(57)【要約】【課題】圧縮着火エンジンが搭載された車両において、車両の静粛性と優れた燃費性能の確保とを両立させる。【解決手段】燃料噴射制御部７３は、インジェクタ１５に、少なくとも圧縮行程中に燃料を噴射させる先頭段噴射Ｐ１、Ｐ２と、圧縮上死点付近で噴射を開始させ膨張行程中に噴射を完了させる主噴射Ｍ１、Ｍ２とを実行させる。燃料噴射制御部７３は、１サイクル当たりの総噴射量を変更することなく、車速検出部７１が所定の車速以上の車速を検出している場合には、先頭段噴射Ｐ２の噴射量を主噴射Ｍ２の噴射量よりも多く設定する高速用噴射パターンを実行する一方、車速検出部７１が所定の車速よりも遅い車速を検出している場合には、先頭段噴射Ｐ１の噴射量を主噴射Ｍ１の噴射量よりも少なく設定する低速用噴射パターンを実行する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程から膨張行程にかけて多段的に燃焼室内に燃料を噴射することが可能な燃料噴射弁を備える圧縮着火エンジンが搭載された車両の制御装置であって、
前記燃料噴射弁の動作を制御する燃料噴射制御部と、
前記車両の車速を検出する車速検出部と、を備え、
前記燃料噴射制御部は、
圧縮行程中に燃料を噴射させる先頭段噴射と、圧縮上死点付近で噴射を開始させ膨張行程中に噴射を完了させる主噴射とを、前記燃料噴射弁に実行させるものであり、
１サイクル当たりの総噴射量を変更することなく、前記車速検出部が所定の車速以上の車速を検出している場合には、前記先頭段噴射の噴射量を前記主噴射の噴射量よりも多く設定する高速用噴射パターンを実行する一方、前記車速検出部が所定の車速よりも遅い車速を検出している場合には、前記先頭段噴射の噴射量を前記主噴射の噴射量よりも少なく設定する低速用噴射パターンを実行する、
ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両の制御装置において、
前記燃焼室の一部は、ピストンの冠面により区画されると共に、前記ピストンの冠面にはキャビティが備えられ、当該キャビティは、
前記冠面の径方向中心領域に配置され、シリンダ軸方向に第１の深さを有する第１底部を備えた下段キャビティと、
前記冠面における前記下段キャビティ部の外周側に配置され、シリンダ軸方向に前記第１の深さよりも浅い第２の深さを有する第２底部を備えた上段キャビティと、
前記下段キャビティと前記上段キャビティとを繋ぐリップと、を含み、
前記燃料噴射弁は、前記キャビティに向けて燃料を噴射するものであって、前記燃焼室の径方向中心又はその近傍に配置され、
前記燃料噴射制御部は、
前記高速用噴射パターン及び前記低速用噴射パターンの双方において、前記先頭段噴射による燃料噴射が前記リップを指向するよう燃料噴射時期を設定する一方、
前記高速用噴射パターンの先頭段噴射を、前記低速用噴射パターンの先頭段噴射よりも遅角側で実行させる、車両の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両の制御装置において、
前記燃料噴射制御部は、前記高速用噴射パターンの実行時に、前記先頭段噴射による燃焼に起因して発生する第１圧力波と、前記主噴射による燃焼に起因して発生する第２圧力波とが、互いに１／２周期ずれて出現するように、前記先頭段噴射及び前記主噴射を実行させる、車両の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の制御装置において、
前記燃料噴射制御部は、前記高速用噴射パターンの実行時に、前記先頭段噴射と前記主噴射との間の時期に、前記先頭段噴射及び前記主噴射よりも短い噴射期間で燃料を噴射させる中段噴射をさらに実行させる、車両の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の制御装置において、
前記燃料噴射制御部は、
前記低速用噴射パターンの噴射の実行時に、前記先頭段噴射と前記主噴射との間の時期に、少なくとも１回の第２段噴射を実行させ、且つ、
前記先頭段噴射、前記第２段噴射、主噴射の順に噴射量が多くなるように設定する、車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に多段的に燃料を噴射することが可能な燃料噴射弁を備える圧縮着火エンジンが搭載された車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮着火エンジンでは、予め空気と燃料とを混合しておき、当該混合気を圧縮して一気に燃焼させる予混合圧縮着火方式を採用することで、燃焼期間の短縮化による燃費性能の向上を図ることができる。しかし、予混合圧縮着火による燃焼は、熱発生率ピークの立ち上がりが急峻なことから燃焼騒音が大きくなる傾向がある。従って、当該エンジンが搭載された車両の車速が遅い場合、走行騒音が小さいことから燃焼騒音の大きさが際立つようになる。
【０００３】
圧縮着火エンジンにおいて、インジェクタから燃料を多段階に噴射させることが知られている。特許文献１には、メイン噴射と、このメイン噴射よりも先立つ噴射であるパイロット噴射とを実行させるディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。特許文献１の制御装置は、車室内騒音が大きいときに、車室内騒音が小さいときに比べて前記パイロット噴射による燃料噴射量を減量する制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４２１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の制御技術は、圧縮着火エンジンに予混合圧縮着火燃焼を実行させる場合に、燃焼騒音の低減のための有効な制御技術とは言えない。
【０００６】
本発明は、圧縮着火エンジンが搭載された車両において、車両の静粛性と優れた燃費性能の確保とを両立させることができる車両の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面に係る車両の制御装置は、圧縮行程から膨張行程にかけて多段的に燃焼室内に燃料を噴射することが可能な燃料噴射弁を備える圧縮着火エンジンが搭載された車両の制御装置であって、前記燃料噴射弁の動作を制御する燃料噴射制御部と、前記車両の車速を検出する車速検出部と、を備え、前記燃料噴射制御部は、圧縮行程中に燃料を噴射させる先頭段噴射と、圧縮上死点付近で噴射を開始させ膨張行程中に噴射を完了させる主噴射とを、前記燃料噴射弁に実行させるものであり、１サイクル当たりの総噴射量を変更することなく、前記車速検出部が所定の車速以上の車速を検出している場合には、前記先頭段噴射の噴射量を前記主噴射の噴射量よりも多く設定する高速用噴射パターンを実行する一方、前記車速検出部が所定の車速よりも遅い車速を検出している場合には、前記先頭段噴射の噴射量を前記主噴射の噴射量よりも少なく設定する低速用噴射パターンを実行する、ことを特徴とする。
【０００８】
この制御装置によれば、高速用噴射パターンが実行されるときには、圧縮行程中に実行される先頭段噴射の噴射量が主噴射の噴射量よりも多く設定される。このため、前記先頭段噴射による燃焼に起因して、熱発生率ピークを圧縮上死点付近に出現させることができる。つまり、前記先頭段噴射にて予混合圧縮着火燃焼を実現させ、燃費性能の向上を図ることができる。そして、高速用噴射パターンの実行時には車速が速く、車両の走行騒音が大きいことから、運転者は予混合圧縮着火燃焼に伴う燃焼騒音に違和感を覚え難い。一方、低速用噴射パターンが実行されるときには、逆に先頭段噴射の噴射量が主噴射の噴射量よりも少なく設定される。これにより、燃焼に伴う熱発生率特性には急峻な変化は現れず、熱発生率ピークは高速用噴射パターンの実行時よりも遅角側に出現する。このため、車両の走行騒音が小さくなる低速用噴射パターンの実行時において、燃焼騒音を抑制することができる。
【０００９】
上記の制御装置において、前記燃焼室の一部は、ピストンの冠面により区画されると共に、前記ピストンの冠面にはキャビティが備えられ、当該キャビティは、前記冠面の径方向中心領域に配置され、シリンダ軸方向に第１の深さを有する第１底部を備えた下段キャビティと、前記冠面における前記下段キャビティ部の外周側に配置され、シリンダ軸方向に前記第１の深さよりも浅い第２の深さを有する第２底部を備えた上段キャビティと、前記下段キャビティと前記上段キャビティとを繋ぐリップと、を含み、前記燃料噴射弁は、前記キャビティに向けて燃料を噴射するものであって、前記燃焼室の径方向中心又はその近傍に配置され、前記燃料噴射制御部は、前記高速用噴射パターン及び前記低速用噴射パターンの双方において、前記先頭段噴射による燃料噴射が前記リップを指向するよう燃料噴射時期を設定する一方、前記高速用噴射パターンの先頭段噴射を、前記低速用噴射パターンの先頭段噴射よりも遅角側で実行させることが望ましい。
【００１０】
この制御装置によれば、前記リップを指向して前記先頭段噴射が実行されるので、燃焼室内の空気利用率を高めることができる。すなわち、燃料噴射弁からキャビティに向けて燃料が噴射されると、その燃料と燃焼室内の空気とが混合した混合気が前記第１底部及び前記第２底部に向かうようになる。従って、混合気を燃焼室の径方向内側及び外側へ向かわせ易くすることができ、燃焼室内の空気を有効活用して均質で薄い混合気を形成し、煤の発生を抑制することができる。また、前記高速用噴射パターンの先頭段噴射が、より燃焼室内の圧力が高まる遅角側で実行されるので、高速走行時に予混合圧縮着火燃焼を実行させ易くなる。
