直喷式汽油发动机的控制装置
阅读：384发布：2020-05-12
专利汇可以提供直喷式汽油发动机的控制装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且发动机 (1)包括：发动机 机体 ，其具有设置在 气缸 (11)内的 活塞 (15)且由气缸(11)和活塞(15)划分出 燃烧室 (17)； 燃料 喷射器(33)，其经喷口(41)向燃烧室(17)内喷射至少含有 汽油 的燃料；以及发动机 控制器 (100)，其让燃料喷射器(33)至少在 压缩行程 后半期喷射燃料，且所述发动机控制器(100)对燃料喷射器(33)的喷射方式进行控制。燃料喷射器(33)具有用以调节燃料喷雾扩散的参数。发动机控制器(100)调节参数，以便做到：燃烧室(17)的压 力 越高，燃料喷雾扩散越大。，下面是直喷式汽油发动机的控制装置专利的具体信息内容。
1.一种直喷式汽油发动机的控制装置，该直喷式汽油发动机的控制装置包括：
发动机机体，其具有设置在气缸内的活塞且由该气缸和该活塞划分出燃烧室；
燃料喷射器，其经喷口向所述燃烧室内喷射至少含有汽油的燃料；以及控制部，其让所述燃料喷射器至少在压缩行程后半期喷射燃料，且所述控制部对该燃料喷射器的喷射方式进行控制，
所述直喷式汽油发动机的控制装置的特征在于：
所述燃料喷射器具有用以调节燃料喷雾扩散的参数，
所述控制部对所述燃烧室的压力状态进行预测，并且调节所述参数，以便做到：即使为同一燃料喷射量，也让预测到的所述燃烧室的压力高时的燃料喷雾扩散大于预测到的所述燃烧室的压力低时的燃料喷雾扩散。
2.根据权利要求1所述的直喷式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述控制部调节所述参数，以便做到：即使为同一燃料喷射量，当预测到的所述燃烧室的压力越高，燃料喷雾扩散就越大。
3.根据权利要求1或2所述的直喷式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述参数为所述喷口的有效截面积，
所述控制部做到：即使为同一燃料喷射量，也让预测到的所述燃烧室的压力高时的所述喷口的有效截面积大于预测到的所述燃烧室的压力低时的所述喷口的有效截面积。
4.根据权利要求1或2所述的直喷式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述参数为在进行多级喷射的情况下的喷射间隔，
所述控制部做到：让所述燃料喷射器至少在压缩行程后半期进行多级喷射，并且，即使为同一燃料喷射量，也让预测到的所述燃烧室的压力高时的所述喷射间隔大于预测到的所述燃烧室的压力低时的所述喷射间隔。
5.根据权利要求1或2所述的直喷式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述参数为所述喷口的有效截面积、以及在进行多级喷射的情况下的喷射间隔，所述控制部做到：让所述燃料喷射器至少在压缩行程的后半期进行多级喷射，并且，即使为同一燃料喷射量，也让预测到的所述燃烧室的压力高时的所述喷口的有效截面积和所述喷射间隔都大于预测到的所述燃烧室的压力低时的所述喷口的有效截面积和所述喷射间隔。
6.根据权利要求3所述的直喷式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述燃料喷射器具有：形成有所述喷口的喷嘴本体以及将该喷口打开、关闭的阀体，且所述燃料喷射器构成为：该喷口的有效截面积根据该阀体的移动量变化，该阀体的移动量越大，该喷口的有效截面积就越大。
7.一种直喷式汽油发动机的控制装置，该直喷式汽油发动机的控制装置包括：
发动机机体，其具有设置在气缸内的活塞且由该气缸和该活塞划分出燃烧室；
燃料喷射器，其经喷口向所述燃烧室内喷射至少含有汽油的燃料；以及控制部，其让所述燃料喷射器至少在压缩行程后半期喷射燃料，且所述控制部对该燃料喷射器的喷射方式进行控制，
所述直喷式汽油发动机的控制装置的特征在于：
所述燃料喷射器具有用以调节燃料喷雾扩散的参数，
所述控制部对应于所述燃料喷射器在所述压缩行程后半期进行的燃料喷射的时刻来调节所述参数，以便做到：燃料喷射的时刻越早，燃料喷雾扩散就越小。
8.根据权利要求7所述的直喷式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述参数为所述喷口的有效截面积，
所述控制部做到：所述燃料喷射器在所述压缩行程后半期进行的燃料喷射的时刻较早时，所述控制部使所述喷口的有效截面积比所述燃料喷射器进行的燃料喷射的时刻较晚时小。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的直喷式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述控制部让所述燃料喷射器在压缩行程后半期喷射燃料，以便做到：在所述混合气层内的混合气点火的时刻，在划分所述燃烧室的壁面和所述混合气层之间形成新气和/或已燃气体的气层。
10.根据权利要求9所述的直喷式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述燃烧室的壁面为形成在所述活塞的顶面上的凹状腔的内壁面。
直喷式汽油发动机的控制装置
技术领域
背景技术
[0002] 迄今为止，在燃烧室内对混合气的浓度分布、形状等进行控制的技术已为人所知。例如，在专利文献1所涉及的发动机中，为了抑制产生碳烟，在进气行程中或压缩行程中进行第一次燃料喷射而在燃烧室内形成稀混合气，然后在压缩行程中进行第二次燃料喷射而在燃烧室内形成浓混合气。
[0003] 专利文献2中记载了向发动机的燃烧室内喷射燃料的外开阀式燃料喷射器。在外开阀式燃料喷射器中，喷射燃料的喷嘴口的有效截面积通过改变阀体的移动(lift)量而变化。专利文献3中记载了阀盖孔(VCO：Valve Covered Orifice)喷嘴式燃料喷射器。VCO喷嘴式燃料喷射器构成为：针阀直接落在喷嘴口敞开的阀座(seat)部而将喷嘴口关闭，产生在喷嘴口的内周面上的气穴(cavitation)区域的大小根据针阀的移动量而变化。其结果是，和外开阀式燃料喷射器一样，VCO喷嘴式燃料喷射器中喷嘴口的有效截面积也根据针阀的移动量而变化。
[0004] 专利文献4中记载了以下内容：在包括布置在气缸中心轴上且将燃料锥状地喷射出来的外开阀式燃料喷射器的发动机中，通过在压缩行程的后期向气缸内喷射燃料，而在燃烧室内形成混合气层及其周围的气层(含新气的气层)。在该专利文献4所记载的发动机中，在形成混合气层的混合气燃烧时,让周围的气层起绝热层的作用以减少冷却损失。
[0005] 专利文献1：日本公开专利公报特开平11-101127号公报
[0006] 专利文献2：日本公开专利公报特开2008-151043号公报
[0007] 专利文献3：日本专利第4194564号公报
[0008] 专利文献4：日本公开专利公报特开2013-57266号公报发明内容
