特許 6945356 燃料噴射制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6945356

(24)【登録日】2021年9月16日

(45)【発行日】2021年10月6日

(54)【発明の名称】燃料噴射制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/06 20060101AFI20210927BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20210927BHJP

   F02P 5/15 20060101ALI20210927BHJP

   F02M 51/00 20060101ALI20210927BHJP

   F02M 61/10 20060101ALI20210927BHJP

   F02M 61/14 20060101ALI20210927BHJP

   F02D 41/34 20060101ALI20210927BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20210927BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20210927BHJP

   F02D 41/20 20060101ALI20210927BHJP

   F02B 31/00 20060101ALI20210927BHJP

   F02B 31/04 20060101ALI20210927BHJP

   F02B 23/08 20060101ALI20210927BHJP

   F02B 23/10 20060101ALI20210927BHJP

   F02F 1/42 20060101ALI20210927BHJP

【ＦＩ】

   F02D41/06

   F02D43/00 301B

   F02D43/00 301J

   F02D43/00 301U

   F02D43/00 301R

   F02P5/15 E

   F02M51/00 A

   F02M61/10 F

   F02M61/14 310A

   F02M61/10 D

   F02D41/34

   F02D45/00

   F02D45/00 369

   F02D41/04

   F02D41/20

   F02B31/00 500A

   F02B31/04 500A

   F02B23/08 S

   F02B23/10 T

   F02B23/10 310A

   F02F1/42 F

   F02B23/10 V

【請求項の数】12

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2017-107447(P2017-107447)

(22)【出願日】2017年5月31日

(65)【公開番号】特開2018-204447(P2018-204447A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2020年4月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000279

【氏名又は名称】特許業務法人ウィルフォート国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】草壁 亮

(72)【発明者】

【氏名】助川 義寛

(72)【発明者】

【氏名】緒方 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】猿渡 匡行

【審査官】 戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−３１６７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０１１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２３４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３２８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１６７６４９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４１／０６

Ｆ０２Ｄ ４３／００

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｐ ５／１５

Ｆ０２Ｍ ５１／００

Ｆ０２Ｍ ６１／１０

Ｆ０２Ｍ ６１／１４

Ｆ０２Ｄ ４１／３４

Ｆ０２Ｄ ４１／０４

Ｆ０２Ｄ ４１／２０

Ｆ０２Ｂ ３１／００

Ｆ０２Ｂ ３１／０４

Ｆ０２Ｂ ２３／０８

Ｆ０２Ｂ ２３／１０

Ｆ０２Ｆ １／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の燃焼室に対して、ピストンの摺動方向と交差する方向に燃料を噴射可能に設置される燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射装置に供給する燃料の圧力値を取得する取得部と、
前記燃料噴射装置に、圧縮行程に２回以上、燃料を噴射させる制御を行う噴射制御部と、を備え、
前記噴射制御部は、前記取得部により取得された燃料の圧力値が目標圧力より低い場合に、前記圧縮行程における少なくともいずれか１回の燃料の噴射のタイミングを、前記燃料の圧力値が目標圧力より高い場合における対応する回の燃料の噴射のタイミングよりも早くなるように制御し、
前記噴射制御部は、
前記取得部により取得された燃料の圧力値が目標圧力より低い場合に、前記圧縮行程における全ての回の燃料の噴射のタイミングを、前記燃料の圧力値が目標圧力より高い場合における対応する回の燃料の噴射のタイミングよりも早くなるように制御し、
前記圧縮行程における最終回の燃料の噴射のタイミングの変更量が、それよりも前の回の燃料の噴射のタイミングの変更量よりも小さくなるように制御する
燃料噴射制御装置。

【請求項2】

前記噴射制御部は、
前記圧縮行程における最終回の燃料の噴射における噴射量の前記最終回よりも前の回の燃料の噴射における噴射量に対する比が、前記燃料の圧力値が目標圧力より低い場合よりも、前記燃料の圧力値が目標圧力より高い場合の方が小さくなるように制御する
請求項１に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項3】

前記内燃機関の排気下流側には、排気を浄化するための触媒が配置されており、
前記触媒の暖機を行う所定の条件を満たしている場合に、前記燃焼室内の燃料を点火するための点火プラグによる点火タイミングを前記圧縮行程の上死点よりも遅角させたタイミングに制御する点火制御部をさらに備える
請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項4】

前記点火制御部は、前記触媒の暖機を行う所定の条件が満たされなくなった場合に、前記点火プラグの点火タイミングを前記圧縮行程の上死点以前のタイミングに制御する
請求項３に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項5】

内燃機関の燃焼室に対して、ピストンの摺動方向と交差する方向に燃料を噴射可能に設置される燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射装置に供給する燃料の圧力値を取得する取得部と、
前記燃料噴射装置に、圧縮行程に２回以上、燃料を噴射させる制御を行う噴射制御部と、を備え、
前記噴射制御部は、前記取得部により取得された燃料の圧力値が目標圧力より低い場合に、前記圧縮行程における少なくともいずれか１回の燃料の噴射のタイミングを、前記燃料の圧力値が目標圧力より高い場合における対応する回の燃料の噴射のタイミングよりも早くなるように制御し、
前記ピストンは、前記燃焼室側にキャビティが形成され、
前記燃料噴射装置は、前記燃焼室内の燃料を点火するための点火プラグ側を向いた第１燃料噴射孔と、前記キャビティ側を向いた第２燃料噴射孔とが形成されており、
前記噴射制御部は、前記第２燃料噴射孔から噴射される燃料の噴霧の重心の延長軸が前記キャビティと交差しているタイミングを、前記燃料の圧力値が目標圧力より高い場合の前記点火プラグの点火タイミングの直前の回の燃料の噴射のタイミングとする
燃料噴射制御装置。

【請求項6】

前記燃料噴射装置は、前記燃焼室の吸気ポート側に配置されており、
前記ピストンの前記キャビティは、前記ピストンの前記燃焼室側の面における、前記吸気ポートに近い側から、前記点火プラグの正負の電極間の発火位置の前記ピストンの摺動方向に対応する位置を含む範囲に形成されている
請求項５に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項7】

前記燃焼室には、空気を供給するための吸気ポートが接続され、
前記吸気ポートには、内部を前記燃焼室の周縁部側へ空気を流す第１流路と、前記燃焼室の中心部へ空気を流す第２流路とに分断する隔壁と、前記第１流路への空気の流れを遮断するバルブとが配置されており、
前記圧縮行程に２回以上、燃料を噴射させる制御を行う場合に、前記バルブを閉じる吸気制御部をさらに備える
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項8】

前記燃焼室内の燃料を点火するための点火プラグによる点火タイミングにおける前記点火プラグの周りの空気と前記燃料との混合気が、前記燃焼室内の平均当量比よりも大きい請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項9】

前記内燃機関の排気下流側には、排気を浄化するための触媒が配置されており、
前記噴射制御部は、前記触媒の暖機を行う所定の条件を満たしている場合に、前記圧縮行程に２回以上、燃料を噴射させる制御を行い、前記触媒の暖機を行う所定の条件を満たしていない場合に、前記圧縮行程における燃料の噴射を行わないように制御を行う
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項10】

前記燃料噴射装置は、弁体と、前記弁体が着座する座面を有する弁座部と、前記弁体を駆動させる可動子と、駆動電流が流れることで前記可動子を駆動するコイルと、を備えており、
前記噴射制御部は、前記圧縮行程における少なくともいずれか１回の燃料の噴射において、前記弁体の移動量を、最大の移動量よりも少ない移動量に制御する
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項11】

前記内燃機関の排気下流側には、排気を浄化するための触媒が配置されており、
前記噴射制御部は、吸気行程において、少なくとも一回の燃料噴射を行うように制御し、前記触媒の暖機を行う所定の条件を満たしていない場合に、前記触媒の暖機を行う所定の条件を満たしている場合に比して、前記吸気行程の噴射タイミングが早くなるように制御する
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項12】

前記内燃機関の排気下流側には、排気を浄化するための触媒と、排気による動力により前記内燃機関の吸気する空気量を増加する過給機とが配置されており、
前記触媒の暖機を行う所定の条件を満たしている場合に、前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高くなるように、前記過給機を動作させる過給制御部をさらに備える
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、排気規制の強化に伴い、モード走行時のエンジンからの排気中の未燃焼粒子（ＰＭ：Particulate Matter）の総量と、その個数である未燃焼粒子数（ＰＮ：Particulate Number）と、ＨＣ(炭化水素)と、ＮＯｘ（窒素酸化物）とを低減することが求められている。排気中のＰＮおよびＨＣは、燃料噴射装置から噴射した燃料が、燃焼室のピストンおよびボア壁面に付着することで生じる。また、未燃焼粒子数は、点火の直前における空気と燃料との比である当量比が大きい、すなわち、燃料が濃い領域があると増加する傾向にある。このことから、ＰＮとＨＣを抑制するためには、燃料付着を低減することが有効である。ＨＣは、触媒が活性化していないエンジン始動時に多く排出されるため、点火タイミングを暖機完了後のアイドルよりもリタード（遅角）させ、排気損失を大きくして排気の温度を高くして触媒を早期に昇温させる技術が求められる。

【0003】

点火リタードでは、圧縮行程が終了し、ピストンが上死点から下死点に向かうまでの膨張期間で点火するため、燃焼が不安定となり易い。したがって、確実に点火するためには、点火プラグ周りに点火に必要な濃い（リッチな）混合気を形成する技術が求められる。点火するタイミングにおいて、点火プラグの周りにリッチな混合気を形成するためには、ピストンの冠面にキャビティを形成し、圧縮行程に燃料を噴射してキャビティに入れた混合気を巻き上げることで、点火プラグ周りに混合気を集める技術が有効である。しかしながら、圧縮行程に燃料を噴射すると、噴射した燃料がピストンに付着し、燃焼室から出るＨＣが増加してしまう場合があった。

【0004】

ピストンへの燃料の付着を低減する技術としては、例えば、１燃焼サイクル毎に圧縮行程の噴射タイミングおよび燃料噴射装置に供給する燃料圧力を変えることで、混合気が付着する位置をサイクル毎に変える技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１６／１９９２９７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

例えば、エンジン始動後の触媒暖機時には、燃焼安定性に必要な点火プラグ周りの混合気を確保するため、圧縮行程に燃料を噴射する必要がある。とくに燃料噴射装置が燃焼室の側面に取り付けられているサイド噴射の場合、点火タイミングにおいて、点火プラグ周りに混合気を形成するためには、圧縮行程に噴射する噴射量を多くする必要がある。圧縮行程では、燃料噴射装置とピストン冠面との幾何学的な距離が小さいため、噴射した燃料がピストンに付着しやすく、燃焼室から排出されるＨＣやＰＮが多くなってしまう課題がある。

【0007】

また、触媒暖機時においては、エンジンのシリンダ壁面の温度が低いことから、吸気行程において噴射した燃料がシリンダ壁面に付着してしまい、燃焼室から排出されるＨＣやＰＮが多くなってしまうこともある。

【0008】

また、触媒暖機時においては、エンジンを始動した直後であるので、燃料噴射装置に供給する燃料の圧力が低い状態から目標とする圧力まで徐々に上昇して行ったり、エンジンの回転速度（エンジン回転数）が目標速度まで上昇していったりする過渡期が存在する。この過渡期においては、燃料噴射装置から噴射される噴霧の貫徹力が変わり、噴霧の到達距離が変化することが考えられ、燃焼室から排出されるＨＣやＰＮが多くなってしまったり、点火プラグ周りに着火に必要な混合気を形成することが困難であったりすることが発生する虞がある。

【0009】

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、燃焼室から排出されるＨＣやＰＮを抑制しつつ、燃焼安定性を向上させることのできる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、一観点に係る燃料噴射制御装置は、内燃機関の燃焼室に対して、ピストンの摺動方向と交差する方向に燃料を噴射可能に設置される燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置であって、燃焼噴射装置に供給する燃料の圧力値を取得する取得部と、燃料噴射装置に、圧縮行程に２回以上、燃料を噴射させる制御を行う噴射制御部と、を備え、噴射制御部は、取得部により取得された燃料の圧力値が低い場合に、圧縮行程における少なくともいずれか１回の燃料の噴射のタイミングを、燃料の圧力値が高い場合における対応する回の燃料の噴射のタイミングよりも早くなるように制御する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、燃焼室から出るＨＣやＰＮを抑制でき、燃焼安定性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、第１実施形態に係るエンジンシステムの概略全体図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る燃料噴射装置の縦断面図およびＥＣＵの接続関係を示す図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る燃料噴射装置の一部の拡大断面図である。

