JP2020122411A - 圧縮着火エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二段キャビティを備えた圧縮着火エンジンにおいて、エンジンの運転状態が変わっても、上キャビティ及び下キャビティへの燃料の分配割合を維持する。【解決手段】圧縮着火エンジンのピストン５は、下キャビティ（下キャビティ部５１）と、上キャビティ（上キャビティ部５２）と、下キャビティと上キャビティとの間のリップ部５３と、を有している。制御部（ＥＣＵ１０）は、エンジン１が第１状態、及び、第１状態よりも負荷が低い第２状態で運転している場合は、メイン噴射と、少なくとも一のパイロット噴射とを実行させる。燃料噴霧は、下キャビティと上キャビティとのそれぞれに分配される。制御部は、エンジンが第２状態で運転している場合は、パイロット噴射の燃料噴霧の下キャビティへの分配割合が、第１状態で運転している場合よりも多くなるよう、パイロット噴射の時期を設定する。【選択図】図９

Description

ここに開示する技術は、圧縮着火エンジンの制御装置に関する。

特許文献１には、ピストンに第１のキャビティと第２のキャビティと突部とが設けられたディーゼルエンジンが記載されている。

燃料噴射ノズルから噴出された燃料噴霧は、突部によって、第１のキャビティと第２のキャビティとに分配される。いわゆる二段キャビティを有するエンジンは、空気利用率を高くすることができるから、このエンジンは、燃費の向上、及び、排出ガスのクリーン化に有利である。

特開２０１０−１０１２４３号公報

本願出願人は、圧縮着火エンジンにおいて、プレ燃焼の熱発生とメイン燃焼の熱発生とが滑らかに連続することによってクランク角の進行に対する熱発生率の変化が一山になった急速多段燃焼を実現している。急速多段燃焼は、少なくとも一のパイロット噴射とメイン噴射とを行うことにより実現することができる。急速多段燃焼は、燃焼騒音が増大することを抑制しながら、熱効率の向上とエミッション性能の向上とを図ることができる。圧縮着火エンジンが急速多段燃焼を行うことによって、当該エンジンが搭載された自動車は、高い静粛性、低燃費及び排出ガスのクリーン化を実現することができる。

本願発明者らは、二段キャビティを有する圧縮着火エンジンにおいて急速多段燃焼を行おうとしている。燃料噴射弁が噴射した燃料噴霧が、上キャビティと下キャビティとの間のリップ部によって、上キャビティと下キャビティとのそれぞれに所定の割合で分配されると、急速多段燃焼を実現することができる。二段キャビティを有する圧縮着火エンジンにおいて急速多段燃焼を実現すると、当該エンジンが搭載された自動車は、低燃費及び排出ガスのクリーン化がさらに向上する。

しかしながら、エンジンの回転数、及び／又は、エンジンの負荷が変化すると、燃焼室へ噴射される総燃料量及び噴射圧、並びに、燃焼室内の圧力が変化する。そのため、エンジンの回転数、及び／又は、エンジンの負荷が変化すると、燃料噴射弁が燃焼室内へ噴射した燃料噴霧の特性（例えばペネトレーション）や、燃焼室内の環境（例えば圧力）が変わる。燃料噴霧の特性及び燃焼室内の環境が変わることによって、上キャビティと下キャビティとの燃料の分配割合が変わってしまう。その結果、急速多段燃焼が実現しなくなる。つまり、二段キャビティを有するエンジンにおいて急速多段燃焼を行おうとしても、ごく限られた運転状態でしか、急速多段燃焼を実現することができない。

ここに開示する技術は、二段キャビティを備えた圧縮着火エンジンにおいて、エンジンの運転状態が変わっても、上キャビティ及び下キャビティへの燃料の分配割合を維持する。

ここに開示する圧縮着火エンジンの制御装置は、エンジンのシリンダに内挿されかつ、前記シリンダ内を往復移動するピストンと、前記シリンダ及び前記ピストンによって形成される燃焼室の天井面に配設されかつ、噴射軸に沿って燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁と、前記エンジンの運転に関する各種パラメータに応じた計測信号を出力する計測部と、前記計測部の計測信号を受けかつ、前記エンジンの回転数及び負荷によって定まる運転状態に応じて、前記燃料噴射弁に制御信号を出力する制御部と、一燃焼サイクル中に前記燃焼室へ噴射する燃料の総噴射量が増えると、燃料の噴射圧を高くする噴射圧変更部と、を備える。

前記ピストンは、その頂面の径方向中央部に設けられた下キャビティと、前記下キャビティの周囲に設けられかつ、前記下キャビティよりも浅い上キャビティと、前記下キャビティと上キャビティとの間のリップ部と、を有し、前記制御部は、前記エンジンが第１状態、及び、前記第１状態よりも負荷が低い第２状態で運転している場合は、前記燃料噴射弁に、圧縮上死点付近で行うメイン噴射と、圧縮行程中に行う、少なくとも一のパイロット噴射とを実行させ、前記メイン噴射及びパイロット噴射はそれぞれ、噴射期間の少なくとも一部において前記噴射軸が前記リップ部を指向することにより、燃料噴霧が前記下キャビティと前記上キャビティとのそれぞれに分配され、前記制御部は、前記エンジンが前記第２状態で運転している場合は、前記パイロット噴射の燃料噴霧の前記下キャビティへの分配割合が、前記第１状態で運転している場合よりも多くなるよう、前記パイロット噴射の時期を設定する。

このエンジンの燃焼室は、二段キャビティを有している。このエンジンは、第１状態及び第２状態で運転している場合は、少なくとも一のパイロット噴射とメイン噴射とを行う。パイロット噴射の燃料噴霧は、上キャビティ及び下キャビティのそれぞれに分配され、メイン噴射の燃料噴霧も、上キャビティ及び下キャビティのそれぞれに分配される。このエンジンは、第１状態及び第２状態で運転している場合に、急速多段燃焼を実現することができる。

エンジンの負荷が高いと、総噴射量が増える。噴射圧変更部は、噴射圧を高くする。総噴射量が増えることと、噴射圧が高くなることとによって、エンジンの負荷が高い場合は、燃料噴射弁が噴射した燃料噴霧のペネトレーションが高い。燃料噴霧のペネトレーションが高いと、ピストンのリップ部に到達するまでの時間が短い。圧縮上死点付近のメイン噴射の燃料噴霧のペネトレーションが高いと、ピストンが燃料噴射弁から離れる前に燃料噴霧がリップ部に到達するから、燃料噴霧はリップ部の下キャビティに近い部分に当たる。下キャビティへの燃料の分配が多くなりかつ、上キャビティへの燃料の分配が少なくなる。

エンジンの負荷が低いと、燃料噴射弁が噴射した燃料噴霧のペネトレーションが低い。燃料噴霧のペネトレーションが低いと、ピストンのリップ部に到達するまでの時間が長い。圧縮上死点付近のメイン噴射の燃料噴霧のペネトレーションが低いと、燃料噴霧がリップ部に到達する時点で、ピストンが燃料噴射弁から離れつつあるから、燃料噴霧はリップ部の上キャビティに近い部分に当たる。下キャビティへの燃料の分配が少なくなりかつ、上キャビティへの燃料の分配が多くなる。

エンジンが第２状態で運転している場合は、負荷が相対的に低い。メイン噴射の燃料噴霧は、上キャビティへの分配が多くなりかつ、下キャビティへの分配が少なくなる。そこで、制御部は、パイロット噴射の燃料噴霧の下キャビティへの分配割合が多くなるよう、パイロット噴射の時期を設定する。

パイロット噴射の時期が変わると、燃料を噴射したタイミングでの燃料噴射弁とピストンとの距離が変化する。燃料噴射弁が噴射した燃料噴霧が、リップ部に当たる位置が変わる。燃料噴霧のリップ部に当たる位置が変わると、上キャビティ及び下キャビティへの燃料の分配割合が変わる。パイロット噴射の時期を適宜設定すれば、パイロット噴射の燃料噴霧を、下キャビティへ多く分配させることができる。エンジンが第２状態で運転している場合に、パイロット噴射及びメイン噴射が相互に補完をすることによって、上キャビティ及び下キャビティへの燃料の分配割合が、所定の割合になる。

エンジンが第１状態で運転している場合は、負荷が相対的に高い。メイン噴射の燃料噴霧は、下キャビティへの分配が多くなりかつ、上キャビティへの分配が少なくなる。制御部は、前記とは逆に、パイロット噴射の燃料噴霧の下キャビティへの分配割合が少なくなるよう、パイロット噴射の時期を設定する。その結果、上キャビティ及び下キャビティへの燃料の分配割合が、エンジンが第２状態で運転している場合と同様に、所定の割合になる。

よって、エンジンの負荷が変わっても上キャビティ及び下キャビティへの燃料の分配割合は所定の割合に維持される。エンジンの負荷が変わっても急速多段燃焼を実現することができる。このエンジンを搭載した自動車は、高い静粛性、低燃費及び排出ガスのクリーン化を実現することができる。

前記制御部は、前記エンジンが前記第２状態で運転している場合は、前記第１状態で運転している場合よりも前記パイロット噴射の時期を遅くする、としてもよい。

パイロット噴射の時期を遅くすると、ピストンが燃料噴射弁に近づいたタイミングでパイロット噴射を行うから、燃料噴霧は、リップ部における下キャビティに近い部分に当たる。この場合、燃料噴霧は下キャビティへ多く分配される。

前記制御部は、前記エンジンが前記第２状態で運転している場合は、前記第１状態で運転している場合よりも、前記総噴射量に対する、前記パイロット噴射一回あたりの噴射量割合を多くする、としてもよい。

エンジンが第２状態で運転している場合は、負荷が相対的に低いため、総噴射量が少ない。噴射圧変更部は、噴射圧を下げる。パイロット噴射は、メイン噴射に比べて噴射量が少ないため、エンジンが第２状態で運転している場合は、パイロット噴射の燃料噴霧のペネトレーションは、第１状態で運転している場合よりも低くなる。パイロット噴射の燃料噴霧は、上キャビティと下キャビティとのそれぞれに所望の割合で分配されない恐れがある。

そこで、制御部は、エンジンが第２状態で運転している場合は、第１状態で運転している場合よりも、総噴射量に対する、パイロット噴射一回あたりの噴射量割合を多くする。パイロット噴射一回あたりの燃料噴霧のペネトレーションが高くなる。エンジンが第２状態で運転している場合に、パイロット噴射の燃料噴霧は、上キャビティと下キャビティとのそれぞれに所望の割合で分配される。

前記圧縮着火エンジンの制御装置は、前記エンジンの排気エネルギによって吸気を過給するターボ過給機を備え、前記制御部は、前記エンジンが前記第１状態よりも負荷が低くかつ、前記第２状態よりも回転数が低い第３状態で運転している場合は、前記第２状態で運転している場合よりも、前記総噴射量に対する、前記パイロット噴射一回あたりの噴射量割合を少なくする、としてもよい。

エンジンの回転数が高くなると、ターボ過給機の過給圧が高くなって燃焼室内の圧力が高くなる。燃焼室内の圧力が高いから、燃料噴霧は飛びにくくなる。

これとは逆に、エンジンの回転数が低くなると、過給圧が低くなって燃焼室内の圧力が低くなる。燃焼室内の圧力が低いから、燃料噴霧は飛びやすくなる。

エンジンが第３状態で運転している場合は、回転数が相対的に低い。燃焼室内の圧力が低いため、燃料噴霧は飛びやすい。燃料噴霧が飛びやすいと、当該燃料噴霧は、燃料噴射弁に近づきつつあるピストンのリップ部において、上キャビティに近い部分に当たる。エンジンが第３状態で運転している場合に、パイロット噴射の燃料噴霧は、エンジンが第２状態で運転している場合と比べて、上キャビティへの燃料の分配が多くなり、下キャビへの燃料の分配が少なくなる恐れがある。第２状態での、上キャビティ及び下キャビティのパイロット噴射の燃料噴霧の分配割合と、第３状態での、上キャビティ及び下キャビティのパイロット噴射の燃料噴霧の分配割合と、がずれてしまう恐れがある。

