(57)【要約】【課題】煤の発生を低減することが可能となる燃焼制御装置を提供する。【解決手段】燃焼制御装置１００は、第１の燃料噴射の噴射角と第２の燃料噴射の噴射角とをそれぞれ変更可能に構成されたインジェクタ９と、第１及び第２の燃料噴射の噴射角を算出する噴射角算出部４３と、算出された噴射時期と噴射角とに応じて第１の燃料噴射及び第２の燃料噴射を実施するように、インジェクタ９を制御するインジェクタ制御部４４と、を備える。噴射角算出部４３は、キャビティ部７の上端領域７Ｔに臨むピストン４上の頂点Ｐとインジェクタ９の噴口９ａ，９ｂとを結ぶ仮想線Ｘよりもキャビティ部７側に向けて第１の燃料噴射が実施されるように第１の燃料噴射の噴射角を算出すると共に、仮想線Ｘよりもピストン４の頂部４Ｔ側に向けて第２の燃料噴射が実施されるように第２の燃料噴射の噴射角を算出する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に往復昇降可能に配置されたピストンを有し、前記シリンダ及び前記ピストンにより画成される燃焼室の少なくとも一部を構成する凹状のキャビティ部が前記ピストンの上面に設けられ、前記燃焼室への燃料噴射を少なくとも第１の燃料噴射と前記第１の燃料噴射の後に実施される第２の燃料噴射とに分割して実施するエンジンの燃焼制御装置において、
前記燃焼室に燃料を噴射すると共に、前記第１の燃料噴射の噴射角と前記第２の燃料噴射の噴射角とをそれぞれ変更可能に構成された燃料噴射弁と、
前記第１の燃料噴射の噴射時期及び前記第２の燃料噴射の噴射時期を算出する噴射時期算出部と、
前記噴射時期算出部により算出された前記噴射時期に基づいて、前記第１の燃料噴射の噴射角及び前記第２の燃料噴射の噴射角を算出する噴射角算出部と、
前記噴射時期算出部により算出された前記噴射時期と前記噴射角算出部により算出された前記噴射角とに応じて前記第１の燃料噴射及び前記第２の燃料噴射を実施するように、前記燃料噴射弁を制御する噴射弁制御部と、
を備え、
前記噴射角算出部は、前記キャビティ部の上端領域に臨む前記ピストン上の頂点と前記燃料噴射弁の先端部とを結ぶ仮想線よりも前記キャビティ部側に向けて前記第１の燃料噴射が実施されるように前記第１の燃料噴射の噴射角を算出すると共に、前記仮想線よりも前記ピストンの頂部側に向けて前記第２の燃料噴射が実施されるように前記第２の燃料噴射の噴射角を算出する、燃焼制御装置。
【請求項２】
前記仮想線は、前記第１の燃料噴射の噴射時期に対応するクランク角のときの前記ピストンの位置での前記頂点と前記燃料噴射弁の前記先端部とを結ぶ仮想的な直線であり、
前記噴射角算出部は、前記仮想線と前記シリンダの軸線とを含む平面内において、前記第１の燃料噴射の噴射角が、前記シリンダの軸線に直交する仮想基準線と前記仮想線とがなす第１境界角以上となるように、前記第１の燃料噴射の噴射角を算出する、請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記仮想線は、前記第２の燃料噴射の噴射時期に対応するクランク角のときの前記ピストンの位置での前記頂点と前記燃料噴射弁の前記先端部とを結ぶ仮想的な直線であり、
前記噴射角算出部は、前記仮想線と前記シリンダの軸線とを含む平面内において、前記第２の燃料噴射の噴射角が、前記シリンダの軸線に直交する仮想基準線と前記仮想線とがなす第２境界角未満となるように、前記第２の燃料噴射の噴射角を算出する、請求項１又は２に記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記噴射角算出部は、
前記第２の燃料噴射の噴霧中心から前記第１の燃料噴射の火炎までの距離が所定の閾値以上となる、前記第１の燃料噴射の噴射角と前記第２の燃料噴射の噴射角との偏差の範囲を算出し、
前記偏差が前記範囲内となるような前記第１の燃料噴射の噴射角及び前記第２の燃料噴射の噴射角を算出する、請求項１〜３の何れか一項に記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記キャビティ部を形成する前記ピストンの内壁面は、前記頂点から下方に向かうにつれて前記ピストンの径方向外側に広がる径方向拡大面を含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料を噴射する燃料噴射弁に複数の噴口が設けられており、燃料を２回に分割して噴射させるように燃料噴射弁の噴射時期を制御する燃料噴射装置が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６４３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、燃料噴射弁の噴射角が固定されているため、分割して噴射された燃料の噴霧が互いに燃焼室内で干渉することで、後に噴射された燃料の着火が早期化してしまう場合がある。その結果、後に噴射された燃料の混合時間が短くなり、局所的に濃い空燃比の混合気が生じて、煤の発生を十分に低減できないおそれがある。
【０００５】
本発明は、煤の発生を低減することが可能となる燃焼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】
【０００６】
