吸気上死点）で実行される。図９に於いて、所定のクランク角となり制御ルーチンが開始されると、先ずステップＳ１０１に於いて、内燃機関１の回転数、アクセルポジション、冷却水温が、夫々クランク角センサ８、アクセルポジションセンサ１６、及び水温センサから内燃機関制御装置８０に読み込まれる。

内燃機関制御装置８０には、内燃機関１の回転数とアクセルポジション（要求出力）に応じて均質燃焼モードと成層燃焼モードのどちらを実施するかが予めマップに設定されており、ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で読み込まれた内燃機関回転数とアクセルポジションに基づき、実施する燃焼モードが均質燃焼モードか否かがマップから判定される。ステップＳ１０２で実施する燃焼モードが均質燃焼モードであると判定された場合（ＹＥＳ）はステップＳ１０３に進み、均質燃焼モードではない、つまり成層燃焼モードであると判定された場合（ＮＯ）はステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０２に於いて実施する燃焼モードとして均質燃焼モードが選択されたとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０３に進み、冷却水温、内燃機関回転数、アクセルポジションに応じて予め設定された燃料噴射量マップに基づき、ステップＳ１０１で読み込まれた冷却水温、内燃機関回転数、アクセルポジションから燃料噴射量Ｑｔが決定される。同様にステップＳ１０４に於いて、内燃機関回転数、アクセルポジションに応じて予め設定されたスワール流動強さマップに基づき、スワール流動強さＳｆが推定される。

図１０は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、スワール流動強さマップのイメージ図であり、縦軸はアクセルポジション、横軸は内燃機関回転数を示す。図１０に示すように、内燃機関回転数とアクセルポジションに対して、例えばスワール流動強さＳｆの値を「１」〜「３」の３つの領域に分割した場合、スワール流動強さＳｆの大きさは、１＜２＜３の関係となる。

次に、ステップＳ１０５では、スワール流動強さＳｆが所定のスワール流動強さよりも小さいか否かを判定する。スワール流動が強く形成されている燃焼室５内に、各第２の噴孔３７から貫徹力と広がり角の大きな噴霧を噴射すると、スワール流動２１の主流と干渉した噴霧がシリンダ壁面方向へと流されて付着し、排ガスや燃費が悪化する。そこでスワール流動が強い状態では、各第２の噴孔３７からの燃料噴射は禁止し、第１の噴孔３６からの燃料噴射のみ実施することで、シリンダ壁面への燃料付着を抑制しつつ混合気を形成することができる。ここで上記所定のスワール流動強さは、例えば第２の噴孔３７からの燃料噴射を禁止しなかった場合に、内燃機関回転数を上げていって排ガス性状が悪化し始める運転条件でのスワール流動強さと定められる。

ステップＳ１０５に於いてスワール流動強さＳｆが所定のスワール流動強さよりも小さいと判定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０６へと進み、図１１を用いて後述するように第１のニードル弁３８と第２のニードル弁３９の駆動タイミングが演算され、ステップＳ１０７に於いて燃料噴射弁９の第１及び第２のターミナル４５、４６の電圧印加を制御する駆動信号が発信される。一方、ステップＳ１０５に於いてスワール流動強さＳｆが所定のスワール流動強さ以上であると判定された場合（ＮＯ）は、ステップＳ１０８へと進み、図１１を参照して後述するように第１のニードル弁３８の駆動タイミングが演算され、ステップＳ１０７に於いて燃料噴射弁９の駆動信号が発信される。

ここで、ステップＳ１０６に於ける駆動タイミングの演算方法について説明する。図１１は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、均質燃焼モードでのニードル弁の駆動タイミングの演算方法を説明する説明図である。図１１の（a）は、クランク角度ＣＡ（横軸）と、燃料噴射弁９の先端部とピストン３の頂面との距離Ｚ（縦軸）との関係を、吸気上死点を原点として示している。