【図4】図４は、燃料噴射装置を駆動する際の一般的な噴射パルス、駆動電圧、駆動電流、および弁体変位量についての時間変化を示す図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係るＥＣＵの詳細な構成図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係るエンジンの気筒内およびエンジン周囲の構成についての模式図である。

【図7】図７は、第１実施形態に係るエンジンの吸気系及び排気系の一部の構成図である。

【図8】図８は、エンジン動作時の一般的なクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。

【図9】図９は、図６のＡ−Ａ’断面において、燃料噴射装置の方向を向いた場合における燃料噴射装置のオリフィスから噴射される燃料噴霧についての投影図である。

【図10】図１０は、第１実施形態に係る触媒暖機時の燃料圧力が高い場合におけるクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。

【図11】図１１は、第１実施形態に係るエンジンの燃焼室内の空気流動の速度ベクトルを示す図である。

【図12】図１２は、第１実施形態における、各クランク角度の時点におけるエンジンの燃焼室内の混合気の当量比の分布を示す図である。

【図13】図１３は、第１実施形態に係る、エンジンの始動時からの経過時間と、点火リタードの量、燃圧、燃料の噴射量、およびエンジン回転数との関係を示す図である。

【図14】図１４は、第１実施形態に係る触媒暖機時の燃料圧力が低い場合におけるクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。

【図15】図１５は、第２実施形態に係る、燃料噴射装置を駆動するための噴射パルス、駆動電圧、駆動電流、および弁体変位量についての時間変化を示す図である。

【図16】図１６は、第３実施形態に係る、燃料圧力が低い場合におけるクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。

【図17】図１７は、エンジン回転数と、点火プラグ周りの混合気の当量比の関係を示す図である。

【図18】図１８は、各クランク角の時点におけるエンジンの燃焼室内の混合気の当量比の分布を示す図である。

【図19】図１９は、第５実施形態に係る、エンジンの始動時からの経過時間と、点火リタードの量、吸気圧、燃圧、燃料の噴射量、エンジン回転数との関係を示す図である。

【図20】図２０は、燃圧と燃料噴射装置から噴射される燃料の粒子径との関係を示す図である。

【図21】図２１は、第６実施形態に係るクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。

【図22】図２２は、第１実施形態に係る燃料噴射装置のオリフィスの拡大図である。

【図23】図２３は、図２２の断面Ｂ−Ｂ’でのオリフィスの断面図である。

【図24】図２４は、第１実施形態に係る触媒暖機終了後におけるクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

いくつかの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素およびその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0014】

まず、第１実施形態に係るエンジンシステムについて説明する。

【0015】

図１は、第１実施形態に係るエンジンシステムの概略全体図である。

【0016】

エンジンシステム１００は、燃料噴射装置１０１と、燃料噴射制御装置の一例としてのＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１５０とを備える。エンジンシステム１００のエンジン（内燃機関）は、直接噴射式エンジンであり、複数（図１の例では、４つ）の気筒１０８のそれぞれに対して、気筒１０８内の燃焼室１０７に燃料の噴霧が直接噴射されるように燃料噴射装置１０１が設置されている。図示しない燃料タンクに貯留された燃料は、燃料ポンプ１０６によって昇圧されてレール状の燃料配管１０５に送出され、燃料配管１０５から各燃料噴射装置１０１に配送されるようになっている。燃料配管１０５には、燃料配管１０５内の燃料の圧力（燃料圧力：燃圧と称する）を測定する圧力センサ１０２が設置されている。

【0017】

燃料配管１０５内の燃料圧力は、燃料ポンプ１０６によって吐出された燃料の流量と、各燃料噴射装置１０１によって各燃焼室１０７に噴射された燃料の噴射量（燃料噴射量）とのバランスによって変動する。

【0018】

本実施形態では、ＥＣＵ１５０が、圧力センサ１０２から出力されるセンサ情報（燃圧値を示す情報）に基づいて、燃料配管１０５内の燃圧が所定の目標圧力値となるように、燃料ポンプ１０６の吐出量を制御する。

【0019】

燃料噴射装置１０１による燃料の噴射は、ＥＣＵ１５０のＣＰＵ１０４から送出される噴射パルスによって制御される。この噴射パルスは、ＥＣＵ１５０の駆動回路１０３に入力される。駆動回路１０３は、ＣＰＵ１０４からの指令に基づいて駆動電流波形を決定し、噴射パルスに基づく時間だけ燃料噴射装置１０１に駆動電流波形を供給する。

【0020】

なお、ＥＣＵ１５０の駆動回路１０３と、ＣＰＵ１０４とは、一体の部品や、基板として実装されてもよい。

【0021】

次に、燃料噴射装置１０１およびＥＣＵ１５０の構成と基本的な動作を説明する。

【0022】

図２は、第１実施形態に係る燃料噴射装置の縦断面図およびＥＣＵの接続関係を示す図である。図３は、第１実施形態に係る燃料噴射装置の一部の拡大断面図である。

【0023】

ＥＣＵ１５０のＣＰＵ１０４は、エンジンの状態を示す各種信号を各種センサから取り込んで、エンジンの運転条件に応じて燃料噴射装置１０１から噴射する燃料の噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。ＣＰＵ１０４は、演算結果に対応する噴射パルスを駆動回路１０３に出力する。

【0024】

ＣＰＵ１０４は、各種センサからの信号を取り込むための図示しないＡ／Ｄ変換器、Ｉ／Ｏポート等を備えている。各種センサとしては、例えば、エンジン回転数（回転速度）を測定可能なセンサ（例えば、エンジンの図示しないクランク軸の回転角を検出するセンサ）や、燃料配管１０５内の燃圧を測定する圧力センサ１０２や、排気温度を測定する排気温度センサ等がある。

【0025】

ＣＰＵ１０４から出力される噴射パルスは、信号線１１０を通して駆動回路１０３に入力される。駆動回路１０３は、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５に印加する電圧を制御し、電流を供給する。ＣＰＵ１０４は、通信ライン１１１を通して、駆動回路１０３と通信可能であり、燃料噴射装置１０１に供給されている燃料の圧力や運転条件等によって駆動回路１０３により生成する駆動電流を切替えるように制御したり、駆動電流および電流を出力する時間の設定値を変更したりすることができる。

【0026】

燃料噴射装置１０１は、通常時閉型の電磁弁（電磁式燃料噴射装置）であり、コイルの一例としてのソレノイド２０５と、可動子２０２と、弁体２１４とを備える。燃料噴射装置１０１は、ソレノイド２０５が通電されていない状態では、スプリング２１０によって弁体２１４が閉弁方向に付勢され、弁体２１４が弁座２１８に密着した状態（閉弁状態）となっている。

【0027】

可動子２０２は、戻しばね２１２によって開弁方向へ付勢されている。閉弁状態においては、スプリング２１０により弁体２１４に作用する力が、戻しばね２１２による力に比べて大きいため、可動子２０２が弁体２１４のつば部３０２に接触し、静止した状態となっている。

【0028】

弁体２１４と可動子２０２とは、相対変位可能に構成されており、ノズルホルダ２０１に内包されている。ノズルホルダ２０１は、戻しばね２１２のばね座となる端面３０４を有している。スプリング２１０による付勢力は、固定コア２０７の内径に固定されるバネ押さえ２２４の押し込み量によって組み立て時に調整されている。

【0029】

燃料噴射装置１０１においては、固定コア２０７、可動子２０２、ノズルホルダ２０１、およびハウシング２０３によって磁気回路が構成されている。可動子２０２と、固定コア２０７との間には、空隙３０１が設けられている。ノズルホルダ２０１の空隙３０１に対応する部分（空隙３０１の外周側）には、磁気絞り２１１が形成されている。

【0030】

ソレノイド２０５は、ボビン２０４に巻き付けられた状態でノズルホルダ２０１の外周側に取り付けられている。ノズルホルダ２０１の弁体２１４の弁座２１８側の先端部の近傍となる位置には、ロッドガイド２１５が固定されている。このような構成により、弁体２１４は、弁体２１４のつば部３０３と固定コア２０７とが摺動する箇所と、弁体２１４とロッドガイド２１５とが摺動する箇所との２つの摺動箇所により、弁軸方向（図面上下方向）にガイドされて動くようになっている。ノズルホルダ２０１の先端部には、弁座２１８と燃料噴射孔２１９とが形成されたオリフィス２１６が固定されている。このような構成により、弁体２１４の先端部と、オリフィス２１６の弁座２１８とが接触することにより、ノズルホルダ２０１と弁体２１４との間の内部空間（燃料通路）を封止した状態（閉弁状態）にできるようになっている。

【0031】

燃料配管１０５から燃料噴射装置１０１に供給された燃料は、燃料噴射装置１０１が閉弁状態の場合においては、燃料通路孔２３１を通って弁体２１４の先端側まで流れるが、弁体２１４の弁座２１８側の先端部分と弁座２１８とが接触しており、内部がシールされているのでオリフィス２１９の燃料噴射孔２１９を介して外部に噴射されない。燃料噴射装置１０１が閉弁状態の場合には、燃料圧力によって弁体２１４の上部と下部との間に差圧が生じ、燃料圧力と弁座位置における受圧面積とを乗じて求まる差圧力およびスプリング２１０の荷重によって弁体２１４が閉弁方向に押されている。

【0032】

燃料噴射装置１０１が閉弁状態の場合において、ソレノイド２０５への電流の供給が開始されると、磁気回路に磁界が生じ、固定コア２０７と可動子２０２との間に磁束が通過して、可動子２０２に磁気吸引力が作用する。可動子２０２に作用する磁気吸引力が、差圧力およびスプリング２１０による荷重を越えるタイミングで、可動子２０２は、固定コア２０７の方向に変位を開始する。そして、弁体２１４が開弁動作を開始した後、可動子２０２は固定コア２０７に近づくように移動し、可動子２０２が固定コア２０７に衝突する。このように可動子２０２が固定コア２０７に衝突した後には、可動子２０２は固定コア２０７からの反力を受けて跳ね返る動作をするが、可動子２０２に作用する磁気吸引力によって可動子２０２は固定コア２０７に吸引され、やがて停止し、開弁動作を終了する。このとき、可動子２０２には、戻しばね２１２によって固定コア２０７の方向に力が作用しているため、跳ね返りが収束するまでの時間を短縮できる。跳ね返り動作が小さいことで、可動子２０２と固定コア２０７との間のギャップが大きくなってしまう時間が短くなり、より小さい噴射パルス幅に対しても安定した動作が行えるようになる。

【0033】

このようにして開弁動作を終えた可動子２０２および弁体２１４は、開弁状態で静止する。開弁状態では、弁体２１４と弁座２１８との間には隙間が生じており、燃料噴射孔２１９より燃料が噴射される。なお、燃料通路孔２３１を通って供給される燃料は、固定コア２０７に設けられた中心孔と、可動子２０２に設けられた下部燃料通路孔３０５を通過して下流方向（燃料噴射孔２１９側）へ流れる。

【0034】

この後、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５への通電が断たれると、磁気回路中に生じていた磁束が消滅し、磁気吸引力も消滅する。このように可動子２０２に作用する磁気吸引力が消滅すると、可動子２０２および弁体２１４は、スプリング２１０の荷重と、差圧力とによって、弁座２１８に接触する閉弁位置に押し戻される。

【0035】

このように、弁体２１４が開弁状態から閉弁状態となる際には、弁体２１４が弁座２１８と接触した後、可動子２０２が弁体２１４から分離して閉弁方向に移動して、或る程度の時間運動した後に、戻しばね２１２の作用によって、閉弁状態の初期位置まで戻される。このように、弁体２１４が閉弁状態となる瞬間に可動子２０２が、弁体２１４から離間することで、弁体２１４が弁座２１８と衝突する瞬間の可動部材の質量を可動子２０２の質量分だけ低減することができるため、弁座２１８と衝突する際の衝突エネルギーを小さくすことができ、弁体２１４が弁座２１８に衝突することによって生じる弁体２１４のバウンドを抑制できる。

【0036】

本実施形態に係る燃料噴射装置１０１では、開弁時に可動子２０２が固定コア２０７と衝突した瞬間と、閉弁時に弁体２１４が弁座２１８と衝突した瞬間との短い時間において、弁体２１４と可動子２０２とに相対的な変位を生じることにより、可動子２０２の固定コア２０７に対するバウンドや、弁体２１４の弁座２１８に対するバウンドを抑制することができる。