そこで、制御部は、エンジンが第３状態で運転している場合は、パイロット噴射の燃料噴霧の下キャビティへの分配割合が、エンジンが第２状態で運転している場合よりも多くなるようにする。具体的には、総噴射量に対する、パイロット噴射一回あたりの噴射量割合を減らす。

パイロット噴射一回あたりの噴射量が減ると、燃料噴霧のペネトレーションが低くなる。パイロット噴射の燃料噴霧は飛びにくくなるから、リップ部において、下キャビティに近い部分に当たる。燃料噴霧は、下キャビティへ多く分配される。パイロット噴射の燃料噴霧の上キャビティ及び下キャビティへの分配割合は、エンジンが第２状態で運転している場合も、第３状態で運転している場合も同等、又は、ほぼ同等になる。

よって、エンジンの回転数が変わっても、パイロット噴射及びメイン噴射の燃料噴霧は、上キャビティ及び下キャビティへ所定の割合で分配される。また、前述したように、エンジンの負荷が変わっても、パイロット噴射及びメイン噴射の燃料噴霧は、上キャビティ及び下キャビティへ所定の割合で分配される。このエンジンは、エンジンの回転数、及び／又は、エンジンの負荷が変わっても急速多段燃焼を実現することができる。このエンジンを搭載した自動車は、高い静粛性、低燃費及び排出ガスのクリーン化を実現することができる。

前記制御部は、前記エンジンが前記第１状態で運転している場合は、前記メイン噴射を、圧縮上死点後の特定期間において実行させ、前記エンジンが前記第２状態で運転している場合は、前記メイン噴射を、圧縮上死点後の前記特定期間において実行させる、としてもよい。

エンジンの負荷の高低に関わらず、メイン噴射の時期は、圧縮上死点後の特定期間にする。メイン噴射の時期が変わらないため、エンジンは高い熱効率を維持することができる。この構成は、自動車の燃費の向上に有利である。

メイン噴射の時期を変えない一方で、エンジンの負荷が変わると、前述したように燃料噴霧のペネトレ−ションが変化するから、メイン噴射の燃料噴霧の分配割合が変わる。しかしながら、パイロット噴射が、メイン噴射の燃料噴霧の分配割合の変化を補完するから、上キャビティ及び下キャビティへの燃料の分配割合は、エンジンの負荷が変化しても、所定の割合で維持される。

前記下キャビティは、前記上キャビティよりも容積が大きく、前記制御部は、前記エンジンが前記第１状態で運転している場合に、前記メイン噴射の燃料噴霧が前記上キャビティ及び前記下キャビティの容積比に対応して分配されるよう、前記メイン噴射の時期を設定する、としてもよい。

メイン噴射の燃料噴霧を、下キャビティ及び上キャビティの容積比に対応して分配すると、空気利用率が向上する。エンジンの燃費性能が向上し、排出ガスがクリーンになる。

エンジンが第２状態で運転している場合は、メイン噴射の燃料噴霧の分配割合は、下キャビティ及び上キャビティの容積比からずれる。しかしながら、パイロット噴射が、メイン噴射の燃料噴霧の分配割合のずれを補完することによって、パイロット噴射及びメイン噴射の燃料噴霧の、上キャビティ及び下キャビティへの分配割合は、下キャビティ及び上キャビティの容積比に対応する。エンジンの負荷が変わっても、空気利用率が向上し、エンジンの燃費性能が向上と、排出ガスのクリーン化とが実現する。

以上説明したように、前記の圧縮着火エンジンの制御装置は、エンジンの負荷が変わっても、上キャビティ及び下キャビティへの燃料の分配割合が変わらない。

図１は、ディーゼルエンジンシステムの構成例を示す図である。 図２は、ディーゼルエンジンシステムの制御構成例を示すブロック図である。 図３は、ディーゼルエンジンのピストンの頂面部分を例示する斜視図である。 図４は、ピストンの断面付きの斜視図である。 図５は、図４に示すピストン断面の拡大図である。 図６は、インジェクタが噴射した燃料噴霧の流れを説明するための、ピストンの断面図である。 図７は、ディーゼルエンジンの運転マップの一部を例示する図である。 図８は、クランク角の進行に対する熱発生率の変化を例示する図である。 図９は、各領域における燃料噴射パターンを例示する図である。 図１０は、領域Ｂにおける燃料噴射パターンと、各噴射における上キャビティと下キャビティとの燃料の分配割合とを例示する図である。 図１１は、領域Ｃにおける燃料噴射パターンと、各噴射における上キャビティと下キャビティとの燃料の分配割合とを例示する図である。 図１２は、領域Ｄにおける燃料噴射パターンと、各噴射における上キャビティと下キャビティとの燃料の分配割合とを例示する図である。 図１３は、領域Ａにおける燃料噴射パターンと、各噴射における上キャビティと下キャビティとの燃料の分配割合とを例示する図である。 図１４は、領域Ｅにおける燃料噴射パターンと、各噴射における上キャビティと下キャビティとの燃料の分配割合とを例示する図である。 図１５Ａは、ＥＣＵが実行する燃料噴射に係る制御手順の一部を例示するフローチャートである。 図１５Ｂは、ＥＣＵが実行する燃料噴射に係る制御手順の一部を例示するフローチャートである。

以下、圧縮着火エンジンの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。以下で説明する圧縮着火エンジンの制御装置は例示である。

（エンジンシステムの全体構成）
図１は、エンジンシステムの全体構成を例示する図である。エンジンシステムは、四輪の自動車に搭載される。エンジンシステムは、エンジン１と、吸気通路３０と、排気通路４０と、排気浄化装置４１と、ＥＧＲ装置４４と、ターボ過給機４７と、を備えている。

エンジン１は、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンである。燃料は圧縮着火によって燃焼する。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は、シリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２と、オイルパン１３とを有している。シリンダブロック１１には、複数のシリンダ１１ａ（図１においては、一つのみ図示）が設けられている。シリンダヘッド１２は、シリンダブロック１１の上に配設されている。オイルパン１３は、シリンダブロック１１の下に配設されている。オイルパン１３には、潤滑油が貯留している。

各シリンダ１１ａには、ピストン５が内挿されている。ピストン５は、シリンダ１１ａ内を往復動する。ピストン５は、コンロッド１４を介してクランクシャフト１５につながっている。ピストン５と、シリンダ１１ａと、シリンダヘッド１２とは、燃焼室６を形成する。

図３に示すように、ピストン５の頂面５９にはキャビティ５０が形成されている。キャビティ５０の形状の詳細は、後述する。

エンジン１には、クランク角センサＳＮ１及び水温センサＳＮ２が取り付けられている。クランク角センサＳＮ１は、クランクシャフト１５の回転に応じた計測信号を出力する。水温センサＳＮ２は、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２内を流れる冷却水の温度に応じた計測信号を出力する。

シリンダヘッド１２には、シリンダ１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されている。吸気ポート１６には、燃焼室６の開口を開閉する吸気弁２１が配設されている。排気ポート１７には、燃焼室６の開口を開閉する排気弁２２が配設されている。

シリンダヘッド１２には、吸気動弁機構２３及び排気動弁機構２４が配設されている。吸気動弁機構２３は、クランクシャフト１５の回転に同期して吸気弁２１を開閉する。排気動弁機構２４は、クランクシャフト１５の回転に同期して排気弁２２を開閉する。吸気動弁機構２３は、吸気弁２１の開閉時期を連続的に変更することができる吸気Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）を有している。排気動弁機構２４は、排気弁２２の開閉時期を連続的に変更することができる排気Ｓ−ＶＴを有している。

シリンダヘッド１２には、インジェクタ１８が取り付けられている。インジェクタ１８は、燃焼室６内へ燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁である。インジェクタ１８は、シリンダ１１ａ毎に取り付けられている。

各インジェクタ１８は、図示を省略する燃料供給管を介して、蓄圧用コモンレールに接続されている。コモンレールは、図外の燃料ポンプによって加圧された高圧の燃料を貯留する。コモンレール内で蓄圧された燃料が各シリンダ１１ａのインジェクタ１８に供給されることにより、インジェクタ１８は高圧（例えば５０〜２５０ＭＰａ）の燃料を、燃焼室６内へ噴射する。燃料ポンプとコモンレールとの間には、インジェクタ１８が噴射する燃料の圧力（つまり、噴射圧）を変更するための、燃圧レギュレータ１９が設けられている（図２参照）。燃圧レギュレータ１９は、一燃焼サイクル中に燃焼室６へ噴射する燃料の総噴射量が増えると、噴射圧を高くする。燃圧レギュレータ１９は、噴射圧変更部の一例である。

吸気通路３０は、エンジン１の一側面に接続されている。吸気通路３０は、各シリンダ１１ａの吸気ポート１６に連通している。吸気通路３０は、各燃焼室６へ空気を導く。排気通路４０は、エンジン１の他側面に接続されている。排気通路４０は、各シリンダ１１ａの排気ポート１７に連通している。排気通路４０は、各燃焼室６から排出された排気を自動車の外へ導く。

吸気通路３０の上流端部には、エアクリーナ３１が配設されている。エアクリーナ３１は、吸気中の異物を除去する。吸気通路３０の下流端部には、サージタンク３３が設けられている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、上流から順に、ターボ過給機４７のコンプレッサ４８と、吸気絞り弁３２と、インタークーラ３５とが配設されている。インタークーラ３５は、コンプレッサ４８が圧縮した空気を冷却する。吸気絞り弁３２は、空気量を調節する。吸気絞り弁３２は、基本的に全開である。

吸気通路３０には、エアフローセンサＳＮ３、吸気温センサＳＮ４、吸気圧センサＳＮ５及び吸気Ｏ_２センサＳＮ６が配設されている。

エアフローセンサＳＮ３は、エアクリーナ３１の下流に配設されている。エアフローセンサＳＮ３は、当該箇所を通過する吸気の流量に応じた計測信号を出力する。

吸気温センサＳＮ４は、インタークーラ３５の下流に配置されている。吸気温センサＳＮ４は、当該箇所を通過する吸気の温度に応じた計測信号を出力する。

吸気圧センサＳＮ５及び吸気Ｏ_２センサＳＮ６はそれぞれ、サージタンク３３の近傍に配設されている。吸気圧センサＳＮ５は、当該箇所における吸気の圧力に応じた計測信号を出力する。吸気Ｏ_２センサＳＮ６は、当該箇所における吸気の酸素濃度に応じた計測信号を出力する。

尚、図１には図示していないが、エンジンシステムは、インジェクタ１８の噴射圧に応じた計測信号を出力する噴射圧センサＳＮ７を有している（図２参照）。

排気通路４０には、上流側から順に、ターボ過給機４７のタービン４９と、排気浄化装置４１とが配設されている。

ターボ過給機４７のコンプレッサ４８とタービン４９とは、互いに連結されている。コンプレッサ４８とタービン４９とは一体に回転する。タービン４９は、排気の流体エネルギによって回転する。タービン４９が回転すると、コンプレッサ４８が回転する。コンプレッサ４８は、吸気を圧縮する。

排気浄化装置４１は、排気中の有害成分を浄化する。排気浄化装置４１は、酸化触媒４２と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）４３とを有している。酸化触媒４２は、排気中のＣＯ及びＨＣが酸化されることによってＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成する反応を促す。ＤＰＦ４３は、排気中の煤等の微粒子を捕集する。