本発明の一態様に係る燃焼制御装置は、シリンダ内に往復昇降可能に配置されたピストンを有し、シリンダ及びピストンにより画成される燃焼室の少なくとも一部を構成する凹状のキャビティ部がピストンの上面に設けられ、燃焼室への燃料噴射を少なくとも第１の燃料噴射と第１の燃料噴射の後に実施される第２の燃料噴射とに分割して実施するエンジンの燃焼制御装置において、燃焼室に燃料を噴射すると共に、第１の燃料噴射の噴射角と第２の燃料噴射の噴射角とをそれぞれ変更可能に構成された燃料噴射弁と、第１の燃料噴射の噴射時期及び第２の燃料噴射の噴射時期を算出する噴射時期算出部と、噴射時期算出部により算出された噴射時期に基づいて、第１の燃料噴射の噴射角及び第２の燃料噴射の噴射角を算出する噴射角算出部と、噴射時期算出部により算出された噴射時期と噴射角算出部により算出された噴射角とに応じて第１の燃料噴射及び第２の燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁を制御する噴射弁制御部と、を備え、噴射角算出部は、キャビティ部の上端領域に臨むピストン上の頂点と燃料噴射弁の先端部とを結ぶ仮想線よりもキャビティ部側に向けて第１の燃料噴射が実施されるように第１の燃料噴射の噴射角を算出すると共に、仮想線よりもピストンの頂部側に向けて第２の燃料噴射が実施されるように第２の燃料噴射の噴射角を算出する。
【０００７】
本発明の一態様に係る燃焼制御装置では、噴射角算出部により、仮想線よりもキャビティ部側に向けて第１の燃料噴射が実施されるように第１の燃料噴射の噴射角が算出されると共に、仮想線よりもピストンの頂部側に向けて第２の燃料噴射が実施されるように第２の燃料噴射の噴射角が算出される。噴射弁制御部によって、噴射角算出部により算出された噴射角に応じて第１の燃料噴射及び第２の燃料噴射を実施するように、燃料噴射弁が制御される。第１の燃料噴射の燃料は、仮想線よりもキャビティ部側の領域で燃焼を開始する。第１の燃料噴射の後に実施される第２の燃料噴射の噴霧は、第１の燃料噴射の燃料の燃焼が進展する領域から離れた、仮想線よりもピストンの頂部側の領域に形成される。したがって、第１の燃料噴射の火炎と第２の燃料噴射の噴霧とが干渉することが抑制され、高温場になっている第１の燃料噴射の火炎で第２の燃料噴射の噴霧が加熱されることを抑制できる。よって、当該加熱による温度上昇で第２の燃料噴射の着火遅れが短縮してしまうことを抑制し、第２の燃料噴射の燃料の混合時間を確保することができる。その結果、煤の発生を低減することが可能となる。
【０００８】
一実施形態において、仮想線は、第１の燃料噴射の噴射時期に対応するクランク角のときのピストンの位置での頂点と燃料噴射弁の先端部とを結ぶ仮想的な直線であり、噴射角算出部は、仮想線とシリンダの軸線とを含む平面内において、第１の燃料噴射の噴射角が、シリンダの軸線に直交する仮想基準線と仮想線とがなす第１境界角以上となるように、第１の燃料噴射の噴射角を算出してもよい。この場合、第１の燃料噴射の噴射時期に対応する仮想線を用いて、第１の燃料噴射の噴射角が第１境界角以上となるように、第１の燃料噴射の噴射角が算出される。そのため、より確実に第１の燃料噴射を第１領域に向けて実施することができる。
【０００９】
一実施形態において、仮想線は、第２の燃料噴射の噴射時期に対応するクランク角のときのピストンの位置での頂点と燃料噴射弁の先端部とを結ぶ仮想的な直線であり、噴射角算出部は、仮想線とシリンダの軸線とを含む平面内において、第２の燃料噴射の噴射角が、シリンダの軸線に直交する仮想基準線と仮想線とがなす第２境界角未満となるように、第２の燃料噴射の噴射角を算出してもよい。この場合、第２の燃料噴射の噴射時期に対応する仮想線を用いて、第２の燃料噴射の噴射角が第２境界角未満となるように、第２の燃料噴射の噴射角が算出される。そのため、より確実に第２の燃料噴射を第２領域に向けて実施することができる。
【００１０】
一実施形態において、噴射角算出部は、第２の燃料噴射の噴霧中心から第１の燃料噴射の火炎までの距離が所定の閾値以上となる、第１の燃料噴射の噴射角と第２の燃料噴射の噴射角との偏差の範囲を算出し、偏差が範囲内となるような第１の燃料噴射の噴射角及び第２の燃料噴射の噴射角を算出してもよい。この場合、第２の燃料噴射の噴霧中心が第２の燃料噴射の噴射角に応じて変化することから、当該噴霧中心から第１の燃料噴射の火炎までの距離もまた、第２の燃料噴射の噴射角に応じて変化する。この距離が小さくなるような第２の燃料噴射の噴射角よりも、この距離が大きくなるような第２の燃料噴射の噴射角で第２の燃料噴射を実施することで、第１の燃料噴射の火炎と第２の燃料噴射の噴霧とをより一層干渉しにくくすることができる。
【００１１】
一実施形態において、キャビティ部を形成するピストンの内壁面は、頂点から下方に向かうにつれてピストンの径方向外側に広がる径方向拡大面を含んでいてもよい。これにより、１回目の燃料噴射による噴霧がピストンの径方向拡大面に緩やかな角度で当たり易くなるため、ピストンの径方向拡大面に沿って噴霧を滑らかに流動させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、煤の発生を低減することが可能となる燃焼制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る燃焼制御装置を備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。
【図２】インジェクタの噴口の配置を例示する側面図である。
【図３】燃焼制御装置の概略構成のブロック図である。
【図４】段付きテーパ型のピストンにおいて１回目の燃料噴射が実施される様子を示す断面図である。
【図５】他の下限線を示す断面図である。
【図６】他の下限線を示す断面図である。
【図７】段付きテーパ型のピストンにおいて２回目の燃料噴射が実施される様子を示す断面図である。