【0037】

次に、第１実施形態に係るＥＣＵの構成について説明する。

【0038】

図５は、第１実施形態に係るＥＣＵの詳細な構成図である。

【0039】

ＥＣＵ１５０は、取得部、噴射制御部、点火制御部、吸気制御部、過給制御部、及び回転速度取得部の一例としてのＣＰＵ１０４と、駆動回路１０３とを内蔵している。ＣＰＵ１０４は、燃料噴射装置１０１の上流の燃料配管１０５に取り付けられた圧力センサ１０２、気筒１０８内への流入空気量を測定するＡ／Ｆ（Ａｉｒ Ｆｌｏｗ）センサ、燃焼室１０７から排出された排気ガスの酸素濃度を検出するための酸素センサ、クランク角センサ等のエンジンの状態を示す信号（情報）を取得するセンサ等からセンサ値を取り込み、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射装置１０１から噴射する燃料噴射量を制御するための噴射パルスＴｉ（すなわち噴射量に相当）や噴射タイミングの演算を行い、通信ライン５０４を通して駆動回路１０３の駆動ＩＣ５０２に噴射パルス幅Ｔｉを出力する。また、ＣＰＵ１０４は、内燃機関の運転条件に応じて点火プラグ６０４を点火する制御を行う。駆動ＩＣ５０２は、噴射パルス幅Ｔｉに基づいて、スイッチング素子５０５，５０６，５０７の通電・非通電を切り替えて燃料噴射装置１０１へ駆動電流を供給する。

【0040】

ＣＰＵ１０４には、噴射パルス幅の演算等のエンジンの制御に必要な数値データを記憶させるために、レジスタおよびメモリが搭載されている。なお、レジスタおよびメモリを、ＥＣＵ１５０内のＣＰＵ１０４以外に搭載するようにしてもよい。

【0041】

スイッチング素子５０５，５０６，５０７は、例えばＦＥＴやトランジスタ等によって構成され、燃料噴射装置１０１への通電・非通電を切り替えることができる。

【0042】

スイッチング素子５０５は、駆動回路１０３に入力された低電圧源（例えば、バッテリ）からの低電圧（バッテリ電圧）ＶＢよりも高い電圧を出力する高電圧源（昇圧回路５１４）と、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５の高電圧側の端子（高圧端子）５９０との間に接続されている。ここで、バッテリ電圧ＶＢの電圧値は、例えば、１２から１４Ｖ程度である。高電圧源の初期電圧値である昇圧電圧ＶＨは、例えば６０Ｖであり、バッテリ電圧ＶＢを昇圧回路５１４によって昇圧することで生成される。昇圧回路５１４は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成するようにしてもよく、図５に示すように、コイル５３０、トランジスタ５３１、ダイオード５３２、およびコンデンサ５３３で構成するようにしてもよい。図５に示す昇圧回路５１４の場合、トランジスタ５３１をＯＮにすると、バッテリ電圧ＶＢは接地電位５３４側へ流れる一方、トランジスタ５３１をＯＦＦにすると、コイル５３０に発生する高い電圧がダイオード５３２を通して整流され、コンデンサ５３３に電荷が蓄積される。昇圧回路５１４から出力される電圧が昇圧電圧ＶＨとなるまで、トランジスタ５３１のＯＮ・ＯＦＦが繰り返し実行され、コンデンサ５３３の電圧が増加される。トランジスタ５３１は、駆動ＩＣ５０２もしくはＣＰＵ１０４と接続されて、駆動ＩＣ５０２もしくはＣＰＵ１０４によりＯＮ・ＯＦＦが制御される。昇圧回路５１４から出力される電圧は、駆動ＩＣ５０２もしくはＣＰＵ１０４で検出される。

【0043】

ソレノイド２０５の高圧端子５９０とスイッチング素子５０５との間には、高電圧源から、ソレノイド２０５、接地電位５１５の方向に電流が流れるようにダイオード５３５が設けられており、また、ソレノイド２０５の高圧端子５９０とスイッチング素子５０７との間にも、バッテリから、ソレノイド２０５、接地電位５１５の方向に電流が流れるようにダイオード５１１が設けられている。このため、スイッチ素子５０６を通電している間は、バッテリからスイッチング素子５０６を通って接地電位５１５に電流が流れるようになっているので、接地電位５１５から、ソレノイド２０５、バッテリ、および高圧電源へ向けては電流が流れられない構成となっている。

【0044】

また、スイッチング素子５０７は、低電圧源（バッテリ）と燃料噴射装置１０１の高圧端子５９０と間に接続されている。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置１０１の低電圧側の端子５９１と接地電位５１５の間に接続されている。駆動ＩＣ５０２は、電流検出用の抵抗５０８，５１２，５１３により、燃料噴射装置１０１に流れている電流値を検出し、検出した電流値によって、スイッチング素子５０５，５０６，５０７の通電・非通電を切替え、所望の駆動電流を生成している。ダイオード５０９と５１０とは、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５に逆電圧を印加し、ソレノイド２０５に供給されている電流を急速に低減するために備え付けられている。ＣＰＵ１０４は、駆動ＩＣ５０２と通信ライン５０３を通して、通信を行っており、燃料噴射装置１０１に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動ＩＣ５０２によって生成する駆動電流を切替えることが可能である。また、抵抗５０８，５１２，５１３の両端は、駆動ＩＣ５０２のＡ／Ｄ変換ポートに接続されており、抵抗５０８，５１２，５１３の両端にかかる電圧を駆動ＩＣ５０２で検出できるように構成されている。

【0045】

次に、ＣＰＵ１０４から出力される噴射パルスと、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５の端子両端の駆動電圧と、駆動電流（励磁電流）と、燃料噴射装置１０１の弁体２１４の変位量（弁体挙動）との関係について説明する。

【0046】

図４は、燃料噴射装置を駆動する際における一般的な、噴射パルス、駆動電圧、駆動電流、および弁体変位量についての時間変化を示す図である。

【0047】

駆動ＩＣ５０２にＣＰＵ１０４からの噴射パルス（ＯＮ）が入力されると、駆動ＩＣ５０２は、スイッチング素子５０５，５０６を通電してバッテリ電圧よりも高い電圧４０１（昇圧回路５１４により昇圧された昇圧電圧ＶＨ）をソレノイド２０５に印加して、ソレノイド２０５への電流の供給を開始する。駆動ＩＣ５０２は、ソレノイド２０５への電流値が予めＣＰＵ１０４において定められたピーク電流値Ｉ_ｐｅａｋに到達すると、高電圧４０１の印加を停止する。その後、駆動ＩＣ５０２は、スイッチング素子５０５、スイッチング素子５０６、およびスイッチング素子５０７を非通電にする。この結果、燃料噴射装置１０１のインダクタンスによる逆起電力によって、ダイオード５０９とダイオード５１０とが通電し、電流が高圧電源（昇圧回路５１４）側へ帰還され、燃料噴射装置１０１に供給されていた電流は、電流４０２のようにピーク電流値Ｉ_ｐｅａｋから急速に低下する。なお、ピーク電流値Ｉ_ｐｅａｋから電流４０３（保持電流）への移行期間にスイッチング素子５０６をＯＮにするようにしてもよく、このようにすると、逆起電力エネルギーによる電流は接地電位５１５側に流れ、電流が回路内を回生し、ソレノイド２０５には、ほぼ０Ｖの電圧が印加されて電流は緩やかに低下することとなる。

【0048】

電流値が所定の電流値４０４より小さくなると、駆動ＩＣ５０２は、スイッチング素子５０６を通電し、バッテリ電圧ＶＢの印加をスイッチング素子５０７の通電・非通電を制御することにより、所定の電流４０３が保たれるように制御するスイッチング期間を設けるように動作する。ここで、燃料噴射装置１０１に供給される燃料圧力が大きくなると、弁体２１４に作用する流体力が増加し、弁体２１４が目標開度に到達するまでの時間が長くなる。この結果、ピーク電流Ｉ_ｐｅａｋの到達時間に対して目標開度への到達タイミングが遅れる場合があるが、電流を電流４０２のように急速に低減すると、可動子２０２に働く磁気吸引力も急速に低下するため、弁体２１４の挙動が不安定となり、場合によっては通電中にも関わらず閉弁を開始してしまう場合がある。ピーク電流Ｉ_ｐｅａｋから電流４０３の移行中にスイッチング素子５０５をＯＮにして電流を緩やかに減少させるようにすると、磁気吸引力の低下を抑制でき、高燃料圧力での弁体２１４の安定性を確保でき、噴射量のばらつきを抑制できる。

【0049】

このような駆動電流のプロファイルにより、燃料噴射装置１０１は駆動される。高電圧４０１の印加からピーク電流値Ｉ_ｐｅａｋに達するまでの間に、可動子２０２および弁体２１４がタイミングｔ_４１で変位を開始し、その後、可動子２０２および弁体２１４が最大高さ位置に到達する。可動子２０２が最大高さ位置に到達したタイミングｔ_４２で、可動子２０２が固定コア２０７に衝突し、可動子２０２が固定コア２０７との間でバウンド動作を行う。弁体２１４は可動子２０２に対して相対変位可能に構成されているため、弁体２１４は可動子２０２から離間し、弁体２１４の変位は、最大高さ位置を越えてオーバーシュートする。その後、保持電流４０３によって生成される磁気吸引力と戻しばね２１２の開弁方向への力によって、可動子２０２は、所定の最大高さ位置で静止し、弁体２１４は可動子２０２に着座して最大高さ位置で静止し、開弁状態となる。

【0050】

なお、弁体と可動子とが一体となっている可動弁を持つ燃料噴射装置の場合には、弁体の変位量は、最大高さ位置よりも大きくならず、最大高さ位置に到達後の可動子と弁体の変位量は同等となる。

【0051】

次に、第１実施形態に係るエンジンの気筒内およびエンジン周囲の構成について説明する。

【0052】

図６は、第１実施形態に係るエンジンの気筒内およびエンジン周囲の構成についての模式図である。図６に示すエンジンは、エンジンの気筒１０８内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射方式のエンジン（直噴エンジン）である。図６は、エンジンの気筒１０８内の中心における断面図であり、燃料噴射装置１０１のオリフィス２１６の先端部から燃料が噴射された直後の状態を示している。なお、吸気バルブ６０５を２個備え、排気バルブ６１０を２個備えている直噴エンジンでは、エンジンの筒内の中心における断面では、吸気バルブ６０５および排気バルブ６１０は見えないが、図６では、説明上、吸気バルブ６０５と排気バルブ６１０とを図示している。

【0053】

エンジンは、燃料噴射装置１０１と、点火プラグ６０４と、吸気ポート６０７と、排気ポート６０８と、ピストン６０９と、吸気バルブ６０５と、吸気バルブ６１０とを備える。

【0054】

ピストン６０９の点火プラグ６０４側の面（冠面）には、ピストン６０９の点火プラグ６０４側の上端部よりも低いキャビティ６０６が形成されている。このキャビティ６０６は、燃料噴射装置１０１から噴射された燃料と吸気ポート６０７から吸気された空気との混合気を一時的に保持する機能を有している。ここで、本実施形態では、キャビティ６０６とは、ピストン６０９の点火プラグ６０４側の冠面において、上端部から最も深い（点火プラグ６０４側から最も遠い）部分のことをいう。キャビティ６０６は、点火プラグ６０４のマイナス電極６１２とプラス電極６１３との間の火花が発生する発火位置を含む領域である空隙６１７のピストン６０９のストローク方向（摺動方向）の延長線６１８がキャビティ６０６内となるような範囲に形成されている。本実施形態では、キャビティ６０６は、ストローク方向に垂直な方向については、吸気ポート６０７側（図面左側）から、空隙６１７のピストン６０９のストローク方向の延長線６１８との交点よりも排気ポート６０８側（図面右側）となる範囲まで形成されている。このような構成により、キャビティ６０６に保持された混合気が、点火プラグ６０４の空隙６１７の直下（延長線６１８上）に位置することとなるので、キャビティ６０６の混合気を点火プラグ６０４側に引き上げることにより、点火プラグ６０４よる点火によって効果的に燃焼させることができる。

【0055】

吸気ポート６０７には、吸気ポート６０７の上部流路（第１流路）６２０と下部流路（第２流路）６１１とに空気の流れを分断する固定式の隔壁６０２が取り付けられており、その下部流路６１１の上流には、下部流路６１１側の開閉（解放・遮断）を行うバルブ６０１が設けられている。このバルブ６０１は、ＣＰＵ１０４により開弁・閉弁を制御できるように構成されている。図６においては、バルブ６０１が閉弁している状態を示している。