【００１１】
上記の制御装置において、前記燃料噴射制御部は、前記高速用噴射パターンの実行時に、前記先頭段噴射による燃焼に起因して発生する第１圧力波と、前記主噴射による燃焼に起因して発生する第２圧力波とが、互いに１／２周期ずれて出現するように、前記先頭段噴射及び前記主噴射を実行させることが望ましい。
【００１２】
高速走行時は、エンジンの燃焼騒音が走行騒音（風切り音等）で掻き消される傾向があるものの、なるべくならば燃焼騒音を抑制することが望ましい。上記の制御装置によれば、第１圧力波と第２圧力波とが互いに１／２周期ずれて出現することから、これら圧力波が互いに打ち消されるようになる。従って、高速走行時に燃焼騒音を低減することができる。
【００１３】
上記の制御装置において、前記燃料噴射制御部は、前記高速用噴射パターンの実行時に、前記先頭段噴射と前記主噴射との間の時期に、前記先頭段噴射及び前記主噴射よりも短い噴射期間で燃料を噴射させる中段噴射をさらに実行させることが望ましい。
【００１４】
この制御装置によれば、短い噴射期間の中段噴射で噴射された燃料は、燃焼室の径方向外側まで到達し難くなり、専ら燃焼室の径方向中央付近の空気と混合して混合気を形成し、燃焼に至る。すなわち、前記中段噴射では、前記先頭段噴射及び前記主噴射において使用されない燃焼室の領域の酸素を、積極的に活用して混合気を形成させる。これにより燃焼室内に存在する酸素を有効利用することができ、煤などの発生を抑制することができる。また、前記中段噴射は、前記先頭段噴射と前記主噴射との間の時期に実行されることから、当該中段噴射による燃焼をエンジントルクに寄与させることができる。
【００１５】
上記の制御装置において、前記燃料噴射制御部は、前記低速用噴射パターンの噴射の実行時に、前記先頭段噴射と前記主噴射との間の時期に、少なくとも１回の第２段噴射を実行させ、且つ、前記先頭段噴射、前記第２段噴射、主噴射の順に噴射量が多くなるように設定することが望ましい。
【００１６】
この制御装置によれば、上記の順に燃料噴射量を増大させてゆくことで、主噴射による燃焼において急峻な熱発生率の上昇を抑制することができ、低速走行時においてより燃焼騒音を小さくすることができる。また、前記第２段噴射が追加されるので、各噴射のペネトレーションは抑制され、シリンダ壁面への燃料の付着を抑止し易くなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、圧縮着火エンジンが搭載された車両において、車両の静粛性と優れた燃費性能の確保とを両立させることができる車両の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係るエンジンの制御装置が適用されるディーゼルエンジンのシステム図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１に示されたディーゼルエンジンのピストンの、冠面部分の斜視図、図２（Ｂ）は、前記ピストンの断面付きの斜視図である。
【図３】図３は、図２（Ｂ）に示すピストン断面の拡大図である。
【図４】図４は、ピストンの冠面とインジェクタによる燃料の噴射軸との関係を説明するための、ピストンの断面図である。
【図５】図５は、上記エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図６】図６は、上記エンジンの運転マップを示す図である。
【図７】図７は、低速用噴射パターンの実行時における燃料噴射のタイミング及び熱発生率の一例を示すタイムチャートである。
【図８】図８は、高速用噴射パターンの実行時における燃料噴射のタイミング及び熱発生率の一例を示すタイムチャートである。
【図９】図９（Ａ）及び（Ｂ）は、低速用噴射パターンと高速用噴射パターンとを比較するタイムチャートである。
【図１０】図１０（Ａ）は、先頭段噴射及び主噴射による燃焼の熱発生率のピークのインターバルを示すグラフ、図１０（Ｂ）は、これら燃焼で発生する圧力波の打ち消し効果を説明するための模式図である。
【図１１】図１１は、中段噴射による熱発生率特性の変化を示すグラフである。
【図１２】図１２は、高速用噴射パターンの先頭段噴射における混合気の流動状態を示す、燃焼室の断面図である。
【図１３】図１３は、高速用噴射パターンの先頭段噴射による燃焼の発生領域を示す、燃焼室の断面図である。
【図１４】図１４は、中段噴射による燃焼の発生領域を示す、燃焼室の断面図である。
【図１５】図１５は、高速用噴射パターンの主噴射による燃焼の発生領域を示す、燃焼室の断面図である。
【図１６】図１６は、燃料噴射制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［エンジンの全体構成］
以下、図面に基づいて、本発明に係る車両の制御装置の実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、圧縮着火エンジンの一例であるディーゼルエンジンを搭載した車両の制御に本発明が適用される例を示す。まず、当該ディーゼルエンジンシステムの全体構成を、図１に基づいて説明する。図１に示すディーゼルエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジンシステムは、複数のシリンダ２を有し軽油を主成分とする燃料の供給を受けて駆動されるエンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流させるＥＧＲ装置４４と、排気通路４０を通過する排気ガスにより駆動されるターボ過給機４６とを備えている。
【００２０】
エンジン本体１は、図１の紙面に垂直な方向に並ぶ複数のシリンダ２（図１ではそのうちの一つのみを示す）を有し、軽油を主成分とする燃料の供給を受けて駆動されるエンジンである。エンジン本体１は、シリンダブロック３、シリンダヘッド４及びピストン５を備える。シリンダブロック３は、シリンダ２を形成するシリンダライナを有する。シリンダヘッド４は、シリンダブロック３の上面に取り付けられ、シリンダ２の上部開口を塞いでいる。ピストン５は、シリンダ２に往復摺動可能に収容されており、コネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されている。ピストン５の往復運動に応じて、クランク軸７はその中心軸回りに回転する。ピストン５の構造については、後記で詳述する。
【００２１】
ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。燃焼室６は、シリンダヘッド４の下面（燃焼室天井面６Ｕ、図３参照）、シリンダ２及びピストン５の冠面５０によって区画されている。燃焼室６には前記燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。供給された燃料と空気との混合気が燃焼室６で燃焼され、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。
【００２２】
シリンダブロック３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、クランク軸７の回転角度（クランク角）及びクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出する。水温センサＳＮ２は、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４の内部を流通する冷却水の温度（エンジン水温）を検出する。
【００２３】
シリンダヘッド４には、燃焼室６と連通する吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。シリンダヘッド４の下面には、吸気ポート９の下流端である吸気側開口と、排気ポート１０の上流端である排気側開口とが形成されている。シリンダヘッド４には、前記吸気側開口を開閉する吸気弁１１と、前記排気側開口を開閉する排気弁１２とが組み付けられている。なお、図示は省いているが、エンジン本体１のバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式であって、吸気ポート９及び排気ポート１０は、各シリンダ２につき２つずつ設けられるとともに、吸気弁１１及び排気弁１２も２つずつ設けられている。
【００２４】
シリンダヘッド４には、カムシャフトを含む吸気側動弁機構１３及び排気側動弁機構１４が配設されている。吸気弁１１及び排気弁１２は、これら動弁機構１３、１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。吸気側動弁機構１３には、吸気弁１１の少なくとも開時期を変更可能な吸気ＶＶＴが、排気側動弁機構１４には、排気弁１２の少なくとも閉時期を変更可能な排気ＶＶＴが、各々内蔵されている。
【００２５】