[0009] -发明所要解决的技术问题-
[0010] 向燃烧室喷射的燃料喷雾会受燃烧室内的环境的影响。也就是说，即使用同一喷射方式喷射燃料，形成在燃烧室内的混合气的浓度分布、形状等也会根据燃烧室内的环境而不同。
[0011] 这里所公开的技术正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于：抑制由于燃烧室内的环境的变化引起的混合气的变化。
[0012] -用以解决技术问题的技术方案-
[0013] 这里所公开的技术以一种直喷式汽油发动机的控制装置为对象。该直喷式汽油发动机的控制装置包括：发动机机体，其具有设置在气缸内的活塞且由该气缸和该活塞划分出燃烧室；燃料喷射器，其经喷口向所述燃烧室内喷射至少含有汽油的燃料；以及控制部，其让所述燃料喷射器至少在压缩行程后半期喷射燃料，且所述控制部对该燃料喷射器的喷射方式进行控制。所述燃料喷射器具有用以调节燃料喷雾扩散的参数，所述控制部对所述燃烧室的压力状态进行预测，并且调节所述参数，以便做到：即使为同一燃料喷射量，也让预测到的所述燃烧室的压力高时的燃料喷雾扩散大于预测到的所述燃烧室的压力低时的燃料喷雾扩散。
[0014] 还可以这样：所述控制部调节所述参数，以便做到：即使为同一燃料喷射量，当预测到的所述燃烧室的压力越高，燃料喷雾扩散就越大。
[0015] 这里，“压缩行程后半期”是指在将压缩行程平分为前半期和后半期的情况下的后半期。
[0016] 假设将该参数固定不变来喷射燃料，则气缸内的压力越高，燃料喷雾就越难以扩散。也就是说，气缸内的压力越高，形成出的混合气的燃料喷雾扩散就越小。相对于此，所述燃料喷射器能够通过调节所述参数来调节燃料喷雾扩散。用以调节燃料喷雾扩散的参数例如为喷口的有效截面积、在多级喷射情况下的喷射间隔。而且，该参数被调节为：气缸内的压力越高，燃料喷雾扩散就越大。由此，能够抑制由于气缸内的压力上升引起的燃料喷雾的缩小。也就是说，尽可能地排除由于气缸内的压力变化所造成的影响，从而能够容易地形成所期望的混合气。
[0017] 还可以这样：所述参数为所述喷口的有效截面积，所述控制部做到：即使为同一燃料喷射量，也让预测到的所述燃烧室的压力高时的所述喷口的有效截面积大于预测到的所述燃烧室的压力低时的所述喷口的有效截面积。
[0018] 通过调节所述喷口的有效截面积，能够调节燃料喷雾扩散。详细而言，如果喷口的有效截面积发生变化，喷口所喷射的燃料喷雾的粒径就会发生变化。如果燃料喷雾的粒径发生变化，燃料喷雾的运动量就会发生变化。如果燃料喷雾的运动量发生变化，燃料喷雾的飞散距离就会发生变化，燃料喷雾扩散的状况也会发生变化。详细而言，喷口的有效截面积越大，燃料喷雾的粒径就会越大，燃料喷雾扩散也会越大。
[0019] 还可以这样：所述参数为在进行多级喷射的情况下的喷射间隔，所述控制部做到：让所述燃料喷射器至少在压缩行程后半期进行多级喷射，并且，即使为同一燃料喷射量，也让预测到的所述燃烧室的压力高时的所述喷射间隔大于预测到的所述燃烧室的压力低时的所述喷射间隔。
[0020] 在进行多级喷射的情况下，断续地进行多次燃料喷射，通过对此时的喷射间隔进行调节，也能够调节燃料喷雾扩散。详细而言，燃料一喷射，就由于康达效应(Coanda effect)而会在燃料喷射的中心轴附近产生成为负压的区域。该负压区域的大小根据喷射间隔变化。详细而言，在喷射间隔大时，因为负压区域的压力在到下一次的燃料喷射之前的这段时间内能够恢复，所以负压区域会变小。在负压区域小的情况下，燃料喷雾不太被负压吸引，容易扩散。相对于此，在喷射间隔小时，接连不断地喷射燃料，从而负压区域的负压被维持，负压区域会变大。在负压区域大的情况下，燃料喷雾被负压吸引，燃料喷雾扩散受到抑制。也就是说，喷射间隔越大，燃料喷雾就越容易扩散；喷射间隔越小，燃料喷雾扩散会就越受到抑制。
[0021] 需要说明的是，喷口的有效截面积对于燃料喷雾是否容易受到负压区域的影响是有影响的。如果喷口的有效截面积小，燃料喷雾的粒径就小，因此燃料喷雾容易受来自负压区域的影响。也就是说，粒径小的燃料喷雾容易被负压区域吸引，也容易被负压区域减速。由此，通过减小喷口的有效截面积，就能够抑制燃料喷雾扩散。
[0022] 如上所述，通过根据气缸内压力对喷口的有效截面积和喷射间隔中的至少一者进行调节，就能够根据气缸内压力调节燃料喷雾扩散。
[0023] 还可以这样：所述参数为所述喷口的有效截面积、以及在进行多级喷射的情况下的喷射间隔，所述控制部做到：让所述燃料喷射器至少在压缩行程的后半期进行多级喷射，并且，即使为同一燃料喷射量，也让预测到的所述燃烧室的压力高时的所述喷口的有效截面积和所述喷射间隔都大于预测到的所述燃烧室的压力低时的所述喷口的有效截面积和所述喷射间隔。
[0024] 如上所述，喷口的有效截面积越大，燃料喷雾扩散就会越大。此外，喷射间隔越大，燃料喷雾扩散就会越大。由此，通过气缸内压力越高，使喷口的有效截面积越大，和/或使喷射间隔越大，气缸内压力的上升导致的燃料喷雾的缩小就会得到抑制。其结果是，能够抑制由于气缸内压力的变化引起的、混合气的浓度分布、形状等的变化。
[0025] 还可以这样：所述燃料喷射器具有：形成有所述喷口的喷嘴本体以及将该喷口打开、关闭的阀体，且所述燃料喷射器构成为：该喷口的有效截面积根据该阀体的移动量变化，该阀体的移动量越大，该喷口的有效截面积就越大。
[0026] 根据所述燃料喷射器，通过调节阀体的移动量，就能够调节喷口的有效截面积，进而，能够改变燃料喷雾的粒径。
[0027] 这里所公开的技术以一种直喷式汽油发动机的控制装置为对象。该直喷式汽油发动机的控制装置包括：发动机机体，其具有设置在气缸内的活塞且由该气缸和该活塞划分出燃烧室；燃料喷射器，其经喷口向所述燃烧室内喷射至少含有汽油的燃料；以及控制部，其让所述燃料喷射器至少在压缩行程后半期喷射燃料，且所述控制部对该燃料喷射器的喷射方式进行控制。所述燃料喷射器具有用以调节燃料喷雾扩散的参数，所述控制部对应于所述燃料喷射器在所述压缩行程后半期进行的燃料喷射的时刻来调节所述参数，以便做到：燃料喷射的时刻越早，燃料喷雾扩散就越小。
[0028] 气缸内压力也会根据压缩行程后半期的燃料喷射时刻有较大的变化，即使发动机负荷相同且燃料喷射量大致相同，但例如在发动机转速高的情况下，为了确保燃料的气化时间(点火迟后时间)，有燃料喷射的开始时刻提早这一趋势，由此，燃料喷射开始时的气缸内压力低，燃料喷雾容易扩散。
[0029] 因此，即使进气填充量相等，也能够对应于燃料喷射器的燃料喷射时刻来将用以调节燃料喷雾扩散的参数调节为燃料喷射时刻越早，燃料喷雾扩散就越小，由此，即使燃料喷射时刻不同，也能够使燃料喷雾的扩散状况相同。
[0030] 需要说明的是，通过按照上述方式使燃料喷雾的扩散状况相同，就能够将新气、已燃气体等的气层(燃烧时的绝热气层)形成在燃烧室壁面与混合气层之间。
[0031] 也可以这样：所述参数为所述喷口的有效截面积，所述燃料喷射器在所述压缩行程后半期进行的燃料喷射的时刻较早时，所述控制部使所述喷口的有效截面积比所述燃料喷射器进行的燃料喷射的时刻较晚时小。