【0056】

次に、エンジンにおける吸気及び排気に関わる構成の一部について説明する。

【0057】

図７は、第１実施形態に係るエンジンの吸気系及び排気系の一部の構成図である。

【0058】

エンジンの燃焼室１０７には、図示しない吸気口から、エアークリーナー７０１、過給室７０４、インタークーラー７０５、スロットルバルブ７０６、吸気ポート６０７を介して、空気が吸入される。エアークリーナー７０１は、吸入した空気中のごみを取り除く。これにより、エンジンにごみが吸入されて、エンジン内部が摩耗等することが抑制される。

【0059】

過給室７０４には過給機７０２が備えられている。過給機７０２は、吸気側の空気を圧縮するコンプレッサ７０２Ａと、排気側に配置され排気ガスの流れにより回転されるタービン７０２Ｂと、コンプレッサ７０２Ａと、タービン７０２Ｂとを接続するシャフト７０７とを備える。過給機７０２においては、タービン７０２Ｂが排気ガスの流速に応じて回転され、シャフト７０７を介してコンプレッサ７０２Ａが回転され、その結果、コンプレッサ７０２Ａの回転により、エアークリーナー７０１を通過した空気が圧縮されてインタークーラー７０５側に流される。この結果、エンジンの燃焼室１０７への流入空気量を増加することができ、エンジンの出力を向上することができる。なお、過給室７０４を通過した空気は、コンプレッサ７０２Ａにより圧縮されるので、温度が上昇する。

【0060】

インタークーラー７０５は、コンプレッサ７０２Ａで圧縮された温度が上昇した空気を冷却する。スロットルバルブ７０６は、エンジンの燃焼室１０７に吸入する空気量を調整する。スロットルバルブ７０６の開度は、図示しないアクセルの開度等に基づいて、ＥＣＵ１５０により制御される。

【0061】

吸気ポート６０７には、吸気バルブ６０５が設けられており、所定のタイミングで吸気バルブ６０５を開弁することにより、エンジンの燃焼室１０７内に空気が流入する。

【0062】

エンジンにおいては、吸気ポート６０７側のピストン６０９のストローク方向と交わる方向から燃焼室１０７に向けて燃料を噴射するように燃料噴射装置１０１が配置されている。

【0063】

エンジンの燃焼室１０７においては、流入した空気と、燃料噴射装置１０１から噴射された燃料とが混合されて混合気となり、点火プラグ６０４による着火により、燃焼される。この混合気の燃焼により発生する力がピストン６０９、コンロッド（コネクティングロッド）７１０を介して、図示しないクランクシャフトに伝達される。

【0064】

燃焼室１０７において混合気が燃焼して発生した排気ガスは、膨張行程に排気バルブ６１０が開弁された際に、排気ポート６０８を通過して、過給機７０２のタービン７０２Ｂを回転させる。タービン７０２Ｂを回転させた排気ガスは、触媒７０３を通過して、外部に排出される。触媒７０３は、例えば、パラジウム、ロジウム、プラチナなどにより作製された触媒を有する３元触媒であり、排ガス中に含まれるＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ（一酸化炭素）を触媒により還元をさせたり、酸化させたりすることにより除去する。この触媒７０３は、温度が低い場合では、還元能力が低いため、例えば、エンジンの始動直後においては、触媒７０３の温度を早期に暖めるための暖機が必要となる。

【0065】

次に、エンジン動作時の一般的な噴射タイミングの制御について説明する。

【0066】

図８は、エンジン動作時の一般的なクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。図８において、横軸は、クランクシャフトの角度（クランク角度）を示し、縦軸は、吸気バルブのリフト量、燃焼室１０７の空気の乱れ速度（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）、タンブル（ｔｕｍｂｌｅ）を示す。図８においては、吸気バルブ６０５のリフト量を点線で示し、エンジンの燃焼室１０７内の空気の乱れ速度の平均値を破線で示し、燃焼室１０７内のタンブルを実線で示す。クランク角度は、吸気行程のＴＤＣ（上死点）を−３６０ｄｅｇとし、ＢＤＣ（下死点）を-１８０ｄｅｇとし、圧縮行程のＴＤＣを０ｄｅｇとしている。

【0067】

ＥＣＵ１５０は、ピストン６０９がＴＤＣに到達するタイミングｔ８１かつ排気バルブ６１０が閉弁する直前または同時のタイミングにおいて、吸気バルブ６０５の開弁を開始させ、燃焼室１０７に空気を取り込む。

【0068】

次いで、ＥＣＵ１５０は、吸気バルブ６０５が開弁を開始し、最大リフトに到達するまでの間のタイミングｔ８２（クランク角度−３００ｄｅｇ）において、吸気行程８０２における噴射を行う。

【0069】

次いで、ＥＣＵ１５０は、ピストン６０９がＢＤＣに到達し、圧縮行程８０３に入り、ピストン６０９がＴＤＣに到達する前のタイミングｔ８３（クランク角度−６０ｄｅｇ）において圧縮行程の噴射を行う。

【0070】

次いで、ＥＣＵ１５０は、ピストン６０９がＴＤＣに到達した後のタイミングｔ８４において、点火プラグ６０４による点火を行って、混合気に着火させて燃焼させる。

【0071】

ここで、点火するタイミングｔ８４において点火プラグ６０４の電極周りに混合気を確保するためには、圧縮行程８０３の噴射量を多くすることが考えられるが、圧縮行程８０３では燃料噴射装置１０１とピストン６０９との距離が近いため、燃料噴射装置１０１から噴射した燃料がピストン６０９に付着し、ＨＣやＰＮが増加する場合があった。

【0072】

次に、本実施形態に係る燃料噴射装置１０１から噴射される噴霧の状態について説明する。

【0073】

図９は、図６のＡ−Ａ’’断面において、燃料噴射装置の方向を向いた場合における燃料噴射装置のオリフィスから噴射される燃料噴霧についての投影図である。

【0074】

燃料噴射装置１０１は、複数の燃料噴射孔を有するマルチホールタイプの燃料噴射装置である。燃料噴射装置１０１は、例えば、点火プラグ６０４を指向する噴霧Ｄ１を形成する燃料噴射孔と、吸気バルブ６０５に近い方向へ噴射される噴霧Ｄ２，Ｄ６のそれぞれを形成する２つの燃料噴射孔と、ピストン側６０９を指向する噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５のそれぞれを形成する３つの燃料噴射孔との合計６つの燃料噴射孔を備える。

【0075】

燃料噴射装置１０１による噴霧をこのようにしたのは、圧縮行程における燃料の噴射において、噴霧Ｄ４をキャビティ６０６に入れて、点火プラグ６０４の近傍に当量比の高い混合気を形成するコンセプトに基づいている。キャビティ６０６の大きさや、噴射タイミングによっては噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６をキャビティ６０６内に入れるようにしてもよい。第１実施形態における燃料噴射装置１０１では、噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６に比べて、ピストン６０９方向を指向する噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の流量を小さくするように構成するとよい。この構成により、圧縮行程に燃料を噴射する場合であっても、ピストン６０９への燃料付着を抑制できるため、ＰＮやＨＣを低減することができる。具体的には、噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６の燃料噴射孔に比べて、噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の燃料噴射孔の断面積を小さくするように、例えば、燃料噴射孔の径を小さくするとよい。

【0076】

次に、第１実施形態に係る触媒暖機時の燃料圧力が高い（燃料圧力が所定の目標燃圧以上）場合における燃料の噴射タイミングについて説明する。

【0077】

図１０は、第１実施形態に係る触媒暖機時の燃料圧力が高い場合におけるクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。図１０において、横軸は、クランク角度を示し、縦軸は、吸気バルブのリフト量、燃焼室１０７の空気の乱れ速度の平均値、タンブルを示す。図１０においては、吸気バルブ６０５のリフト量を点線で示し、エンジンの燃焼室１０７内の乱れ速度の平均値を破線で示し、燃焼室１０７内のタンブルを実線で示す。クランク角度は、吸気行程のＴＤＣ（上死点）を−３６０ｄｅｇとし、ＢＤＣ（下死点）を-１８０ｄｅｇとし、圧縮行程のＴＤＣを０ｄｅｇとしている。タンブルは、反時計回り方向を＋とし、時計回り方向を−としている。

【0078】

図１１は、第１実施形態に係るエンジンの筒内の空気流動の速度ベクトルを示す図である。図１１（ａ）は、エンジンの燃焼室１０７内の空気の乱れ速度が最大となるタイミングｔ１０８での空気流動の速度ベクトルを示し、図１１（ｂ）は、タンブル（絶対値）が最大となるタイミングｔ１１０での空気流動の速度ベクトルを示している。

【0079】

ここで、触媒暖機時であるか否かについては、ＥＣＵ１５０は、例えば、エンジン始動からの時間が所定時間以内であるとの条件や、触媒７０３の温度が所定温度以下であるとの条件等の触媒暖機を行う所定の条件を満たすか否かにより判断することができる。

【0080】

触媒暖機時であり、且つ燃圧が目標燃圧よりも高い場合においては、ＥＣＵ１５０は、ピストン６０９が吸気行程１００２のＴＤＣからＢＤＣへ移行する吸気行程１００２に少なくとも１回の燃料噴射を行うように燃料噴射装置１０１を制御する。この吸気行程１００２における燃料噴射は、ピストン６０９の燃焼室１０７内に均質な混合気を作り出すための噴射であり、燃料噴射の噴射タイミングｔ１０２は、吸気バルブ６０５が開弁を開始するタイミングｔ１０１から吸気バルブ６０６が最大リフト１００１に到達するタイミングｔ１０３までの間に設定するとよい。

【0081】

吸気行程１００２における燃料噴射では、ピストン６０９がＢＤＣへ向けて移動しており、燃料噴射装置１０１とピストン６０９との距離が圧縮行程１００３に比べて長いが、圧縮行程１００３に比べて噴射量が多いため、噴射した燃料がボア壁面に付着しやすい。なお、吸気行程１００２と圧縮行程１００３との燃料の分割比は、吸気行程１００２の燃料噴射量が多くなるように設定し、たとえば６：４、７：３、８：２程度とするとよい。

【0082】

エンジンの燃焼室１０７内の空気の乱れ速度が最大となるタイミングは、吸気バルブ６０５の開弁の速度に依存して決まり、吸気バルブ６０５がタイミングｔ１０１で開弁を開始した後、吸気バルブ６１５の断面積が大きくなったタイミングｔ１０８で最大値となる。ただし、図１１(a)に示すように、タイミングｔ１０８では、ピストン６０９の位置がＴＤＣに近く、エンジンの燃焼室１０７内の縦方向の距離が小さいため、縦方向の渦であるタンブルは形成されていないか、もしくは小さい。タンブルは、ピストン６０５の速度が最大となる吸気行程１００２のＴＤＣからＢＤＣの中間のタイミングｔ１０９（クランク角度−２７０ｄｅｇ）以降のタイミングｔ１１０において、最大となる。タイミングｔ１１０におけるタンブル１１０１は、図１１（ｂ）に示すように、時計回りの流動が最も強くなっている。

【0083】

ＥＣＵ１５０は、吸気行程１００２の噴射１００４の噴射を開始するタイミングｔ１０２から噴射を終了するタイミングｔ１０４までの期間１００７（以降、噴射期間と称する）が、タンブルが最大となるタイミングｔ１１０と重なるように吸気行程１００２の噴射タイミングｔ１０２を決定する。このようにタンブルが強い際に燃料噴射を行うことで、混合気がタンブルに巻き込まれるため、吸気行程１００２における燃料の噴射量を大きくしても、シリンダ壁面６１４への燃料付着を抑制することができ、排気ガスにおけるＨＣとＰＮの低減が可能となる。

【0084】

ここで、タンブルが最大となるタイミングｔ１１０は、前述したとおり、ピストン６０９の速度が最大となるタイミングｔ１０９（クランク角度−２７０ｄｅｇ）以降かつ吸気バルブ６０５のリフト量が最大となるタイミングｔ１０３までにくるため、ＥＣＵ１５０は、クランク角度−２７０ｄｅｇ以降かつ吸気バルブ６０５のリフト量が最大となる期間１００８に吸気行程１００２の噴射期間１００７の少なくとも一部が重なるように噴射タイミングｔ１０２を設定するとよい。この際、ＥＣＵ１５０は、図示しないクランクシャフトに取り付けたクランク角センサからセンサ値（クランク角情報）を取得しているので、このクランク角情報に基づいて、期間１００８を算出して、噴射タイミングｔ１０２を設定することができる。