シリンダヘッド４には、先端部から燃焼室６内に燃料を噴射するインジェクタ１５（燃料噴射弁）が、各シリンダ２につき１つずつ取り付けられている。インジェクタ１５は、燃料を噴射する先端部（ノズル１５１；図１２）が燃焼室６の径方向中心又はその近傍に位置するように、シリンダヘッド４に組み付けられ、ピストン５の冠面５０に形成された後述のキャビティ５Ｃ（図２〜図４）に向けて燃料を噴射する。本実施形態のインジェクタ１５としては、圧縮行程から膨張行程にかけて多段的に燃焼室内に燃料を噴射することが可能なものが選ばれる。このため、開弁応答速度（通電開始から開弁完了までに要する時間）が５０μｓ〜２００μｓ程度の高速応答タイプのインジェクタ１５を用いることが望ましい。
【００２６】
インジェクタ１５は、燃料供給管を介して全シリンダ２に共通の蓄圧用コモンレール（図示せず）と接続されている。コモンレール内には、図外の燃料ポンプにより加圧された高圧の燃料が貯留されている。このコモンレール内で蓄圧された燃料が各シリンダ２のインジェクタ１５に供給されることにより、各インジェクタ１５から高い圧力（５０ＭＰａ〜２５０ＭＰａ程度）で燃料が燃焼室６内に噴射される。前記燃料ポンプと前記コモンレールとの間には、インジェクタ１５から噴射される燃料の圧力である噴射圧を変更するための燃圧レギュレータ１６（図１では不図示、図５参照）が設けられている。
【００２７】
吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。吸気通路３０には、その上流側から順に、エアクリーナ３１、ターボ過給機４６、スロットル弁３２、インタークーラ３３及びサージタンク３４が配置されている。
【００２８】
エアクリーナ３１は、吸気中の異物を除去して吸気を清浄化する。スロットル弁３２は、図略のアクセルの踏み込み動作と連動して吸気通路３０を開閉し、吸気通路３０における吸気の流量を調整する。ターボ過給機４６は、吸気を圧縮しつつ吸気通路３０の下流側へ当該吸気を送り出す。インタークーラ３３は、ターボ過給機４６により圧縮された吸気を冷却する。サージタンク３４は、吸気ポート９に連なるインテークマニホールドの直上流に配置され、複数のシリンダ２に吸気を均等に配分するための空間を提供するタンクである。
【００２９】
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Ｏ２センサＳＮ６が配置されている。エアフローセンサＳＮ３は、エアクリーナ３１の下流側に配置され、当該部分を通過する吸気の流量を検出する。吸気温センサＳＮ４は、インタークーラの下流側に配置され、当該部分を通過する吸気の温度を検出する。吸気圧センサＳＮ５及び吸気Ｏ２センサＳＮ６は、サージタンク３４の近傍に配置され、それぞれ当該部分を通過する吸気の圧力、吸気の酸素濃度を検出する。なお、図１には図示していないが、インジェクタ１５の噴射圧を検出する噴射圧センサＳＮ７（図５）が備えられている。
【００３０】
排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガス（排気ガス）は、排気ポート１０及び排気通路４０を通して車両の外部に排出される。排気通路４０には排気浄化装置４１が設けられている。排気浄化装置４１には、排気ガス中に含まれる有害成分（ＣＯおよびＨＣ）を酸化して無害化する酸化触媒４２と、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）４３とが内蔵されている。なお、排気通路４０における排気浄化装置４１よりも下流側の位置に、ＮＯｘを還元して無害化するＮＯｘ触媒をさらに配置しても良い。
【００３１】
排気通路４０には、排気Ｏ２センサＳＮ８及び差圧センサＳＮ９が配置されている。排気Ｏ２センサＳＮ８は、ターボ過給機４６と排気浄化装置４１との間に配置され、当該部分を通過する排気の酸素濃度を検出する。差圧センサＳＮ９は、ＤＰＦ４３の上流端と下流端との差圧を検出する。
【００３２】
ＥＧＲ装置４４は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路４４Ａと、ＥＧＲ通路４４Ａに設けられたＥＧＲ弁４５とを備える。ＥＧＲ通路４４Ａは、排気通路４０におけるターボ過給機４６よりも上流側の部分と、吸気通路３０におけるインタークーラ３３とサージタンク３４との間の部分とを互いに接続している。なお、ＥＧＲ通路４４Ａには、排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）を熱交換により冷却するＥＧＲクーラ（図略）が配置されている。ＥＧＲ弁４５は、ＥＧＲ通路４４Ａを流通する排気ガスの流量を調整する。
【００３３】
ターボ過給機４６は、吸気通路３０側に配置されたコンプレッサ４７と、排気通路４０に配置されたタービン４８とを含む。コンプレッサ４７とタービン４８とは、タービン軸で一体回転可能に連結されている。タービン４８は、排気通路４０を流れる排気ガスのエネルギーを受けて回転する。これに連動してコンプレッサ４７が回転することにより、吸気通路３０を流通する空気が圧縮（過給）される。
【００３４】
［ピストンの詳細構造］
続いて、ピストン５の構造、とりわけ冠面５０の構造について詳細に説明する。図２（Ａ）は、ピストン５の上方部分を主に示す斜視図である。ピストン５は、上方側のピストンヘッドと、下方側に位置するスカート部とを備えるが、図２（Ａ）では、冠面５０を頂面に有する前記ピストンヘッド部分を示している。図２（Ｂ）は、ピストン５の径方向断面付きの斜視図である。図３は、図２（Ｂ）に示す径方向断面の拡大図である。なお、図２（Ａ）及び（Ｂ）において、シリンダ軸方向Ａ及び燃焼室の径方向Ｂを矢印で示している。
【００３５】
ピストン５は、キャビティ５Ｃ、スキッシュエリア５５及び側周面５６を含む。燃焼室６を区画する燃焼室壁面の一部（底面）は、ピストン５の冠面５０で区画されており、キャビティ５Ｃは、この冠面５０に備えられている。キャビティ５Ｃは、シリンダ軸方向Ａにおいて冠面５０が下方に凹没された部分であり、インジェクタ１５から燃料の噴射を受ける部分である。スキッシュエリア５５は、冠面５０において径方向Ｂ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５Ｃは、スキッシュエリア５５を除く冠面５０の径方向Ｂの中央領域に配置されている。側周面５６は、シリンダ２の内壁面と摺接する面であり、図略のピストンリングが嵌め込まれるリング溝が複数備えられている。
【００３６】
キャビティ５Ｃは、下段キャビティ５１、上段キャビティ５２、リップ５３及び山部５４を含む。下段キャビティ５１は、冠面５０の径方向Ｂの中心領域に配置され、冠面５０からシリンダ軸方向Ａの下方に凹没された凹部である。上段キャビティ５２は、冠面５０における下段キャビティ５１の外周側に配置され、冠面５０からシリンダ軸方向Ａの下方に凹没された環状の凹部である。リップ５３は、下段キャビティ５１と上段キャビティ５２とを径方向Ｂに繋ぐ部分である。山部５４は、冠面５０（下段キャビティ５１）の径方向Ｂの中心位置に配置された山型の凸部である。山部５４は、インジェクタ１５のノズル１５１の直下の位置に凸設されている（図１２）。
【００３７】
下段キャビティ５１は、第１上端部５１１、第１底部５１２及び第１内側端部５１３を含む。第１上端部５１１は、下段キャビティ５１において最も高い位置にあり、リップ５３に連なっている。第１底部５１２は、下段キャビティ５１において最も凹没した、上面視で環状の領域である。キャビティ５Ｃ全体としても、この第１底部５１２は最深部であって、下段キャビティ５１は、第１底部５１２においてシリンダ軸方向Ａに所定の深さ（第１の深さ）を有している。上面視において、第１底部５１２は、リップ５３に対して径方向Ｂの内側に近接した位置にある。
【００３８】
第１上端部５１１と第１底部５１２との間は、径方向Ｂの外側に湾曲した径方向窪み部５１４で繋がれている。径方向窪み部５１４は、リップ５３よりも径方向Ｂの外側に窪んだ部分を有している。第１内側端部５１３は、下段キャビティ５１において最も径方向内側の位置にあり、山部５４の下端に連なっている。第１内側端部５１３と第１底部５１２との間は、裾野状に緩やかに湾曲した曲面で繋がれている。
【００３９】
上段キャビティ５２は、第２内側端部５２１、第２底部５２２、第２上端部５２３、下降平面５２４及び立ち壁領域５２５を含む。第２内側端部５２１は、上段キャビティ５２において最も径方向内側の位置にあり、リップ５３に連なっている。第２底部５２２は、上段キャビティ５２において最も凹没した領域である。上段キャビティ５２は、第２底部５２２においてシリンダ軸方向Ａに第１底部５１２よりも浅い深さ（第２の深さ）を備えている。第２上端部５２３は、上段キャビティ５２において最も高い位置であって最も径方向外側に位置し、スキッシュエリア５５に連なっている。
【００４０】
下降平面５２４は、第２内側端部５２１から第２底部５２２に向けて延び、径方向外側へ先下がりに傾斜した平面形状を有する部分である。図３に示されているように、下降平面５２４は、径方向Ｂに延びる水平ライン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。
【００４１】
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Ｂ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、上段キャビティ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おり、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が立ち壁領域５２５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Ｂの内側に位置している。これにより、混合気が燃焼室６の径方向Ｂの内側へ戻り過ぎないようにし、立ち壁領域５２５よりも径方向外側の空間（スキッシュ空間）も有効に活用した燃焼を行わせることができる。