排気通路４０には、排気Ｏ_２センサＳＮ８及び差圧センサＳＮ９が配設されている。排気Ｏ_２センサＳＮ８は、タービン４９と排気浄化装置４１との間に配設されている。排気Ｏ_２センサＳＮ８は、当該箇所を通過する排気の酸素濃度に対応する計測信号を出力する。差圧センサＳＮ９は、ＤＰＦ４３の上流端と下流端との差圧に対応する計測信号を出力する。

ＥＧＲ装置４４は、排気の一部（つまり、ＥＧＲガス）を吸気通路３０に還流する。ＥＧＲ装置４４は、ＥＧＲ通路４５と、ＥＧＲ弁４６とを有している。ＥＧＲ通路４５は、吸気通路３０と排気通路４０とをつないでいる。より詳細に、ＥＧＲ通路４５は、排気通路４０におけるタービン４９よりも上流部分と、吸気通路３０におけるインタークーラ３５とサージタンク３３との間の部分とをつないでいる。ＥＧＲ弁４６は、ＥＧＲ通路４５の途中に設けられている。ＥＧＲ弁４６は、ＥＧＲガスの還流量を調整する。尚、図示は省略するが、ＥＧＲ通路４５には、ＥＧＲガスをエンジン冷却水によって冷却するＥＧＲクーラが配設されている。

（エンジンの制御装置の構成）
図２は、エンジンシステムの制御構成を例示するブロック図である。エンジンシステムは、エンジン１を制御するエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、制御部の一例である。ＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータ１０１、メモリ１０２、及び、Ｉ／Ｆ回路１０３を有している。マイクロコンピュータ１０１は、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含む。メモリ１０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成される。メモリ１０２は、プログラム及びデータを記憶する。Ｉ／Ｆ回路は、電気信号の入出力を行う。

ＥＣＵ１０は、自動車に搭載されている各センサの計測信号を受ける。自動車には、前述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気温センサＳＮ４、吸気圧センサＳＮ５及び吸気Ｏ_２センサＳＮ６、噴射圧センサＳＮ７、排気Ｏ_２センサＳＮ８、及び、差圧センサＳＮ９の他に、アクセル開度センサＳＮ１０、大気圧センサＳＮ１１、外気温センサＳＮ１２が搭載されている。アクセル開度センサＳＮ１０は、アクセルペダルの踏み込み量に応じた計測信号を出力する。大気圧センサＳＮ１１は、自動車の走行環境下における大気圧に応じた計測信号を出力する。外気温センサＳＮ１２は、自動車の走行環境下における気温に応じた計測信号を出力する。

ＥＣＵ１０は、各センサＳＮ１〜ＳＮ１２の計測信号に基づいてエンジン１の運転状態を判断し、インジェクタ１８、燃圧レギュレータ１９、吸気絞り弁３２、及び、ＥＧＲ弁４６へ制御信号を出力する。これによりエンジン１が運転する。

インジェクタ１８の制御に関して、ＥＣＵ１０は、燃料噴射制御部７１を有している。燃料噴射制御部７１は、ＥＣＵ１０の機能ブロックの一つである。燃料噴射制御部７１は、所定のプログラムが実行されることによって、運転状態判断部７２、噴射パターン選択部７３、及び、噴射設定部７４を機能的に具備するよう動作する。

運転状態判断部７２は、クランク角センサＳＮ１の計測信号に基づくエンジン回転数、及び、アクセル開度センサＳＮ１０の計測信号に基づくエンジン負荷から、エンジン１の運転状態を判断する。運転状態判断部７２はまた、詳細は後述するが、エンジン１の運転状態が、急速多段燃焼領域内にあるか、通常燃焼領域内にあるかの判断を行うと共に、エンジン１の運転状態が、急速多段燃焼領域内における領域Ａ〜Ｅのどの領域内にあるかの判断を行う（図７参照）。

噴射パターン選択部７３は、詳細は後述するが、運転状態判断部７２が判断した運転状態に対応する噴射パターンを選択する。エンジン１の運転状態が急速多段燃焼領域内にある場合、噴射パターンは、少なくとも一のパイロット噴射と、メイン噴射と、少なくとも一のアフター噴射とを含む（図９参照）。

噴射設定部７４は、エンジンの運転状態に基づいて、一燃焼サイクル中に燃焼室６内へ噴射する総噴射量及び噴射圧を設定すると共に、噴射パターン選択部７３が選択した噴射パターンに応じて、各噴射の噴射量及び噴射タイミングを設定する。噴射設定部７４の設定に従って、ＥＣＵ１０がインジェクタ１８に制御信号を出力することにより、インジェクタ１８は、設定された噴射圧で、設定された時期に、設定された量の燃料を、燃焼室６内へ噴射する。

（ピストンの構造）
次に、図３〜５を参照しながら、ピストン５の構造について説明する。図３は、ピストン５の上部を主に示す斜視図である。図４は、ピストン５の断面付きの斜視図である。図５は、図４に示す断面の拡大図である。尚、図３及び図４において、シリンダ１１ａの軸方向Ｘ及びシリンダ１１ａの径方向Ｙを矢印で示している。

ピストン５は、キャビティ５０、周縁平面部５５及び側周面５６を含む。燃焼室６を形成する壁面の一部は、ピストン５の頂面５９である。キャビティ５０は、ピストン５の頂面５９に設けられている。キャビティ５０は、軸方向Ｘにおいて頂面５９が下方に凹陥した部分である。キャビティ５０は、インジェクタ１８が噴射した燃料噴霧を受ける。周縁平面部５５は、頂面５９において径方向Ｙの外周縁付近の領域に配置された環状の平面部である。キャビティ５０は、周縁平面部５５を除く頂面の径方向Ｙの中央領域に設けられている。側周面５６は、シリンダ１１ａの内壁面と摺接する面である。

キャビティ５０は、下キャビティ部５１、上キャビティ部５２、リップ部５３及び山部５４を含む。燃焼室６は、いわゆる二段キャビティを有している。以下において詳述するように、下キャビティ部５１及び上キャビティ部５２はそれぞれ、断面が卵状の壁面を有している。このキャビティ５０の形状は、二段エッグシェイプ形状と呼ぶことができる。

下キャビティ部５１は、頂面５９の径方向Ｙの中心領域に配置された凹部である。上キャビティ部５２は、頂面５９における下キャビティ部５１の周囲に配置された、環状の凹部である。リップ部５３は、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２とをつなぐ部分である。山部５４は、ピストン５の径方向の中心位置に配置された凸部である。山部５４は、インジェクタ１８の直下に位置している。

下キャビティ部５１の容積は、上キャビティ部５２の容積よりも大きい。下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との容積比は、所定の容積比に設定されている。この構成例において、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との容積比は、７０：３０である。

下キャビティ部５１は、第１上端部５１１、第１底部５１２、第１内側端部５１３、及び、径方向窪み部５１４を含む。

第１上端部５１１は、下キャビティ部５１において最も高い位置にあり、リップ部５３に連続する。第１底部５１２は、下キャビティ部５１において最も凹没した領域である。キャビティ５０の全体としても、この第１底部５１２は最深部であり、下キャビティ部５１は、第１底部５１２において軸方向Ｘに所定の深さ（第１の深さ）を有している。第１底部５１２は、上面視で環状である。第１底部５１２は、リップ部５３に対して径方向Ｙの内側に近接した位置にある。

径方向窪み部５１４は、第１上端部５１１と第１底部５１２との間をつないでいる。径方向窪み部５１４は、径方向Ｙの外側に湾曲している。径方向窪み部５１４は、リップ部５３よりも径方向Ｙの外側に窪んだ部分を有している。第１内側端部５１３は、下キャビティ部５１において径方向の最も内側の位置にあり、山部５４の下端に連続する。第１内側端部５１３と第１底部５１２との間は、緩やかに湾曲した曲面でつながっている。

上キャビティ部５２は、第２内側端部５２１、第２底部５２２、第２上端部５２３、テーパ領域５２４、及び、立ち壁領域５２５を含む。

第２内側端部５２１は、上キャビティ部５２において径方向の最も内側の位置にあり、リップ部５３に連続する。第２底部５２２は、上キャビティ部５２において最も凹没した領域である。第２底部５２２は、軸方向Ｘに、第１底部５１２よりも上に位置している。上キャビティ部５２は、下キャビティ部５１よりも浅い。第２上端部５２３は、上キャビティ部５２において最も高い位置であって径方向の最も外側に位置している。第２上端部５２３は周縁平面部５５に連続する。

テーパ領域５２４は、第２内側端部５２１から第２底部５２２に向けて伸びかつ、径方向外側へ先下がりに傾斜した面形状を有する部分である。図５に示されているように、テーパ領域５２４は、径方向Ｙに伸びる水平ラインＣ１に対して傾き角αで交差する傾斜ラインＣ２に沿った傾きを有している。

立ち壁領域５２５は、第２底部５２２よりも径方向外側において、比較的急峻に立ち上がるように形成された壁面である。径方向Ｙの断面形状において、第２底部５２２から第２上端部５２３にかけて、上キャビティ部５２の壁面が水平方向から上方向へ向かうように湾曲された曲面とされている。立ち壁領域５２５は、第２上端部５２３の近傍において垂直壁に近い壁面とされている部分である。立ち壁領域５２５の上端位置に対して、立ち壁領域５２５の下方部分は、径方向Ｙの内側に位置している。これにより、詳細は後述するが、混合気が燃焼室６の径方向Ｙの内側へ戻りすきないようにしかつ、立ち壁領域５２５よりも径方向外側の空間（つまり、スキッシュ領域）も有効に活用した燃焼を行うことができる。

リップ部５３は、径方向Ｙの断面形状において、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との間で、径方向内側にこぶ状に突出する形状を有している。リップ部５３は、下端部５３１及び第３上端部５３２と、これらの間の中央に位置する中央部５３３とを有している。下端部５３１は、下キャビティ部５１の第１上端部５１１とつながる。第３上端部５３２は、上キャビティ部５２の第２内側端部５２１につながる。

軸方向Ｘにおいて、下端部５３１はリップ部５３の最も下方に位置する部分であり、第３上端部５３２は、リップ部５３の最も上方に位置する部分である。テーパ領域５２４は、第３上端部５３２から第２底部５２２に向けて伸びる領域でもある。第２底部５２２は、第３上端部５３２よりも下方に位置している。つまり、上キャビティ部５２は、第３上端部５３２よりも下方に窪んだ第２底部５２２を有している。上キャビティ部５２は、第３上端部５３２から径方向Ｙの外側に水平に伸びる底面を有しているのではない。換言すると、第３上端部５３２から周縁平面部５５までが水平面でつながっているのではない。

山部５４は、上方に向けて突出しているが、その突出高さはリップ部５３の第３上端部５３２の高さと同一又はほぼ同一である。山部５４は、周縁平面部５５よりも窪んだ位置にある。山部５４は、下キャビティ部５１の中心に位置している。下キャビティ部５１は、山部５４の周囲に形成された環状である。

（燃料噴霧の流れ）
次に、インジェクタ１８が噴射した燃料噴霧の流れについて、図６を参照しながら説明する。図６は、燃焼室６の簡略的な断面図である。図６には、ピストン５のキャビティ５０と、インジェクタ１８と、インジェクタ１８が噴射した燃料噴霧１８０の噴射軸ＡＸと、燃料噴霧の流れを示す矢印Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ２３とが描かれている。