【0085】

このように吸気行程１００２における燃料噴射の噴射タイミングを制御することで、エンジン回転数や、運転条件等により吸気バルブ６０５の開弁開始のタイミングｔ１０１が変わった場合であっても適切に吸気行程１００２の噴射のタイミングｔ１０２を設定することができる。この結果、シリンダ壁面６１４への燃料付着を抑制でき、ＰＮおよびＨＣの低減効果を高めることができる。

【0086】

次に、燃料噴射装置１０１のオリフィス２１６について説明する。

【0087】

図２２は、第１実施形態に係る燃料噴射装置のオリフィスの拡大図である。図２３は、図２２の断面Ｂ−Ｂ’でのオリフィスの断面図である。

【0088】

オリフィス２１６には、燃料噴射孔２３０１，２３０２，２３０３，２３０４，２３０５，２３０６の６つの燃料噴射孔が形成されている。各燃料噴射孔から噴射される噴霧は、それぞれ、図９に示す噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６に対応する。なお、燃料噴射孔２３０１，２３０２，２３０６が第１燃料噴射孔に対応し、燃料噴射孔２３０３，２３０４，２３０５が第２燃料噴射孔に対応する。

【0089】

第１実施形態に係る燃焼室１０７においては、図６に示す隔壁６０２とバルブ６０１を閉弁することにより、吸気ポート６０７の上部流路６２０に吸入された空気が流れるようになり、燃焼室１０７内において時計回りの空気流動であるタンブル１１０１が形成されることとなる。このため、タンブル方向に噴射される噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６の流量を、ピストン方向に噴射される噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の流量よりも大きく設定することで、噴射した噴霧を含む混合気が流動に乗りやすくなり、吸気行程１００２におけるピストン６０９やシリンダ壁面６１４への燃料付着を抑制でき、ＨＣの低減効果を高めることができる。

【0090】

ここで、燃料噴射孔から噴射される燃料噴射量Ｑは、燃料噴射孔の断面積をＡｏ、燃料噴射孔の出口の燃料の流速をＶとすると、以下の式（１）で表される。

【0091】

Ｑ＝Ａｏ・Ｖ ・・・（１）

【0092】

式（１）によると、断面積Ａｏを小さくする、すなわち、燃料噴射孔の径を小さくすることで、燃料噴射量を小さくすることができ、断面積Ａｏを大きくする、すなわち、燃料噴射孔の径を大きくすることで、燃料噴射量を大きくすることができる。

【0093】

このことから、噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６の流量を、噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の流量よりも大きくするためには、燃料噴射孔２３０１、２３０２、２３０６の内径（例えば、燃料噴射孔２３０１の内径２３１１（図２３））が燃料噴射孔２３０３、２３０４、２３０５の内径（例えば、燃料噴射孔２３０４の内径２３１４（図２３参照））よりも大きくなるように構成すればよい。

【0094】

また、噴霧Ｄ１，Ｄ２、Ｄ６においては、噴霧Ｄ１よりも、噴霧Ｄ２，Ｄ６の方が位置的に吸気バルブ６０５へ近い方向へ噴射され、流動の影響を受けやすいので、噴霧Ｄ１よりも、噴霧Ｄ２，Ｄ６の燃料噴射量を大きくしてもよい。これを実現するためには、噴霧Ｄ２，Ｄ６の燃料噴射孔２３０２，２３０６の断面積を、噴霧Ｄ１の燃料噴射孔２３０１の断面積よりも大きくすればよい。

【0095】

この構成によれば、バルブ６０１を閉弁して流動が強くなった条件においても噴霧Ｄ２，Ｄ６が流動の影響を受けにくくなり、混合気を形成しやすい。結果、エンジンの燃焼室１０７内の混合気の均質性を高めることができ、ＮＯｘを低減する効果が得られる。

【0096】

触媒暖機時においては、点火タイミングをリタード（遅角）させるため、燃焼が不安定となる場合がある。この場合は、バルブ６０１を閉じることで、点火タイミングにおけるエンジンの燃焼室１０７内の空気の乱れ速度を確保し、燃焼速度の低下をおさえることで、安定した燃焼が可能となる。したがって、触媒暖機時においては、ＥＣＵ１５０は、バルブ６０１を閉じるように制御するとよい。

【0097】

また、噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６は、噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５に比べて噴霧の貫徹力すなわち到達距離（ペネトレーションと称する）が短くなるようにしてもよい。このためには、気筒１０８のボア径（内径)、すなわちピストン６０９の外径を小さくし、ピストン６０９のストロークを大きくすることで、ピストン６０９の速度を向上させて、圧縮行程でタンブルの崩壊を促進させることが有効である。気筒１０８のボア径が小さくなると、吸気行程１００２の噴射１００４で噴射された燃料がシリンダ壁面６１４に付着しやすくなるため、噴霧Ｄ３、Ｄ４，Ｄ５に比べて噴霧Ｄ１、Ｄ２、Ｄ６の到達距離を短くすることで、吸気行程１００２での燃料付着を抑制し、ＨＣおよびＰＮを低減する効果が高まる。

【0098】

第１実施形態に係る噴霧Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６の構成は、例えば、ボアとストロークとの比率が１．０よりも大きいロングストロークのエンジンに適用すると効果が高い。また、圧縮行程１００３において燃料を噴射する場合であっても、噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の噴射量が、噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６の噴射量よりも小さいことで、ペネトレーションが長くてもピストン６０９に付着する燃料を抑制する効果がある。噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５よりも噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６のペネトレーションを短くする方法としては、噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の燃料噴射孔２３０３，２３０４，２３０５の上流側にテーパー部を設けるようにする方法がある。具体的には、図２３に示すように、燃料噴射孔２３０４の上流側にテーパー部２４２４を設けることで、燃料噴射孔２３０４の入り口面２４３４で、燃料が燃料噴射孔に入る際の燃料の剥離を抑制することができ、噴霧出口面での流速分布を均一化することで、ペネトレーションを低減することができる。

【0099】

また、燃料噴射装置１０１とピストン６０９との幾何学的な距離は、噴霧Ｄ３，Ｄ５に比べて噴霧Ｄ４のほうが短くなるため、噴霧Ｄ３，Ｄ５よりも噴霧Ｄ４の到達距離を短くするようにしてもよい。このようにすると、ピストン６０９への燃料付着を抑制し、ＨＣおよびＰＮの低減効果を高めることができ、さらに噴霧Ｄ３，Ｄ５の到達距離を確保することにより、燃焼室１０７内の空間全体に燃料を拡散しやすくなり、混合気の均質性を高め、ＮＯｘの発生を低減することができる。

【0100】

また、噴霧Ｄ２、Ｄ６に比べて噴霧Ｄ１の到達距離が短くなるように設定してもよい。噴霧Ｄ１は噴霧Ｄ２，Ｄ６に比べてシリンダ壁面６１４への幾何学的な距離が短く、また、噴霧Ｄ１は噴霧Ｄ２，Ｄ６に比べて吸気バルブ６０５との距離があるため、流動の影響を受けにくい。したがって、吸気行程１００２に噴射する場合、噴霧Ｄ２，Ｄ６に比べて噴霧Ｄ１の到達距離を短くしておくことで、噴霧のシリンダ壁面６１４への燃料付着をおさえてＨＣおよびＰＮの低減効果を高められる。

【0101】

上記した燃料噴射装置１０１の構成は、図６に示すように、シリンダ壁面６１４のサイドに取り付けられる燃料噴射装置、すなわち、サイド噴射を対象とした場合に効果が高まる。これは、点火プラグ６０４の近くに燃料噴射装置１０１が構成されるセンタ噴射を対象とした場合には、点火タイミング直前で燃料を噴射すれば、点火プラグの電極周りの当量比を確保できるが、サイド噴射では、燃料噴射装置１０１と点火プラグ６０４のプラス電極６１３とマイナス電極６１２との幾何学的な距離がセンタ噴射の場合に比べて長いため、以下に詳述するように、圧縮行程における燃料噴射を２回以上に分割する効果が顕著に現れるためである。

【0102】

次に、触媒暖機時の燃料圧力が高い場合における圧縮行程における燃料噴射の噴射制御について、図１０及び図１２を参照して説明する。

【0103】

図１２は、第１実施形態における、各クランク角度の時点におけるエンジンの燃焼室内の混合気の当量比の分布を示す図である。図１２においては、クランク角度−７０、−５５、−４０、−１０、＋２０ｄｅｇ.ＡＴＤＣ（Ａｆｔｅｒ ＴＤＣ）における燃焼室１０７内の当量比の分布を等高線により示している。図１２中においては、等高線上に当量比の値を表示している。

【0104】

ＥＣＵ１５０は、圧縮行程１００３における燃料噴射として、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５（点火タイミングの直前よりも前（本実施形態では、２つ前）の噴射）と、２回目の噴射１００６（点火タイミングの直前の噴射）の少なくとも２つに設定する。本実施形態では、ＥＣＵ１５０は、例えば、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５をタイミングｔ１０５（−６０ｄｅｇ）とし、圧縮行程１００３の２回目の噴射タイミング１００６をタイミングｔ１０６（−４０ｄｅｇ）としている。

【0105】

圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５（点火タイミングｔ１０７の直前の噴射よりも前の噴射）は、ピストン６０９のキャビティ６０６に混合気１２０１を形成するように作用し、２回目の噴射１００６（点火タイミングｔ１０７の直前の噴射）によると、キャビティ６０６に形成された混合気１２０１を、点火プラグ６０４のマイナス電極６１２側に持ち上げるように作用する。

【0106】

ここで、図１２に示すように、噴霧Ｄ１の重心の軸を重心軸１２０３とし、噴霧Ｄ４の重心の軸を重心軸１２０４とすると、重心軸１２０４は、キャビティ６０６が近いため、ピストン６０９の壁面（上面）とのせん断抵抗で噴霧Ｄ４の流速が遅くなるのに対し、重心軸１２０３は、ピストン６０９の壁面（上面）との距離が長く、せん断抵抗が小さいため、噴霧Ｄ１の流速は、噴霧Ｄ４に比べて維持される。すなわち、噴霧の流速は、噴霧Ｄ４に比べて噴霧Ｄ１のほうが速くなるため、エンジンの燃焼室１０７内で圧力差が生じて、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５でキャビティ６０６に形成された混合気１２０１は、マイナス電極６１２の方向へ押し上げられる。この結果、微小な噴射量でも点火タイミングｔ１０７において、点火プラグ６０４のマイナス電極６１２とプラス電極６１３の周辺（空隙６１７）に理論空燃比よりもリッチな混合気を形成でき、ＴＤＣよりもリタードした点火タイミングにおいて、安定的に着火することができる。

【0107】

ここで、ＥＣＵ１５０は、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５と、２回目の噴射１００６とにおける燃料噴射量の合計が、吸気行程１００２における１回目の噴射１００４の燃料噴射量よりも小さくなるように設定するようにするとよい。吸気行程１００２においては、圧縮行程１００３に比べて、燃料噴射装置１０１とピストン６０９との幾何学的な距離が長く、かつ燃焼室１０７内のタンブルが強いため、噴射された燃料が流動し易く、シリンダ壁面６１４やピストン６０９の壁面へ付着しにくい。一方、圧縮行程１００３において、燃料噴射装置１０１とピストン６０９との距離が小さいため、噴射された燃料がピストン６０９に付着し易い。したがって、圧縮行程１００３よりも吸気行程１００２における燃料噴射量を多くすることで、燃焼室１０７内の当量比をストイキに設定し易く、かつ圧縮行程１００２における燃料噴射での燃料付着を抑制し、ＨＣおよびＰＮを低減できる。

【0108】

ＥＣＵ１５０は、圧縮行程１００３における２回目の噴射１００６の噴射タイミングとして、点火タイミングｔ１０７よりも前、かつ、圧縮行程１００３のＴＤＣよりも前に設定する。燃料を噴射してから燃焼室１０７内に差圧が生じて、混合気が持ち上がるには、噴霧の到達速度、弁体２１４の開弁遅れに起因する時間遅れが生じるため、ＴＤＣよりも前に圧縮行程１００３の２回目の噴射（点火タイミングｔ１０７の直前の噴射）の噴射タイミングｔ１０６を設定することで、点火タイミングｔ１０７で点火プラグ６０４の周りにリッチな混合気を確実に形成することができる。この結果、燃焼安定性が改善し、点火リタード量を大きくすることができ、触媒７０３の早期昇温（暖機時間の短縮）に伴うＨＣの低減効果を高めることができる。