【００４２】
リップ５３は、径方向Ｂの断面形状において、下側に位置する下段キャビティ５１と上側に位置する上段キャビティ５２との間で、径方向内側にコブ状に突出する形状を有している。リップ５３は、下端部５３１及び第３上端部５３２（シリンダ軸方向の上端部）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、下段キャビティ５１の第１上端部５１１に対する連設部分である。第３上端部５３２は、上段キャビティ５２の第２内側端部５２１に対する連設部分である。
【００４３】
シリンダ軸方向Ａにおいて、下端部５３１はリップ５３の最も下方に位置する部分、第３上端部５３２は最も上方に位置する部分である。上述の下降平面５２４は、第３上端部５３２から第２底部５２２に向けて延びる領域でもある。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、本実施形態の上段キャビティ５２は、第３上端部５３２から径方向Ｂの外側に水平に延びる底面を有しているのではなく、換言すると、第３上端部５３２からスキッシュエリア５５までが水平面で繋がっているのではなく、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。
【００４４】
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５３の第３上端部５３２の高さと同一であり、スキッシュエリア５５よりは窪んだ位置にある。山部５４は、上面視で円形の下段キャビティ５１の中心に位置しており、これにより下段キャビティ５１は山部５４の周囲に形成された環状溝の態様となっている。
【００４５】
［キャビティ部の曲面形状について］
図４は、第１、第２キャビティ５１、５２及びリップ５３の曲面形状を説明するための、シリンダ軸方向Ａに沿った断面図である。下段キャビティ５１は、シリンダ軸を含む断面において、デカルトの卵型楕円曲線に沿った面形状（以下、エッグシェープ形状という）を備えている。具体的には、下段キャビティ５１は、インジェクタ１５（噴射孔１５２）から最も遠い円弧状の第１部分Ｒ１と、第１部分Ｒ１とリップ５３との間に位置する第２部分Ｒ２と、第１部分Ｒ１から径方向Ｂの内側に延びる第３部分Ｒ３とを含む。上述の図３の形状に当て嵌めると、第１部分Ｒ１は、径方向窪み部５１４の中央領域に、第２部分Ｒ２は、径方向窪み部５１４から第１上端部５１１へ至る領域に、第３部分Ｒ３は、径方向窪み部５１４から第１底部５１２へ至る領域に各々相当する。
【００４６】
図４では、インジェクタ１５から噴射される燃料の噴射軸ＡＸが、インジェクタ１５から最も遠い第１部分Ｒ１と交差している状態を示している。下段キャビティ５１が備えるエッグシェープ形状は、このような第１部分Ｒ１の半径ｒ１が最も小さく、第１部分Ｒ１から第２部分Ｒ２方向側に向かうに連れ、並びに第１部分Ｒ１から第３部分Ｒ３方向側に向かうに連れ、連続的に半径が大きくなる円弧形状である。すなわち、第２部分Ｒ２の半径ｒ２は、図４の断面において、第１部分Ｒ１から反時計方向に離れるほど大きくなる。また、第３部分Ｒ３の半径ｒ３は、第１部分Ｒ１から時計方向に離れるほど、第２部分Ｒ２の半径ｒ２を同じ割合で大きくなる（ｒ２＝ｒ３）。リップ５３を起点として前記エッグシェープ形状を表すと、第２部分Ｒ２から第１部分Ｒ１にかけて円弧の半径が小さくなり、第１部分Ｒ１から第３部分Ｒ３にかけて円弧の半径が大きくなる円弧形状を有している。
【００４７】
リップ５３は、下端部５３１（第１上端部５１１）から第３上端部５３２（第２内側端部５２１）にかけて、所定の半径ｒ４を有する曲面からなる凸面形状を有している。上段キャビティ５２は、第２底部５２２から立ち壁領域５２５にかけて、所定の半径ｒ５を有する曲面からなる凹面形状を有している。第２上端部５２３は、所定の半径ｒ６を有する曲面からなる凸面形状を有している。半径ｒ４の中心点と半径ｒ５の中心点との間のシリンダ軸方向Ａの距離を第１距離Ｓｖ、半径ｒ５の中心点と半径ｒ６の中心点との間の径方向Ｂの距離を第２距離Ｓｈとするとき、
ｒ４＋ｒ５＞Ｓｖ
ｒ５＋ｒ６≦Ｓｈ
の関係を満たすように、半径ｒ４、ｒ５、ｒ６の数値が選ばれる。
【００４８】
上段キャビティ５２において、第２底部５２２から立ち壁領域５２５の上端位置Ｒ４に至る部分は、半径ｒ５のおおよそ１／４円弧によって形成されている。そして、立ち壁領域５２５の上端位置Ｒ４は、半径ｒ６のおおよそ１／４円弧からなる第２上端部５２３の下端位置に連なっている。なお、第２上端部５２３の上端は、スキッシュエリア５５に連なっている。このような曲面形状とされている結果、立ち壁領域５２５の上端位置Ｒ４に対して立ち壁領域５２５の下方部分は、径方向Ｂの内側に位置している。つまり、立ち壁領域５２５には、下段キャビティ５１の径方向窪み部５１４のように、径方向Ｂの外側に抉れた形状部分は存在していない。後記で詳述するが、立ち壁領域５２５がこのような円弧形状とされるのは、下段キャビティ５１のエッグシェープ形状と協働して、混合気が燃焼室６の径方向Ｂの内側へ戻り過ぎないようにし、立ち壁領域５２５よりも径方向Ｂの外側の空間（スキッシュ空間）も有効に活用した燃焼を行わせるためである。
【００４９】
［制御構成］
続いて、ディーゼルエンジンシステムの制御構成を、図５のブロック図に基づいて説明する。本実施形態のディーゼルエンジンシステムは、プロセッサ７０（エンジンの制御装置）によって統括的に制御される。プロセッサ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成される。プロセッサ７０には、車両に搭載された各種センサからの検出信号が入力される。上記で説明したセンサＳＮ１〜ＳＮ９に加え、車両には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＮ１０と、車両の走行環境の大気圧を計測する大気圧センサＳＮ１１と、車両の走行環境の気温を計測する外気温センサＳＮ１２と、が備えられている。
【００５０】
プロセッサ７０は、上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、吸気Ｏ２センサＳＮ６、噴射圧センサＳＮ７、排気Ｏ２センサＳＮ８、差圧センサＳＮ９、アクセル開度センサＳＮ１０、大気圧センサＳＮ１１及び外気温センサＳＮ１２と電気的に接続されている。これらのセンサＳＮ１〜ＳＮ１２によって検出された情報、すなわち、クランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、吸気温、吸気圧、吸気酸素濃度、インジェクタ１５の噴射圧、排気酸素濃度、アクセル開度、外気温、気圧等の情報がプロセッサ７０に逐次入力される。
【００５１】
プロセッサ７０は、上記各センサＳＮ１〜ＳＮ１２他からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、プロセッサ７０は、インジェクタ１５（燃圧レギュレータ１６）、スロットル弁３２、ＥＧＲ弁４５及び変速用油圧ソレノイド８０等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
【００５２】
プロセッサ７０は、所定のプログラムが実行されることで、機能的に、車速検出部７１と、目標トルク設定部７２と、インジェクタ１５の動作を制御する燃料噴射制御部７３と、記憶部７７とを具備するように動作する。
【００５３】
車速検出部７１は、エンジン本体１が搭載された車両の車速を検出する。本実施形態では車速検出部７１は、変速用油圧ソレノイド８０の動作状況に基づいて車速を検出する。変速用油圧ソレノイド８０は、エンジン本体１の出力軸に連結される自動変速機のギアを切り替えるソレノイドである。車速検出部７１は、変速用油圧ソレノイド８０により設定されているギア段から、少なくとも車両が低速又は高速走行中であるかを判定する。例えば、変速機が６段変速の自動変速機である場合、１〜３段を低速ギア、４〜６段を高速ギアと定義し、前者が選択されている場合は「低速」、後者が選択されている場合は「高速」と判定させることができる。
【００５４】
目標トルク設定部７２は、運転状況に応じて、エンジンの目標トルクを設定する。具体的には目標トルク設定部７２は、アクセル開度センサＳＮ１０によって検出されるアクセル開度に基づいて、エンジンの目標トルクを設定する。
【００５５】
燃料噴射制御部７３は、インジェクタ１５の燃料噴射動作を制御する。本実施形態の燃料噴射制御部７３は、後記で詳述するが、特定の運転領域の各サイクルにおいて、インジェクタ１５に、圧縮行程中に燃料を噴射させる先頭段噴射と、圧縮上死点付近で噴射を開始させ膨張行程中に噴射を完了させる主噴射とを実行させる。燃料噴射制御部７３は、目標トルク設定部７２が設定した目標トルクを達成するように、１サイクル当たりにインジェクタ１５から噴射させる燃料の噴射量を設定する。燃料噴射制御部７３は、所定のプログラムが実行されることで、運転状態判定部７４、噴射パターン選択部７５及び補正部７６を機能的に具備するように動作する。