インジェクタ１８は、燃焼室６の天井面６１から、燃焼室６内へ下方に突出するノズル１８１を備えている。ノズル１８１は、シリンダ１１ａの径方向の中心に位置している。ノズル１８１は、噴射孔１８２を有している。インジェクタ１８は、噴射孔１８２を通じて燃焼室６へ燃料噴霧１８０を噴射する。尚、図６では、一つの噴射孔１８２を示しているが、ノズル１８１は、実際は複数個の噴射孔１８２を有している。複数の噴射孔１８２は、ノズル１８１の周方向に等間隔で配設されている。燃料噴霧１８０は、噴射軸ＡＸに沿って流れる。噴射軸ＡＸは、各噴射孔１８２の孔軸と一致、又は、ほぼ一致する。噴射された燃料噴霧１８０は、噴霧角θをもって円錐状に拡散する。図６には、噴射軸ＡＸに対する上方向への拡散を示す上拡散軸ＡＸ１と、下方向への拡散を示す下拡散軸ＡＸ２とが示されている。噴霧角θは、上拡散軸ＡＸ１と下拡散軸ＡＸ２とがなす角度である。

噴射孔１８２は、キャビティ５０のリップ部５３に向けて燃料を噴射することができる。つまり、ピストン５が特定の位置にあるタイミングにおいて、インジェクタ１８が噴射孔１８２を通じて燃料噴霧を噴射することによって、噴射軸ＡＸをリップ部５３に指向させることができる。図６は、当該タイミングにおける噴射軸ＡＸとキャビティ５０との位置関係を示している。噴射孔１８２から噴射された燃料噴霧１８０は、リップ部５３に当たる。

リップ部５３に当たった燃料噴霧１８０は、その後、下キャビティ部５１の方へ向かう燃料噴霧と、上キャビティ部５２の方へ向かう燃料噴霧とに分かれる。

下キャビティ部５１の方へ向かった燃料噴霧は、下キャビティ部５１に存在する空気と混合しながら下キャビティ部５１の面に沿って流れる。詳しくは、矢印Ｆ１１の方向に向かう燃料噴霧は、リップ部５３の下端部５３１から下キャビティ部５１の径方向窪み部５１４へ入り込み、下向きに流れる。その後、燃料噴霧は、径方向窪み部５１４の湾曲に沿って、流れ方向を下方向から径方向Ｙの内側方向へと変え、矢印Ｆ１２で示すように、第１底部５１２を有する下キャビティ部５１の底面に沿って流れる。下キャビティ部５１の底面は、山部５４が存在していることにより径方向中央に向かってせり上げる形状を有している。矢印Ｆ１２の方向に流れる燃料噴霧は、上方へと持ち上げられ、その後、矢印Ｆ１３で示すように、径方向外側へ向かうように流れる。

一方、上キャビティ部５２の方へ向かった燃料噴霧は、上キャビティ部５２に存在する空気と混合しながら上キャビティ部５２の面に沿って流れる。詳しくは、矢印Ｆ２１の方向に向かう燃料噴霧は、リップ５３部の第３上端部５３２から上キャビティ部５２のテーパ領域５２４へと入り込み、テーパ領域５２４の傾きに沿って斜め下方に向かう。そして、矢印Ｆ２２に示すように、燃料噴霧は第２底部５２２に至る。ここで、テーパ領域５２４は噴射軸ＡＸに沿う傾きを有する面である。このため、燃料噴霧は、径方向外側へスムースに流れることができる。つまり、燃料噴霧は、テーパ領域５２４の存在、及び、リップ部５３の第３上端部５３２よりも下方に位置する第２底部５２２の存在によって、燃焼室６の径方向外側の奥深い位置まで到達することができる。

その後、燃料噴霧は、第２底部５２２から立ち壁領域５２５の間の立ち上がり曲面によって上方へ持ち上げられ、燃焼室６の天井面６１に沿って径方向内側へ向かうように流れる。燃料は、ピストン５の頂面５９と燃焼室６の天井面６１との間の空気も利用して燃焼することができる。ここで、立ち壁領域５２５は、その下方部分が上端位置に対して径方向Ｙの内側に位置する形状を有している。このため、矢印Ｆ２２で示す流動は、過度に強くならず、燃料噴霧は、径方向Ｙの内側へ戻りすぎない。

また、図６に示す立ち壁領域５２５は、矢印Ｆ２３で示す径方向Ｙの外側へ向かう流動も生成する。とりわけ、膨張行程では、逆スキッシュ流に牽引されることにより、矢印Ｆ２３の流動が生じやすい。従って、燃焼後期には、立ち壁領域５２５よりも径方向外側のスキッシュ空間の空気も活用した燃焼が実現する。

二段キャビティを有する燃焼室６内の燃焼は、空気利用率が向上するから、煤の発生を抑制すると共に、エンジン１の燃費の向上に有利になる。

（エンジンの制御）
図７は、エンジン１の運転マップ７０を例示している。運転マップ７０は、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。ＥＣＵ１０は、運転マップ７０に従って、エンジン１を制御する。

エンジン１の運転マップ７０は、エンジン回転数と、エンジン負荷とによって規定されている。運転マップ７０は、通常燃焼領域と、急速多段燃焼領域とに区分される。急速多段燃焼領域は、エンジン１の運転領域の全体に対して、低回転の領域でかつ、低中負荷の領域である。尚、「低回転の領域」は、エンジン１の運転領域を、回転数の方向に、低回転領域と高回転領域とに二等分したときの低回転領域に相当する。また、「低中負荷の領域」は、エンジン１の運転領域を、負荷の方向に、低負荷領域、中負荷領域及び高負荷領域に三等分したときの、中負荷領域と低負荷領域の一部に相当する。低負荷領域の一部とは、低負荷領域内の、軽負荷領域を除いた領域である。

図８は、急速多段燃焼領域における熱発生率の波形を例示している。図８の横軸はクランク角であり、縦軸は熱発生率である。急速多段燃焼は、プレ燃焼の熱発生とメイン燃焼の熱発生とが滑らか連続することによって熱発生率の変化が一山になった燃焼である。尚、メイン燃焼は、エンジン１のトルクを発生させる燃焼である。プレ燃焼は、メイン燃焼に先立つ燃焼であって、燃料の着火性を高める燃焼である。急速多段燃焼は、熱発生率の立ち上がりが比較的急になるため、燃焼期間も短い。急速多段燃焼は、燃焼騒音の増大を抑制しながら、熱効率の向上とエミッション性能の向上とを図ることができる。エンジン１が急速多段燃焼を行うことによって、当該エンジン１が搭載された自動車は、高い静粛性、低燃費及び排出ガスのクリーン化を実現することができる。

急速多段燃焼領域は、図７に示すように、領域Ａ〜領域Ｅの五つの領域に区分されている。領域Ｂは、急速多段燃焼領域を、低負荷から高負荷の方向に、第１負荷領域、第２負荷領域、及び第３負荷領域に三等分したときの、第２負荷領域に相当する。領域Ｂは、急速多段燃焼領域における中央の負荷領域であり、ベースとなる領域である。

領域Ａは、領域Ｂよりも負荷の低い領域である。領域Ａはまた、領域Ｂよりも負荷の低い領域の内の、低回転の領域に相当する。領域Ｅは、領域Ａと同様に、領域Ｂよりも負荷の低い領域である。領域Ｅはまた、領域Ｂよりも負荷の低い領域の内の、高回転の領域に相当する。つまり、領域Ｅは、領域Ａよりも回転数が高い領域である。

領域Ｃは、領域Ｂよりも負荷の高い領域である。領域Ｃはまた、領域Ｂよりも負荷の高い領域の内の、低回転の領域に相当する。領域Ｄは、領域Ｃと同様に、領域Ｂよりも負荷の高い領域である。領域Ｄはまた、領域Ｂよりも負荷の高い領域の内の、高回転の領域に相当する。つまり、領域Ｄは、領域Ｃよりも回転数が高い領域である。

尚、領域Ｂは、急速多段燃焼領域における回転数の方向の全体に広がっている。

図９は、急速多段燃焼領域における燃料噴射パターンを例示している。図９の横軸はクランク角を示し、縦軸はインジェクタ１８のリフト量を示している。図９における三角形の面積は、各噴射における噴射量に相当する。つまり、三角形の面積が大きいほど、噴射量が多い。また、図９に示す「高負荷」及び「低負荷」は、ベースである領域Ｂに対し、相対的に高負荷であること、及び、相対的に低負荷であることを意味する。「低回転」及び「高回転」は、領域Ｃと領域Ｄとを比較したときに、相対的に低回転であること、及び、相対的に高回転であることを意味すると共に、領域Ａと領域Ｅとを比較したときに、相対的に低回転であること、及び、相対的に高回転であることを意味する。

エンジン１は、急速多段燃焼領域において、圧縮行程中に少なくとも一のパイロット噴射と、圧縮行程後の特定期間内にメイン噴射と、膨張行程中に少なくとも一のアフター噴射とを行う。

本願発明者らの検討によれば、二段キャビティを有している燃焼室６において急速多段燃焼を行う場合、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２とのそれぞれに、容積比に対応した量の燃料を分配すれば、空気利用率を高めながら急速多段燃焼を実現することができる。燃料噴霧は、前述したように、リップ部５３に当たって、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２とに分配される。

ここで、急速燃焼領域においては、領域全体で熱発生率の波形を同じにしたい。そうすることにより、エンジン１の運転領域内の広い範囲にわたって、燃焼騒音の増大を抑制しながら、熱効率の向上とエミッション性能の向上とを図ることができる。

しかしながら、エンジン１の負荷が変わると、燃焼室６へ噴射される総燃料量及び噴射圧が変わる。具体的にエンジン１の負荷が高くなると、総噴射量が多くなりかつ、噴射圧が高くなる。噴射量が多くなる、及び／又は、噴射圧が高くなると、インジェクタ１８が噴射した燃料噴霧のペネトレーションが高くなる。燃料噴霧のペネトレーションが変わると、燃料噴霧がリップ部５３に到達するまでの時間が変わってしまう。インジェクタ１８が同じタイミングで燃料を噴射しても、燃料噴霧のペネトレーションが変わると、燃料噴霧がリップ部５３に当たる場所が変わってしまう。その結果、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との燃料の分配割合が変わってしまう。

また、エンジン１の回転数が高くなると、ターボ過給機４７の過給圧が高くなるため、燃焼室６内の圧力が高くなる。燃焼室６内の圧力が高くなると、燃料噴霧が飛びにくくなる。燃焼室６内の圧力が変わると、燃料噴霧がリップ部５３に到達するまでの時間が変わってしまうから、前記と同様に、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との燃料の分配割合が変わってしまう。

そこで、ＥＣＵ１０は、急速燃焼領域内においては、エンジン１の負荷及び／又は回転数が変化しても、上キャビティ部５２及び下キャビティ部５１への燃料の分配割合が変わらないように、各領域Ａ〜Ｅの燃料噴射のパターンを設定している。以下、急速燃焼領域におけるベース領域である領域Ｂの燃料噴射について説明をし、その後、領域Ｂの燃料噴射と比較しながら、領域Ｃ、Ｄ、Ａ、Ｅの燃料噴射について順に説明する。

（領域Ｂの燃料噴射）
図１０は、領域Ｂにおける燃料噴射のパターンと、各噴射の燃料噴霧の、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との分配割合とを示している。図１０における括弧付きの数字は、燃料の分配割合を示している。また、図１０の燃料噴射パターンにおける縦の実線は、圧縮上死点を示している。これらは、以下で説明をする図１１〜１４においても同じである。