【0109】

例えば、触媒暖機の期間１３０３（図１３参照）における点火リタードの量は、過給気がないＮＡ（自然吸気）のエンジン構成では、例えば、１０ｄｅｇ以上に設定し、過給気７０２があるエンジン構成においては、１５ｄｅｇ以上に設定するようにしてもよい。過給機７０２があると燃焼室１０７内から触媒７０３までの排気系の質量が増加するため、排気の温度をＮＡに比べて大きくする必要がある。過給機７０２がある構成では、例えば、北米のＳＵＬＥＶ（Ｓｕｐｅｒ Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ）３０の排気規制をクリアするための実測値として、点火リタード量を１５ｄｅｇ以上とすることで、排気系の質量が増加する場合であっても、触媒７０３を確実に昇温させて、ＨＣ低減が可能となる。

【0110】

上述した圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５と、２回目の噴射１００６とにおける噴射タイミングと噴射量とは、エンジンの燃焼室１０７内の平均当量比よりも点火プラグ６０４の電極周りの当量比が濃くなるように決定すればよい。エンジンの燃焼室１０７の平均当量比よりも点火プラグ６０４の電極周りの当量比を濃くすることで、確実に混合気に着火でき、燃焼安定性を高めることができ、点火リタード量を大きくすることができる。この結果、触媒７０３を昇温するまでの時間を短縮でき、ＨＣの低減効果を高めることができる。

【0111】

また、燃料噴射装置１０１に供給する燃料の圧力、すなわち燃料配管１０５内の燃料圧力が高い場合には、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５における燃料噴射量に比べて、２回目の噴射１００６の燃料噴射量を小さくなるように設定してもよい。ここで、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５においては、キャビティ６０６での混合気形成が目的であるため、一定量以上の燃料噴射量を噴射する必要があるが、圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６においては、エンジンの燃焼室１０７内に差圧を作り出すことが目的である。したがって、圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６においては、噴霧の流速が確保できていればよいので、圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６の燃料噴射量は、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５の燃料噴射量よりも少なくてもよく、このようにしても点火プラグ６０４の電極周りの当量比を大きくすることができる。また、圧縮行程１００３においては、ＴＤＣに近づくほど燃料噴射装置１０１とピストン６０９との距離が近くなるため、噴射した噴霧がピストン６０９の冠面に付着しやすい。したがって、ＴＤＣに近づく時点における噴射（ここでは、２回目の噴射１００６）における燃料噴射量を小さくすることで、ピストン６０９への燃料付着を抑制し、ＰＮおよびＨＣを低減する効果を得ることができる。また、点火タイミングｔ１０７において、当量比が大きい領域（燃料が濃い領域）が複数あると、ＰＮが増加してしまうが、上記したように、圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６の燃料噴射量を圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５の燃料噴射量よりも少なくするように制御することで、当量比が濃い領域の数を抑制でき、ＰＮの低減効果を高めることができる。

【0112】

圧縮行程１００３では、燃焼室１０７の内圧が高まることから噴霧の貫徹力が低下する場合がある。そこで、圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６の噴射タイミングは、噴霧がキャビティ６０６に到達するまでの遅れ時間を考慮し、キャビティ６０６の排気管側終端部１２０２（図１２参照）よりも噴霧Ｄ１の重心軸１２０３がピストン６０９のストローク方向において点火プラグ６０４側（上側）にあり、且つ、噴霧Ｄ４の重心軸１２０４の延長軸１２０７とピストン６０９との交点１２０５がキャビティ６０６内にあるタイミングに設定するとよい。このような噴射タイミングとすることで、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５で形成した噴霧を確実にキャビティ６０６にいれることができる。これにより、点火タイミングｔ１０７における点火プラグ６０４のプラス側電極６１３とマイナス側電極６１２との周りの当量比を大きくすることができる。この結果、点火タイミングｔ１０７をＴＤＣからリタードさせても燃焼安定性が高められ、触媒７０３の早期昇温を実現でき、ＨＣの抑制を早期に実現することができる。

【0113】

具体的には、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５の噴射タイミングｔ１０５は、例えば、クランク角度−１００から−４０ｄｅｇの範囲（クランク角度−１００ｄｅｇ以上−４０ｄｅｇ以下）に設定するとよい。

【0114】

圧縮行程ＴＤＣ前に、タンブルが最大となるタイミングは、エンジンの燃焼室１０７の縦方向（ストローク方向）の距離と、径方向の距離との比であるアスペクト比で決まる。径方向の距離は、ピストンの外径６０４で決まるため一定であり、圧縮行程１００３において、ピストン６０４がＢＤＣからＴＤＣへ移動すると、縦方向の距離が小さくなり、アスペクト比が小さくなる。このアスペクト比の減少に応じて、クランク角度−１２０ｄｅｇとなるタイミングｔ１１１付近からタンブル、及び乱れ速度が増加に転じ、圧縮行程１００３のＴＤＣの手前−４０ｄｅｇ付近で空気の乱れ速度が圧縮行程１００３における最大値となるタイミングｔ１１２がくる。圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６における噴射タイミングｔ１０６は、噴射１００６における噴射期間１００８が、乱れ速度が減少する期間、すなわち、圧縮行程１００３における空気の乱れ速度が最大となるタイミングｔ１１２、もしくは、それ以降（クランク角度−４０ｄｅｇ以降）となるように設定するとよい。このように、乱れ速度が減少するタイミングで圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６を行うことにより、噴射した噴霧が燃焼室１０７内の流動に乱されにくくなり、エンジンの燃焼室１０７内に差圧を確実に作り出して、混合気１２０１を点火プラグ６０４の方向へ押し上げることができる。この結果、点火タイミングｔ１０７における点火プラグのプラス側電極６１３とマイナス側電極６１２との周りの当量比を高くすることができ、点火リタードの条件で安定的に燃焼を継続でき、排気温度を増加させて、触媒７０３を早期に昇温することができる。このため、排気ガス中のＨＣを低減することができる。

【0115】

また、圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６（すなわち、点火プラグ６０４の点火タイミングｔ１０７の直前の噴射）の噴射タイミングｔ１０６が、少なくともキャビティ６０６を指向する噴霧Ｄ４の重心軸１２０４の延長軸１２０７とピストン６０９の上面との交点１２０５が、キャビティ６０６の内部に位置するタイミング（すなわち、ピストン６０９の上面と、延長軸１２０７との交点１２０５がキャビティ６０６の排気管側終端部１２０２よりも燃料噴射装置１０１側に位置するタイミング）となるように、ＥＣＵ１５０が噴射タイミングを制御するとよい。この結果、噴霧Ｄ４をキャビティ６０６内に確実に入れることができ、噴霧Ｄ４の流速を低下させて、ピストン６０４に近い側の圧力を高くすることができるので、燃焼室１０７内において上下差圧を生じさせて、混合気１２０１を点火プラグ６０４へ向けて押し上げることができる。また、圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６の噴射タイミングｔ１０６を、噴霧Ｄ１の重心軸１２０３の延長軸１２０８とピストン６０９の上端面との交点１２０６が、キャビティ６０６よりもピストン６０９のストローク方向において点火プラグ６０４側にあるタイミングとするとよい。このような噴射タイミングとすることで、噴霧Ｄ１とピストン６０９の上端面との距離を確保でき、噴霧Ｄ１の流速低下を抑制できる。この結果、点火プラグ側６０４の噴霧Ｄ１を流速が高い状態で維持することができ、点火プラグ６０４周辺の圧力を減少させて、混合気１２０１を点火プラグ６０４方向に押し上げ、点火タイミングｔ１０７における点火プラグ６０４の電極周りの当量比を大きくすることができる。これにより、点火タイミングを圧縮行程１００３のＴＤＣよりもリタード（遅角）させた状態（点火リタード）で安定的に燃焼させることができ、触媒７０３を早期に昇温でき、ＨＣを低減することができる。

【0116】

次に、エンジンを始動してから触媒７０３の暖機（触媒暖機）等を行う制御について説明する。

【0117】

図１３は、第１実施形態に係る、エンジンの始動時からの経過時間と、点火リタード量、燃圧、燃料の噴射量、およびエンジン回転数との関係を示す図である。ここで、点火リタード量は、量が０のときは、圧縮行程ＴＤＣの位置で点火することを示し、点火リタード量が＋のときは、圧縮行程ＴＤＣよりも前のタイミングで点火することを示し、点火リタード量が−のときは、圧縮行程ＴＤＣよりも後のタイミングで点火することを示す。

【0118】

ＥＣＵ１５０は、エンジンを始動したタイミングｔ３１から、エンジンにおける燃焼が安定するまで行われるクランキングが終了するタイミングｔ３２までの期間１３０１では、点火リタードの量を圧縮行程ＴＤＣよりも進角させる制御を行うことにより、安定的な燃焼を実現させてエンジンの燃焼室１０７内の温度を上昇させる。

【0119】

クランキングが終了したタイミングｔ３２以降において、ＥＣＵ１５０は、点火リタードの量を小さくし、遅角側へ移行させる制御を行うことで、排気損失を大きくして、エンジンの燃焼室１０７内から排気ポート６０８に排出される排気ガスの温度を増加させる。この結果、触媒７０３の温度が早期に上昇することにより活性化され、触媒７０３によるＨＣを低減する効果が早期に得られるようになる。

【0120】

ここで、クランキングの期間１３０１から点火リタードへ移行するまでの移行期間１３０２、触媒暖機の期間１３０３においては、燃料噴射装置１０１に供給される燃圧が上昇していく過渡領域１３０４が存在する。これは、燃料噴射装置１０１に燃料を供給する燃料ポンプ１０６は、例えば、エンジンのカムシャフトと同期したプランジャの圧縮動作によって燃料を燃料配管１０５に供給するように構成されているため、エンジン回転数が低い状態では、燃圧が所定の目標圧力１３０５に到達するまでに一定の時間を要するからである。このような過渡領域１３０４は、エンジンを始動したタイミングｔ３１から、触媒暖機が終了するタイミングｔ３６までの間において生じる。

【0121】

燃圧が低い場合には、燃料噴射装置１０１から噴射される噴霧Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６の貫徹力が弱くなるため、燃料を噴射する噴射タイミングを変更することが望ましい。以下に、触媒暖機時の燃料圧力が低い場合（燃圧が目標圧力１３０５よりも低い場合）における燃料の噴射制御について説明する。

【0122】

図１４は、第１実施形態に係る触媒暖機時の燃料圧力が低い場合におけるクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。なお、図１４においては、図１０と同様な対象については、同一の符号を付している。

【0123】

ＥＣＵ１５０は、圧縮行程１００３の１回目の噴射１４０５（点火タイミングｔ１０７から２つ前の噴射）における噴射タイミングを、燃圧が高い場合の噴射タイミングｔ１０５（図１０参照）に比べて、期間１４０７だけ早くした噴射タイミングｔ４０４としている。このように、噴射タイミングを早くしているので、燃圧が低くて噴霧の貫徹力が弱く、キャビティ６０６への噴霧の到達時間が長くなってしまう場合において、混合気を確実にキャビティ６０６内に形成させることができる。なお、図１４の例は、ＥＣＵ１５０が、圧力センサ１０２からのセンサ値による燃圧が目標圧力１３０５よりも低い場合に噴射タイミングを一定量だけ早くするようにしているが、例えば、圧力センサ１０２からのセンサ値による燃圧に応じて、段階的に噴射タイミングを早くするように制御してもよい。

【0124】

ＥＣＵ１５０は、圧縮行程１００３の２回目の噴射１４０６（点火タイミングｔ１０７の直前の噴射）の噴射タイミングｔ４０５についても、燃圧が高い場合の噴射タイミングｔ１０６に比べて早めるように制御してもよい。ここで、２回目の噴射は、燃焼室１０７内に差圧を生じさせて、キャビティ６０６内の噴霧を押し上げるようにする目的で行われるが、噴霧を押し上げるタイミングは、燃圧に依存しないが、燃圧が低いと、噴霧の貫徹力が低下し、圧縮行程１００３の２回目の噴射による燃焼室１０７内の差圧が小さくなったり、燃料を噴射してから差圧が生じるまでの遅れ時間が長くなったりする可能性がある。これに対して、上記したように圧縮行程１００３の２回目の噴射のタイミングを早くすることで、燃焼室１０７の内圧が低い状態で燃料を噴射するようにし、燃圧が高い場合に近いタイミングで差圧を生じさせることができ、点火プラグ６０４の電極周りに混合気を確保することができる。なお、燃圧が高い場合の２回目の噴射タイミングｔ１０６に対する燃圧が低い場合の１回目の噴射タイミングｔ４０５の変更量を、燃圧が高い場合の１回目の噴射タイミングｔ１０５に対する燃圧が低い場合の１回目の噴射タイミングｔ４０４の変更量よりも小さくするようにしてもよい。