【００５６】
運転状態判定部７４は、上記のセンサＳＮ１〜ＳＮ１２の検出値に基づき、エンジン回転数、エンジン負荷、エンジン水温及び油温、外気温、吸気温、吸気圧、酸素濃度、ＥＧＲ弁４５の開度などの運転状態情報を取得し、エンジン本体１の運転状態等を判定する。
【００５７】
噴射パターン選択部７５は、前記目標噴射量（エンジン回転数及び負荷の組合せ）毎に予め設定されている噴射パターンを読み出して、当該目標噴射量に応じた燃料噴射パターンを設定する。本実施形態において噴射パターン選択部７５は、上記の特定の運転領域の一部運転領域（図６の第２領域Ｋ２）において、車速検出部７１の車速検出結果に基づき、車両が高速走行中である場合と低速走行中である場合とで、燃料噴射パターンを切り替える制御を行う。また、先頭段噴射と主噴射とは、これら噴射による燃焼に起因して各々発生する圧力波同士が互いに打ち消されるように、両噴射の噴射時期が設定される。これらについては、後記で詳述する。
【００５８】
補正部７６は、噴射パターン選択部７５が設定した先頭段噴射の時期を、燃焼環境要因の変動に応じて補正する。すなわち、補正部７６は、予め設定された噴射時期に先頭段噴射を実行させた場合の熱発生率ピークの発生時期と、燃焼環境要因を考慮した前記熱発生率ピークの発生時期とのズレを解消させるように、燃料噴射時期を補正する。
【００５９】
記憶部７７は、噴射パターン選択部７５が噴射パターンを設定する際に参照する各種の噴射パターンを記憶する。また、記憶部７７は、各種のプログラム、各種の設定値、図６に示す運転マップなどを記憶する。
【００６０】
［運転マップと噴射パターン］
図６は、エンジン本体１の運転マップを示す図である。当該運転マップでは、低〜中回転領域であって軽〜中負荷の領域付近に設定された特定領域Ｋと、この特定領域Ｋを除く他の領域である非特定領域Ｎとを含んでいる。特定領域Ｋは、燃焼騒音を抑制した静音走行が望まれる運転領域である。この特定領域Ｋに該当するとき、燃料噴射制御部７３はインジェクタ１５に、少なくとも圧縮行程中に燃料を噴射させる先頭段噴射と、圧縮上死点付近で噴射を開始させ膨張行程中に噴射を完了させる主噴射とを行わせる、多段噴射の燃焼を実行させる。非特定領域Ｎに該当するとき、燃料噴射制御部７３は、例えば一般的な拡散燃焼を行わせる噴射態様を、インジェクタ１５に実行させる。もちろん、非特定領域Ｎにおいて一般的な拡散燃焼を異なる燃焼を実現させる噴射態様を取らせても良い。
【００６１】
特定領域Ｋにおいて、第１領域Ｋ１と、低負荷側の一部領域である第２領域Ｋ２とが設定されている。燃料噴射制御部７３は、第２領域Ｋ２においては、１サイクル当たりの総噴射量を変更することなく、車両の車速に応じて前記多段噴射の前記先頭段噴射及び前記主噴射の噴射量比率を変更する制御を行う。具体的には燃料噴射制御部７３は、車速検出部７１が所定の車速以上の車速（高速走行）を検出している場合には、前記先頭段噴射の噴射量を前記主噴射の噴射量よりも多く設定する高速用噴射パターンを実行する。一方、車速検出部７１が所定の車速よりも遅い車速（低速走行）を検出している場合、燃料噴射制御部７３は、前記先頭段噴射の噴射量を前記主噴射の噴射量よりも少なく設定する低速用噴射パターンを実行する。
【００６２】
図７は、上記の低速用噴射パターンの実行時における燃料噴射のタイミング及び熱発生率の一例を示すタイムチャートである。低速用噴射パターンは、特定領域Ｋにおいて燃料噴射制御部７３がインジェクタ１５に実行させる基本噴射パターンであり、第１領域Ｋ１では無条件に実行され、第２領域Ｋ２では車両の低速走行時に実行される。低速用噴射パターンは、進角側に向けて順次実行される、先頭段噴射Ｐ１、２段目プレ噴射Ｐａ（第２段噴射の一つ）、３段目プレ噴射Ｐｂ（第２段噴射の一つ）、主噴射Ｍ１、１段目アフター噴射ＡＦ１及び２段目アフター噴射ＡＦ２を有している。
【００６３】
先頭段噴射Ｐ１は、１サイクル中において最も早く実行される噴射であって、上述の圧縮行程中に燃料を噴射させる噴射である。先頭段噴射Ｐ１は、噴射された燃料噴霧がキャビティ５Ｃのリップ５３を指向するように、燃料噴射時期が設定されている。主噴射Ｍ１は、圧縮上死点付近で噴射を開始させ膨張行程中に噴射を完了させる噴射である。２段目プレ噴射Ｐａ及び３段目プレ噴射Ｐｂは、先頭段噴射Ｐ１と主噴射Ｍ１との間に実行される噴射であり、本実施形態ではいずれも圧縮行程中に実行される例を示している。１段目アフター噴射ＡＦ１及び２段目アフター噴射ＡＦ２は、いずれも主噴射Ｍ１の後に実行される噴射である。このように、低速用噴射パターンでは、クランク角−２６ｄｅｇ付近〜１７ｄｅｇ付近の期間に、燃料噴射が多段で実行される。なお、図７ではプレ噴射及びアフター噴射は２段階で行われる例を示しているが、各々単発噴射としても、或いは３段階以上としても良い。
【００６４】
先頭段噴射Ｐ１の噴射量は、主噴射Ｍ１の噴射量よりも少なく設定されている。２段目、３段目プレ噴射Ｐａ、Ｐｂ並びに１段目、２段目アフター噴射ＡＦ１、ＡＦ２の噴射量は、先頭段噴射Ｐ１よりも多いが、主噴射Ｍ１の噴射量よりも少なく設定されている。負荷の増減に応じて、主に主噴射Ｍ１の噴射量が増減される。
【００６５】
低速用噴射パターンが実行された場合の燃焼は、概ね拡散燃焼となる。図７の上段には、低速用噴射パターンが実行された際の熱発生率特性Ｈ１が示されている。熱発生率特性Ｈ１は、一つのピークＨ１Ｐを備えた山型形状を有している。このピークＨ１Ｐの高さは、次述の高速用噴射パターンが実行される場合に比べて低く設定されている。従って、燃焼騒音は抑制される。
【００６６】
先頭段噴射Ｐ１で噴射された燃料は、比較的速い段階で噴射されることから、予混合圧縮着火による燃焼（以下ＰＣＩ（Premixed Compression Ignition）燃焼という）となる。但し、先頭段噴射Ｐ１の燃料噴射量は少ないので、熱発生率特性Ｈ１は急峻な立ち上がりを示さない。２段目、３段目プレ噴射Ｐａ、Ｐｂは、熱発生率特性Ｈ１をコントロールするため、主噴射Ｍ１の前に実行される噴射である。
【００６７】
主噴射Ｍ１で噴射された燃料は、先頭段噴射Ｐ１及び２段目、３段目プレ噴射Ｐａ、Ｐｂによる燃焼を火種として概ね拡散燃焼する。このため、熱発生率特性Ｈ１のピークＨ１Ｐの発生時期と、主噴射Ｍ１の噴射時期とはほぼ一致している。先頭段噴射Ｐ１及び２段目、３段目プレ噴射Ｐａ、Ｐｂは、主噴射Ｍ１の燃料の着火をアシストするプレ燃焼（ＰＣＩ燃焼）の熱量を適正に確保し、主噴射Ｍ１の燃焼によって狙いとする熱発生率特性Ｈ１が得られるよう、噴射時期及び噴射量が設定される。１段目、２段目アフター噴射ＡＦ１、ＡＦ２は、燃料を完全燃焼させて煤を発生させないようにすることを目的として実行される噴射である。
【００６８】
次に、図８は、高速用噴射パターンの実行時における燃料噴射のタイミング及び熱発生率の一例を示すタイムチャートである。高速用噴射パターンは、第２領域Ｋ２において車両の高速走行時に実行される。高速用噴射パターンは、先頭段噴射Ｐ２、主噴射Ｍ２及び中段噴射Ｐｍを有している。
【００６９】
先頭段噴射Ｐ２は、１サイクル中において最も早く実行される噴射であって、上述の圧縮行程中に燃料を噴射させる噴射である。先頭段噴射Ｐ２は、噴射した燃料をＰＣＩ燃焼させることを企図したものであり、筒内圧及び筒内温度がある程度高くなる圧縮行程後期に実行される。高速用噴射パターンの先頭段噴射Ｐ２においても、インジェクタ１５がリップ５３を指向して燃料を噴射することができるように、燃料噴射時期が設定される。
【００７０】
主噴射Ｍ２は、圧縮上死点付近で噴射を開始させ膨張行程中に噴射を完了させる噴射である。主噴射Ｍ２は、先頭段噴射Ｐ２で噴射された燃料がＰＣＩ燃焼している期間中に開始される。つまり、主噴射Ｍ２は、ＰＣＩ燃焼の熱を利用して噴射された燃料を拡散燃焼させることを企図した噴射である。図８では、ＴＤＣよりも僅かに遅角となるタイミングで、主噴射Ｍ２が開始される例を示している。キャビティ５Ｃとの位置関係では、主噴射Ｍ２は、インジェクタ１５が上段キャビティ５２に向けて燃料を噴射することができる噴射時期に設定される。主噴射Ｍ２の噴射量は、低速用噴射パターンの場合とは逆に、先頭段噴射Ｐ２の噴射量よりも少なく設定されている。
【００７１】
中段噴射Ｐｍは、先頭段噴射Ｐ２と主噴射Ｍ２との間の時期に実行される噴射である。中段噴射Ｐｍで噴射された燃料は、先頭段噴射Ｐ２の燃焼と主噴射Ｍ２の燃焼との間に燃焼させることが企図されている。中段噴射Ｐｍも、概ね拡散燃焼となる。中段噴射Ｐｍの燃料噴射量（噴射期間）は、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２の双方より少ない噴射量（短い噴射期間）に設定されている。
【００７２】
図８の上段には、高速用噴射パターンが実行された際の熱発生率特性Ｈ２が示されている。熱発生率特性Ｈ２は、先頭段噴射Ｐ２に伴うＰＣＩ燃焼によって生じる山部である前段燃焼部分ＨＡと、主噴射Ｍ２に伴う拡散燃焼によって生じる山部である後段燃焼部分ＨＢと、両燃焼部分ＨＡ、ＨＢの中間の中間燃焼部分ＨＣとを有する。すなわち、熱発生率特性Ｈ２には、時間的に分離して実行される先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２の各燃焼に起因して、二段階で熱発生率のピークが発生する。先頭段噴射Ｐ２は比較的噴射量の多い噴射であってＰＣＩ燃焼するので、熱発生率特性Ｈ２は急峻な立ち上がりを示し、ピーク値も先述の熱発生率特性Ｈ１に比べて高くなる。このため、燃焼騒音は大きくなる。なお、中段噴射Ｐｍは、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２の各燃焼に起因する熱発生率のピークを抑制するための噴射、換言すると中間燃焼部分ＨＣにおける熱発生率の落ち込みを抑制する噴射である。