領域Ｂにおいて、エンジン１は、第１パイロット噴射ＰＩ１、第２パイロット噴射ＰＩ２、第３パイロット噴射ＰＩ３、メイン噴射ＭＡＩＮ、第１アフター噴射ＡＦ１、及び、第２アフター噴射ＡＦ２の６回の噴射を順に行う。領域Ｂは、エンジン１の運転マップの全体に対して、比較的負荷が低い領域である。領域Ｂの総噴射量は多くないため、燃焼室６内の温度は低い。領域Ｂは、燃料の着火性が低い領域である。そこで、ＥＣＵ１０は、領域Ｂにおいては、パイロット噴射の数を多くし、それによって、最初のパイロット噴射の時期を早くする。パイロット噴射の時期が早いと燃料の反応時間が長くなるから、燃料の着火性が向上する。燃料の着火性が向上すると、急速多段燃焼が安定化する。急速多段燃焼の安定化は、自動車の排出ガスのクリーン化とＮＶＨ性能の向上に有利になる。

ここで、第１パイロット噴射ＰＩ１、第２パイロット噴射ＰＩ２、及び、第３パイロット噴射ＰＩ３の噴射量を比較すると、第１パイロット噴射ＰＩ１の噴射量が最も少なく、第３パイロット噴射ＰＩ３の噴射量が最も多く、第２パイロット噴射ＰＩ２の噴射量はその中間である。

第１パイロット噴射ＰＩ１は早い時期に実行されるため、燃焼室６内の圧力が低くかつ温度が低い。燃料噴霧が飛びやすい上に、燃焼室６内の温度が低いときに燃料噴霧が燃焼室６の壁面に付着してしまうと、未燃燃料が増える恐れがある。そこで、ＥＣＵ１０は、第１パイロット噴射ＰＩ１の噴射量を少なくする。燃料噴霧のペネトレーションが低くなるから、第１パイロット噴射ＰＩ１の燃料噴霧が壁面へ付着することが抑制される。

第３パイロット噴射ＰＩ３は遅い時期に実行されるため、燃焼室６内の温度が高い。燃料噴霧が燃焼室６の壁面に多少付着することは許容される。ＥＣＵ１０は、第３パイロット噴射ＰＩ３の噴射量を多くすることができる。

このように、第１パイロット噴射ＰＩ１、第２パイロット噴射ＰＩ２、及び、第３パイロット噴射ＰＩ３の噴射量を、次第に増やすことにより、エンジン１の燃費性能の向上、及び、排出ガスのクリーン化に有利になる。

第１パイロット噴射ＰＩ１は、図９に示すように、圧縮上死点（ＴＤＣ）前の−３０〜−２０°付近に実行される。第１パイロット噴射ＰＩ１は、時期が早いため、ピストン５はインジェクタ１８から離れている。第１パイロット噴射ＰＩ１の燃料噴霧は、リップ部５３の上部付近に当たる。上キャビティ部５２への燃料噴霧の分配割合が多くなり、下キャビティ部５１への燃料噴霧の分配割合が少なくなる。図１０の構成例では、第１パイロット噴射ＰＩ１の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に２０、上キャビティ部５２に８０の割合で分配される。

第２パイロット噴射ＰＩ２は、ＴＤＣ前の−２０〜−１０°付近に実行される。第２パイロット噴射ＰＩ２は第１パイロット噴射ＰＩ１よりも遅いため、ピストン５はインジェクタ１８に近づいている。第２パイロット噴射ＰＩ２の燃料噴霧は、リップ部５３の中央部５３３の付近に当たる。上キャビティ部５２への燃料噴霧の分配割合と、下キャビティ部５１への燃料噴霧の分配割合とが、ほぼ等しい。図１０の構成例では、第２パイロット噴射ＰＩ２の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に５０、上キャビティ部５２に５０の割合で分配される。

第３パイロット噴射ＰＩ３は、ＴＤＣ前の−１０〜０°付近に実行される。ピストン５はインジェクタ１８にさらに近づいている。第３パイロット噴射ＰＩ３の燃料噴霧は、リップ部５３の下部付近に当たる。下キャビティ部５１への燃料噴霧の分配割合が多くなり、上キャビティ部５２への燃料噴霧の分配割合が少なくなる。図１０の構成例では、第３パイロット噴射ＰＩ３の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に６５、上キャビティ部５２に３５の割合で分配される。

メイン噴射ＭＡＩＮは、ＴＤＣ後の特定期間において実行される。図１０の構成例では、メイン噴射ＭＡＩＮは、ＴＤＣ後の０〜＋１０°付近に実行される。メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は、リップ部５３の下部付近に当たる。下キャビティ部５１への燃料噴霧の分配割合が多くなり、上キャビティ部５２への燃料噴霧の分配割合が少なくなる。図１０の構成例では、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は、下キャビティ部５１に７０、上キャビティ部５２に３０の割合で分配される。領域Ｂにおいて、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との容積比通りに分配される。換言すれば、ピストン５のキャビティ５０は、領域Ｂのメイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧が容積比通りに分配されるよう、その形状を定めている。

第１アフター噴射ＡＦ１は、ＴＤＣ後の＋１０〜＋１５°付近に実行される。第１アフター噴射ＡＦ１１の燃料噴霧は、リップ部５３の下部付近に当たる。下キャビティ部５１への燃料噴霧の分配割合が多くなり、上キャビティ部５２への燃料噴霧の分配割合が少なくなる。図１０の構成例では、第１アフター噴射ＡＦ１の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に６５、上キャビティ部５２に３５の割合で分配される。

第２アフター噴射ＡＦ２は、ＴＤＣ後の＋２０〜＋３０°付近に実行される。図示は省略するが、第２アフター噴射ＡＦ２の燃料噴霧は、燃焼中の混合気内に入る。

ここで、メイン噴射ＭＡＩＮの噴射量が増えると、燃料噴霧のペネトレーションが高くなる。燃料噴霧のペネトレーションが高くなると、燃料噴霧がリップ部５３に到達するまでの時間が短くなるから、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は、下キャビティ部５１に多く分配される。下キャビティ部５１は、上キャビティ部５２よりも容積が大きいため、メイン噴射ＭＡＩＮの噴射量が増えた場合に、燃料は、下キャビティ部５１の多量の酸素を利用して燃焼することができる。下キャビティ部５１の容積が大きい燃焼室６は、空気利用率の向上に有利になる。

（領域Ｃの燃料噴射）
図１１は、領域Ｃにおける燃料噴射のパターンと、各噴射の燃料噴霧の、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との分配割合とを示している。

領域Ｃは、領域Ｂに対してエンジン１の負荷が高い領域である。エンジン１の負荷が高いため、領域Ｃの総噴射量は、領域Ｂの総噴射量よりも多い。総噴射量が多いため、燃圧レギュレータ１９は、領域Ｃの噴射圧を領域Ｂの噴射圧よりも高くする。領域Ｃにおいて、燃料噴霧のペネトレーションは、領域Ｂよりも高い。また、領域Ｃは、相対的に低回転の領域である。そのため、過給圧は相対的に低い。燃焼室６の圧力は、相対的に低いため、燃料噴霧は、飛びやすい。

ＥＣＵ１０は、領域Ｃにおいて、第２パイロット噴射ＰＩ２、第３パイロット噴射ＰＩ３、メイン噴射ＭＡＩＮ、第１アフター噴射ＡＦ１、及び、第２アフター噴射ＡＦ２を、順に実行する。

領域Ｃのメイン噴射ＭＡＩＮの時期は、領域Ｂのメイン噴射ＭＡＩＮの時期と同じく、ＴＤＣ後の特定期間（ＴＤＣ後の０〜＋１０°付近）である。急速多段燃焼領域において、メイン噴射ＭＡＩＮの時期は、エンジン１の負荷及び／又は回転数が変わっても、同じ、又は、ほぼ同じである。こうすることで、メイン噴射による熱発生の時期が同じになるから、エンジン１の負荷及び／又は回転数が変わっても、高い熱効率を維持することができる。

領域Ｃのメイン噴射ＭＡＩＮの時期が同じである一方で、領域Ｃのメイン噴射ＭＡＩＮの噴射量は、領域Ｂのメイン噴射ＭＡＩＮの噴射量よりも多い。メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧のペネトレーションは相対的に高くかつ、燃料噴霧は飛びやすい。燃料噴霧は、リップ部５３に速やかに到達するから、燃料噴霧は、リップ部５３の下部付近に当たる。メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は、下キャビティ部５１への分配割合が多くなり、上キャビティ部５２への燃料噴霧の分配割合が少なくなる。図１１の構成例では、下キャビティ部５１に８０、上キャビティ部５２に２０の割合で、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は分配される。メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧の分配割合は、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との容積比からずれる。

領域Ｃのメイン噴射ＭＡＩＮは、領域Ｂと比較して、下キャビティ部５１へ燃料噴霧の分配割合が大きい。そこで、ＥＣＵ１０は、パイロット噴射の燃料噴霧を、上キャビティ部５２へ多く分配することにより、下キャビティ部５１及び上キャビティ部５２への燃料の分配割合を、容積比に近づける。

具体的に、領域Ｃにおいて、ＥＣＵ１０は、パイロット噴射の回数を、領域Ｂよりも減らす。パイロット噴射の回数を減らすことによって、パイロット噴射一回あたりの噴射量が多くなる。つまり、領域Ｃの第２パイロット噴射ＰＩ２は、領域Ｂの第２パイロット噴射ＰＩ２と比べて、噴射量が多い（図９参照）。尚、領域Ｃは、エンジン１の負荷が相対的に高いため、燃焼室６内の温度が高い。そのため、燃料の着火性は相対的に高い。パイロット噴射の回数を少なくしても、燃料の着火性は確保される。

領域Ｃにおいてパイロット噴射の回数を減らすにあたり、ＥＣＵ１０は、第１パイロット噴射ＰＩ１を省略する。第２パイロット噴射ＰＩ２及び／又は第３パイロット噴射ＰＩ３と、メイン噴射ＭＡＩＮとの間隔は狭い。パイロット噴射とメイン噴射とが近接することによって、プレ燃焼とメイン燃焼とが連続した急速多段燃焼が実現する。

領域Ｃの第２パイロット噴射ＰＩ２は、ＴＤＣ前の−２０〜−１０°付近に実行される。第２パイロット噴射ＰＩ２の時期は、領域Ｂ及び領域Ｃにおいて、同じ又はほぼ同じである。領域Ｃの第２パイロット噴射ＰＩ２は、噴射量が多いため、ペネトレーションが相対的に高い。第２パイロット噴射ＰＩ２は、リップ部５３の上部付近に当たって、上キャビティ部５２への燃料の分配が多くなる。図１１の構成例では、第２パイロット噴射ＰＩ２の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に４０、上キャビティ部５２に６０の割合で分配される。

また、領域Ｃの第３パイロット噴射ＰＩ３は、領域Ｂの第３パイロット噴射ＰＩ３と比べて、噴射量が同じ又はほぼ同じでありかつ、噴射時期が同じ又はほぼ同じである。従って、第３パイロット噴射ＰＩ３の燃料噴霧の分配割合は、領域Ｂと領域Ｃとにおいて同じである。つまり、第３パイロット噴射ＰＩ３の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に６５、上キャビティ部５２に３５の割合で分配される。

こうして、領域Ｃにおいて、ＥＣＵ１０は、パイロット噴射一回あたりの噴射量を、領域Ｂのパイロット噴射一回あたりの噴射量よりも多くする。このことにより、パイロット噴射の燃料噴霧を、上キャビティ部５２へ多く分配させることができる。パイロット噴射は、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧が下キャビティ部５１に多く分配されることを補完する。下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との燃料の分配割合は、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との容積比に等しくなる。その結果、領域Ｃの熱発生率の波形は、領域Ｂの熱発生率の波形と同じになる（図８参照）。

尚、領域Ｃにおいて、第１アフター噴射ＡＦ１は、ＴＤＣ後の＋１０〜＋１５°付近に実行される。図１１の構成例では、第１アフター噴射ＡＦ１の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に５５、上キャビティ部５２に４５の割合で分配される。また、第２アフター噴射ＡＦ２は、ＴＤＣ後の＋２０〜＋３０°付近に実行される。