Ｐ１は、燃料噴射弁９の第１の噴孔３６から噴射される燃料噴霧の貫徹力（噴霧到達距離）を示し、Ｐ２は、第２の噴孔３７から噴射される燃料噴霧の貫徹力（噴霧到達距離）を示している。図１１の（a）に示すクランク角度ＣＡと燃料噴射弁９の先端部とピストン３の頂面との距離Ｚとの関係は、内燃機関１の機構から求められる状態量であり、貫徹力Ｐ１、Ｐ２は、燃料噴射弁単体の計測から予め求められる状態量である。Ｚ＝Ｐ１となるクランク角ＣＡ１、Ｚ＝Ｐ２となるクランク角ＣＡ２が夫々求められ、内燃機関制御装置８０のメモリに保存されている。この場合、クランク角ＣＡ１はピストンの所定位置に相当し、クランク角ＣＡ２はピストン位置が所定位置ＣＡ１に対して吸気上死点から遠い位置に相当する。

前述のステップＳ１０６では、ステップＳ１０１で読み込まれた内燃機関回転数をＲ[ｒｐｍ]として、下記の式２と式３により、クランク角ＣＡ１が時刻Ｔ１［ｓｅｃ］に換算され、クランク角ＣＡ２が時刻Ｔ２[ｓｅｃ]に換算される。

Ｔ１＝ＣＡ１／６Ｒ・・・・・・・・・・式（２）

Ｔ２＝ＣＡ２／６Ｒ・・・・・・・・・・式（３）

次に、第１のニードル弁３８の開弁期間（駆動期間）をＰｗ[ｓｅｃ]とすると、この開弁期間Ｐｗは、ステップＳ１０３で読み込まれた燃料噴射量Ｑｔ[ｃｃ]と前述の時刻Ｔ１、Ｔ２を用いて、下記の式（４）によって求められる。

Ｐｗ＝（Ｑｔ＋Ｑｓｔ２×（Ｔ２−Ｔ１））／（Ｑｓｔ１＋Ｑｓｔ２）
・・・・・・・・・・式（４）

ここで、Ｑｓｔ１は、第１の噴孔３６からの燃料噴射率[ｃｃ／ｓｅｃ]、Ｑｓｔ２は、第２の噴孔３７からの燃料噴射率[ｃｃ／ｓｅｃ]であり、予め燃料噴射弁単体の計測によって求められた状態量である。尚、第１のニードル弁３８と第２のニードル弁３９の閉弁タイミングは同じとしている。

図１１の（ｂ）は、式（４）により求められた第１のニードル弁３８の駆動タイミングを示し、図１１の（ｃ）は、第２のニードル弁３９の駆動タイミングを示している。図１１の（ｂ）に示すように、第１のニードル弁３８の駆動タイミング、つまり第１の電磁コイル４２が励磁されるタイミングは、時刻Ｔ１から時刻［Ｔ１＋Ｐｗ］の期間である。一方、第２のニードル弁３９の駆動タイミング、つまり第２の電磁コイル４３が励磁されるタイミングは、時刻Ｔ２から時刻［Ｔ２＋Ｐｗ］の期間である。尚、図１１の（ｂ）、（ｃ）に於いて、縦軸は、燃料噴射弁９の第１及び第２のターミナル４５、４６に印加する電圧、横軸は時刻Ｔを示す。

ここで、第１のニードル弁３８の駆動開始タイミングＴ１は、Ｚ＝Ｐ１、第２のニードル弁３９の駆動開始タイミングＴ２は、Ｚ＝Ｐ２となるタイミングであるが、内燃機関１の回転数が高い条件ではピストン３の下降速度が大きく、噴霧から遠ざかる方向への相対速度が大きくなることから、ニードル弁の駆動開始タイミング、つまり燃料噴射開始タイミングを進角させてもピストン頂面への燃料付着を避けることができる。

そこで、図１１の（ｂ）と図１１の（ｃ）に示した第１のニードル弁３８と第２のニードル弁３９の駆動タイミングを基準として、内燃機関回転数に応じた補正が行われる。具体的には、内燃機関回転数に応じて第１のニードル弁３８と第２のニードル弁３９の駆動タイミングを、図１１の（ｂ）、（ｃ）に示す基準駆動タイミングに対して進角側にシフトする。そのシフト量Ｔｓは、下記の式（５）に基づき求められる。尚、式５中のαは補正定数であり、Ｒは内燃機関回転数である。