[0032] 还可以这样：所述控制部让所述燃料喷射器在压缩行程后半期喷射燃料，以便做到：在所述混合气层内的混合气点火的时刻，在划分所述燃烧室的壁面和所述混合气层之间形成新气和/或已燃气体的气层。
[0033] 根据该结构，形成混合气层的混合气燃烧时，其周围的气层作为介于混合气层和划分出燃烧室的壁面之间的绝热层起作用，从而能够使冷却损失大幅度地减少。
[0034] 需要说明的是，气层是实质上不包括燃料的层(详细而言，当量比φ＝0.1以下的层)，其中含有新气和废气。
[0035] 也可以这样：所述燃烧室的壁面为形成在所述活塞的顶面上的凹状腔的内壁面。根据该结构，由于从所述燃料喷射器喷射出的燃料喷雾在具有一定容积的凹状腔的空间内形成混合气层，因此所述气层可靠地形成在腔内壁面与混合气层之间，从而能够使冷却损失大幅度地减少。
[0036] -发明的效果-
[0038] 图1是示出直喷式汽油发动机的结构简图。
[0039] 图2是示出燃料喷射器的内部结构的剖视图。
[0040] 图3是示例出发动机的工况的图。
[0041] 图4是概念性地示出在燃烧室内形成的混合气层的形状的剖视图。
[0042] 图5是说明从燃料喷射器喷射的燃料喷雾的扩散方向的图。
[0043] 图6是示出燃料的喷射间隔的图。
[0044] 图7是示出外开阀式燃料喷射器的移动量的图。
[0045] 图8(A)是概念图，其示出燃料的喷射间隔长时的燃料喷雾的扩散状况，图8(B)是概念图，其示出燃料的喷射间隔短时的燃料喷雾的扩散状况。
[0046] 图9(A)是概念图，其示出燃料喷射器的移动量小时的燃料喷雾的扩散状况，图9(B)是概念图，其示出燃料喷射器的移动量大时的燃料喷雾的扩散状况。
[0048] 图11是示出相对于气缸内压力的移动量变化的图。
[0049] 图12是示出相对于气缸内压力的喷射间隔的变化的图。
[0050] 图13是示出负荷低时的喷射方式的图。
[0051] 图14是示出负荷高时的喷射方式的图。
[0052] 图15是示出其它实施方式所涉及的燃料喷射器的内部结构的剖视图。
[0053] 图16(A)示出气缸内压力相对较高时的混合气层的形状，图16(B)示出气缸内压力相对较高时的喷射方式。
[0054] 图17(A)示出气缸内压力相对较低时的混合气层的形状，图17(B)示出气缸内压力相对较低时的喷射方式。
具体实施方式
[0055] 下面，参照附图对示例的实施方式进行详细的说明。
[0057] 发动机1安装在汽车等车辆上，发动机1的输出轴经变速器与驱动轮相连结，但这并未图示出来。车辆借助发动机1的输出传递给驱动轮而前进。发动机1的发动机机体包括气缸体12、和载放在该气缸体12上的气缸盖13，在气缸体12的内部形成有多个气缸11(图1中仅示出一个气缸11)。在气缸体12和气缸盖13的内部形成有供冷却水流动的水套，但这并未图示出来。
[0059] 活塞15可滑动地嵌插在各气缸11内。活塞15与气缸11和气缸盖13一起划分出燃烧室17。图例中，燃烧室17是所谓的屋脊(pent roof)形燃烧室，其顶面(即气缸盖13的下表面)呈由进气侧和排气侧两个斜面构成的三角屋脊形状。活塞15的顶面呈与燃烧室的所述顶面相对应的凸状，在活塞15的顶面的中央部位形成有凹状腔(凹部)15a。需要说明的是，只要实现后述较高的几何压缩比，燃烧室的所述顶面和活塞15的所述顶面可以为任意形状。例如，燃烧室的顶面和活塞15的顶面(即腔15a以外的部分)双方都可以由垂直于气缸11的中心轴的面构成，或者，也可以是这样的：燃烧室的顶面如上所述呈三角屋脊形状，另一方面，活塞15的顶面(即腔15a以外的部分)由垂直于气缸11中心轴的面构成。
[0060] 每一个气缸11都在气缸盖13上形成有两个进气口18，但在图1中仅示出了一个进气口18，每个进气口18分别开在气缸盖13的下表面(即燃烧室17的顶面中的进气侧斜面)上而与燃烧室17连通。同样，每一个气缸11都在气缸盖13上形成有两个排气口19，每个排气口19分别开在气缸盖13的下表面(亦即燃烧室17顶面中的排气侧斜面)上而与燃烧室17连通。
进气口18与被引入气缸11内的新气流通的进气通路(省略图示)相连接。调节进气流量的气门阀(throttle valve)20设置在进气通路上，气门阀20的开度通过接收来自发动机控制器
100的控制信号而调节。另一方面，排气口19与来自各气缸11的已燃气体(即废气)流通的排气通路(省略图示)相连接。在排气通路上设置有具有一个以上的催化转换器的尾气净化系统，但这并未图示出来。催化转换器中含三效催化剂。
进气口18与被引入气缸11内的新气流通的进气通路(省略图示)相连接。调节进气流量的气门阀(throttle valve)20设置在进气通路上，气门阀20的开度通过接收来自发动机控制器
100的控制信号而调节。另一方面，排气口19与来自各气缸11的已燃气体(即废气)流通的排气通路(省略图示)相连接。在排气通路上设置有具有一个以上的催化转换器的尾气净化系统，但这并未图示出来。催化转换器中含三效催化剂。
[0061] 在气缸盖13上，进气阀21被设置成能够使进气口18与燃烧室17断开(即关闭)；排气阀22被设置成能够使排气口19与燃烧室17断开(即关闭)。进气阀21由进气阀驱动机构驱动，排气阀22由排气阀驱动机构驱动。进气阀21在规定的时刻做往复运动，打开和关闭进气口18；排气阀22在规定的时刻做往复运动，打开和关闭排气口19。这样一来，进行气缸11内的气体更新。进气阀驱动机构具有与曲轴相连结并被曲轴驱动的进气凸轮轴，进气凸轮轴与曲轴同步旋转，但省略图示。排气阀驱动机构具有与曲轴相连结并被曲轴驱动的排气凸轮轴，排气凸轮轴与曲轴同步旋转，但省略图示。而且，至少进气阀驱动机构包括：能够在规定的角度范围内连续地改变进气凸轮轴的相位的液压式、电动式或机械式可变配气相位机构(可变气门正时VVT：Variable Valve Timing)23构成。需要说明的是，还可以这样：不仅包括VVT23，还包括能够连续地改变气门移动量的升程可变机构(连续可变气门升程(CVVL：Continuous Variable Valve Lift))。
[0062] 气缸盖13上设置有火花塞31。该火花塞31利用例如螺纹等公知构造安装固定在气缸盖13上。图例中，火花塞31以相对于气缸11的中心轴朝着排气一侧倾斜的状态安装固定好，火花塞31的顶端部对着燃烧室17的顶部。该火花塞31的顶端部位于后述的燃料喷射器33上的喷嘴口41附近。需要说明的是，火花塞31的布置情况并不限于此。在本实施方式中，火花塞31是等离子点火式火花塞，点火系统32包括等离子体产生电路。通过点火系统32的等离子体产生电路，火花塞31放电而产生等离子体，让该等离子体从火花塞31的顶端朝着气缸内强烈地喷射，进行燃料的点火。点火系统32接收来自发动机控制器100的控制信号对火花塞31通电，以便火花塞31在所希望的点火时刻产生等离子体。需要说明的是，火花塞31并不限于等离子体点火式火花塞，还可以是经常使用的火花点火式火花塞。