【図８】熱発生率を示すタイミングチャートである。
【図９】燃焼制御装置の処理を例示するフローチャートである。
【図１０】クリアランスを説明するための断面図である。
【図１１】クリアランスの一例を示す図である。
【図１２】インジェクタの噴口の配置の他の例を示す側面図である。
【図１３】図１２のインジェクタによる燃料噴射を例示する平面図である。
【図１４】熱発生率の面積比率を示すタイミングチャートである。
【図１５】テーパ型のピストンにおいて２回目の燃料噴射が実施される様子を示す断面図である。
【図１６】テーパリップレス型のピストンにおいて１回目の燃料噴射が実施される様子を示す断面図である。
【図１７】テーパリップレス型のピストンにおいて２回目の燃料噴射が実施される様子を示す断面図である。
【図１８】リエントラント型のピストンにおいて２回目の燃料噴射が実施される様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
［エンジンの構成］
図１は、一実施形態に係る燃焼制御装置を備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。同図において、ディーゼルエンジン１は、４気筒直列型ディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジン１は、エンジン本体２を備えている。エンジン本体２は、４つのシリンダ３を有している。
【００１６】
ディーゼルエンジン１は、各燃焼室６内に燃料を噴射する４つのインジェクタ（燃料噴射弁）９と、各インジェクタ９と接続され、高圧燃料を貯留すると共に各インジェクタ９に高圧燃料を供給するコモンレール１０とを備えている。インジェクタ９は、シリンダヘッド５に取り付けられている（図４参照）。インジェクタ９は、一例としてシリンダ３の軸線３Ｃと同軸に設けられている。なお、インジェクタ９は、必ずしもシリンダ３の軸線３Ｃと同軸に設けられていなくてもよく、シリンダ３の軸線３Ｃと平行な方向で設けられていてもよいし、シリンダ３の軸線３Ｃに傾斜する方向で設けられていてもよい。
【００１７】
インジェクタ９は、１回目の燃料噴射の噴射角と２回目の燃料噴射の噴射角とをそれぞれ変更可能に構成されている。一例として、図２に示されるように、インジェクタ９は、複数の噴口９ａ，９ｂを有している。複数の噴口９ａ，９ｂは、インジェクタ９のテーパ状の先端部９Ｔにおいて異なる上下方向位置に形成されている。複数の噴口９ａ，９ｂは、平面視で放射状に並ぶようにインジェクタ９の先端部９Ｔに配置されている。上下方向に隣りあう噴口９ａ，９ｂは、平面視でインジェクタ９の頂点を中心とする円において、半径方向の同一直線上に位置している（図２の破線参照）。
【００１８】
インジェクタ９は、複数の噴口９ａ，９ｂから燃料を噴射可能に構成されている。インジェクタ９は、噴口９ａ，９ｂのそれぞれの噴射角（コーン角）を、例えばリニアに可変又は切替え可能に構成されている。インジェクタ９では、後述のＥＣＵ［Electronic  Control  Unit］４０によって噴口９ａ，９ｂのそれぞれの噴射角が制御される。
【００１９】
インジェクタ９は、燃料の噴射の一例として、主噴射（メイン噴射）と、主噴射の前に微小の燃料を噴射するパイロット噴射と、主噴射の後に微小の燃料を噴射するアフター噴射と、アフター噴射の後に噴射するポスト噴射とを行うことができる。インジェクタ９は、燃料の噴射を複数回に分割して噴射可能である。
【００２０】
図４に示されるように、シリンダ３内には、ピストン４が往復昇降可能に配置されている。ここでのピストン４は、一例として、燃焼室６の形状がいわゆる段付きテーパ型となるような形状を有している。具体的には、ピストン４の頂部４Ｔは、外周側から順に、頂面４ａと、頂面４ａから下方に傾斜するテーパ面４ｂと、頂面４ａと略平行にテーパ面４ｂから連続する段付面４ｃとを有している。ピストン４の上部中央の所定範囲では、頂面４ａ及び段付面４ｃに略平行に平坦面４Ｓが形成されている。
【００２１】
シリンダ３の上面には、シリンダヘッド５が固定されている。シリンダ３とピストン４とシリンダヘッド５とで囲まれる空間は、燃焼室６を形成している。ピストン４の上面４Ｕには、燃焼室６の少なくとも一部を構成する凹状のキャビティ部７が設けられている。キャビティ部７は、環状溝構造のボール部７ａを有している。ボール部７ａは、断面略半円形状を呈している。
【００２２】
ピストン４の上部には、リップ部８が設けられている。リップ部８は、ピストン４の径方向においてボール部７ａの最外部の位置よりもピストン４の径方向内側に突出する部分である。リップ部８は、シリンダ３の軸線３Ｃを含む断面視において、ボール部７ａの最外部に接して上下方向に伸びる仮想接線（図示せず）よりもピストン４の径方向内側に突出している。リップ部８は、キャビティ部７の一部を形成する。
【００２３】
ここで、リップ部８とは、ピストン４の頂部４Ｔとボール部７ａとの間の範囲を指す。リップ部８の上端位置は、ピストン４の頂部４Ｔとの境界の位置である。リップ部８の下端位置は、ボール部７ａとの境界の位置である。リップ部８は、頂部４Ｔとボール部７ａとを接続するように配置され、断面湾曲形状を呈する湾曲部８ａを有している。ピストン４の内壁面における湾曲部８ａの領域のＲ中心は、ピストン４の内部に位置している。ピストン４の内壁面におけるボール部７ａの領域のＲ中心は、ボール部７ａに位置している。
【００２４】