【0125】

例えば、図８に示すように圧縮行程に燃料を１回噴射する場合において、点火プラグ６０４の電極周りの混合気の当量比を高くするようにするためには、燃料噴射量を多くする必要があるが、上記したように、圧縮行程において燃料の噴射を２回に分割することで、圧縮行程の１回目で形成した混合気を２回目の噴射で点火プラグ６０４の方向へ押し上げることができるため、圧縮行程１回目の燃料噴射量を、１回噴射する場合に比べて小さくすることができ、ピストン６０９への燃料付着を抑制でき、燃料室１０７内から排気ポート６０８を介して排出されるＨＣやＰＮを低減することができる。

【0126】

上記した図１４に示す噴射タイミングの制御によれば、燃圧が低い場合であっても混合気を安定的に形成でき、点火プラグ６０４の電極周りの混合気の確保と、燃料付着の低減とを両立できる。なお、燃圧が所定の目標圧力１３０５以上となった場合には、ＥＣＵ１５０は、燃料噴射の制御を図１４に示す制御から、上記した図１０に示す制御に移行させる。

【0127】

例えば、燃焼室１０７内の空燃比を理想空燃費１４．７：１よりもリーンすなわち燃料が薄い状態にするリーン燃焼を行う場合において、点火プラグ６０４の電極周りにリッチな混合気を形成する場合において、上記したように、圧縮行程に燃料噴射を複数回（例えば２回）行うように制御してもよい。

【0128】

また、触媒暖機中において、エンジンにおける燃焼を安定化させるためには、点火タイミングｔ１０７直前の乱れ速度を大きくすること必要があるが、圧縮行程に２回の噴射を行う場合において、ＥＣＵ１５０は、吸気ポート６０７内のバルブ６０１を閉弁するように制御し、吸気ポート６０７の下部流路６１１への空気の流れを遮断するようにしてもよい。このようにすると、燃焼室１０７内のタンブルを打ち消す方向の空気を低減することができ、燃料室１０７内の乱れ速度を確保することができる。

【0129】

次に、触媒暖機終了後における燃料の噴射制御について説明する。

【0130】

図２４は、第１実施形態に係る触媒暖機終了後におけるクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。

【0131】

ここで、触媒暖機終了後であるか否かについては、ＥＣＵ１５０は、例えば、エンジン始動からの時間が所定時間を超えたとの条件や、触媒７０３の温度が所定温度を超えた等の条件により判断することができる。

【0132】

ＥＣＵ１５０は、触媒暖機の期間１３０３が終了するタイミングｔ３６の後の期間１３０８において、点火タイミングをＴＤＣよりも進角側の点火タイミングｔ２５７に移動させる制御を行うとともに、圧縮行程１００３における燃料の噴射を停止し、吸気行程１００２のみで噴射２５０２を行うように制御を切り替える。

【0133】

ここで、吸気行程１００２の噴射２５０２の噴射タイミングｔ２５２は、触媒暖機の期間１３０３における吸気行程１００２の噴射タイミングｔ１０２（図１０参照）に比べて早くなるように制御するとよい。たとえば、吸気行程１００２の噴射タイミングｔ２５２は、タンブルが最大となるタイミングｔ１１０よりも早いタイミング、例えば、クランク角度−３００から−２８０ｄｅｇ付近となるように制御するとよい。触媒暖機気の期間１３０３が終了した後は、ピストン６０９およびシリンダ壁面６１４の温度が高くなっているため、燃料が付着したとしても気化しやすく、ＨＣやＰＮを発生させにくい。噴射タイミングｔ２５７を早くすることで、噴射した噴霧が流動に乗りやすくなり、均質性が向上するため、ＮＯｘを低減させる効果が得られる。このように触媒暖機の終了後に、燃料噴射の制御を切り替えることにより、触媒暖機の期間１３０３で確実に触媒７０３を昇温させてＨＣを低減することができるとともに、触媒暖機の期間１３０３が終了した後におけるＮＯｘを低減することができる。

【0134】

次に、触媒暖機時における目標圧力を設定する方法について説明する。

【0135】

図２０は、燃圧と燃料噴射装置から噴射される燃料の粒子径（粒径）との関係を示す図である。図２０において、実線２００１は、Ｄｖ９０を示し、破線２００２はザウター平均粒径Ｄ３２を示し、一点鎖線２００３は、Ｄｖ９０とＤ３２との比を示している。ここで、Ｄｖ９０とは、噴射される燃料における粒子径と粒子量との分布において、粒子量が９０％に到達する際の粒子径である。

【0136】

Ｄｖ９０が大きいということは、燃料の粒子として、粒径が大きい粗大粒が多いことを示しており、燃料の粒子が蒸発し辛く、シリンダ壁面６１４やピストン６０９に燃料が付着しやすいことを示す一方、Ｄｖ９０が小さいということは、シリンダ壁面６１４やピストン６０９に燃料が付着し辛いことを示している。

【0137】

Ｄｖ９０は、図２０の実線２００１に示すように、燃圧が増加すると、Ｄｖ９０の変化が変わる変曲点２００４が存在する。一方、ザウター平均粒径Ｄ３２は、図２０の破線２００２に示すように、燃圧が増加しても、変化が変わる点が存在しない。

【0138】

触媒暖機時における目標圧力１３０５（図１３参照）としては、例えば、Ｄｖ９０の変曲点２００４の燃圧２００５に設定するとよい。本実施形態においては、例えば、変曲点２００４の燃圧２００５は、１０〜１５ＭＰa程度となるので、触媒暖機時における目標圧力１３０５は、１０ＭＰa以上としてもよい。

【0139】

このように目標圧力１３０５を決定することにより、燃圧が目標圧力１３０５以上であるか否かを判定することにより、燃料噴射装置１０１から噴射された噴霧が、シリンダ壁面６１４やピストン６０９に付着しやすい状態であるか否かを適切に判定することができ、その状態に適した燃料の噴射制御を行うことができる。

【0140】

次に、第２実施形態に係るエンジンシステムについて説明する。なお、第１実施形態に係るエンジンシステムにおける図面を適宜参照し、第１実施形態に係るエンジンシステムと異なる点を中心に説明する。

【0141】

図１５は、第２実施形態に係る、燃料噴射装置を駆動するための噴射パルス、駆動電圧、駆動電流、および弁体変位量についての時間変化を示す図である。

【0142】

第２実施形態に係るＥＣＵ１５０は、燃料噴射装置１０１の弁体２１４の変位量を、最大高さ位置１５０３と、最大高さ位置１５０３よりも低い低高さ位置１５０５とに切り替えて制御することにより、燃料噴射装置１０１から噴射される燃料噴射量を調整することができる。弁体２１４の変位量を低高さ位置１５０５とする場合には、ＥＣＵ１５０は、噴射パルス１５０４に示すように、パルス幅を短くするように制御する。この場合には、駆動回路１０３から出力される駆動電圧及び駆動電流は、一点鎖線に示すようになり、弁体の変位は、線１５０１に示すように変化する。

【0143】

本実施形態では、ＥＣＵ１５０は、図１０に示す圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６（点火タイミングｔ１０７の直前の噴射）と、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５（点火タイミングｔ１０７の２回前の噴射）との少なくとも一方の噴射における燃料噴射装置１０１の弁体２１４の高さ位置を、最大高さ位置１５０３よりも低い低高さ位置１５０５に制御する。

【0144】

点火タイミングｔ１０７に近い噴射１００６において、燃料噴射装置１０１とピストン６０９との距離が近いため、吸気行程１００３に比べて、噴射した燃料がピストン６０９に付着しやすい。また、燃圧が高いと、微粒化が促進されてピストン６０９への燃料が付着しにくい一方で、噴霧の流速が増加するために噴霧の貫徹力が上がって、燃料が付着し易く、結果としてピストン６０９へ付着する燃料の量が増えてしまう可能性がある。

【0145】

本実施形態では、ＥＣＵ１５０は、点火タイミングｔ１０７の直前の噴射１００６において、弁体２１４の変位（高さ位置）が最大高さ位置１５０３よりも低い低高さ位置１５０５となるように、噴射パルス１５０４に示すようにパルス幅を小さくするように制御する。弁体２１４の高さ位置を最大高さ位置１５０３よりも低い低高さ位置１５０５として、弁体２１４と弁座２１８との間の燃料が通過する通路の断面積を小さくすることにより、その通路を通過する燃料の圧力降下を意図的に生じさせることができ、噴射される噴霧の流速を低減することができる。この結果、圧縮行程１００６においてピストン６０９等への燃料付着を抑制することができ、発生するＨＣおよびＰＮを低減することができる。

【0146】

また、ＥＣＵ１５０により、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５（点火タイミングｔ１０７の２つ前の噴射１００５）において、弁体２１４の高さ位置が最大高さ位置１５０３よりも低い低高さ位置１５０５となるように制御してもよい。この結果、圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５によりピストン６０９等への燃料付着を抑制することができ、発生するＨＣおよびＰＮを抑制することができる。

【0147】

なお、第２実施形態において、点火タイミングｔ１０７の直前の噴射１００６においては、エンジンの燃焼室１０７内の空気の乱れ速度が大きいため、噴霧が流動に乗ってピストン６０９に燃料が付着しない場合や、また、第１実施形態で示したように、燃料噴射装置１０１において、ピストン６０９を指向する噴霧Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５の流量を噴霧Ｄ１、Ｄ２、Ｄ６に比べて小さくしている場合においては、高い燃圧で圧縮行程１００３に燃料を噴射してもピストン６０９に燃料が付着しない場合があるが、このような場合には、ＥＣＵ１５０により、点火タイミングｔ１０７の直前の噴射１００６においては、弁体２１４の高さ位置が最大高さ位置１５０３となるように噴射パルス幅を制御し、乱れ速度が弱くなる点火タイミングｔ１０７の２つ前の噴射１００５においては、弁体２１４の高さ位置が低高さ位置１５０５となるように噴射パルス幅を制御するようにしてもよい。

【0148】

また、燃圧が低い場合において、ＥＣＵ１５０は、図１４に示す圧縮行程１００３の２回目の噴射１４０６（点火タイミングｔ１０７の直前の噴射）と、圧縮行程１００３の１回目の噴射１４０５（点火タイミングｔ１０７の２回前の噴射）との少なくとも一方の噴射における燃料噴射装置１０１の弁体２１４の高さ位置を、最大高さ位置１５０３よりも低い低高さ位置１５０５に制御してもよい。なお、燃圧が低い場合においては、燃料噴射装置１０１から噴射される燃料の噴霧の流速が低下するため、圧縮行程１００３の噴射（１４０５，１４０６）における弁体２１４の高さ位置を最大高さ位置１５０３に移動させてもピストン６０９へ燃料が付着しにくい場合がある。このような場合においては、噴霧の微粒化を促進させるため、ＥＣＵ１５０は、圧縮行程１００３の噴射（１４０５，１４０６）における弁体２１４の高さ位置を最大高さ位置１５０３とするように噴射パルス幅をＥＣＵ１５０で制御するようにしてもよい。このようにすると、燃圧が低い場合において、燃料付着を抑制し、ＰＮおよびＨＣを低減することができる。

【0149】

なお、第２実施形態に係るＥＣＵ１５０による制御方法は、上記した第１実施形態、及び後述する第３実施形態乃至第５実施形態におけるＥＣＵ１５０による制御方法と適宜組み合わせるようにしてもよい。

【0150】

次に、第３実施形態に係るエンジンシステムについて説明する。なお、第１実施形態に係るエンジンシステムにおける図面を適宜参照し、第１実施形態に係るエンジンシステムと異なる点を中心に説明する。

【0151】

図１６は、第３実施形態に係る、燃料圧力が低い場合におけるクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。

【0152】

第３実施形態は、第１実施形態において、圧縮行程１００３における１回目の噴射における燃料噴射量と、２回目の噴射における燃料噴射量との分割比を、ＥＣＵ１５０が燃圧に応じて変更するようにしたものである。

【0153】

ＥＣＵ１５０は、燃料圧力が低い場合において、燃料圧力が高い場合（例えば、図１０に示す噴射制御が行われる場合）に比べて、圧縮行程１００３の１回目の噴射（点火タイミングｔ１０７の２つ前の噴射）における燃料噴射量に対する圧縮行程１００３の２回目の噴射（点火タイミングｔ１０７の直前の噴射）における燃料噴射量の比が高くなるように設定する。すなわち、ＥＣＵ１５０は、図１０における噴射１００５の燃料噴射量に対する噴射１００６の燃料噴射量の比よりも、図１６に示す噴射１６０５の燃料噴射量に対する噴射１６０６の燃料噴射量の比の方が高くなるように設定する。