[0063] 在气缸盖13的气缸11中心轴上设置有将燃料直接朝着气缸内(即燃烧室17内)喷射的燃料喷射器33。该燃料喷射器33通过使用例如支架(bracket)等公知构造安装固定在气缸盖13上。燃料喷射器33的顶端对着燃烧室17的顶部的中心。
[0064] 如图2所示，燃料喷射器33是外开阀式的燃料喷射器，具有喷嘴本体40和将喷嘴口41打开、关闭的外开阀42，其中，在喷嘴本体40上形成有向气缸11内喷射燃料的喷嘴口41。
燃料喷射器33朝着相对于规定的中心轴S倾斜且往以该中心轴S为中心的径向外侧扩散开的方向喷射燃料，并且燃料喷射器33构成为能够调节喷嘴口41的有效截面积。喷嘴口41为喷口之一例，外开阀42为阀体之一例。
燃料喷射器33朝着相对于规定的中心轴S倾斜且往以该中心轴S为中心的径向外侧扩散开的方向喷射燃料，并且燃料喷射器33构成为能够调节喷嘴口41的有效截面积。喷嘴口41为喷口之一例，外开阀42为阀体之一例。
[0065] 喷嘴本体40是沿着中心轴S延伸的管状部件，燃料在其内部流动。喷嘴口41的开口缘形成为：在喷嘴本体40的顶端部，越靠近顶端一侧直径越大的锥形。喷嘴本体40的基端一侧的端部与内部设置有压电元件44的壳体45相连接。外开阀42具有阀本体42a和连结部42b，所述连结部42b从阀本体42a穿过喷嘴本体40内部而与压电元件44连接。阀本体42a在喷嘴本体40的顶端从喷嘴本体40朝着外侧露出来。阀本体42a中的靠近连结部42b一侧的部分具有大致与喷嘴口41的开口缘一样的形状，该部分紧顶在(亦即落在)喷嘴口41的开口缘上时，喷嘴口41即成为关闭状态。
[0066] 燃料喷射器33以其中心轴S与气缸11的中心轴X(即气缸中心轴X)重合且喷嘴口41对着燃烧室17的顶部的状态设置好。
[0067] 一施加电压，压电元件44就变形，由此而朝着中心轴方向推压该外开阀42，让该外开阀42从喷嘴本体40的喷嘴口41的开口缘开始移动，从而使喷嘴口41开放。此时，燃料从喷嘴口41朝着相对于中心轴S倾斜且往以中心轴S为中心的半径方向扩散开的方向喷射出来。具体而言，燃料呈以中心轴S为中心的圆锥状(详细而言是空心锥状)喷射出来。在本实施方式中，该圆锥体的锥角为90°～100°(空心锥内侧的空心部的锥角为70°左右)。并且，当停止对压电元件44施加电压时，压电元件44就会恢复到原来的状态，外开阀42会再次使喷嘴口
41成为关闭状态。此时，设置在壳体45内的连结部42b周围的压缩螺旋弹簧46帮助压电元件
44复位。
41成为关闭状态。此时，设置在壳体45内的连结部42b周围的压缩螺旋弹簧46帮助压电元件
44复位。
[0068] 对压电元件44施加的电压越大，外开阀42从将喷嘴口41关闭的状态开始移动的移动量(以下简称为移动量)就越大(也参照图7)。该移动量越大，喷嘴口41的开度(即有效截面积)就越大，从喷嘴口41向气缸内喷射的燃料喷雾的粒径就越大。相反，该移动量越小，喷嘴口41的开度就越小，从喷嘴口41向气缸内喷射的燃料喷雾的粒径就越小。压电元件44响应快，例如一次循环中能够进行20次左右的多级喷射。不过，作为驱动外开阀42的部件并不限于压电元件44。
[0069] 燃料供给系统34包括：用于驱动外开阀42(压电元件44)的电路和将燃料供向燃料喷射器33的燃料供给系。发动机控制器100在规定的时刻将具有与移动量相对应的电压的喷射信号输出给所述电路，由此，经该电路让压电元件44和外开阀42工作，将希望量的燃料喷射到气缸内。当不输出所述喷射信号时(即喷射信号的电压为0时)，喷嘴口41就在该外开阀42的作用下成为关闭状态。压电元件44就这样被来自发动机控制器100的喷射信号控制着工作。发动机控制器100这样控制着压电元件44工作，从而控制从燃料喷射器33的喷嘴口41进行的燃料喷射以及在该燃料喷射时的移动量。
[0070] 在所述燃料供给系中设置有省略图示的高压燃料泵和共轨(common rail)，该高压燃料泵将经低压燃料泵从燃料箱供来的燃料压送到共轨上，共轨以规定的燃料压力将该压送来的燃料储存起来。然后，储存在所述共轨内的燃料借助燃料喷射器33工作(即外开阀42移动)而被从喷嘴口41喷射出来。
[0071] 发动机控制器100是以公知的微型电脑为基础的控制器，发动机控制器100包括执行程序的中央处理装置(CPU)、由例如RAM、ROM构成且存储程序和数据的存储器、以及输出入电信号的输出入(I/O)总线。发动机控制器100是控制部之一例。
[0072] 发动机控制器100至少分别接收：来自空气流传感器71的、与进气流量相关的信号；来自曲轴转角传感器72的曲轴转角脉冲信号；来自检测油门脚踏板的踩下量的油门开度传感器73的油门开度信号；以及来自车速传感器74的车速信号。发动机控制器100根据这些输入信号计算所希望的发动机1的控制参数，例如气门开度信号、燃料喷射脉冲、点火信号、阀相位角信号等。然后，发动机控制器100将这些信号输出给气门阀20(准确地讲，是让气门阀20工作的气门执行部件)、燃料供给系统34(准确地讲，是上述电路)、点火系统32以及VVT23等。
[0073] 该发动机1包括EGR系统，在该EGR系统中设置有接通进气通路和排气通路的EGR通路而将排出气体的一部分回流为进气，但省略图示。发动机控制器100根据发动机1的工作状态对通过了EGR系统的排出气体的回流量进行调节。
[0074] 该发动机1的几何压缩比ε被设定在15以上40以下。在本实施方式中，因为发动机1具有压缩比＝膨胀比的结构，所以该发动机1在具有高压缩比的同时，还具有较高的膨胀比。通过提高几何压缩比来实现热效率的提高。
[0075] 如图1所示，燃烧室17由气缸11的壁面、活塞15的顶面、气缸盖13的下表面(即燃烧室17的顶面)、进气阀21和排气阀22各自的阀盖面划分而成。在该发动机1中，为减少冷却损失，通过在上述各个面上设置绝热层61、62、63、64、65而将燃烧室17绝热化。需要说明的是,以下在通称这些绝热层61～65的情况下,有时候用符号“6”表示绝热层。绝热层6可以设置在所有这些划分面上,也可以设置在这些划分面中的一部分划分面上。而且,在图例中,气缸壁面上的绝热层61被设置成在活塞15位于上止点的状态下位于比该活塞环14更靠上侧的位置,这样就是一种活塞环14不会在绝热层61上滑动的结构。不过，气缸壁面上的绝热层61并不限于该结构，还可以通过让绝热层61朝着下方延伸，来将绝热层61设置在活塞15的整个冲程范围或者一部分冲程范围内。还可以将绝热层设置在进气口18、排气口19的靠燃烧室17顶面一侧开口附近的口壁面上，虽然这些壁面不是直接划分出燃烧室17的壁面。需要说明的是，图1中示出的各绝热层61～65的厚度并不表示实际的厚度，仅为示例而已，并且也不表示各个面上的绝热层的厚度的大小关系。