図１に戻り、ディーゼルエンジン１は、エンジン本体２にインテークマニホールド１１を介して接続され、燃焼室６内に空気を吸入するための吸気通路１２と、エンジン本体２にエキゾーストマニホールド１３を介して接続され、燃焼室６内で発生した排気ガスを排出するための排気通路１４とを備えている。
【００２５】
吸気通路１２には、上流側から下流側に向けてエアクリーナー１５、ターボ過給機１６のコンプレッサ１７、インタークーラー１８及びスロットルバルブ１９が配設されている。排気通路１４には、上流側から下流側に向けてターボ過給機１６のタービン２０及び触媒付きＤＰＦ２１が配設されている。
【００２６】
また、ディーゼルエンジン１は、燃焼室６内で発生した排気ガスの一部を排気再循環ガス（ＥＧＲガス）として燃焼室６内に還流させる排気再循環ユニット（ＥＧＲユニット）２２を備えている。
【００２７】
ＥＧＲユニット２２は、吸気通路１２とエキゾーストマニホールド１３とに接続され、ＥＧＲガスを燃焼室６内に還流させるためのＥＧＲ通路（排気再循環通路）２３と、エキゾーストマニホールド１３から吸気通路１２へのＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ２４と、ＥＧＲ通路２３を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２５と、このＥＧＲクーラ２５をバイパスするようにＥＧＲ通路２３に接続されたバイパス通路２６と、ＥＧＲガスの流路をＥＧＲクーラ２５またはバイパス通路２６に切り替える切替弁２７とを有している。
【００２８】
［燃焼制御装置の構成］
燃焼制御装置１００は、燃焼室６内に空気を吸気させると共に各インジェクタ９から燃焼室６内に燃料を複数回に分けて噴射（分割噴射）することで、予混合圧縮自己着火燃焼、もしくは予混合圧縮自己着火燃焼及び拡散燃焼を行うように、ディーゼルエンジン１の燃焼を制御する。
【００２９】
ここでは、一例として、主噴射が、１回目の燃料噴射（第１の燃料噴射）及び２回目の燃料噴射（第２の燃料噴射）の２回に分割される。１回目の燃料噴射は、主噴射の分割噴射のうち最初に実施される燃料噴射（１段目の主噴射）である。２回目の燃料噴射は、主噴射の分割噴射のうち１回目の燃料噴射の後に実施される燃料噴射（２段目の主噴射）である。１回目の燃料噴射及び２回目の燃料噴射は、予混合圧縮自己着火燃焼、もしくは予混合圧縮自己着火燃焼及び拡散燃焼を行うための主燃料噴射である。
【００３０】
図１及び図３に示されるように、本実施形態の燃焼制御装置１００は、ディーゼルエンジン１の状態量を取得するためのセンサとして、エンジン回転数センサ３１と、アクセル開度センサ３２とを備えている。エンジン回転数センサ３１は、例えばディーゼルエンジン１のクランクシャフトの回転数をエンジン回転数として検出する検出器である。エンジン回転数センサ３１は、検出したエンジン回転数の検出信号をＥＣＵ４０に送信する。アクセル開度センサ３２は、アクセルペダルのアクセル開度を検出する検出器である。アクセル開度センサ３２は、検出したアクセル開度の検出信号をＥＣＵ４０に送信する。
【００３１】
燃焼制御装置１００は、エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、及び各インジェクタ９と電気的に接続されたＥＣＵ４０を備えている。
【００３２】
ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ［Central  Processing  Unit］、ＲＯＭ［Read  Only  Memory］、ＲＡＭ［Random  Access  Memory］、ＣＡＮ［Controller  Area  Network］通信回路等を有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ４０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ４０は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。
【００３３】
図３及び図４に示されるように、ＥＣＵ４０は、主に燃料を制御する機能的構成として、噴射量算出部４１と、噴射時期算出部４２と、噴射角算出部４３と、インジェクタ制御部（噴射弁制御部）４４とを有している。なお、ＥＣＵ４０は、図示しない機能的構成により、スロットルバルブ１９、タービン２０及びＥＧＲユニット２２を制御することにより、燃焼室６内への空気の吸入量を制御する。
【００３４】
噴射量算出部４１は、１回目の燃料噴射及び２回目の燃料噴射の噴射量を算出する。噴射量算出部４１は、例えば公知の手法により、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいてディーゼルエンジン１の要求トルクを算出すると共に、エンジン回転数及び要求トルクに基づいて燃料の噴射量を算出する。燃料の噴射量には、ディーゼルエンジン１の出力トルクへの寄与が大きい主噴射の燃料量と、ディーゼルエンジン１の出力トルクへの寄与が小さい主噴射以外の燃料量とが含まれる。ここでは、主噴射の燃料量として、１回目の燃料噴射の噴射量と、２回目の燃料噴射の噴射量とが含まれる。
【００３５】
噴射時期算出部４２は、１回目の燃料噴射の噴射時期及び２回目の燃料噴射の噴射時期を算出する。噴射時期とは、インジェクタ９に燃料の噴射を開始させる時期を意味する。噴射時期算出部４２は、例えば公知の手法により、エンジン回転数及び要求トルクに基づいて１回目の燃料噴射の噴射時期及び２回目の燃料噴射の噴射時期を算出する。ここでは、一例として、圧縮上死点（ＴＤＣ）付近において、ピストン４がＴＤＣに達する前に１回目の燃料噴射が実施され、ピストン４がＴＤＣを過ぎてから２回目の燃料噴射が実施される場合を想定する。なお、ＴＤＣを過ぎてから２回目の燃料噴射までの時間は、１回目の燃料噴射からＴＤＣまでの時間よりも短いものとする。