【００７３】
［噴射パターンの切り替えについて］
図９は、低速用噴射パターンと高速用噴射パターンとを比較するタイムチャートであって、図９（Ａ）は低速用噴射パターンの一例、図９（Ｂ）は高速用噴射パターンの一例を示している。低速用噴射パターンでの総噴射量と、高速用噴射パターンでの総噴射量とは、エンジン回転数及び負荷が同一である場合、同一となる。
【００７４】
燃料噴射制御部７３は、図６に示す運転マップの第２領域Ｋ２で車両が運転されている場合において、車両が低速走行している場合には図９（Ａ）の低速用噴射パターンで、高速走行している場合には図９（Ｂ）の高速用噴射パターンで、それぞれインジェクタ１５に燃料噴射を実行させる。低速用噴射パターンが実行されるときには、先頭段噴射Ｐ１の噴射量が主噴射Ｍ１の噴射量よりも少なく設定される。これにより、燃焼に伴う熱発生率特性Ｈ１には急峻な変化は現れず（図７）、熱発生率のピークＨ１Ｐは高速用噴射パターンの実行時よりも遅角側に出現する。このため、低速走行ゆえに風切り音等の走行騒音が小さくなる低速用噴射パターンの実行時において、燃焼騒音を抑制することができる。
【００７５】
これに対し、高速用噴射パターンが実行されるときには、先頭段噴射Ｐ２の噴射量が主噴射Ｍ２の噴射量よりも多く設定される。このため、先頭段噴射Ｐ２による前段燃焼部分ＨＡに起因する熱発生率のピークを、圧縮上死点付近に出現させることができる（図８）。つまり、先頭段噴射Ｐ２にてＰＣＩ燃焼を実現させ、燃費性能の向上を図ることができる。ここで、高速用噴射パターンの実行時には車速が速く、車両の走行騒音が大きくなる。このため、ＰＣＩ燃焼によって燃焼騒音は大きくなるものの、この走行騒音が前記燃焼騒音を掻き消す効果を産出するため、運転者は高速用噴射パターンに切り替えられたとしても、ＰＣＩ燃焼に伴う燃焼騒音に違和感を覚え難い。このように、静音化が求められない運転状況下においてのみＰＣＩ燃焼を実行させることで、燃焼騒音の大きさを運転者に意識させることなく、燃費性能を向上させることができる。
【００７６】
図９（Ａ）及び（Ｂ）の比較で明らかなように、燃料噴射制御部７３は、高速用噴射パターンの先頭段噴射Ｐ２を、低速用噴射パターンの先頭段噴射Ｐ１よりも遅角側で実行させる。すなわち、先頭段噴射Ｐ１の開始時期に比べてΔＣＡだけ遅角した時期に、先頭段噴射Ｐ２の開始時期が設定されている。ΔＣＡの遅角によって、燃焼室内の圧力が高まった状態で多量の噴射量を伴う先頭段噴射Ｐ２が実行されることになるので、高速走行時にＰＣＩ燃焼を実現させ易くなる。
【００７７】
また、燃料噴射制御部７３は、高速用噴射パターン及び低速用噴射パターンの双方において、先頭段噴射Ｐ１、Ｐ２による燃料噴射がキャビティ５Ｃのリップ５３を指向するよう燃料噴射時期を設定している。なお、低速の先頭段噴射Ｐ１は高速の先頭段噴射Ｐ２よりもΔＣＡだけ進角しているが、噴射量が少ないためペネトレーションが弱く、結果として先頭段噴射Ｐ１の燃料噴霧もリップ５３に噴き当たる。このため、燃料噴霧はリップ５３から下段キャビティ５１及び上段キャビティ５２に分配されるようになり、燃焼室６内の空気を有効活用して均質で薄い混合気を形成し、煤の発生を抑制することができる。
【００７８】
燃料噴射制御部７３は、低速用噴射パターンの噴射の実行時に、先頭段噴射Ｐ１と主噴射Ｍ１との間の時期に、２段目プレ噴射Ｐａ及び３段目プレ噴射Ｐｂ（少なくとも１回の第２段噴射の一例）を実行させる。さらに、燃料噴射制御部７３は、先頭段噴射Ｐ１、２段目プレ噴射Ｐａ、３段目プレ噴射Ｐｂ、主噴射Ｍ１の順に噴射量が多くなるように、各噴射の噴射量を設定する。
【００７９】
図９（Ａ）に示す通り、低速用噴射パターンにおいて、先頭段噴射Ｐ１の噴射量をｆ１、主噴射Ｍ１の噴射量をｆ４とするとき、ｆ１＜ｆ４に設定することは上述した通りである。これに加え、本実施形態では、２段目プレ噴射Ｐａの噴射量をｆ２、３段目プレ噴射Ｐｂの噴射量をｆ３とするとき、遅角側に向けて徐々に噴射量が増えるように、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４に設定する。このように燃料噴射量を徐々に増すことで、主噴射Ｍ１による燃焼において急峻な熱発生率の上昇を抑制することができ、低速走行時においてより燃焼騒音を小さくすることができる。また、総噴射量は一定で、２段目・３段目プレ噴射Ｐａ、Ｐｂが追加されるので、各噴射のペネトレーションは抑制され、シリンダ壁面への燃料の付着を抑止し易くなる。
【００８０】
［高速用噴射パターンにおける燃焼騒音抑制］
上述の通り、ＰＣＩ燃焼を企図する高速用噴射パターンの実行時は、走行騒音によって燃焼騒音を目立たなくすることができるとは言え、なるべくならば燃焼騒音を抑制することが望ましい。この点に鑑み、本実施形態では高速用噴射パターンにおいて燃焼騒音を抑制する対策が施されている。具体的には、騒音相殺及び中段噴射の設定である。
【００８１】
＜騒音相殺＞
高速用噴射パターンにおいて、先頭段噴射Ｐ２と主噴射Ｍ２とは、これら噴射による燃焼に起因して各々発生する圧力波同士が互いに打ち消されるように実行される。つまり、燃料噴射制御部７３は、各噴射に起因する燃焼騒音同士が互いに打ち消し合うことができるタイミングで各燃焼が生じるように、インジェクタ１５に先頭段噴射Ｐ２と主噴射Ｍ２を実行させる。この点を図１０に基づいて説明する。
【００８２】
図１０（Ａ）には、図８に示した熱発生率特性Ｈ２と同様に、二段階の熱発生率ピークを有する熱発生率特性Ｈ０が示されている。ここに示す熱発生率特性Ｈ０は、中段噴射Ｐｍを実行しない場合の特性であり、その分だけ前段燃焼部分ＨＡの前段ピークＨＡｐ及び後段燃焼部分ＨＢの後段ピークＨＢｐの値が大きくなっている。換言すると、中間燃焼部分ＨＣにおける熱発生率の落ち込み度合いが大きくなっている。
【００８３】
前段ピークＨＡｐが発生する時期と後段ピークＨＢｐが発生する時期とのインターバルＩｎ（ピーク間隔）は、燃焼騒音の抑制に大きな影響を与える。インターバルＩｎを、前段燃焼部分ＨＡの燃焼に起因する圧力波（音波）の振幅と、後段燃焼部分ＨＢの燃焼に起因する圧力波の振幅とが互いに打ち消し合う間隔とすれば、周波数効果によって、表出する圧力波（燃焼騒音）を抑制することができる。
【００８４】
図１０（Ｂ）は、圧力波の打ち消し効果を説明するための模式図である。図１０（Ｂ）には、先頭段噴射Ｐ２による前段燃焼部分ＨＡの燃焼に起因して発生する前段圧力波ＥＡｗ（第１圧力波）と、主噴射Ｍ２による後段燃焼部分ＨＢの燃焼に起因して発生する後段圧力波ＥＢｗ（第２圧力波）とが示されている。ここでは、簡略化のため、前段ピークＨＡｐ及び後段ピークＨＢｐのピーク高さが同じであるとし、前段圧力波ＥＡｗの振幅と後段圧力波ＥＢｗの振幅とを同一にしている。
【００８５】
ここで、両圧力波を相殺させるには、前段圧力波ＥＡｗと後段圧力波ＥＢｗとを互いに１／２周期ずれて出現させれば良い。つまり、前段圧力波ＥＡｗに続いて後段圧力波ＥＢｗが発生するまでの圧力波インターバルＦｉｎを、両圧力波ＥＡｗ、ＥＢｗの周期の１／２倍に設定すれば良い。この場合、前段圧力波ＥＡｗと後段圧力波ＥＢｗとは逆位相となって互いに打ち消し合うように干渉し、その合成波ＥＭの振幅はゼロとなる。つまり、燃焼騒音は、打ち消し効果によってキャンセルされる。従って、前段圧力波ＥＡｗに対して後段圧力波ＥＢｗが１／２周期だけ遅れて発生するように先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２を実行させることで、燃焼騒音を抑制することができる。
【００８６】
＜中段噴射＞
上記の騒音相殺によって、理論上は燃焼騒音を抑制することが可能である。しかしながら、先頭段噴射Ｐ２による燃焼はＰＣＩ燃焼である一方、主噴射Ｍ２による燃焼は拡散燃焼であり、両者は燃焼形態が異なる。このため、両燃焼による熱発生率の立ち上がり特性等が異なるものとなり、結果として前段圧力波ＥＡｗの周波数成分と後段圧力波ＥＢｗの周波数成分とは、自ずと相違するものとなる。仮に、両圧力波ＥＡｗ、ＥＢｗの代表的な周波数成分同士が逆位相となるように調整しても、他の周波数成分同士は逆位相とはならないため、両圧力波ＥＡｗ、ＥＢｗを十分に相殺させることはできない。従って、実際には両圧力波ＥＡｗ、ＥＢｗの１／２周期ずれを狙った先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２を実行させても、十分に燃焼騒音を低減することはできない。
【００８７】