[0076] 进一步详细地说明燃烧室17的绝热构造。如上所述，燃烧室17的绝热构造由设置在划分出燃烧室17的各划分面上的各绝热层61～65构成。为了抑制燃烧室17内的燃烧气体的热通过划分面释放出来，这些绝热层61～65被设定为其导热率比构成燃烧室17的金属母材低。这里，针对设置在气缸11的壁面上的绝热层61而言，气缸体12为母材；对于设置在活塞15的顶面上的绝热层62而言，活塞15为母材；对于设置在气缸盖13的顶面上的绝热层63而言，气缸盖13为母材；对于设置在进气阀21和排气阀22各自的阀盖面上的绝热层64、65而言，进气阀21和排气阀22分别是母材。因此，对于气缸体12、气缸盖13以及活塞15而言，母材的材质是铝合金或铸铁。对于进气阀21和排气阀22而言，母材的材质是耐热钢或铸铁等。
[0077] 为减小冷却损失，优选绝热层6的容积比热小于母材的容积比热。也就是说，燃烧室17内的气体温度随着燃烧循环的进行而变化，在现有的不具有燃烧室17的绝热构造的发动机中，通过让冷却水在形成于气缸盖、气缸体内的水套内流动，从而不管燃烧循环的进行情况如何，划分燃烧室17的面的温度都会被维持为大致一定。
[0078] 另一方面，冷却损失由冷却损失＝热传递率×传热面积×(气体温度-划分面的温度)决定，由此可知，气体温度和壁面温度的温度差越大，冷却损失就会越大。为抑制冷却损失，优选使气体温度和划分面的温度的温度差较小。但是，在利用冷却水将燃烧室17的划分面的温度维持为大致一定的情况下，温度差伴随着气体温度的变化而增大是不可避免的。于是，优选使绝热层6的热容量较小，燃烧室17的划分面的温度追随着燃烧室17内的气体温度的变化而变化。
[0079] 例如可以利用等离子喷涂(plasma spraying)将ZrO2等陶瓷材料喷涂在母材上来形成所述绝热层6。在该陶瓷材料中可以含有大量的气孔。这样一来，能够使绝热层6的导热率和容积比热更低。
[0080] 在本实施方式中，如图1所示，通过将由导热率非常低、绝热性优良且耐热性也优良的钛酸铝制成的气道夹层(port liner)181与气缸盖13夹心铸造为一体，来将绝热层设置在进气口18上。在该结构下，能够抑制甚至避免新气在通过进气口18时从气缸盖13受热而温度上升。这样一来，因为被引入气缸11内的新气的温度(初始气体温度)变低，所以燃烧时的气体温度下降，而有利于使气体温度和燃烧室17的划分面的温度差减小。因为使燃烧时的气体温度降低就能够使导热率降低，所以也有利于由此来减少冷却损失。需要说明的是，设置在进气口18处的绝热层的结构并不限于气道夹层181的夹心铸造。
[0081] 该发动机1的几何压缩比ε如上所述设定为15≤ε≤40。理论循环即奥托循环(Otto cycle)的理论热效率ηth为ηth＝1-1/(εκ-1)，使压缩比ε越高，理论热效率ηth就会越高。然而，发动机(准确而言，没有燃烧室的绝热构造的发动机)的指示热效率(indicated thermal efficiency)在规定的几何压缩比ε(例如15左右)下达到峰值，即使让几何压缩比ε大于该峰值，指示热效率也不再升高。反之，指示热效率会下降。这是由于在使燃料量与进气量保持不变而提高了几何压缩比的情况下，压缩比越高，燃烧压力和燃烧温度就越高而引起的。如上所述，燃烧压力和燃烧温度提高就是导致冷却损失增大的原因。
[0082] 相对于此，为了使指示热效率在较高的几何压缩比ε下提高，如上所述，在该发动机1中将燃烧室17的绝热构造结合进来了。也就是说，通过将燃烧室17绝热化来减少冷却损失，由此来提高指示热效率。
[0083] 另一方面，仅通过将燃烧室17绝热化来减少冷却损失的话，该减少的冷却损失会被转换成排气损失，对指示热效率的提高不会有太大的帮助。有关这一点，如上所述，该发动机1是通过伴随着高压缩比化的高膨胀比化而将燃烧气体的相当于减少的冷却损失的能量效率良好地转换成机械功的。也就是说，该发动机1通过采用让冷却损失和排气损失共同减少的结构，而能够使指示热效率大幅度地提高。
[0084] 在该发动机1中，除了采用所述燃烧室17和进气口18的绝热构造以外，还在气缸内(燃烧室17内)由绝热气层(以下有时简称为气层)形成了绝热层，由此来进一步减少冷却损失。下面对此做详细的说明。
[0085] 图3示例出该发动机1在热状态时的工况。该发动机1构成为：基本上在整个工作区域让燃烧室17内的混合气借助压缩自点火而燃烧。在图3所示的工况中，在负荷比规定负荷低的低负荷区域、及负荷比低负荷区域高的中负荷区域，在燃烧室17内形成由气层形成的绝热层。也就是说，在发动机负荷较低且燃料喷射量由此而较少的工作状态下，在燃烧室17内形成由气层形成的绝热层，从而减少冷却损失，谋求提高热效率。这里，可以将低负荷区域和中负荷区域分别定义为：与将发动机的负荷区域分为低、中及高三个区域(例如三等分)时的低区域和中区域相当的区域。特别是中负荷区域，可以将其定义为例如负荷在满负荷的规定值以下(例如负荷为70％以下)的区域。
[0086] 图4概念性地示出在低负荷区域和中负荷区域中在燃烧室17内形成的混合气层的形状。如该图所示，在燃烧室17内形成由气层形成的绝热层是指：在燃烧室17内的中央部位形成混合气层G1，并且在混合气层G1的周围形成含新气的气层G2。
[0087] 将这里所说的混合气层G1定义为由可燃混合气(例如为当量比φ＝0.1以上的混合气)形成的层。因为从开始喷射燃料时起经过的时间越长，燃料喷雾就越扩散，所以混合气层G1的大小为点火时刻的大小。而且，例如当燃料的燃烧质量比例达到1％以上时，则能够做出点火的判断。
[0088] 此外，将气层G2定义为由当量比小于φ＝0.1的混合气形成的层。气层G2可以仅包括新气，还可以不仅包括新气，还包括已燃气体(即EGR气体)。需要说明的是，如后所述，只要气层G2发挥绝热层的作用，就允许少量的燃料混在气层G2内。
[0089] 需要说明的是，能够通过纹影法(schlieren method)或者将硅油混入燃料中后以光学方式对该燃料的喷雾进行观察的手法等来使燃料室内的混合气层G1和气层G2可视化。而且，能够根据可视化了的燃料喷雾获得当量比φ，从而能够辨别混合气层G1和气层G2。例如，能够通过与规定的当量比φ相当的辉度来辨别混合气层G1和气层G2。
[0090] 通过减小混合气层G1的表面积(S)和体积(V)之比(S/V比)，燃烧时与周围的气层G2之间的传热面积减小；由于在混合气层G1和气缸11的壁面之间存在气层G2，因此混合气层G1的火炎接触到气缸11的壁面和腔15a的内壁15b这样的情况得到抑制；气层G2本身成为绝热层而能够抑制热从气缸11的壁面和腔15a的内壁15b释放出来。其结果是，能够大幅度地减少冷却损失。
[0091] 为了在从压缩行程的后半期到膨胀行程初期的这段时间内让燃料从燃料喷射器33的喷嘴口41喷射到气缸11内，以便在燃烧室17内的中央部位形成混合气层G1且在其周围形成气层G2，发动机控制器100向燃料供给系统34的电路输出喷射信号。这里，压缩行程的后半期是指将压缩行程分(例如二等分)为前半期和后半期的两个区域时的后半期。膨胀行程初期是指将膨胀行程分(例如三等分)为初期、中期以及终期时的初期。