【００３６】
噴射角算出部４３は、噴射時期算出部４２により算出された噴射時期に基づいて、１回目の燃料噴射の噴射角θ１及び２回目の燃料噴射の噴射角θ２を算出する。噴射角θ１は、インジェクタ９の噴口９ａから噴射される１回目の燃料噴射の噴霧中心ＦＭ１が仮想基準線ＸＳとなす角度である。噴射角θ２は、インジェクタ９の噴口９ｂから噴射される２回目の燃料噴射の噴霧中心ＦＭ２が仮想基準線ＸＳとなす角度である（図７参照）。仮想基準線ＸＳは、シリンダ３の軸線３Ｃに直交する仮想的な直線である。仮想基準線ＸＳは、一例として、シリンダ３の軸線３Ｃに直交すると共にインジェクタ９の先端部９Ｔを通る仮想的な直線である。噴射角θ１に対しての仮想基準線ＸＳは、インジェクタ９の先端部９Ｔとして、インジェクタ９の噴口９ａを通っていてもよい。噴射角θ２に対しての仮想基準線ＸＳは、インジェクタ９の先端部９Ｔとして、インジェクタ９の噴口９ｂを通っていてもよい。噴射角算出部４３は、１回目の燃料噴射がキャビティ側領域Ａ１に向けて実施されるように１回目の燃料噴射の噴射角θ１を算出すると共に、２回目の燃料噴射がスキッシュ側領域Ａ２に向けて実施されるように２回目の燃料噴射の噴射角θ２を算出する。なお、以下の説明においては、シリンダ３の軸線３Ｃと仮想基準線ＸＳとを含む平面での断面視（図４等）が想定されているものとする。
【００３７】
ここで、燃焼室６は、仮想線Ｘにより、キャビティ側領域（第１領域）Ａ１とスキッシュ側領域（第２領域）Ａ２とに仮想的に区画されているものと考えることもできる。キャビティ側領域Ａ１とは、仮想線Ｘよりもキャビティ部７側の燃焼室６の領域である。スキッシュ側領域Ａ２とは、仮想線Ｘよりも頂部４Ｔ側の燃焼室６の領域である。
【００３８】
仮想線Ｘは、インジェクタ９の先端部９Ｔと頂点Ｐとを結ぶ仮想的な直線である。インジェクタ９の先端部９Ｔは、仮想線Ｘの一端点である。本実施形態では、インジェクタ９の先端部９Ｔは、インジェクタ９の噴口９ａ又は噴口９ｂである。インジェクタ９の先端部９Ｔは、噴口９ａ及び噴口９ｂのいずれか一方でもよいし、噴口９ａ及び噴口９ｂの中間点でもよいし、インジェクタ９の先端であってもよい。仮想線Ｘの一端点としてのインジェクタ９の先端部９Ｔは、１回目，２回目の燃料噴射ごとに異なってもよく、例えば、１回目の燃料噴射の噴射時期においてインジェクタ９の噴口９ａとすると共に２回目の燃料噴射の噴射時期においてインジェクタ９の噴口９ｂとしてもよい。インジェクタ９の先端部９Ｔの位置は、ＥＣＵ４０に予め記憶されていてもよい。
【００３９】
頂点Ｐは、キャビティ部７の上端領域７Ｔに臨むピストン４上の頂点である。キャビティ部７の上端領域７Ｔとは、キャビティ部７において段付面４ｃに近接する部分の領域を意味する。頂点Ｐは、仮想線Ｘの他端点である。具体的には、頂点Ｐは、湾曲部８ａ上において任意の位置に設定することができる。頂点Ｐは、例えば、インジェクタ９の噴口９ａ及び噴口９ｂの噴射角の可動範囲の中央部付近に位置するように設定される。頂点Ｐの位置は、ＥＣＵ４０に予め記憶されていてもよい。
【００４０】
噴射角算出部４３は、１回目の燃料噴射の噴射時期に基づいて、１回目の燃料噴射の噴射角θ１を算出する。具体的には、噴射角算出部４３は、まず、仮想線Ｘ１と仮想基準線ＸＳとがなす境界角（第１境界角）θＬ１を算出する。仮想線Ｘ１は、１回目の燃料噴射の噴射時期に対応するクランク角（以下、単に第１クランク角という）のときのピストン４の位置（図４，図５，図６のピストン４の位置）での頂点Ｐとインジェクタ９の噴口９ａとを結ぶ仮想的な直線である。噴射角算出部４３は、噴射角θ１が境界角θＬ１以上となるように、噴射角θ１を算出する。なお、境界角θＬ１の最大値は、ハードウェアの制約として、インジェクタ９の噴口９ａの噴射角θ１の最大値以下であってもよい。これにより、１回目の燃料噴射は、キャビティ側領域Ａ１に向けて実施される。
【００４１】
噴射角算出部４３は、更に、下限線ＦＢと仮想基準線ＸＳとがなす下限角θＢ１を算出してもよい。下限線ＦＢは、第１クランク角のときのピストン４の位置に対して、インジェクタ９の噴口９ａからキャビティ部７へ向かうように延在する仮想的な直線である。図４の例では、下限線ＦＢは、ボール部７ａと傾斜部７ｂとの境界となる凸部７ｃと、インジェクタ９の噴口９ａとを結ぶ仮想線である。噴射角算出部４３は、噴射角θ１が境界角θＬ１以上且つ下限角θＢ１未満となるように、噴射角θ１を算出する。これにより、１回目の燃料噴射は、ボール部７ａに向けて実施される。
【００４２】
なお、下限線ＦＢは、キャビティ部７の構成に応じて異なる仮想線となり得る。例えば、図５に示されるように、第１クランク角のときのピストン４の位置に対して、インジェクタ９の噴口９ａからボール部７ａへ向かう下限線ＦＢが傾斜部７ｂと沿う向きとなる場合には、下限線ＦＢは、インジェクタ９の噴口９ａから延びて傾斜部７ｂに沿う下限角θＢ２の仮想線であってもよい。噴射角算出部４３は、噴射角θ１が境界角θＬ１以上且つ下限角θＢ２未満となるように、噴射角θ１を算出してもよい。
【００４３】