本実施形態では、中段噴射Ｐｍの実行によって上記の問題を緩和している。燃料噴射制御部７３は、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２に各々割り当てられた噴射量の一部を、両者の噴射量比率を維持しつつ減量し、この減量分の噴射量を割り当てる方式で中段噴射Ｐｍを設定する。つまり、両圧力波ＥＡｗ、ＥＢｗの１／２周期ずれを狙いつつ、中段噴射Ｐｍの介在によって、熱発生率特性Ｈ０における前段・後段燃焼部分ＨＡ、ＨＢの前段・後段ピークＨＡｐ、ＨＢｐ自体を低下させている。中段噴射Ｐｍが担う噴射量分だけ、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２の各噴射量を減らすことができ、その減量分だけ先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２の各燃焼による熱発生率のピークを抑制することができるものである。
【００８８】
図１１には、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２だけが実行される場合の熱発生率特性Ｈ０（実線）と、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２に加えて中段噴射Ｐｍが実行される場合の熱発生率特性Ｈｘ（点線；図８の熱発生率特性Ｈ２に相当）が示されている。中段噴射Ｐｍの実行により、図１１に示すように、先頭段噴射Ｐ２の減量分に応じて、前段燃焼部分ＨＡの前段ピークＨＡｐが低下し、また、主噴射Ｍ２の減量分に応じて、後段燃焼部分ＨＢの後段ピークＨＢｐも低下する。このように、熱発生率のピークＨＡｐ、ＨＢｐを抑制することができるので、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２の各燃焼に起因して発生する圧力波ＥＡｗ、ＥＢｗ自体の大きさを抑制することができる。圧力波ＥＡｗ、ＥＢｗの振幅が小さくなることで、燃焼騒音も小さくなる。従って、圧力波ＥＡｗ、ＥＢｗ同士が互いに打ち消す噴射態様と相俟って、燃焼騒音を効果的に抑制することができる。
【００８９】
一方、中間燃焼部分ＨＣの熱発生率は上昇している。中段噴射Ｐｍは、先頭段噴射Ｐ２と主噴射Ｍ２との間の時期に実行されるので、中段噴射Ｐｍによる燃焼は、前段ピークＨＡｐと後段ピークＨＢｐとの間の谷間を埋める作用を果たす。このため、中間燃焼部分ＨＣの熱発生率は嵩上げされる。それゆえ、主噴射Ｍの遅角側で行われるアフター噴射などとは異なり、中段噴射Ｐｍによる燃焼はエンジントルクに直接寄与することになり、熱効率を低下させることはない。しかも、中段噴射Ｐｍは、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２よりも少ない少量の噴射量で実行されるため、主噴射Ｍ２の前に燃焼を完了させることが可能となり、主噴射Ｍ２による燃焼に影響を与えないようにすることができる。つまり、圧力波ＥＡｗ、ＥＢｗ同士が互いに打ち消すように設定された主噴射Ｍ２の燃焼態様を維持できるので、燃焼騒音の相殺効果を低下させないようにすることができる。
【００９０】
［高速用噴射パターンによる燃焼室内の酸素活用］
燃焼室６での燃焼の理想的の態様は、当該燃焼室６内に存在する酸素を使い切った燃焼を行わせることである。本実施形態の如く、下段・上段キャビティ５１、５２を有する冠面５０で底面が区画される燃焼室６において、上述の高速用噴射パターンの先頭段噴射Ｐ２、中段噴射Ｐｍ及び主噴射Ｍ２を実行させることで、燃焼室６内に存在する酸素を有効活用することができる。本実施形態では、燃焼室６の酸素の有効活用のため、各噴射Ｐ２、Ｐｍ、Ｍ２における燃焼領域を、空間的及び時間的に分離している。以下、この点について、図１２〜図１５に基づいて図説する。
【００９１】
＜先頭段噴射について＞
図１２は、インジェクタ１５によるキャビティ５Ｃへの先頭段噴射Ｐ２による燃料噴射状況、及び噴射後の混合気の流れを示す図である。図１２には、燃焼室６の簡略的な断面図であって、冠面５０（キャビティ５Ｃ）とインジェクタ１５から噴射される噴射燃料１５Ｐ１の噴射軸ＡＸとの関係と、噴射後の混合気の流れを模式的に表す矢印Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ２３とが示されている。
【００９２】
インジェクタ１５は、燃焼室天井面６Ｕ（シリンダヘッド４の下面）から燃焼室６へ下方に突出するように配置されたノズル１５１を備えている。ノズル１５１は、燃焼室６内へ燃料を噴射する噴射孔１５２を備えている。図１２では一つの噴射孔１５２を示しているが、実際は複数個の噴射孔１５２がノズル１５１の周方向に等ピッチで配列されている。噴射孔１５２から噴射される燃料は、図中の噴射軸ＡＸに沿って噴射される。噴射された燃料は、噴霧角θをもって拡散する。図１２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とがなす角である。
【００９３】
既述の通り、先頭段噴射Ｐ２においては、インジェクタ１５はキャビティ５Ｃのリップ５３に向けて燃料を噴射する。噴射孔１５２から噴射された燃料１５Ｐ１は、燃焼室６の空気と混合されて混合気を形成しつつ、リップ５３に吹き当たることになる。リップ５３に衝突した燃料１５Ｐ１は、その後、下段キャビティ５１の方向（下方向）へ向かうもの（矢印Ｆ１１）と、上段キャビティ５２の方向（上方向）へ向かうもの（矢印Ｆ２１）とに空間的に分離される。すなわち、リップ５３の中央部５３３を指向して噴射された燃料１５Ｐ１は、上下に分離され、その後は各々キャビティ５１、５２に存在する空気と混合しながら、これらキャビティ５１、５２の面形状に沿って流動する。
【００９４】
詳しくは、矢印Ｆ１１の方向（下方向）に向かう混合気は、リップ５３の下端部５３１から下段キャビティ５１の径方向窪み部５１４へ入り込み、下方向に流れる。その後、混合気は、径方向窪み部５１４の湾曲形状によって流動方向を下方向から径方向Ｂの内側方向へ変え、矢印Ｆ１２で示すように、第１底部５１２を有する下段キャビティ５１の底面形状に倣って流動する。この際、混合気は、下段キャビティ５１の空気と混合して濃度を薄めて行く。山部５４が存在することによって、下段キャビティ５１の底面は径方向中央に向けてせり上がる形状を有している。従って、矢印Ｆ１２方向に流動する混合気は上方に持ち上げられ、ついには矢印Ｆ１３で示すように、燃焼室天井面６Ｕから径方向外側へ向かうように流動する。このような流動の際にも、前記混合気は燃焼室６内に残存する空気と混合し、均質で薄い混合気となってゆく。
【００９５】
一方、矢印Ｆ２１の方向（上方向）に向かう混合気は、リップ５３の第３上端部５３２から上段キャビティ５２の下降平面５２４に入り込み、下降平面５２４の傾きに沿って斜め下方に向かう。そして、矢印Ｆ２２で示すように、前記混合気は第２底部５２２に至る。ここで、下降平面５２４は噴射軸ＡＸに沿う傾きを持つ面とされている（図３）。このため、前記混合気は径方向外側へスムースに流動することができる。つまり前記混合気は、下降平面５２４の存在、並びに、リップ５３の第３上端部５３２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。
【００９６】
しかる後、前記混合気は、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に持ち上げられ、燃焼室天井面６Ｕから径方向内側へ向かうように流動する。このような、矢印Ｆ２２で示す流動の際に、前記混合気は上段キャビティ５２内の空気と混合し、均質で薄い混合気となって行く。ここで、第２底部５２２よりも径方向外側に、概ね上下方向に延びる立ち壁領域５２５が存在することで、噴射された燃料がシリンダ２の内周壁に到達することが阻止される。つまり、前記混合気は、第２底部５２２の形成によって燃焼室６の径方向外側付近まで流動できるが、立ち壁領域５２５の存在によって、シリンダ２の内周壁との干渉は抑止される。このため、前記干渉による冷損の発生を抑制することができる。
【００９７】
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Ｂの内側に位置する形状を備えている。このため、矢印Ｆ２２で示す流動は過度に強くならず、混合気が径方向Ｂの内側へ戻り過ぎないようにすることができる。矢印Ｆ２２の流動が強すぎると、一部燃焼している混合気が新たに噴射された燃料が十分に拡散する前に当該燃料と衝突し、均質な燃焼を阻害してススなどを発生させる。しかし、本実施形態の立ち壁領域５２５は、径方向外側に抉れた形状を備えておらず、矢印Ｆ２２の流動は抑制的となり、矢印Ｆ２３にて示す径方向Ｂの外側へ向かう流動も生成する。とりわけ、燃焼後期では逆スキッシュ流に牽引されることもあり、矢印Ｆ２３の流動が生じ易くなる。従って、スキッシュエリア５５上の空間も有効に活用した燃焼を行わせることができる。
【００９８】
図１３は、先頭段噴射Ｐ２によるＰＣＩ燃焼の主な発生領域を示す、燃焼室６の断面図である。上述の通り、先頭段噴射Ｐ２では、噴射軸ＡＸに沿ってリップ５３に向けて噴射された燃料１５Ｐ１が、リップ５３に衝突して空間的に分離され、下段、上段キャビティ５１、５２の空間に各々存在する空気（酸素）と混合して混合気を形成し、燃焼に至る。従って、先頭段噴射Ｐ２に起因する燃焼は、下段キャビティ５１の空間に存在する酸素を使用する燃焼エリアＧ１と、上段キャビティ５２の空間に存在する酸素を使用する燃焼エリアＧ２とで発生することになる。このように、先頭段噴射Ｐ２によるＰＣＩ燃焼は、上下のキャビティ５１、５２の空間を広く利用して均質で薄い混合気を形成した上で実行される。
【００９９】