（領域Ｄの燃料噴射）
図１２は、領域Ｄにおける燃料噴射のパターンと、各噴射の燃料噴霧の、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との分配割合とを示している。

領域Ｄは、領域Ｂに対してエンジン１の負荷が高い領域である。エンジン１の負荷が高いため、領域Ｄの総噴射量は、領域Ｂの総噴射量よりも多い。また、領域Ｄは、領域Ｃよりも高回転の領域である。エンジン１は、圧縮着火エンジンであるため、高回転ほど総噴射量が多い。領域Ｄの総噴射量は、領域Ｃの総噴射量よりも多い。燃圧レギュレータ１９は、領域Ｄの噴射圧を、領域Ｃの噴射圧よりも高くする。領域Ｄにおいて、燃料噴霧のペネトレーションは、領域Ｃよりも高い。その一方で、領域Ｄは、過給圧が相対的に高い。燃料噴霧は、領域Ｃよりも飛びにくい。

ＥＣＵ１０は、領域Ｄにおいて、第３パイロット噴射ＰＩ３、メイン噴射ＭＡＩＮ、第１アフター噴射ＡＦ１、及び、第２アフター噴射ＡＦ２を、順に実行する。領域Ｄは、燃料の着火性が高いため、領域Ｃよりもパイロット噴射の数を減らす。

領域Ｄにおいてパイロット噴射の回数を減らすにあたり、ＥＣＵ１０は、第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射ＰＩ２を省略する。第３パイロット噴射ＰＩ３と、メイン噴射ＭＡＩＮとの間隔は狭い。パイロット噴射とメイン噴射とが近接することによって、プレ燃焼とメイン燃焼とが連続した急速多段燃焼が実現する。

領域Ｄのメイン噴射ＭＡＩＮの時期は、領域Ｂのメイン噴射ＭＡＩＮの時期と同じく、ＴＤＣ後の特定期間（ＴＤＣ後の０〜＋１０°付近）である。

領域Ｄにおいて、燃料噴霧のペネトレーションは高いため、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は、下キャビティ部５１への分配割合が多くなり、上キャビティ部５２への燃料噴霧の分配割合が少なくなる。図１２の構成例では、下キャビティ部５１に８０、上キャビティ部５２に２０の割合で、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は分配される。

領域Ｄのメイン噴射ＭＡＩＮは、領域Ｂと比較して、下キャビティ部５１へ燃料噴霧の分配割合が大きい。そこで、ＥＣＵ１０は、パイロット噴射の燃料噴霧を、上キャビティ部５２へ多く分配することにより、上キャビティ部５２及び下キャビティ部５１への燃料の分配割合を、容積比に近づける。

具体的に、領域Ｄの第３パイロット噴射ＰＩ３は、領域Ｂの第３パイロット噴射ＰＩ３、及び、領域Ｃの第３パイロット噴射ＰＩ３と比べて、噴射量が多い（図９参照）。領域Ｃの第３パイロット噴射ＰＩ３の時期は、ＴＤＣ前の−１０〜０°付近に実行される。第３パイロット噴射ＰＩ３の時期は、領域Ｂ、領域Ｃ及び領域Ｄにおいて、同じ又はほぼ同じである。領域Ｄの第３パイロット噴射ＰＩ３は、噴射量が多いため、ペネトレーションが相対的に高くなる。燃料噴霧は、速やかにリップ部５３に到達するから、リップ部５３の上部付近に当たって、上キャビティ部５２への分配割合が多くなる。図１２の構成例では、第３パイロット噴射ＰＩ３の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に５０、上キャビティ部５２に５０の割合で分配される。領域Ｂの第３パイロット噴射ＰＩ３と比較して、上キャビティ部５２への燃料の分配が増える。

こうして、領域Ｄにおいて、ＥＣＵ１０は、第３パイロット噴射ＰＩ３の噴射量を、領域Ｂの第３パイロット噴射ＰＩ３の噴射量よりも多くする。第３パイロット噴射ＰＩ３は、総噴射量に対するパイロット噴射一回あたりの噴射量が多い。このことにより、上キャビティ部５２への燃料を多く分配させることができる。メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧が、下キャビティ部５１に多く分配されることを補完することができ、上キャビティ部５２と下キャビティ部５１との燃料の分配割合が、上キャビティ部５２と下キャビティ部５１との容積比に等しくなる。その結果、領域Ｄの熱発生率の波形は、領域Ｂの熱発生率の波形と同じになる（図８参照）。

尚、領域Ｄにおいて、第１アフター噴射ＡＦ１は、ＴＤＣ後の＋１０〜＋１５°付近に実行される。図１２の構成例では、第１アフター噴射ＡＦ１の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に５５、上キャビティ部５２に４５の割合で分配される。また、第２アフター噴射ＡＦ２は、ＴＤＣ後の＋２０〜＋３０°付近に実行される。

（領域Ａの燃料噴射）
図１３は、領域Ａにおける燃料噴射のパターンと、各噴射の燃料噴霧の、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との分配割合とを示している。

領域Ａは、領域Ｂに対してエンジン１の負荷が低い領域である。エンジン１の負荷が低いため、領域Ａの総噴射量は、領域Ｂの総噴射量よりも少ない。燃圧レギュレータ１９は、領域Ａの噴射圧を、領域Ｂの噴射圧よりも低くする。領域Ａにおいて、燃料噴霧のペネトレーションは、領域Ｂよりも低い。また、領域Ａは、相対的に低回転の領域である。そのため、過給圧は相対的に低い。燃焼室６内の圧力が低いため、燃料噴霧は、飛びやすい。

ＥＣＵ１０は、領域Ａにおいて、第１パイロット噴射ＰＩ１、第２パイロット噴射ＰＩ２、第３パイロット噴射ＰＩ３、メイン噴射ＭＡＩＮ、及び、第１アフター噴射ＡＦ１を、順に実行する。領域Ａは、総噴射量が少ないため、燃料に対する燃焼室６内の空気が多い。そのため、アフター噴射の回数を減らすことができる。アフター噴射の回数を減らした分、パイロット噴射の噴射量を増やすことができる。パイロット噴射を三回に分けて行うことができる。負荷が低い領域Ａにおいて、三回のパイロット噴射を行うことによって、燃料の着火性が確保される。

また、第１パイロット噴射ＰＩ１、第２パイロット噴射ＰＩ２、及び、第３パイロット噴射ＰＩ３の噴射量を比較すると、第１パイロット噴射ＰＩ１が最も少なく、第３パイロット噴射ＰＩ３が最も多く、第２パイロット噴射ＰＩ２がその中間である。これにより、前述したように、パイロット噴射の燃料噴霧が、燃焼室６の壁面に付着することを抑制することができる。

領域Ａのメイン噴射ＭＡＩＮの時期は、領域Ｂのメイン噴射ＭＡＩＮの時期と同じく、ＴＤＣ後の特定期間（ＴＤＣ後の０〜＋１０°付近）である。

領域Ａのメイン噴射ＭＡＩＮの時期が同じである一方で、領域Ａのメイン噴射ＭＡＩＮの噴射量は、領域Ｂのメイン噴射ＭＡＩＮの噴射量よりも少ない。領域Ａのメイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧のペネトレーションは相対的に低い。燃料噴霧は、リップ部５３に到達するまでの時間が長くなるから、燃料噴霧は、リップ部５３の上部付近に当たる。メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は、上キャビティ部５２への分配割合が多くなり、下キャビティ部５１への燃料噴霧の分配割合が少なくなる。図１３の構成例では、下キャビティ部５１に６０、上キャビティ部５２に４０の割合で、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は分配される。メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧の分配割合は、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との容積比からずれる。

領域Ａのメイン噴射ＭＡＩＮは、領域Ｂと比較して、上キャビティ部５２へ燃料噴霧の分配割合が大きい。そこで、ＥＣＵ１０は、パイロット噴射の燃料噴霧を、下キャビティ部５１へ多く分配することにより、下キャビティ部５１及び上キャビティ部５２への燃料の分配割合を、容積比に近づける。

具体的に、領域Ａにおいて、ＥＣＵ１０は、第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射ＰＩ２の時期を、領域Ｂよりも遅くする（図９参照）。領域Ａの第１パイロット噴射ＰＩ１の時期は、ＴＤＣ前の−２５〜−２０°付近である。領域Ａの第２パイロット噴射ＰＩ２の時期は、ＴＤＣ前の−１５〜−１０°付近である。尚、領域Ａの第３パイロット噴射ＰＩ３の時期は、領域Ｂの第３パイロット噴射ＰＩ３の時期と同じ又はほぼ同じである。

第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射ＰＩ２の時期を遅くすると、ピストン５がインジェクタ１８に近づいているため、燃料噴霧は、リップ部５３の下部付近に当たる。その結果、下キャビティ部５１への燃料の分配量が多くなる。図１３の構成例では、第１パイロット噴射ＰＩ１の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に４０、上キャビティ部５２に６０の割合で分配される。また、第２パイロット噴射ＰＩ２の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に５５、上キャビティ部５２に４５の割合で分配される。尚、第３パイロット噴射ＰＩ３の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に６０、上キャビティ部５２に４０の割合で分配される。

こうして、領域Ａにおいて、ＥＣＵ１０は、パイロット噴射の時期を、領域Ｂのパイロット噴射の時期よりも遅くする。このことにより、パイロット噴射の燃料噴霧を、下キャビティ部５１へ多く分配させることができる。パイロット噴射が、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧が上キャビティ部５２に多く分配されることを補完することができ、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との燃料の分配割合が、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との容積比に等しくなる。その結果、領域Ａの熱発生率の波形は、領域Ｂの熱発生率の波形と同じになる（図８参照）。

尚、領域Ａにおいて、第１アフター噴射ＡＦ１は、ＴＤＣ後の＋５〜＋１５°付近に実行される。図１３の構成例では、第１アフター噴射ＡＦ１の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に６０、上キャビティ部５２に４０の割合で分配される。

（領域Ｅの燃料噴射）
図１４は、領域Ｅにおける燃料噴射のパターンと、各噴射の燃料噴霧の、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との分配割合とを示している。

領域Ｅは、領域Ｂに対してエンジン１の負荷が低い領域である。エンジン１の負荷が低いため、領域Ｅの総噴射量は、領域Ｂの総噴射量よりも少ない。燃圧レギュレータ１９は、領域Ｅの噴射圧を、領域Ｂの噴射圧よりも低くする。また、領域Ｅは、領域Ａよりも高回転の領域である。過給圧が相対的に高いため、燃料噴霧は、領域Ａよりも飛びにくい。

ＥＣＵ１０は、領域Ｅにおいて、第１パイロット噴射ＰＩ１、第２パイロット噴射ＰＩ２、第３パイロット噴射ＰＩ３、メイン噴射ＭＡＩＮ、及び、第１アフター噴射ＡＦ１を、順に実行する。領域Ａと同様に、アフター噴射の回数を減らして三回のパイロット噴射を行うことにより、燃料の着火性が確保される。また、第１パイロット噴射ＰＩ１、第２パイロット噴射ＰＩ２、及び、第３パイロット噴射ＰＩ３の噴射量を比較すると、第１パイロット噴射ＰＩ１が最も少なく、第３パイロット噴射ＰＩ３が最も多く、第２パイロット噴射ＰＩ２がその中間である。これにより、前述したように、パイロット噴射の燃料噴霧が、燃焼室６の壁面に付着することを抑制することができる。