[0092] 在低负荷区域，因为燃料喷射量相对较少，所以通过在从压缩行程的后半期到膨胀行程初期的这段时间内，从设置在气缸11的中心轴X上的燃料喷射器33向气缸11内喷射燃料，由此抑制燃料喷雾的扩散，从而形成燃烧室17内的中央部位的混合气层G1及其周围的气层G2这一作法是比较容易实现的。然而，因为随着燃料喷射量增加，燃料喷射时间会增长，所以燃料喷雾特别是会沿着气缸11的中心轴X的方向扩散。其结果是，混合气层G1会与例如包括腔15a的内壁15b在内的、活塞15的顶面接触。也就是说，就不会可靠地形成混合气层G1周围的气层G2。如上所述，该发动机1的几何压缩比高，伴随于此，燃烧室(即活塞位于压缩上止点时气缸内的空间)的容积就小。因此，就该发动机1而言，当燃料喷雾沿着气缸11的中心轴X的方向扩散时，混合气层G1就容易与包括腔15a的内壁15b在内的、活塞15的顶面接触。
[0093] 于是，为了在燃料喷射量增加的中负荷区域也可靠地形成燃烧室17内的中心部位的混合气层G1及其周围的气层G2，该发动机1对在燃烧室17内形成的混合气层G1的形状进行控制。具体而言，如图4中的空心箭头所示，当燃料喷射量增加时，就让燃料喷雾朝着与气缸11的中心轴X交叉的径向外侧扩散。由此，抑制混合气层G1在中心轴X方向上的长度变长以避免混合气层G1与包括腔15a的内壁15b在内的、活塞15的顶面接触，与此同时，还通过让混合气层G1朝着在空间上比中心轴X的方向更具有余量的径向外侧扩散来避免混合气层G1与气缸11的内壁接触。对在燃烧室17内形成的混合气层G1的形状进行控制就是指：在设在燃烧室17内形成的混合气层G1在中心轴方向上的长度为L，并且设在燃烧室17内形成的混合气层G1在径向上的宽度为W时,对长度L与宽度W之比(L/W)进行调节。也就是说，为了减小上述S/V比，将L/W之比设定为规定值以上，而当燃料喷射量增加时,则减小L/W之比。
[0094] 为了实现上述那样对混合气层G1的形状进行的控制，在发动机1中，分别对燃料喷射器33的燃料喷射的间隔(参照图6)和移动量(参照图7)进行调节。这样一来，如图5所示，燃料喷雾朝着前进方向的扩散和燃料喷雾朝着径向的扩散就单独受到控制。如图6中概念性地示出的那样，将燃料喷射的间隔定义为从燃料喷射结束起到下一次燃料喷射开始为止的间隔。如上所述，该燃料喷射器33响应性高，在1～2毫秒的时间内能够进行20次左右的多级喷射。如图7中概念性地示出的那样，燃料喷射器33的移动量与燃料的喷射开口面积成正比。如上所述，移动量越大，喷射开口面积(即喷嘴口41的有效截面积)就越大；移动量越小，喷射开口面积就越小。
[0095] 图8概念性地示出在将燃料喷射器33的移动量设为一定值的基础上增长燃料的喷射间隔时(图8(A))和缩短喷射间隔时(图8(B))的燃料喷雾的扩散状况的差异。从燃料喷射器33空心锥状地喷射出的燃料喷雾在燃烧室17内高速流动。因此，由于康达效应而在空心锥的内侧以沿着燃料喷射器33的中心轴S的方式产生负压区域。当燃料喷射间隔长时，在从燃料喷射到下一次燃料喷射的这段时间内，负压区域的压力会恢复，故负压区域变小。相对于此，当燃料喷射间隔短时，不间断地重复喷射燃料，故负压区域的压力恢复受到抑制。其结果是，如图8(B)所示，负压区域增大。
[0096] 燃料喷雾被该负压吸引。因为负压区域形成在以中心轴S为中心的径向中央侧，所以当负压区域相对较大时，如图8(B)所示，能够抑制燃料喷雾朝着径向扩散。相对于此，当负压区域相对较小时，则如图8(A)所示，因为燃料喷雾不太被吸引，所以容易朝着径向扩散。也就是说，如果缩短燃料喷射器33的燃料喷射间隔，就能够抑制燃料喷雾朝着径向扩散。另一方面，如果增长该喷射间隔，则能够促进燃料喷雾朝着径向扩散。
[0097] 图9概念性地示出在将燃料的喷射间隔设为一定值的基础上减小燃料喷射器33的移动量时(图9(A))和增大移动量时(图9图(B))燃料喷雾的扩散状况的差异。在该情况下，因为喷射间隔相同，所以燃烧室17内的负压区域相同，但是燃料喷雾的粒径会由于移动量不同而不同。也就是说，因为将燃料喷射器33的移动量减小以后，燃料喷雾的粒径也变小，所以燃料喷雾的运动量变小。因此，燃料喷雾容易被负压吸引到径向中央侧，从而如图9(A)所示，能够抑制燃料喷雾朝着径向外侧的扩散。相对于此，因为将燃料喷射器33的移动量增大以后，燃料喷雾的粒径就变大，所以燃料喷雾的运动量变大。因此，燃料喷雾难以被负压吸引而容易如图9(B)所示那样朝着径向外侧扩散。也就是说，如果增大燃料喷射器33的移动量，则能够促进燃料喷雾朝着径向扩散。另一方面，如果减小燃料喷射器33的移动量，则能够抑制燃料喷雾朝着径向扩散。
[0098] 粒径较大的燃料喷雾，因其运动量大，故朝着前进方向飞散的飞散距离也变长。而且，粒径较大的燃料喷雾不易受到负压区域的影响而减速，其飞散距离也会因此而变长。相对于此，粒径较小的燃料喷雾，因其运动量小，故朝着前进方向飞散的飞散距离变短。而且，粒径较小的燃料喷雾容易受负压区域的影响而减速，其飞散距离也会因此而变短。
[0099] 通过这样改变燃料喷射器33的喷射间隔和移动量，就能够单独针对径向和前进方向这两个方向控制燃料喷雾的扩散状况。于是，在该发动机1中，将第一喷射群和第二喷射群结合起来对混合气层G1的形状进行控制。其中，所述第一喷射群包括移动量相对较大且喷射间隔相对较大的多次燃料喷射；所述第二喷射群包括移动量相对较小且喷射间隔相对较小的多次燃料喷射。在任一个喷射群中都进行多级喷射，即进行多次的燃料喷射。这里，多级喷射指的是，燃料的喷射间隔(从燃料喷射结束起到下一次燃料喷射开始为止的间隔)在0.5毫秒以下的间歇性燃料喷射。
[0100] 详细而言，第一喷射群包括：将燃料喷射器33的移动量设为比第二喷射群大且将燃料的喷射间隔设为比第二喷射群大的、规定次数的燃料喷射。负压区域通过使喷射间隔增宽而变小。除此以外，通过增大移动量来增大燃料喷雾的粒径，从而燃料喷雾的运动量变大。其结果是，形成朝着前进方向飞散的飞散距离相对较长且朝着径向扩散的燃料喷雾。
[0101] 第二喷射群包括：将燃料喷射器33的移动量设为比第一喷射群小且将燃料的喷射间隔设为比第一喷射群小的、规定次数的燃料喷射。负压区域通过使喷射间隔变窄而扩大。除此以外，通过减小移动量来减小燃料喷雾的粒径，从而燃料喷雾的运动量变小。其结果是，形成朝着前进方向飞散的飞散距离相对较短且径向扩散受到抑制的燃料喷雾。
[0102] 发动机控制器100根据发动机1的工作状态改变第一喷射群和第二喷射群的比例，由此将混合气层G1控制成与发动机1的工作状态相对应的形状。基本原理是，通过增大第一喷射群的比例，而形成朝着径向外扩散的混合气层G1。另一方面，通过增大第二喷射群的比例，而形成朝着径向外侧的扩散受到抑制的混合气层G1。
[0103] 需要说明的是，根据发动机1的工作状态而存在以下情况：第一喷射群被省略，仅进行第二喷射群的情况；包括在第一喷射群中的燃料喷射仅进行一次，剩下的都是第二喷射群的情况；第二喷射群被省略，仅进行第一喷射群的情况；包括在第二喷射群中的燃料喷射仅进行一次，剩下的都是第一喷射群的情况。而且，既可以在第一喷射群之后进行第二喷射群，又可以在第二喷射群之后进行第一喷射群。