＜中段噴射について＞
図１４は、中段噴射ＰｍによるＰＣＩ燃焼の主な発生領域を示す、燃焼室６の断面図である。中段噴射Ｐｍでは、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２による燃焼で使用されないところの、燃焼室６の径方向中央付近の領域を燃焼エリアＧ３とする。先頭段噴射Ｐ２では、上下のキャビティ５１、５２内の酸素を活用する。一方、主噴射Ｍ２では、下段キャビティ５１に残存する酸素を活用する。これら燃焼は、共に燃焼室６の径方向中央付近以外の領域で発生する燃焼である。これに対し、中段噴射Ｐｍでは、燃焼室６の径方向中央領域の酸素を積極的に活用して混合気を形成し、燃焼させるものである。
【０１００】
中段噴射Ｐｍは、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２に比べて短い噴射期間（噴射量）で実行される噴射であり、ペネトレーションが小さい。このため、中段噴射Ｐｍにて噴射軸ＡＸに沿って噴射された燃料１５Ｐ３は、下段・上段キャビティ５１、５２まで到達し難くなり、専ら燃焼室６の径方向中央付近の空気と混合して混合気を形成し、燃焼エリアＧ３を作る。このような燃焼エリアＧ３を設けることにより、燃焼室６内に存在する酸素を有効利用することができ、煤などの発生を抑制することができる。また、中段噴射Ｐｍは、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２との間の時期に実行されて上記燃焼エリアＧ３を作るものであるので、当該中段噴射Ｐｍによる燃焼をエンジントルクに寄与させることができる。
【０１０１】
＜主噴射について＞
図１５は、主噴射Ｍ２による拡散燃焼の主な発生領域を示す、燃焼室６の断面図である。ＴＤＣ付近で実行される主噴射Ｍ２にて噴射軸ＡＸに沿って噴射された燃料１５Ｐ２は、ピストン５の上昇に伴い、リップ５３のやや下方位置、つまり下段キャビティ５１の上層領域へ向かうことになる。燃料１５Ｐ２は、前記上層領域に吹き当たった後、矢印Ｆ３１で示すように下段キャビティ５１の底面形状に倣って流動し、続いて矢印Ｆ３２で示すように、燃焼室天井面６Ｕから径方向外側へ向かうように流動する。
【０１０２】
主噴射Ｍ２は、先頭段噴射Ｐ２にて噴射された燃料（混合気）が上下のキャビティ５１、５２の空間に入り込んで空間的に分離された後に、その分離された２つの混合気間の空間に残存する空気を活用して新たな混合気を形成し、燃焼エリアＧ４を作る噴射である。すなわち、先に噴射された先頭段噴射Ｐ２の燃料は、各々のキャビティ５１、５２に入り込み、それぞれの空間での空気と混合して混合気を形成し、燃焼エリアＧ１、Ｇ２を生じさせている（空間的分離）。
【０１０３】
このため、主噴射Ｍ２が開始される直前は、燃焼エリアＧ１、Ｇ２の間に未使用の空気（燃料と混合していない空気）が存在する状態である。このような未使用空気層の形成に、下段キャビティ５１のエッグシェープ形状が貢献している。主噴射Ｍ２の噴射燃料は、燃焼エリアＧ１、Ｇ２の間に入り込む形態となり、前記未使用の空気と混合されて混合気を形成する。この混合気に、先の先頭段噴射Ｐ２による燃焼エリアＧ１、Ｇ２から熱を与えられることによって、拡散燃焼による燃焼エリアＧ４が形成されるものである。これが、燃料噴射の時間的分離である。
【０１０４】
以上の通り、本実施形態によれば、先頭段噴射Ｐ２の噴射燃料を空間的に分離して下段、上段キャビティ５１、５２内の酸素を活用する。また、先頭段噴射Ｐ２によって生じる燃焼エリアＧ１、Ｇ２の間に存在する未使用の酸素を、主噴射Ｍ２という時間的に分離された噴射にて活用し、燃焼エリアＧ４を形成する。そして、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２では活用されない燃焼室６の径方向中央付近の酸素を、そのような領域をペネトレーション（噴射期間）に設定された中段噴射Ｐｍにて活用し、燃焼エリアＧ３を形成する。これにより燃焼室６内に存在する酸素を有効利用した燃焼を実現させることができ、煤などの発生を抑制することができる。
【０１０５】
［制御フロー］
図１６は、プロセッサ７０の燃料噴射制御部７３による燃料噴射制御の一例を示すフローチャートである。燃料噴射制御部７３は、図５に示す各センサＳＮ１〜ＳＮ１２や他のセンサ（筒内圧センサ等）から、車両の運転領域（エンジン本体１の運転状態）に関する情報、及び上記の燃焼環境要因となる環境情報を取得する（ステップＳ１）。
【０１０６】
続いて、運転状態判定部７４が、ステップＳ１で取得した運転領域に関する情報より、現状の運転ポイントが図６に示す運転マップのどの領域に該当するかを特定する。噴射パターン選択部７５は、特定された運転領域に応じて、予め設定されている燃料噴射パターン、噴射量を設定する。先ず、噴射パターン選択部７５は、ステップＳ１で特定された運転領域が、図６の運転マップの特定領域Ｋに属するか否かを判定する（ステップＳ２）。
【０１０７】
特定領域Ｋに属する場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、噴射パターン選択部７５は、続いて特定された運転領域が第２領域Ｋ２に属するか否かを判定する（ステップＳ３）。第２領域Ｋ２に属する場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、噴射パターン選択部７５は、さらに車速検出部７１の車速検出結果を参照して、車両が低速走行中であるか否かを判定する（ステップＳ４）。
【０１０８】
車両が低速走行中である場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、噴射パターン選択部７５は、燃料噴射パターンを、図７に示した低速用噴射パターンに設定する（ステップＳ５）。また、ステップＳ３において、特定された運転領域が第１領域Ｋ１に属する場合（ステップＳ３でＮＯ）も、噴射パターン選択部７５は、燃料噴射パターンを低速用噴射パターンに設定する（ステップＳ５）。
【０１０９】
これに対し、ステップＳ４において車両が高速走行中であると判定された場合（ステップＳ４でＮＯ）、噴射パターン選択部７５は、燃料噴射パターンを、図８に示した高速用噴射パターンに設定する（ステップＳ６）。つまり、運転領域が第２領域Ｋ２であって高速走行中であるときには、高速用噴射パターンが選択される。
【０１１０】
ステップＳ２において、特定された運転領域が非特定領域Ｎに属する場合（ステップＳ２でＮＯ）、噴射パターン選択部７５は、非特定領域Ｎ用に設定されている噴射パターンを選択する（ステップＳ７）。例えば、噴射パターン選択部７５は、一般的な拡散燃焼を行わせることができる噴射パターンをステップＳ７で設定する。
【０１１１】
ステップＳ５、Ｓ６又はＳ７のいずれかの噴射パターンが設定されたならば、燃料噴射制御部７３は、当該設定された噴射パターンにてインジェクタ１５に燃料噴射動作を実行させ（ステップＳ８）、１サイクルの処理を終える。
【０１１２】
［変形例］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採ることができる。
【０１１３】
（１）上記実施形態では、低速用噴射パターンとして、先頭段噴射Ｐ１及び主噴射Ｍ１に加えて、２段目・３段目プレ噴射Ｐａ、Ｐｂと１段目・２段目アフター噴射ＡＦ１、ＡＦ２とが実行される例を示した。低速用噴射パターンは、少なくとも先頭段噴射Ｐ１と、該先頭段噴射Ｐ１よりも噴射量の多い主噴射Ｍ１とを含んでいれば良く、プレ噴射Ｐａ、Ｐｂ及びアフター噴射ＡＦ１、ＡＦ２のうちの一方、或いは双方を省いても良い。
【０１１４】
（２）同様に、上記実施形態では高速用噴射パターンとして、先頭段噴射Ｐ２及び主噴射Ｍ２に加えて、中段噴射Ｐｍが実行される例を示した。高速用噴射パターンは、少なくとも先頭段噴射Ｐ２と、該先頭段噴射Ｐ２よりも噴射量の少ない主噴射Ｍ２とを含んでいれば良く、中段噴射Ｐｍを省いても良い。或いは、中段噴射Ｐｍを複数回に分けて実行する、アフター噴射を追加するようにしても良い。
【０１１５】
（３）上記実施形態では、燃焼室６の底面を区画するピストン５のキャビティ５Ｃが、下段キャビティ５１及び上段キャビティ５２を備える二段エッグシェープ形状を具備する例を示した。本発明の燃料噴射制御は、二段エッグシェープ形状以外の他の窪み形状のキャビティ５Ｃを備える場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１  エンジン本体（圧縮着火エンジン）
２  シリンダ
５  ピストン
５０  冠面
５Ｃ  キャビティ
５１  下段キャビティ
５１２  第１底部
５２  上段キャビティ
５２２  第２底部
５３  リップ
６  燃焼室
１５  インジェクタ（燃料噴射弁）
７０  プロセッサ（車両の制御装置）
７１  車速検出部
７３  燃料噴射制御部
Ａ  シリンダ軸方向
Ｂ  燃焼室の径方向
Ｐ１、Ｐ２  先頭段噴射
Ｍ１、Ｍ２  主噴射
Ｐａ、Ｐｂ  ２段目、３段目プレ噴射（第２段噴射）
Ｐｍ  中段噴射
ＥＡｗ  前段圧力波ＥＡｗ（第１圧力波）
ＥＢｗ  後段圧力波ＥＢｗ（第２圧力波）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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