領域Ｅのメイン噴射ＭＡＩＮの時期は、領域Ｂのメイン噴射ＭＡＩＮの時期と同じく、ＴＤＣ後の特定期間（ＴＤＣ後の０〜＋１０°付近）である。

領域Ｅの燃料噴霧のペネトレーションは相対的に低いため、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は、上キャビティ部５２への分配割合が多くなり、下キャビティ部５１への燃料噴霧の分配割合が少なくなる。図１４の構成例では、下キャビティ部５１に５５、上キャビティ部５２に４５の割合で、メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧は分配される。

領域Ｅのメイン噴射ＭＡＩＮは、領域Ｂと比較して、上キャビティ部５２へ燃料噴霧の分配割合が大きい。そこで、ＥＣＵ１０は、パイロット噴射の燃料噴霧を、下キャビティ部５１へ多く分配することにより、上キャビティ部５２及び下キャビティ部５１への燃料の分配割合を、容積比に近づける。

具体的に、ＥＣＵ１０は、領域Ｅの第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射ＰＩ２の時期を、領域Ｂの第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射ＰＩ２よりも遅くする（図９参照）。領域Ｅの第１パイロット噴射ＰＩ１の時期は、ＴＤＣ前の−２５〜−２０°付近である。第２パイロット噴射ＰＩ２の時期は、ＴＤＣ前の−１５〜−１０°である。尚、領域Ｅの第３パイロット噴射ＰＩ３の時期は、領域Ｂの第３パイロット噴射ＰＩ３の時期と同じ又はほぼ同じである。

また、領域Ｅの第１パイロット噴射ＰＩ１は、領域Ａにおける第１パイロット噴射ＰＩ１よりも噴射量が多くかつ、領域Ｅの第２パイロット噴射ＰＩ２は、領域Ａの第２パイロット噴射ＰＩ２よりも噴射量が多い。領域Ｅは、領域Ａよりも回転数が高いため、領域Ｅの総噴射量は、領域Ａの総噴射量よりも多い。総噴射量が増量する分を、第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射の増量に割り当ててもよい。

領域Ａよりもパイロット噴射の噴射量を増やすことにより、相対的に高い燃焼室６内の圧力に打ち勝って、燃料噴霧は進む。また、第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射ＰＩ２の時期を遅くすることにより、前述したように、下キャビティ部５１への燃料の分配量が多くなる。図１４の構成例では、第１パイロット噴射ＰＩ１の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に５０、上キャビティ部５２に５０の割合で分配される。また、第２パイロット噴射ＰＩ２の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に５５、上キャビティ部５２に４５の割合で分配される。尚、第３パイロット噴射ＰＩ３の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に５５、上キャビティ部５２に４５の割合で分配される。

また、領域Ｅの第１〜第３パイロット噴射ＰＩ１〜ＰＩ３の噴射量と、領域Ｂの第１〜第３パイロット噴射ＰＩ１〜ＰＩ３の噴射量とを比較すると、領域Ｅの第１〜第３パイロット噴射ＰＩ１〜ＰＩ３の噴射量は、領域Ｂの第１〜第３パイロット噴射ＰＩ１〜ＰＩ３の噴射量よりも多い。領域Ｅは、総噴射量に対する、パイロット噴射一回あたりの噴射量割合が、相対的に多い。

領域Ｅは領域Ｂよりも負荷が低いため、総噴射量が少なく、それに伴い、パイロット噴射の噴射量も少なくなる。領域Ｅのパイロット噴射の燃料噴霧のペネトレーションが低くなって、飛びにくくなる。そこで、総噴射量に対する、パイロット噴射一回あたりの噴射量割合が多くなるように、各パイロット噴射一回あたりの噴射量を多くする。こうすることで、領域Ｅにおいて、各パイロット噴射の燃料噴霧のペネトレーションが高くなる。各パイロット噴射の燃料噴霧は、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２とのそれぞれに、所望の割合で分配される。

領域Ｅにおいて、ＥＣＵ１０は、パイロット噴射の時期を、領域Ｂのパイロット噴射の時期よりも遅くしかつ、総噴射量に対する、パイロット噴射一回あたりの噴射量割合が多くする。このことにより、パイロット噴射の燃料噴霧を、下キャビティ部５１へ多く分配させることができる。メイン噴射ＭＡＩＮの燃料噴霧が、上キャビティ部５２に多く分配されることを補完することができ、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との燃料の分配割合が、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との容積比に等しくなる。その結果、領域Ｅにおける熱発生率の波形は、領域Ｂの熱発生率の波形と同じになる（図８参照）。

尚、領域Ｅにおいて、第１アフター噴射ＡＦ１は、ＴＤＣ後の＋５〜＋１５°付近に実行される。図１４の構成例では、第１アフター噴射ＡＦ１の燃料噴霧は、下キャビティ部５１に５５、上キャビティ部５２に４５の割合で分配される。

（負荷の方向についての燃料噴射パターンの比較）
領域Ｃ及びＤは、領域Ａ、Ｂ及びＥに対して、エンジン１の負荷が高い領域である。領域Ｃ及びＤのメイン噴射ＭＡＩＮは、領域Ａ、Ｂ及びＥのメイン噴射ＭＡＩＮと比較して、下キャビティ部５１への燃料の分配が多くなる。そこで、領域Ｃ及びＤにおいて、ＥＣＵ１０は、パイロット噴射の燃料噴霧の上キャビティ部５２への分配割合が、領域Ａ，Ｂ及びＥよりも多くする。具体的に、ＥＣＵ１０は、領域Ｃ及びＤにおいて、パイロット噴射の回数を、領域Ａ、Ｂ及びＥよりも減らす。領域Ａ、Ｂ及びＥのパイロット噴射の回数は三回である。領域Ｃのパイロット噴射の回数は二回である。領域Ｄのパイロット噴射の回数は一回である。領域Ｃ及びＤでは、総噴射量に対する、パイロット噴射一回あたりの噴射量が増えるから、パイロット噴射の燃料噴霧は、上キャビティ部５２への分配が多くなる。

また、領域Ａ及びＥは、領域Ｂに対して、エンジン１の負荷が低い領域である。領域Ａ及びＥのメイン噴射ＭＡＩＮは、領域Ｂのメイン噴射ＭＡＩＮと比較して、上キャビティ部５２への燃料の分配が多くなる。換言すると、領域Ｂのメイン噴射ＭＡＩＮは、領域Ａ及びＥのメイン噴射ＭＡＩＮと比較して、下キャビティ部５１への燃料の分配が多くなる。そこで、領域Ｂにおいて、ＥＣＵ１０は、パイロット噴射の時期を、領域Ａ及びＥよりも早くする。領域Ｂでは、パイロット噴射を実行する時に、ピストン５とインジェクタ１８とが離れているから、パイロット噴射の燃料噴霧は、上キャビティ部５２への分配が多くなる。

また、急速多段燃焼領域における低回転の領域である、領域Ａ、領域Ｂ、及び領域Ｃを比較すると、領域Ａは、領域Ｂに対してエンジン１の負荷が低い領域であり、領域Ｃは、領域Ｂに対してエンジン１の負荷が高い領域である。

領域ＡにおいてＥＣＵ１０は、領域Ｂに対して、最初のパイロット噴射（つまり、第１パイロット噴射ＰＩ１）の時期を遅くする。このことにより、パイロット噴射の燃料噴霧を下キャビティ部５１へ多く分配させることができる。

領域ＣにおいてＥＣＵ１０は、領域Ｂに対して、パイロット噴射の回数を減らす。前述したように、パイロット噴射の燃料噴霧の上キャビティ部５２への分配を多くすることができる。

また、急速多段燃焼領域における高回転の領域である、領域Ｅ、領域Ｂ、及び領域Ｄを比較すると、領域Ｅは、領域Ｂに対してエンジン１の負荷が低い領域であり、領域Ｄは、領域Ｂに対してエンジン１の負荷が高い領域である。

領域ＥにおいてＥＣＵ１０は、領域Ｂに対して、最初のパイロット噴射（つまり、第１パイロット噴射ＰＩ１）の時期を遅くする。このことにより、パイロット噴射の燃料噴霧を下キャビティ部５１へ多く分配させることができる。

領域ＤにおいてＥＣＵ１０は、領域Ｂに対して、パイロット噴射の回数を減らす。パイロット噴射の燃料噴霧の上キャビティ部５２への分配を多くすることができる。

（回転数の方向についての燃料噴射パターンの比較）
領域Ｅは、領域Ａに対して回転数が高い領域である。領域ＥにおいてＥＣＵ１０は、領域Ａに対して、メイン噴射の噴射量を維持すると共に、パイロット噴射の噴射量を増やす。換言すると、ＥＣＵ１０は、領域Ａにおいて、総噴射量に対する、パイロット噴射一回あたりの噴射量割合を、領域Ｅよりも減らす。

より詳細に、ＥＣＵ１０は、領域Ｅにおいて、第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射ＰＩ２の噴射量を領域Ａよりも増やす。パイロット噴射は、メイン噴射に比べて噴射量が少ない。また、領域Ａ及び領域Ｅは、領域Ｂよりも負荷が低いため、総噴射量が少ない。領域Ａ及び領域Ｅのパイロット噴射の噴射量は、ますます少ない。領域Ａ及び領域Ｅにおいて、パイロット噴射の燃料噴霧のペネトレーションは低い。領域Ａ及び領域Ｅのうちでも、領域Ｅは、エンジン回転数が高いため、燃焼室６内の圧力が高い。パイロット噴射の燃料噴霧は、さらに飛びにくくなる。領域Ｅのパイロット噴射の燃料噴霧は、領域Ａと比べて、下キャビティ部５１へ多く分配されてしまう恐れがある。

そこで、領域ＥにおいてＥＣＵ１０は、領域Ａに対して、第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射ＰＩ２の噴射量を増やす。このことにより、領域Ｅにおいて、第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射ＰＩ２の燃料噴霧は、燃焼室６内の高い圧力に打ち勝ってリップ部５３に速やかに到達する。燃料噴霧は、上キャビティ部５２へ多く分配される。特に早い時期に行うパイロット噴射は、ピストン５がインジェクタ１８から離れているため、上キャビティ部５２への燃料の分配割合が、遅い時期に行うパイロット噴射よりも多くなる。第１パイロット噴射ＰＩ１及び第２パイロット噴射ＰＩ２の噴射量が増えることによって、パイロット噴射は、上キャビティ部５２へ燃料を多く分配することができる。

その結果、パイロット噴射の燃料噴霧の、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との分配割合を、領域Ａと領域Ｅとで略同じにすることができる。また、メイン噴射の燃料噴霧の、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との分配割合は、領域Ａと領域Ｅとで多少異なるが、パイロット噴射の燃料噴霧の分配割合を調節することにより、メイン噴射の燃料噴霧の分配割合の違いを、補完することができる。その結果、領域Ａと領域Ｅとで、パイロット噴射及びメイン噴射の燃料噴霧の、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との分配割合を、領域Ａと領域Ｅとで略同じにすることができる。

また、領域Ｄは、領域Ｃに対して回転数が高い領域である。領域ＤにおいてＥＣＵ１０は、領域Ｃに対して、パイロット噴射一回あたりの噴射割合を増やす。より具体的に、ＥＣＵ１０は、第３パイロット噴射ＰＩ３の噴射量を増やす。

領域Ｄは、領域Ｂよりも負荷が高い上に、回転数が高いため、過給圧が高くなって、燃焼室６内の圧力が高い。よって、噴射量が少ないパイロット噴射の燃料噴霧は、飛びにくい。