Ｔｓ＝α×Ｒ・・・・・・・・・・・・・・・式（５）

図１１の（ｄ）は、式（５）による演算により、第１のニードル弁３８の駆動タイミングを進角側にシフト量Ｔｓだけシフトしたときの駆動タイミングを示し、図１１の（ｅ）は、式（５）による演算により、第２のニードル弁３９の駆動タイミングを進角側にシフト量Ｔｓだけシフトしたときの駆動タイミングを示している。

一方、図９のステップＳ１０５での判定の結果、スワール流動強さＳｆが所定のスワール流動強さ以上であると判定され（ＮＯ）、ステップＳ１０８へと進むと、ステップＳ１０８では、第１のニードル弁３８のみの駆動タイミングが演算される。ステップＳ１０８に於ける第１のニードル弁３８の駆動タイミングの演算方法については、前述のステップＳ１０６と同様であるので、前述した図１１を参照にして説明する。

先ず、ステップＳ１０６と同様に、前述の式（２）によりクランク角ＣＡ１が時刻Ｔ１［ｓｅｃ］に換算される。次に第１のニードル弁３８の開弁期間Ｐｗが下記の式（６）により求められ、第１のニードル弁３８の基準駆動タイミングが図１１（ｂ）に示すように得られる。

Ｐｗ＝Ｑｔ／Ｑｓｔ１・・・・・・・・・式（６）

次に、前述した式（５）を用いて内燃機関回転数に対する補正シフト量Ｔｓが求められ、この補正シフト量Ｔｓに基づき第１のニードル弁３８の駆動タイミングが図１１の（ｄ）に示すように定められる。

一方、前述のステップＳ１０２に於いて、実施する燃焼モードとして成層燃焼モードが選択されたとき（ＮＯ）は、ステップＳ１０９に進み、冷却水温、内燃機関回転数、アクセルポジションに応じて予め設定された燃料噴射量マップに基づき、ステップＳ１０１に於いて読み込まれた冷却水温、内燃機関回転数、アクセルポジションから燃料噴射量Ｑｔｃが決定される。

次に、ステップＳ１１０では、第１のニードル弁３８の駆動タイミングが演算される。ステップＳ１１０に於ける第１のニードル弁３８の駆動タイミングの演算方法について、図１２を用いて説明する。図１２は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、成層燃焼モードでのニードル弁の駆動タイミングの演算方法を説明する説明図である。図１２の（a）に示すクランク角ＣＡと燃料噴射弁９の先端部とピストン３の頂面との距離Ｚとの関係、及び燃料噴射弁９の第１の噴孔３６から噴射される燃料噴霧の貫徹力（噴霧到達距離）Ｐ１は、前述の図１１の（a）と同様であるため説明は省略する。図１２の（a）に示すように、内燃機関１の圧縮行程でＺ＝Ｐ１となるクランク角ＣＡ３が求められる。クランク角ＣＡ３は、第１のニードル弁３８の駆動終了タイミングであり、内燃機関制御装置８０のメモリに保存されている。

次に、ステップＳ１１０では、ステップＳ１０１で読み込まれた内燃機関回転数をＲ[ｒｐｍ]として、下記の式（７）によりクランク角ＣＡ３が時刻Ｔ３に換算され、更に下記の式（８）により第１のニードル弁３８の駆動期間Ｐｗが求められる。

Ｔ３＝ＣＡ３／６Ｒ・・・・・・・・・・・式（７）

Ｐｗ＝Ｑｔｃ／Ｑｓｔ１・・・・・・・・・式（８）

その結果、図１２の（b）に示すように成層燃焼モードでの第１のニードル弁３８の駆動タイミングが、［Ｔ３−Ｐｗ］からＴ３の間として求められ、ステップＳ１０７に於いて燃料噴射弁９の駆動信号が発信される。この場合、時刻Ｔ３から駆動機関Ｐｗを差し引いた時刻がピストンが所定位置にあるときに相当する。

この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於いて、以上のように第１のニードル弁３８と第２のニードル弁３９を駆動させる結果、燃料噴射弁９から噴射される燃料噴霧の噴霧到達距離は常に燃料噴射弁の先端とピストン頂面との距離未満となるため、燃料噴霧がピストン３の頂面へ衝突・付着することを確実に防止することができる。