また、図６に示されるように、ボール部７ａと傾斜部７ｂとの境界となる凸部７ｃがない場合であって、第１クランク角のときのピストン４の位置に対して、インジェクタ９の噴口９ａからキャビティ部７へ向かう下限線ＦＢが傾斜部７ｂと交差し得る場合には、下限線ＦＢは、傾斜部７ｂと平坦面４Ｓとの境界となる凸部７ｄと、インジェクタ９の噴口９ａとを結ぶ仮想線であってもよい。噴射角算出部４３は、噴射角θ１が境界角θＬ１以上且つ下限角θＢ３未満となるように、噴射角θ１を算出してもよい。
【００４４】
図４に戻り、噴射角算出部４３は、１回目の燃料噴射による噴霧がボール部７ａの内壁面に当たった後に下方に流動するように、噴射角θ１を算出してもよい。噴射角算出部４３は、１回目の燃料噴射の噴霧中心ＦＭ１と仮想接線ＸＬ１とのなす角度φ１が鋭角となるように、噴射角θ１を算出してもよい。仮想接線ＸＬ１は、１回目の燃料噴射の噴霧中心ＦＭ１とボール部７ａの内壁面との交点Ｑにおいてボール部７ａに接するように延在する仮想的な接線である。この場合、キャビティ部７を形成するピストン４の内壁面は、頂点Ｐから下方に向かうにつれてピストン４の径方向外側に広がる径方向拡大面４ｒを含んでいてもよい。この場合、１回目の燃料噴射による噴霧がピストン４の径方向拡大面４ｒに緩やかな角度で当たり易くなる。
【００４５】
噴射角算出部４３は、１回目の燃料噴射の噴射時期及び２回目の燃料噴射の噴射時期に基づいて、２回目の燃料噴射の噴射角θ２を算出する。具体的には、図７に示されるように、噴射角算出部４３は、仮想線Ｘ２と仮想基準線ＸＳとがなす境界角（第２境界角）θＬ２を算出する。仮想線Ｘ２は、２回目の燃料噴射の噴射時期に対応するクランク角（以下、単に第２クランク角という）のときのピストン４の位置（図７のピストン４の位置）での頂点Ｐとインジェクタ９の噴口９ｂとを結ぶ仮想的な直線である。噴射角算出部４３は、噴射角θ２が境界角θＬ２未満となるように、噴射角θ２を算出する。なお、境界角θＬ２の最小値は、ハードウェアの制約として、インジェクタ９の噴口９ｂの噴射角θ２の最小値以上であってもよい。これにより、２回目の燃料噴射は、スキッシュ側領域Ａ２に向けて実施される。
【００４６】
噴射角算出部４３は、更に、上限線ＦＴと仮想基準線ＸＳとがなす上限角θＴ１を算出してもよい。上限線ＦＴは、第２クランク角のときのピストン４の位置に対して、インジェクタ９の噴口９ｂから頂部４Ｔへ向かうように延在する仮想的な直線である。図７の例では、上限線ＦＴは、頂面４ａとテーパ面４ｂとの境界となる凸部４ｄと、インジェクタ９の噴口９ｂとを結ぶ仮想線である。噴射角算出部４３は、噴射角θ２が上限角θＴ１以上且つ境界角θＬ２未満となるように、噴射角θ２を算出する。これにより、２回目の燃料噴射は、テーパ面４ｂ又は段付面４ｃに向けて実施される。
【００４７】
噴射角算出部４３は、２回目の燃料噴射による噴霧がテーパ面４ｂ又は段付面４ｃに当たった後に上方に流動するように、噴射角θ２を算出してもよい。噴射角算出部４３は、２回目の燃料噴射の噴霧中心ＦＭ２とテーパ面４ｂ又は段付面４ｃとのなす角度φ２が鋭角となるように、噴射角θ２を算出してもよい。
【００４８】
インジェクタ制御部４４は、上述のように算出された噴射量、噴射時期及び噴射角に応じて１回目の燃料噴射及び２回目の燃料噴射を実施するように、インジェクタ９を制御する。
【００４９】
図８は、熱発生率を示すタイミングチャートである。図８において、実線は、本実施形態での熱発生率を示し、破線は、比較例での熱発生率を示す。比較例は、本実施形態と比べて、１回目の燃料噴射及び２回目の燃料噴射の噴射量及び噴射時期は共通であるが、２回目の燃料噴射の噴射角が１回目の燃料噴射の噴射角と等しい（１回目の燃料噴射と２回目の燃料噴射とを燃焼室内の領域の点で噴き分けていない）点で異なっている。図８では、ＴＤＣ前の時刻ｔ１（第１クランク角に相当）にて１回目の燃料噴射が実施されており、ＴＤＣ後の時刻ｔ２（第２クランク角に相当）にて２回目の燃料噴射が実施されている。実線上及び破線上の丸印は、それぞれの２回目の燃料噴射で噴射された燃料の着火時期を意味する。
【００５０】
図８に示されるように、本実施形態では、上述のようにして算出された噴射角θ１で１回目の燃料噴射が実施され、噴射角θ２で２回目の燃料噴射が実施される。つまり、１回目の燃料噴射をキャビティ側領域Ａ１に、２回目の燃料噴射をスキッシュ側領域Ａ２に噴き分けている。これにより、１回目の燃料噴射の燃料は、仮想線Ｘよりもキャビティ部７側のキャビティ側領域Ａ１で燃焼を開始する。１回目の燃料噴射の後に実施される２回目の燃料噴射の噴霧は、１回目の燃料噴射の燃料の燃焼が進展するキャビティ側領域Ａ１から離れた、仮想線Ｘよりもピストン４の頂部４Ｔ側のスキッシュ側領域Ａ２に形成される。したがって、１回目の燃料噴射の火炎と２回目の燃料噴射の噴霧とが干渉することが抑制され、高温場になっている前段火炎で後段噴霧が加熱されることを抑制できる。よって、図８の実線及び破線の両矢印で示されるように、当該加熱による温度上昇で２回目の燃料噴射の着火遅れが短縮してしまうことを抑制し、２回目の燃料噴射の燃料の混合時間を確保することができる。また、１回目の燃料噴射と２回目の燃料噴射とを燃焼室内の領域の点で噴き分けていない場合と比べて、燃焼室６において局所的に空燃比がリッチな混合気の形成が抑制されると共に、燃焼室６において燃焼に寄与する空間を大きく取ることで燃焼室６内の酸素をうまく使え、空気利用率の向上効果が得られる。その結果、煤（soot）の低減効果を得ることが可能となる。
【００５１】
［ＥＣＵ４０による演算処理の一例］
次に、ＥＣＵ４０による演算処理の一例について説明する。図９は、燃焼制御装置の処理を例示するフローチャートである。図９に示される処理は、例えば、ディーゼルエンジン１の運転中において、主噴射を１回目及び２回目の２段階に分割して実施する所定条件下で、所定の演算周期ごとに繰り返し実行される。