[0104] 发动机控制器100以上述的多级喷射为前提，根据发动机1的工作状态对喷射方式进行进一步详细的控制。图10是示出相对于曲轴转角的气缸内压力的变化的图。图11是示出相对于气缸内压力的移动量变化的图。图12是示出相对于气缸内压力的喷射间隔的变化的图。
[0105] 具体而言，在发动机1的工作状态被包括在如图4所示的低负荷区域和中负荷区域时，发动机控制器100就根据燃烧室17的压力(气缸内压力)，对多级喷射中的燃料喷射器33的移动量和喷射间隔进行调节。
[0106] 气缸内压力会根据发动机1的工作状态发生多种变化。例如，气缸内压力会根据发动机负荷发生变化。详细而言，发动机控制器100根据发动机负荷使进气阀21的关闭时刻推迟到下止点以后，从而使进气填充量调节为与燃料量相应的量。由此，如图10所示，如果发动机负荷增大，进气填充量就会增加，其结果是，压缩行程中的气缸内压力就会整体上升。另一方面，如果发动机负荷变小，进气填充量就会减少，从而压缩行程中的气缸内压力就会整体降低。
[0107] 发动机控制器100根据气门阀20的开度、进气阀21的关闭时刻以及曲轴转角等求出气缸内压力，并根据所求得的气缸内压力对燃料喷射器33的喷射方式进行以下调节。
[0108] 发动机控制器100将燃料喷射器33的喷射方式调节为：气缸内压力越大，燃料喷雾的扩散(扩散范围)越大。具体而言，如图11所示，气缸内压力越高，发动机控制器100就使移动量越大。除此之外，如图12所示，气缸内压力越高，发动机控制器100就使喷射间隔越大。也就是说，移动量和喷射间隔是用于调节燃料喷雾扩散的、燃料喷射器33具有的参数。
[0109] 这里的气缸内压力是每一燃烧循环中的代表性的气缸内压力。发动机控制器100例如根据各燃烧循环中的喷射开始时刻的气缸内压力，对移动量和喷射间隔进行如上所述的调节。需要说明的是，在各燃烧循环中，根据哪一时刻的气缸内压力来调节移动量和喷射间隔是可以任意设定的。例如，也可以不采用喷射开始时刻的气缸内压力，而采用喷射结束时刻的气缸内压力，也可以采用压缩上止点时刻的气缸内压力。也就是说，只要是能够判断出燃烧室17内的燃料喷雾容易扩散还是不容易扩散的时刻，采用哪一时刻的气缸内压力都可以。
[0110] 使移动量相对于气缸内压力线性地增加。
[0111] 另一方面，即便使喷射间隔增长到某一间隔以上，对燃料喷雾扩散的影响也会变小，因此，使喷射间隔的增长量随着气缸内的压力上升而减少。此外，气缸内压力高的时候就是燃料量多的时候，燃料的喷射期间长。除此之外，如果使喷射间隔增长，就会导致喷射期间更长。由此，通过随着气缸内压力上升使喷射间隔的增长量减少，从而防止燃料量多时的喷射期间的长期化。这样一来，能够在压缩行程后半期这一有限的期间内，使所需量的燃料在以下规定时刻以前全部喷射完，该规定时刻是为了使自点火燃烧发生在合适时刻的时刻。
[0112] 在图13和图14中示出具体的喷射方式。图13是气缸内压力相对较低时的喷射方式，图14是气缸内压力相对较高时的喷射方式。发动机控制器100在上述两种情况下都进行第一喷射群8和第二喷射群9。而且，气缸内压力越高，发动机控制器100就使第一喷射群8中的移动量和喷射间隔、以及第二喷射群9中的移动量和喷射间隔越大于低负荷区域的移动量和喷射间隔。通过增大移动量，燃料喷雾会容易飞散，从而燃料喷雾会容易扩散。通过扩大喷射间隔，负压区域会变小，燃料喷雾由此也会容易扩散。
[0113] 即使增大移动量和喷射间隔，因为气缸内压力高，所以实际的燃料喷雾也不会按照移动量和喷射间隔的调节量的程度扩散。也就是说，利用燃料喷雾容易扩散的喷射方式来抵消燃料喷雾难以扩散的气缸内环境。由此，能够容易形成所期望的混合气。
[0114] 例如，在低负荷区域和中负荷区域，如上述那样形成燃烧室17内的中央部位的混合气层G1及其周围的气层G2。这里，如果发动机负荷上升，燃料量就增加，气缸内压力相应地提高，气缸内环境变成燃料喷雾难以扩散的环境。为此，混合气层G1有变小的倾向。如果除了燃料量多之外，混合气层G1也变小了，就容易局部性地产生燃料较浓的部分，从而过早点火的可能性会提高。
[0115] 相对于此，气缸内压力越高，就使移动量和喷射间隔越大，由此来对抗燃料喷雾难以扩散的环境，使喷射方式作为燃料喷雾容易扩散的喷射方式。由此，能够抑制由于气缸内的压力上升引起的混合气层G1的缩小。例如，能够使燃料喷雾即混合气层G1的扩散大于气缸内压力低时的混合气层G1的扩散，或者，能够使混合气层G1的扩散与气缸内压力低时的混合气层G1的扩散大致相同。由此，能够抑制过早点火。
[0116] 需要说明的是，如果发动机负荷发生了变化，燃料喷射时刻也就发生变化。例如，在燃烧噪声不构成问题的、负荷较低的工作区域(即，燃烧时的压力上升率dP/dθ较小的区域)，燃料量越增加，燃料喷射的开始时刻越提前。这是因为需要确保适当的点火迟后时间，使所需量的燃料在以下规定时刻以前全部喷射完，该规定时刻是为了使压缩自点火发生在合适时刻的时刻。另一方面，在燃料量多且燃烧噪声构成问题的工作区域(即，燃烧时的压力上升率dP/dθ较大的区域)，为了通过推迟压缩自点火的发生时刻来使压力上升率dP/dθ减小，推迟燃料喷射的开始时刻。如图10所示，因为压缩行程中的气缸内压力根据曲轴转角变化，所以如果燃料喷射时刻发生了变化，燃料喷射时和燃料喷雾飞散时的气缸内压力也就发生变化。例如，即使同样是在压缩行程后半期进行燃料喷射，气缸内压力也会因为是在压缩行程后半期的开始时喷射燃料还是在压缩行程后半期的结束时喷射燃料而有很大的不同。
[0117] 于是，发动机控制器100不仅根据每一燃烧循环的代表性的气缸内压力对移动量和喷射间隔进行调节，还根据燃料的喷射时刻的变化对移动量和喷射间隔进行调节。也就是说，在燃料的喷射时刻提前而从气缸内压力较低的时刻就开始喷射燃料之际，移动量和喷射间隔被调节为较小。另一方面，在燃料的喷射时刻被推迟而在气缸内压力较高的时刻喷射燃料之际，移动量和喷射间隔被调节为较大。
[0118] 如上所述，发动机1包括：发动机机体，其具有设置在气缸11内的活塞15且由该气缸11和该活塞15划分出燃烧室17；燃料喷射器33，其经喷口41向所述燃烧室17内喷射至少含有汽油的燃料；以及发动机控制器100，其让所述燃料喷射器33至少在压缩行程后半期喷射燃料，且所述发动机控制器100对该燃料喷射器33的喷射方式进行控制。所述燃料喷射器33具有用以调节燃料喷雾扩散的参数，所述发动机控制器100对所述参数进行调节，以便做到：所述燃烧室17的压力越高，燃料喷雾扩散越大。
[0119] 具体而言，发动机1包括：发动机机体，其具有设置在气缸11内的活塞15且由该气缸11和该活塞15划分出燃烧室17；燃料喷射器33，其经喷口41向所述燃烧室17内喷射至少含有汽油的燃料；以及发动机控制器100，其让所述燃料喷射器33至少在压缩行程后半期喷射燃料，且所述发动机控制器100对该燃料喷射器33的喷射方式进行控制。所述燃料喷射器33构成为能够调节喷嘴口41的有效截面积，所述发动机控制器100根据所述燃烧室17的压力，对所述喷口41的有效截面积和进行多级喷射时的喷射间隔中的至少一者进行调节。