更に、吸気バルブのリフト量が小さく、吸気バルブを介して燃焼室内に吸入される空気流動が非常に大きい吸気上死点付近でも、後述する図１３に示すようにシリンダ２の壁面への燃料付着を抑制することができる。又、燃焼室が広くなったときには、貫徹力が大きく広がり角が広角な噴霧を噴射するため、燃焼室５内への噴霧・混合気の広域な拡散が促進されると共に、第１の噴孔群を構成する各第１の噴孔３６と第２の噴孔群を構成する各第２の噴孔３７の両方からの燃料噴射によって燃料噴射率を大きくすることで、燃料の噴射期間を短縮することができ、更に、点火時期までに燃料が蒸発・拡散するのに要する時間を長くすることで、点火時期までに燃料濃度が均一な混合気を形成させることができる。

一般的に内燃機関の回転数が高くなると、燃料噴射後から点火時期までの時間が短くなってしまうため、点火時期までの燃料の蒸発や拡散時間が不足して燃料濃度が不均一な混合気が形成されやすく、排ガスや燃費が悪化する要因となっている。この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置では、内燃機関の回転数が高いほど燃料噴射タイミングを進角側に補正することで、燃料噴射後から点火時期までの時間をなるべく長くとれるようにし、混合気の悪化を抑制する。

図１３は、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於ける、吸気上死点付近での燃焼室内の空気流動と噴霧の状態を示す説明図である。図１３に於いて、燃焼室５内には吸気バルブ１２ｂを介して空気が吸入され、燃焼室５内には流動５１a、５１b、５１c（排気側に向かう流れのうち代表的なもののみ図示）が形成される一方、燃料は第１のニードル弁のみから噴射され、貫徹力が小さく広がりが狭角な燃料噴霧５２が形成される。ここで燃料噴霧５２の広がりは、図７に示したように２つの吸気バルブの軸間距離Ｌより小さくなるように噴孔の傾き角度が定められているので、燃料噴霧５２は排気側へと向かう強い流動５１aや、シリンダ壁面に強く衝突する流動５１ｂと干渉する
ことを避けることができ、シリンダ壁面への燃料付着を抑制することができる。

尚、流動５１cと燃料噴霧５２は干渉することになるが、流動５１ｃと燃料噴霧５２の噴射方向が逆方向であり流動５１ｃの強さが弱められると共に、干渉領域からシリンダ壁面までの距離が遠いためシリンダ壁面に付着する燃料は少ない。

又、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置に於いては、スワール流動が強い運転条件では第２の噴孔群からの貫徹力が大きく広がりが広角な噴霧の噴射を禁止している。これによって、強いスワール流動により噴霧がシリンダ壁面方向へと流されて付着することを抑制することができる。

以上のように、この発明の実施の形態１による筒内噴射式内燃機関の制御装置によれば、燃焼室内壁面への燃料付着を抑制しつつ、点火時期までに燃焼室内に燃料濃度が均一な混合気を形成することが可能であり、従来技術に対して排ガス性状や燃費の更なる向上が可能である。

１ 内燃機関本体 １６ アクセルポジションセンサ
２ シリンダ １７ａ、１７ｂ 排気ポート
３ ピストン １８ａ、１８ｂ 排気バルブ
４ シリンダヘッド １９ 触媒
５ 燃焼室 ８０ 内燃機関制御装置
６ クランク軸 ７ コネクティングロッド
８ クランク角センサ ９ 燃料噴射弁
１０ 点火プラグ １１ａ、１１ｂ 吸気ポート
１２ａ、１２ｂ 吸気バルブ １３ スロットルバルブ
１４ スロットルアクチュエータ １５ アクセルペダル
８１ 噴霧形状変更所定位置（クランク角度）記憶手段
８２ 噴霧形状変更タイミング演算手段 ８３ 噴霧形状変更制御手段
３１ ノズルボディ ３２ 第１の固定鉄心
３３ 非磁性パイプ ３４ 第２の固定鉄心
３５ 噴孔プレート ３６ 第１の噴孔
３７ 第２の噴孔 ３８ 第１のニードル弁
３９ 第２のニードル弁 ４０ 第１の圧縮ばね
４１ 第２の圧縮ばね ４２ 第１の電磁コイル
４３ 第２の電磁コイル ４４ ハウジング
４５ 第１のターミナル ４６ 第２のターミナル
４７、３９ａ、４８、４９ 燃料通路