【００５２】
図９に示されるように、ＥＣＵ４０は、Ｓ１１において、噴射量算出部４１及び噴射時期算出部４２により、エンジン状態量の取得を行う。噴射量算出部４１及び噴射時期算出部４２は、例えば、アクセル開度、エンジン回転数、及び要求トルクをエンジン状態量として取得する。
【００５３】
Ｓ１２において、ＥＣＵ４０は、噴射量算出部４１、噴射時期算出部４２及び噴射角算出部４３により、１回目の燃料噴射の噴射量、噴射時期、及び噴射角θ１の算出を行う。噴射量算出部４１は、例えば公知の手法により、エンジン回転数及び要求トルクに基づいて１回目の燃料噴射の噴射量を算出する。噴射時期算出部４２は、例えば公知の手法により、エンジン回転数及び要求トルクに基づいて１回目の燃料噴射の噴射時期を算出する。噴射角算出部４３は、１回目の燃料噴射の噴射時期に基づいて、１回目の燃料噴射の噴射角θ１を算出する。
【００５４】
Ｓ１３において、ＥＣＵ４０は、噴射量算出部４１、噴射時期算出部４２及び噴射角算出部４３により、２回目の燃料噴射の噴射量、噴射時期、及び噴射角θ２の算出を行う。噴射量算出部４１は、例えば公知の手法により、エンジン回転数及び要求トルクに基づいて２回目の燃料噴射の噴射量を算出する。噴射時期算出部４２は、例えば公知の手法により、エンジン回転数及び要求トルクに基づいて２回目の燃料噴射の噴射時期を算出する。噴射角算出部４３は、１回目の燃料噴射の噴射時期及び２回目の燃料噴射の噴射時期に基づいて、２回目の燃料噴射の噴射角θ２を算出する。
【００５５】
Ｓ１４において、ＥＣＵ４０は、インジェクタ制御部４４により、１回目の燃料噴射の実施を行う。インジェクタ制御部４４は、算出された噴射量、噴射時期及び噴射角θ１に応じて１回目の燃料噴射を実施するように、インジェクタ９を制御する。
【００５６】
Ｓ１５において、ＥＣＵ４０は、インジェクタ制御部４４により、２回目の燃料噴射の実施を行う。インジェクタ制御部４４は、算出された噴射量、噴射時期及び噴射角θ２に応じて２回目の燃料噴射を実施するように、インジェクタ９を制御する。その後、ＥＣＵ４０は、図９の処理を終了する。
【００５７】
［燃焼制御装置１００の作用効果］
以上説明した燃焼制御装置１００では、噴射角算出部４３により、仮想線Ｘよりもキャビティ部７側に向けて１回目の燃料噴射が実施されるように１回目の燃料噴射の噴射角θ１が算出されると共に、仮想線Ｘよりもピストン４の頂部４Ｔ側に向けて２回目の燃料噴射が実施されるように２回目の燃料噴射の噴射角θ２が算出される。インジェクタ制御部４４によって、噴射角算出部４３により算出された噴射角θ１，θ２に応じて１回目の燃料噴射及び２回目の燃料噴射を実施するように、インジェクタ９が制御される。１回目の燃料噴射の燃料は、仮想線Ｘよりもキャビティ部７側のキャビティ側領域Ａ１で燃焼を開始する。１回目の燃料噴射の後に実施される２回目の燃料噴射の噴霧は、１回目の燃料噴射の燃料の燃焼が進展するキャビティ側領域Ａ１から離れた、仮想線Ｘよりもピストン４の頂部４Ｔ側のスキッシュ側領域Ａ２に形成される。したがって、１回目の燃料噴射の火炎と２回目の燃料噴射の噴霧とが干渉することが抑制され、高温場になっている１回目の燃料噴射の火炎で２回目の燃料噴射の噴霧が加熱されることを抑制できる。よって、当該加熱による温度上昇で２回目の燃料噴射の着火遅れが短縮してしまうことを抑制し、２回目の燃料噴射の燃料の混合時間を確保することができる。その結果、煤の発生を低減することが可能となる。
【００５８】
燃焼制御装置１００では、仮想線Ｘ１は、１回目の燃料噴射の噴射時期に対応する第１クランク角のときのピストン４の位置での頂点Ｐと噴口９ａとを結ぶ仮想的な直線であり、噴射角算出部４３は、仮想線Ｘ１とシリンダ３の軸線３Ｃとを含む平面内において、噴射角θ１が、仮想基準線ＸＳと仮想線Ｘ１とがなす境界角θＬ１以上となるように、噴射角θ１を算出する。これにより、１回目の燃料噴射の噴射時期に対応する仮想線Ｘ１を用いて、噴射角θ１が境界角θＬ１以上となるように、噴射角θ１が算出される。そのため、より確実に１回目の燃料噴射をキャビティ側領域Ａ１に向けて実施することができる。
【００５９】
燃焼制御装置１００では、仮想線Ｘ２は、２回目の燃料噴射の噴射時期に対応する第２クランク角のときのピストン４の位置での頂点Ｐと噴口９ｂとを結ぶ仮想的な直線であり、噴射角算出部４３は、仮想線Ｘ２とシリンダ３の軸線３Ｃとを含む平面内において、噴射角θ２が、仮想基準線ＸＳと仮想線Ｘ２とがなす境界角θＬ２未満となるように、噴射角θ２を算出する。これにより、２回目の燃料噴射の噴射時期に対応する仮想線Ｘ２を用いて、噴射角θ２が境界角θＬ２未満となるように、噴射角θ２が算出される。そのため、より確実に２回目の燃料噴射をスキッシュ側領域Ａ２に向けて実施することができる。
【００６０】
燃焼制御装置１００では、キャビティ部７を形成するピストン４の内壁面は、頂点Ｐから下方に向かうにつれてピストン４の径方向外側に広がる径方向拡大面４ｒを含んでいる。これにより、１回目の燃料噴射による噴霧がピストン４の径方向拡大面４ｒに緩やかな角度で当たり易くなるため、ピストン４の径方向拡大面４ｒに沿って噴霧を滑らかに流動させることができる。
【００６１】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。
【００６２】