[0120] 更详细而言，所述燃烧室17的压力越高，所述发动机控制器100越使所述喷嘴口41的有效截面积加大，和/或越使进行多级喷射时的喷射间隔扩大。
[0121] 根据该结构，越成为燃烧室17的压力提高而燃料喷雾难以扩散的环境，燃料喷射器33的喷射方式就越被调节为燃料喷雾容易扩散的方式。由此，能够抑制由于气缸内的压力上升引起的燃料喷雾的缩小，从而能够形成出所期望的混合气。
[0122] (其它实施方式)
[0123] 如上所述，将上述实施方式作为本发明的技术示例进行了说明。然而，本发明中的技术并不限于此，也可以应用于进行了适当的变更、置换、追加、省略等的实施方式。也可以将在上述实施方式中说明的各构成要素结合起来作为新的实施方式。在附图及详细说明所记载的构成要素中，不仅包括为解决技术问题所必要的构成要素，还可以包括为了举例说明上述技术而列举出的、在解决技术问题上非必要的构成要素。因此，不能够以这些非必要的构成要素记载在附图、详细说明中为由，就直接认定这些非必要的构成要素是必要的。
[0124] 上述实施方式也可以采用以下构成。
[0125] 例如，并不限于只在低负荷区域和中负荷区域根据气缸内压力来调节移动量和喷射间隔。在其它工作区域也可以根据气缸内压力对移动量和喷射间隔进行调节。
[0126] 在上述实施方式中，通过调节移动量和喷射间隔两者，来调节燃料喷雾容易扩散的程度，但并不限于此。也可以通过只调节移动量和喷射间隔中的任一者，来调节燃料喷雾容易扩散的程度。
[0127] 用以调节燃料喷雾容易扩散的程度的参数并不限于移动量和喷射间隔。例如，也可以通过调节燃料压力，来调节燃料喷雾容易扩散的程度。因为通过提高燃料压力，燃料喷雾的运动能量就提高，所以燃料喷雾容易扩散。而且，通过将移动量、喷射间隔和燃料压力结合起来，就能够进一步扩大混合气层形状的改变幅度。也就是说，通过提高燃料压力，在加大了燃料喷射器33的移动量时，燃料喷雾的运动能量就会进一步增大；在缩短了燃料喷射间隔时，则负压程度就会提高而负压区域进一步扩大。其结果是，混合气层形状的改变幅度进一步扩大。
[0128] 根据气缸内压力的上升使移动量和喷射间隔加大时所形成的混合气层G1的形状，只要相比不调节移动量和喷射间隔时的混合气层G1大即可，并不是一定要比气缸内压力低时的混合气层G1大。
[0129] 在图11、图12中所示的相对于气缸内压力的移动量和喷射间隔的变化只是一个例子，也可以通过其它方式使移动量和喷射间隔变化。
[0130] 在上述实施方式中，根据气缸内压力进行的移动量和喷射间隔的调节是对于各燃烧循环的整个燃料喷射一概地进行的。但是，也可以对各燃烧循环的一连串的燃料喷射调节其一部分的移动量和喷射间隔。例如，在各燃烧循环的一连串的燃料喷射中，减小气缸内压力低的部分的移动量和喷射间隔，加大气缸内压力高的部分的移动量和喷射间隔。
[0131] 在上述实施方式中，在低负荷区域和中负荷区域，在压缩行程的后半期喷射燃料，但并不限于此。不仅在压缩行程后半期喷射燃料，还可以在压缩行程后半期以前就开始喷射燃料，也可以超过压缩上止点后继续喷射燃料。
[0132] 如图13、图14所示，通过第一喷射群8和第二喷射群9的多级喷射进行燃料喷射，但并不限于该喷射方式。例如，也可以进行第一喷射群8和第二喷射群9中的一喷射群；也可以如图16、图17所示那样的一次喷射。
[0133] 需要说明的是，图16和图17示出：在由于进气阀21的关闭时刻不同而气缸内压力不同的状态下的燃料喷射器33的移动量。在示出了气缸内压力相对较高的状态的图16中移动量多，在示出了气缸内压力相对较低的状态的图17中移动量少，但形成在燃烧室17内的混合气层的大小没有差别。需要说明的是，燃料喷射量也大致相等。这是因为：在气缸内压力高的状态下，燃料喷雾难以飞散，燃料喷雾受到较大的阻力，因此燃料喷射器33喷出来的燃料量也会少。
[0134] 燃料喷射器的结构并不限于上述实施方式的燃料喷射器的结构。只要能够改变喷口的有效截面积，都可以采用任意的燃料喷射器。也可以采用例如如图15所示的VCO喷嘴式燃料喷射器233。图15是示出燃料喷射器233的内部结构的剖视图。
[0135] 详细而言，燃料喷射器233具有：形成有向气缸11内喷射燃料的喷嘴口241的喷嘴本体240；和将喷嘴口241打开、关闭的针阀242。喷嘴本体240是沿着规定的中心轴S延伸的管状部件，燃料在其内部流动。喷嘴本体240的顶端部呈圆锥状。在喷嘴本体240的顶端部的内周面上形成有擂钵状的阀座部243。贯通喷嘴本体240的顶端部形成有多个喷嘴口241。喷嘴口241的一端朝着阀座部243敞开口。绕中心轴S等间隔地设置有多个喷嘴口241。针阀242的顶端部呈圆锥状，坐落在喷嘴本体240的阀座部243上。喷嘴口241通过针阀242落在阀座部243上而被堵起来。喷嘴口241是喷口之一例，针阀242是阀体之一例。
[0136] 针阀242与燃料喷射器33一样由压电元件驱动。针阀242被驱动而从阀座部243开始移动以后，就会在阀座部243和针阀242之间形成燃料能够流动的间隙，在该间隙中流动的燃料经喷嘴口241被喷射到喷嘴本体240的外部。
[0137] 此时，在燃料流动之际会在喷嘴口241的内周面上产生气穴。该气穴的程度(例如产生气穴的区域的大小)根据针阀242和阀座部243之间的间隙即针阀242的移动量变化。具体而言，当针阀242的移动量小，针阀242和阀座部243之间的间隙小时，产生气穴的区域也变大。另一方面，当针阀242的移动量大，针阀242和阀座部243之间的间隙大时，产生气穴的区域也变小。如果产生气穴的区域大，喷嘴口241的有效截面积就变小；如果产生气穴的区域小，喷嘴口241的有效截面积就变大。也就是说，针阀242的移动量越小，喷嘴口241的有效截面积就越小；针阀242的移动量越大，喷嘴口241的有效截面积就越大。
[0138] 需要说明的是，在上述的例子中，采用了燃烧室17和进气口18的绝热结构，但这里所公开的技术也可以应用于不采用燃烧室17和进气口18的绝热结构的发动机。
[0139] 所述发动机1在整个工作区域借助压缩自点火而燃烧，但并不限于此。也可以采用借助火花塞点火燃烧的结构，也可以采用根据所述发动机1的工作区域选择压缩自点火或火花塞点火的结构。
[0140] -产业实用性-
[0141] 综上所述，这里所公开的技术对于直喷式汽油发动机的控制装置很有用。
[0142] -符号说明-
[0143] 1 发动机
[0144] 11 气缸
[0145] 15 活塞
[0146] 15a 腔
[0147] 15b 内壁
[0148] 17 燃烧室
[0149] 33 燃料喷射器
[0150] 40 喷嘴本体
[0151] 41 喷嘴口(喷口)
[0152] 42 外开阀(阀体)
[0153] 100 发动机控制器(控制部)
[0154] 233 燃料喷射器
[0155] 241 喷嘴口(喷口)
[0156] 242 针阀(阀体)
[0157] S 中心轴
[0158] X 中心轴
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