そこで、領域ＤにおいてＥＣＵ１０は、領域Ｃに対して、パイロット噴射の回数を減らして、第３パイロット噴射ＰＩ３の噴射量を増やす。このことにより、領域Ｄにおいて、第３パイロット噴射ＰＩ３の燃料噴霧は、燃焼室６内の高い圧力に打ち勝ってリップ部５３に速やかに到達し、上キャビティ部５２への燃料の分配が多くなる（図１１のＰＩ３と図１２のＰＩ３とを参照）。その結果、パイロット噴射の燃料噴霧の、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との分配割合を、領域Ｃと領域Ｄとで略同じにすることができる。ひいては、領域Ｃと領域Ｄとで、パイロット噴射及びメイン噴射の燃料噴霧の、下キャビティ部５１と上キャビティ部５２との分配割合を、領域Ｃと領域Ｄとで略同じにすることができる。

（燃料噴射の制御手順）
図１５Ａ及び１５Ｂは、ＥＣＵ１０の燃料噴射制御部７１が実行する、インジェクタ１８及び燃圧レギュレータ１９の制御に係るフローチャートを示している。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１において、各センサＳＮ１〜ＳＮ１２の検出信号を読み込む。続くステップＳ２において、運転状態判断部７２は、エンジン１の運転状態が、急速多段燃焼領域であるか否かを判断する。ステップＳ２の判断がＹＥＳの場合は、プロセスはステップＳ３に進み、ステップＳ２の判断がＮＯの場合は、プロセスはステップＳ２４に進む。

ステップＳ３において、運転状態判断部７２は、エンジン１の運転状態が、領域Ａであるか否かを判断する。ステップＳ３の判断がＹＥＳの場合は、プロセスはステップＳ４に進み、ステップＳ３の判断がＮＯの場合は、プロセスはステップＳ７に進む。

ステップＳ４において噴射設定部７４は、エンジン１の運転状態に対応する総噴射量を決定し、続くステップＳ５において噴射設定部７４は、決定した総噴射量に対応する噴射圧を決定する。そして、ステップＳ６において噴射パターン選択部７３は、エンジン１の運転状態に対応する噴射パターンを選択すると共に、噴射設定部７４は、第１パイロット噴射ＰＩ１、第２パイロット噴射ＰＩ２、第３パイロット噴射ＰＩ３、メイン噴射ＭＡＩＮ、第１アフター噴射ＡＦ１それぞれの噴射量、及び、噴射時期を決定する。その後、燃料噴射制御部７１は、ステップＳ１５において、インジェクタ１８に制御信号を出力し、燃料噴射を実行させる（図１３参照）。

ステップＳ７において、運転状態判断部７２は、エンジン１の運転状態が、領域Ｂであるか否かを判断する。ステップＳ７の判断がＹＥＳの場合は、プロセスはステップＳ８に進み、ステップＳ７の判断がＮＯの場合は、プロセスはステップＳ１１に進む。

ステップＳ８において噴射設定部７４は、ステップＳ４と同様に、エンジン１の運転状態に対応する総噴射量を決定し、続くステップＳ９において噴射設定部７４は、ステップＳ５と同様に、決定した総噴射量に対応する噴射圧を決定する。そして、ステップＳ１０において噴射パターン選択部７３は、エンジン１の運転状態に対応する噴射パターンを選択すると共に、噴射設定部７４は、第１パイロット噴射ＰＩ１、第２パイロット噴射ＰＩ２、第３パイロット噴射ＰＩ３、メイン噴射ＭＡＩＮ、第１アフター噴射ＡＦ１、及び、第２アフター噴射ＡＦ２それぞれの噴射量、及び、噴射時期を決定する。その後、燃料噴射制御部７１は、ステップＳ１５において、インジェクタ１８に制御信号を出力し、燃料噴射を実行させる（図１０参照）。

ステップＳ１１において、運転状態判断部７２は、エンジン１の運転状態が、領域Ｃであるか否かを判断する。ステップＳ１１の判断がＹＥＳの場合は、プロセスはステップＳ１２に進み、ステップＳ１１の判断がＮＯの場合は、プロセスはステップＳ１６に進む。

ステップＳ１２において噴射設定部７４は、ステップＳ４と同様に、エンジン１の運転状態に対応する総噴射量を決定し、続くステップＳ１３において噴射設定部７４は、ステップＳ５と同様に、決定した総噴射量に対応する噴射圧を決定する。そして、ステップＳ１４において噴射パターン選択部７３は、エンジン１の運転状態に対応する噴射パターンを選択すると共に、噴射設定部７４は、第２パイロット噴射ＰＩ２、第３パイロット噴射ＰＩ３、メイン噴射ＭＡＩＮ、第１アフター噴射ＡＦ１、及び、第２アフター噴射ＡＦ２それぞれの噴射量、及び、噴射時期を決定する。その後、燃料噴射制御部７１は、ステップＳ１５において、インジェクタ１８に制御信号を出力し、燃料噴射を実行させる（図１１参照）。

ステップＳ１６において、運転状態判断部７２は、エンジン１の運転状態が、領域Ｄであるか否かを判断する。ステップＳ１６の判断がＹＥＳの場合は、プロセスはステップＳ１７に進み、ステップＳ１６の判断がＮＯの場合は、プロセスはステップＳ２０に進む。

ステップＳ１７において噴射設定部７４は、ステップＳ４と同様に、エンジン１の運転状態に対応する総噴射量を決定し、続くステップＳ１８において噴射設定部７４は、ステップＳ５と同様に、決定した総噴射量に対応する噴射圧を決定する。そして、ステップＳ１９において噴射パターン選択部７３は、エンジン１の運転状態に対応する噴射パターンを選択すると共に、噴射設定部７４は、第３パイロット噴射ＰＩ３、メイン噴射ＭＡＩＮ、第１アフター噴射ＡＦ１、及び、第２アフター噴射ＡＦ２それぞれの噴射量、及び、噴射時期を決定する。その後、燃料噴射制御部７１は、ステップＳ２５において、インジェクタ１８に制御信号を出力し、燃料噴射を実行させる（図１２参照）。

ステップＳ２０において、運転状態判断部７２は、エンジン１の運転状態が、領域Ｅであるか否かを判断する。ステップＳ２０の判断がＹＥＳの場合は、プロセスはステップＳ２１に進み、ステップＳ２０の判断がＮＯの場合は、プロセスはステップＳ２４に進む。

ステップＳ２１において噴射設定部７４は、ステップＳ４と同様に、エンジン１の運転状態に対応する総噴射量を決定し、続くステップＳ２２において噴射設定部７４は、ステップＳ５と同様に、決定した総噴射量に対応する噴射圧を決定する。そして、ステップＳ２３において噴射パターン選択部７３は、エンジン１の運転状態に対応する噴射パターンを選択すると共に、噴射設定部７４は、第１パイロット噴射ＰＩ１、第２パイロット噴射ＰＩ２、第３パイロット噴射ＰＩ３、メイン噴射ＭＡＩＮ、及び、第１アフター噴射ＡＦ１それぞれの噴射量、及び、噴射時期を決定する。その後、燃料噴射制御部７１は、ステップＳ２５において、インジェクタ１８に制御信号を出力し、燃料噴射を実行させる（図１４参照）。

ステップＳ２４において燃料噴射制御部７１は、前述した急速多段燃焼とは別の、通常燃焼制御を実行し、プロセスはリターンする。

尚、ここに開示する技術を適用することができるエンジン１、及び、燃焼室６は、前述した構成に限定されない。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御部）
１１ａ シリンダ
１８ インジェクタ（燃料噴射弁）
１９ 燃圧レギュレータ（噴射圧変更部）
４７ ターボ過給機
５ ピストン
６ 燃焼室
５０ キャビティ
５１ 下キャビティ部
５２ 上キャビティ部
５３ リップ部
ＡＸ 噴射軸
ＳＮ１ クランク角センサ（計測部）
ＳＮ２ 水温センサ（計測部）
ＳＮ３ エアフローセンサ（計測部）
ＳＮ４ 吸気温センサ（計測部）
ＳＮ５ 吸気圧センサ（計測部）
ＳＮ６ 吸気Ｏ_２センサ（計測部）
ＳＮ７ 噴射圧センサ（計測部）
ＳＮ８ 排気Ｏ_２センサ（計測部）
ＳＮ９ 差圧センサ（計測部）
ＳＮ１０ アクセル開度センサ（計測部）
ＳＮ１１ 大気圧センサ（計測部）
ＳＮ１２ 外気温センサ（計測部）
ＭＡＩＮ メイン噴射
ＰＩ１ 第１パイロット噴射
ＰＩ２ 第２パイロット噴射
ＰＩ３ 第３パイロット噴射

Claims (6)

1. エンジンのシリンダに内挿されかつ、前記シリンダ内を往復移動するピストンと、
   前記シリンダ及び前記ピストンによって形成される燃焼室の天井面に配設されかつ、噴射軸に沿って燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁と、
   前記エンジンの運転に関する各種パラメータに応じた計測信号を出力する計測部と、
   前記計測部の計測信号を受けかつ、前記エンジンの回転数及び負荷によって定まる運転状態に応じて、前記燃料噴射弁に制御信号を出力する制御部と、
   一燃焼サイクル中に前記燃焼室へ噴射する燃料の総噴射量が増えると、燃料の噴射圧を高くする噴射圧変更部と、を備え、
   前記ピストンは、その頂面の径方向中央部に設けられた下キャビティと、前記下キャビティの周囲に設けられかつ、前記下キャビティよりも浅い上キャビティと、前記下キャビティと上キャビティとの間のリップ部と、を有し、
   前記制御部は、前記エンジンが第１状態、及び、前記第１状態よりも負荷が低い第２状態で運転している場合は、前記燃料噴射弁に、圧縮上死点付近で行うメイン噴射と、圧縮行程中に行う、少なくとも一のパイロット噴射とを実行させ、
   前記メイン噴射及びパイロット噴射はそれぞれ、噴射期間の少なくとも一部において前記噴射軸が前記リップ部を指向することにより、燃料噴霧が前記下キャビティと前記上キャビティとのそれぞれに分配され、
   前記制御部は、前記エンジンが前記第２状態で運転している場合は、前記パイロット噴射の燃料噴霧の前記下キャビティへの分配割合が、前記第１状態で運転している場合よりも多くなるよう、前記パイロット噴射の時期を設定する圧縮着火エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の圧縮着火エンジンの制御装置において、
   前記制御部は、前記エンジンが前記第２状態で運転している場合は、前記第１状態で運転している場合よりも前記パイロット噴射の時期を遅くする圧縮着火エンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の圧縮着火エンジンの制御装置において、
   前記制御部は、前記エンジンが前記第２状態で運転している場合は、前記第１状態で運転している場合よりも、前記総噴射量に対する、前記パイロット噴射一回あたりの噴射量割合を多くする圧縮着火エンジンの制御装置。
4. 請求項３に記載の圧縮着火エンジンの制御装置において、
   前記エンジンの排気エネルギによって吸気を過給するターボ過給機を備え、
   前記制御部は、前記エンジンが前記第１状態よりも負荷が低くかつ、前記第２状態よりも回転数が低い第３状態で運転している場合は、前記第２状態で運転している場合よりも、前記総噴射量に対する、前記パイロット噴射一回あたりの噴射量割合を少なくする圧縮着火エンジンの制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮着火エンジンの制御装置において、
   前記制御部は、前記エンジンが前記第１状態で運転している場合は、前記メイン噴射を、圧縮上死点後の特定期間において実行させ、前記エンジンが前記第２状態で運転している場合は、前記メイン噴射を、圧縮上死点後の前記特定期間において実行させる圧縮着火エンジンの制御装置。
6. 請求項５に記載の圧縮着火エンジンの制御装置において、
   前記下キャビティは、前記上キャビティよりも容積が大きく、
   前記制御部は、前記エンジンが前記第１状態で運転している場合に、前記メイン噴射の燃料噴霧が前記上キャビティ及び前記下キャビティの容積比に対応して分配されるよう、前記メイン噴射の時期を設定する圧縮着火エンジンの制御装置。
   

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