Claims (6)

1. 内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、
   前記燃料噴射弁は、前記噴射による燃料の噴霧が前記燃焼室内を貫徹する第１の噴霧貫徹力と前記噴霧が前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に広がる第１の噴霧広がり角とを有する第１の噴霧形状と、前記第１の噴霧貫徹力より大きい第２の噴霧貫徹力と前記第１の噴霧広がり角より大きい第２の噴霧広がり角とを有する第２の噴霧形状と、のうちの少なくとも一方により前記燃料の噴射を行ない得るように構成され、
   前記内燃機関の吸気行程での前記燃料噴射弁による燃料噴射時に於いて、
   前記内燃機関のピストン位置が所定位置にあるときは、前記第１の噴霧形状のみにより前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御し、
   前記内燃機関のピストン位置が前記所定位置に対して吸気上死点から遠い位置にあるときは、少なくとも前記第２の噴霧形状により前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御する、
   ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、
   前記燃料噴射弁は、前記噴射による燃料の噴霧が前記燃焼室内を貫徹する第１の噴霧貫徹力と前記噴霧が前記燃料噴射弁から前記燃焼室内に広がる第１の噴霧広がり角とを有する第１の噴霧形状と、前記第１の噴霧貫徹力より大きい第２の噴霧貫徹力と前記第１の噴霧広がり角より大きい第２の噴霧広がり角とを有する第２の噴霧形状と、のうちの少なくとも一方により前記燃料の噴射を行ない得るように構成され、
   前記第１の噴霧貫徹力をＰ１、前記第２の噴霧貫徹力をＰ２、前記燃料噴射弁に於ける前記燃料の噴射を行なう噴孔の先端と前記内燃機関のピストンの頂面との間の距離をＺとしたとき、前記内燃機関の吸気行程での前記燃料噴射弁による燃料噴射時に於いて、
   Ｚ＜Ｐ１の期間では、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を禁止するように前記燃料噴射弁を制御し、
   Ｐ１≦Ｚ＜Ｐ２の期間では、前記第１の噴霧形状のみにより前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御し、
   Ｚ≧Ｐ２の期間では、前記第１の噴霧形状と前記第２の噴霧形状の双方により前記燃料の噴射を行なうように前記燃料噴射弁を制御する、
   ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関は、前記燃焼室内にスワール流動を形成させるスワール流動形成手段を備え、
   推定した前記スワール流動の強さが所定の強さよりも大きいときは、Ｚ≧Ｐ２であっても前記第２の噴霧形状による前記燃料の噴射を禁止するように前記燃料噴射弁を制御する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
4. 前記第１の噴霧形状による前記燃料の噴射開始タイミングと、前記第２の噴霧形状による前記燃料の噴射開始タイミングは、夫々前記内燃機関の回転数が大きいほど進角側となるように重み付け補正される、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関は、２つの吸気バルブを備え、
   前記燃料噴射弁は、前記燃料を前記第１の噴霧形状により噴射する第１の噴孔と、前記燃料を前記第２の噴霧形状により噴射する第２の噴孔とを備え、
   前記第１の噴孔は、前記第１の噴霧形状による前記噴霧の前記燃焼室の径方向の最大広がり幅が前記２つの吸気バルブの軸間距離よりも小さくなるように設定された噴孔傾き角を備えている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れかに一項に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
6. 前記燃料噴射弁は、
   前記第１の噴孔と前記第２の噴孔を備えた噴孔プレートと、
   前記噴孔プレートに着座若しくは離座して第１の噴孔を閉塞若しくは開放する第１のニードル弁と、
   前記噴孔プレートに着座若しくは離座して第２の噴孔を閉塞若しくは開放する第２のニードル弁と、
   前記第１のニードル弁を駆動して前記着座若しくは離座させる第１の駆動手段と、
   前記第２のニードル弁を駆動して前記着座若しくは離座させる第２の駆動手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項５に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。