【0154】

ここで、燃圧が低い場合においては、噴霧の貫徹力が低下するため、圧縮行程１００３における２回目の噴射１６０６の燃料噴射量が小さいと、エンジンの燃焼室１０７内に生じる差圧が小さくなり、圧縮行程１００３の１回目の噴射１６０５で形成された混合気を点火プラグ６０４の方向へ押し上げにくくなる。これに対して、本実施形態によれば、圧縮行程１００３の１回目の噴射１６０５の燃料噴射量に対する圧縮行程１００３における２回目の噴射１６０６の燃料噴射量の比を、燃圧が高い場合における噴射１００５の燃料噴射量に対する噴射１００６の燃料噴射量の比よりも大きくすることで、噴霧の貫徹力を確保でき、差圧を大きくでき、点火タイミングｔ１０７における点火プラグ６０４の電極周りの混合気の当量比を大きくすることができる。この結果、点火リタードをさせていても燃焼が安定するため、触媒７０３の温度を早期に昇温させることができ、発生するＨＣを低減することができる。

【0155】

なお、圧縮行程１００３の２回目の噴射１６０６における燃料噴射量をより多くする必要がある場合は、吸気行程１００２の噴射１６０４における燃料噴射量を減らすようにしてもよい。噴射１６０４における燃料噴射量を小さくすることで、噴射した燃料がシリンダ壁面６１４に付着しにくくなるため、ＨＣおよびＰＮを低減できる。

【0156】

次に、第４実施形態に係るエンジンシステムについて説明する。なお、第１実施形態に係るエンジンシステムにおける図面を適宜参照し、第１実施形態に係るエンジンシステムと異なる点を中心に説明する。

【0157】

図１７は、エンジン回転数と、点火プラグ周りの混合気の当量比の関係を示す図である。図１７において、当量比１の理論空燃比を線１７０２で示し、触媒暖機中における目標の当量比を線１７０４で示す。

【0158】

エンジン始動から触媒暖機の期間１３０３までには、図１３に示すように、エンジン回転数が変わる回転数過渡期間１３０６があり、エンジン回転数が変わると、点火プラグ６０４の電極周りの混合気の当量比は変化する。

【0159】

例えば、圧縮行程の噴射タイミングと燃料噴射量とを、燃圧が高い場合と同じとした場合における、エンジン回転数と、点火プラグ６０４の電極周りの混合気の当量比との関係は、線１７０１に示すようになる。すなわち、エンジン回転数が高い場合（目標回転数１７０５（図１３の目標系点数１３０７に対応）に近い場合）においては、点火プラグ６０４の電極周りの混合気の当量比を、線１７０４で示す目標当量比に近い値に保持できるのに対して、エンジン回転数が低い場合においては、例えば、点１７０６に示すように、点火プラグ６０４の電極周りの混合気の当量比が、線１７０２で示す当量比１よりも低下してしまう。

【0160】

ここで、点１７０６に対応するエンジン回転数の場合におけるエンジンの燃焼室１０７内の当量比分布について説明する。

【0161】

図１８は、各クランク角度の時点におけるエンジンの燃焼室内の混合気の当量比の分布を示す図である。図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図１７の点１７０６における各クランク角度−５５ｄｅｇ，−３０ｄｅｇ，＋２０ｄｅｇにおける当量比の等高線を示している。図１８においては、当量比の数値を各等高線に表示している。なお、燃料噴射タイミングは、図１０に示す圧縮行程１００３の１回目の噴射タイミングｔ１０５（−６０ｄｅｇ）としている。

【0162】

クランク角度−５５ｄｅｇの場合には、図１８（ａ）に示すように、燃料が濃い領域である混合気雲１８０１がキャビティ６０６の排気管側終端部１２０２を乗り越えており、混合気がキャビティ６０６に保持できていない。これは、圧縮行程１００３の１回目の噴射タイミングを、回転数が高い場合と同じ噴射タイミングに設定していると、エンジン回転数が遅く、ピストン６０９が上昇する速度が遅く、噴霧が排気管側終端部１２０２を乗り越えてしまうためである。

【0163】

本実施形態では、エンジン回転数が低い場合であっても、点火プラグ６０４の電極周りの混合気の当量比を高く維持できるようにするために、ＥＣＵ１５０は、エンジン回転数が高い場合に比べて、圧縮行程１００３の１回目の噴射タイミングを遅くするように制御する。

【0164】

以上説明したように、第４実施形態に係るＥＣＵ１５０によると、エンジン回転数が低い場合において、圧縮行程の１回目の噴射タイミングを、エンジン回転数が高い場合に比べて遅くするようにしたので、図１７の点１７０７に示すように、点火プラグ６０４の電極周りの混合気の当量比を大きくすることができ、点火プラグ６０４による点火を確実に行うことができ、エンジン回転数が変動する期間においても点火リタードでの燃焼を安定させることができる。このため、触媒７０３を早期に昇温させて、ＨＣおよびＮＯｘを低減することができる。

【0165】

第４実施形態においては、触媒暖機時における点火プラグ６０４の電極周りの混合気の当量比の目標値を１よりも大きな値に設定してもよい。点火リタードを行う場合においては、ピストン６０９がＴＤＣからＢＤＣの間にある膨張行程おいて点火を行うため、乱れ速度が小さくなり燃焼速度が遅くなって、燃焼が不安定となる可能性があるが、点火プラグ６０４の電極周りの混合気の当量比を１よりも大きく、すなわちストイキよりも燃料を濃い状態にすることにより、燃焼範囲を確保でき、燃焼を効果的に安定させることができる。このようにすれば、点火リタードを行っている場合であっても、燃焼を安定させ、触媒７０３の温度を確実に上昇させることができ、ＨＣを低減することができる。

【0166】

第４実施形態に係るＥＣＵ１５０の制御を、第１実施形態乃至第３実施形態に係るＥＣＵ１５０の制御と組み合わせるようにしてもよい。

【0167】

次に、第５実施形態に係るエンジンシステムについて説明する。なお、第１実施形態に係るエンジンシステムにおける図面を適宜参照し、第１実施形態に係るエンジンシステムと異なる点を中心に説明する。

【0168】

図１９は、第５実施形態に係る、エンジンの始動時からの経過時間と、点火リタードの量、吸気圧、燃圧、燃料の噴射量、エンジン回転数との関係を示す図である。

【0169】

第５実施形態に係るＥＣＵ１５０は、触媒暖機の期間１３０３において、吸気ポート６０７の吸気圧が大気圧１９０１よりも大きくなるように、エンジンの始動後に過給機７０２を作動させて過給する制御を行う。

【0170】

このような制御を行うことにより、吸気ポート６０７の空気の圧力が増加するため、エンジンの燃焼室１０７内に流入する空気量が増加し、排気エンタルピが大きくなって、早期に触媒７０３の温度を昇温できる。この結果、ＨＣおよびＰＮを低減することできる。また、過給機７０２による過給によって排気熱が吸気温度を上昇させ、エンジンシステムの温度が高まることで、エンジンシステムが供給される燃料の熱量を温度上昇に変える熱交換効率が上がる。したがって、燃料噴射量が同じ場合であっても、図示仕事、冷却損失、排気損失に変換した際の総熱量が増加し、触媒７０３を早期に昇温でき、ＨＣおよびＰＮを低減できる。

【0171】

ここで、エンジンの始動直後は、エンジンシステムの温度が低く、かつエンジン回転数が低いことから、過給機７０２のコンプレッサ７０２Ａを回転させることが難しい。これに対して、ＥＣＵ１５０は、コンプレッサ７０２Ａを回転させるタイミングｔ１９１を、クランキングの期間１３０１が終了した後としてもよい。また、点火タイミングを０ｄｅｇより進角する場合には、過給機７０２により過給すると、エンジンの出力が増加しすぎる場合があるため、コンプレッサ７０２Ａを回転させるタイミングを、点火リタードへ移行するまでの移行期間１３０２が終了した後の点火タイミングを遅角させる時点以降としてもよい。コンプレッサ７０２Ａを回転させるタイミングｔ１９１を上記のようにすることで、触媒７０３の温度を確実に早期に昇温でき、ＨＣの低減効果を高めることができる。

【0172】

なお、第５実施形態に係るＥＣＵ１５０の制御は、第１実施形態乃至第４実施形態に係るＥＣＵ１５０の制御と組み合わせてもよい。

【0173】

次に、第６実施形態に係るエンジンシステムについて説明する。なお、第１実施形態に係るエンジンシステムにおける図面を適宜参照し、第１実施形態に係るエンジンシステムと異なる点を中心に説明する。

【0174】

図２１は、第６実施形態に係るクランク角度と、噴射タイミングとの関係を示す図である。

【0175】

第６実施形態は、第１実施形態において、触媒暖機時の燃料圧力が高い場合における圧縮行程１００３での燃料の噴射を、３回に分割して行うようにしたものである。

【0176】

本実施形態では、ＥＣＵ１５０は、圧縮行程１００３において、噴射２１０１、噴射２１０２、噴射２１０３を行うように制御する。ここで、噴射２１０１の噴射タイミングｔ２１１は、図１０に示す圧縮行程１００３の１回目の噴射１００５の噴射タイミングｔ１０５と同じタイミングとしてもよく、噴射２１０３（点火タイミングｔ１０７の直前の噴射）の噴射タイミングｔ２１３は、図１０に示す圧縮行程１００３の２回目の噴射１００６の噴射タイミングｔ１０６と同じタイミングとしてもよい。本実施形態では、ＥＣＵ１５０は、図１０に示す噴射１００５における燃料噴射量を、噴射２１０１と、噴射２１０２とに分割して噴射させるようにしている。

【0177】

ここで、圧縮行程１００３の噴射では、燃料噴射装置１０１とピストン６０９との幾何学的な距離が吸気行程１００２に比べて短いため、噴射した燃料がピストン６０９に付着しやすい。したがって、キャビティ６０６に混合気を形成するための噴射を、噴射１００５だけではなく、噴射２１０１と噴射２１０２とに分割することで、１噴射当たりの燃料噴射量を抑制することができるため、噴霧の貫徹力を低減できる効果が得られる。この結果、ピストン６０９への燃料付着を抑制し、ＰＮを低減することができる。

【0178】

また、噴射２１０２を設けることで、キャビティ６０６と燃料噴射装置１０１との距離が近くなるため、噴霧がキャビティ６０６に入りやすくなり、キャビティ６０６に混合気を形成しやすくなる。これにより、点火タイミングｔ１０７の直前の噴射２１０３によって、点火プラグ６０４の電極周りにリッチな混合気を安定的に形成でき、燃焼安定性を高められる。この結果、点火リタードを大きくすることができ、触媒７０３の早期昇温させることができ、ＨＣの低減効果を高めることができる。

【0179】

なお、圧縮行程１００３の１回目の噴射２１０１、圧縮行程１００３の２回目の噴射２１０２において、弁体２１４が最大高さ位置よりも低い低高さ位置で駆動するように制御する第２実施形態の制御を組み合わせるようにしてもよい。このようにすると、噴霧の貫徹力を低減できるため、ピストン６０９への燃料付着をさらに低減することができ、ＰＮのさらなる抑制が可能となる。

【0180】

また、圧縮行程１００３における燃料の噴射を、３回に分割して行うようにしているが、燃料の噴射を４回以上に分割するようにしてもよい。また、触媒暖機時の燃圧が目標圧力よりも高い場合に分割する例を示したが、触媒暖機時の燃圧が目標圧力より低い場合に、圧縮行程１００３における燃料の噴射を、３回以上に分割するようにしてもよい。

【0181】

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

【0182】

例えば、上記実施形態において、ＥＣＵ１５０が行っている処理の一部又は全部を、ＣＰＵ１０４で行ってもよく、ＣＰＵ１０４とは別のハードウェア回路で行うようにしてもよい。また、駆動回路１０３が行う処理の一部をＣＰＵ１０４で行うようにしてもよい。

【符号の説明】

【0183】

１００…エンジンシステム、１０１…燃料噴射装置、１０２…圧力センサ、１０３…駆動回路、１０４…ＣＰＵ、１０７…燃焼室、１０８…気筒、１５０…ＥＣＵ、６０６…キャビティ、６０７…吸気ポート、６０９…ピストン、６０４…点火プラグ、６１２…マイナス電極、６１３…プラス電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】