例えば、噴射角算出部４３は、１回目の燃料噴射の噴霧又は火炎と２回目の燃料噴射の噴霧とのクリアランスを考慮して、噴射角θ１及び噴射角θ２を算出してもよい。クリアランスとは、２回目の燃料噴射の噴霧中心ＦＭ２から１回目の燃料噴射の噴霧又は火炎までの距離（例えば最短距離）を意味する。クリアランスは、ＣＦＤ解析などのシミュレーションによって算出することができる。
【００６３】
図１０は、クリアランスを説明するための断面図である。図１０では、第１クランク角にて実施された１回目の燃料噴射の火炎ＦＬ１が、ボール部７ａ内を流動しつつ燃焼して上方に広がっていった状態の第２クランク角での様子が示されている。ここで、２回目の燃料噴射の噴霧中心ＦＭ２が噴射角θ２に応じて上下に変化することから、噴霧中心ＦＭ２から１回目の燃料噴射の火炎ＦＬ１までの最短距離であるクリアランスＣＬもまた、噴射角θ２に応じて変化する。クリアランスＣＬが小さくなるような噴射角θ２よりもクリアランスＣＬが大きくなるような噴射角θ２で２回目の燃料噴射を実施する方が、火炎ＦＬ１と噴霧Ｆ２とは、より一層干渉しにくくなる。
【００６４】
図１１は、クリアランスの一例を示す図である。図１１において、横軸は、噴射角偏差（偏差）Δθ（＝θ２―θ１）であり、縦軸は、クリアランスＣＬの大きさである。図１１の例では、噴射角偏差Δθが最小の場合（図中の丸印、例えばθ２＝θ１）と比べて、噴射角偏差Δθが大きくなると、クリアランスＣＬが大きくなる。ある噴射角偏差Δθにおいて、クリアランスＣＬが最大となり（図中の三角印）、この場合と比べて、噴射角偏差Δθが大きくなると、クリアランスＣＬが小さくなる（図中の四角印）。クリアランスＣＬが最大となる噴射角偏差Δθよりも大きいΔθの範囲（図中の三角印〜四角印）では、１回目の燃料噴射の火炎ＦＬ１（図１０参照）の上方への巻き上がりが大きくなる影響により、クリアランスＣＬが小さくなるものと考えられる。
【００６５】
上述のようなクリアランスＣＬに基づいて、噴射角算出部４３は、クリアランスＣＬが所定の閾値以上となるように、噴射角θ１及び噴射角θ２を算出してもよい。噴射角算出部４３は、例えば、クリアランスＣＬが所定の閾値（例えば図１１中、横に延びる破線に相当）以上となる噴射角偏差Δθの範囲Ｒを算出し、噴射角偏差Δθが当該範囲Ｒ内となるような噴射角θ１及び噴射角θ２を算出してもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、インジェクタ９は、複数の噴口９ａ，９ｂを備えており、それぞれ異なる噴射角（コーン角）θ１，θ２で複数の噴口９ａ，９ｂから燃料を噴射可能に構成されていたが、インジェクタ９の構成はこれに限定されない。例えば、主噴射を３段以上実施する場合、複数の噴口９ａ，９ｂとは異なる噴口が更に形成されていてもよい。また、主噴射の各分割噴射ごとに異なる噴口９ａ，９ｂを用いることに代えて、各分割噴射で共通の噴口を用いることとし、共通の噴口の噴射角θを各分割噴射ごとに変更可能としてもよい。
【００６７】
例えば、図１２に示されるように、シリンダ３内のスワール流を考慮して配置された複数の噴口９ａ，９ｃを備えるインジェクタ（燃料噴射弁）９Ａとしてもよい。噴口９ｃは、インジェクタ９Ａの先端部９Ｔにおける周方向の位置が噴口９ａとは異なっている。噴口９ｃは、噴口９ａよりも、シリンダ３内のスワール流の上流側にオフセットされている。噴口９ａ，９ｃのオフセット量は、一例としてインジェクタ９Ａの先端部９Ｔの周方向で等しい距離であってもよい。なお、図１２では、インジェクタ９Ａの先端部９Ｔがテーパ状であることから、噴口９ａ，９ｃのオフセット量が等しくないように見えている。この場合、噴射角θ２に対しての仮想基準線ＸＳは、インジェクタ９の先端部９Ｔとして、インジェクタ９の噴口９ｃを通っていてもよい。
【００６８】
このような噴口９ｃを備えるインジェクタ９を用いた場合、図１３に示されるように、燃焼室６の平面視（シリンダヘッド５からピストン４の上面４Ｕを見下ろす方向視）にて、スワール流によってスワール流の下流側に広がるように流された１回目の燃料噴射の火炎ＦＬ１に対して、２回目の燃料噴射がスワール流の上流側にオフセットされて実施されることとなる。これにより、２回目の燃料噴射の噴霧Ｆ２が、１回目の燃料噴射の火炎ＦＬ１に対して、縦断面内（図４等の断面内）だけでなく燃焼室６の周方向についても噴き分けられるため、噴霧Ｆ２が火炎ＦＬ１と干渉することを一層抑制することができる。なお、図１３では、図の簡略化のためにピストン４の一部の図示が省略されている。
【００６９】
また、頂点Ｐの位置は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、頂点Ｐは、湾曲部８ａ上の上下方向の中間点としてもよいし、ピストン４の径方向位置が最も内側の湾曲部８ａ上の点としてもよい。
【００７０】
また、頂点Ｐの位置は、１回目の燃料噴射による第１熱発生率と、２回目の燃料噴射による第２熱発生率とを考慮して設定されてもよい。第１熱発生率とは、１回目の燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼して生じる燃焼熱の発生率である。第２熱発生率とは、２回目の燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼して生じる燃焼熱の発生率である。
【００７１】
図１４は、熱発生率の面積比率を示すタイミングチャートである。図１４では、第１熱発生率を実線で示しており、第２熱発生率を破線で示している。図１４に示されるように、図８に例示した熱発生率は、その成分として第１熱発生率と第２熱発生率とを含んでいる。図１４において、１回目の燃料噴射による燃焼熱の発生量は、第１熱発生率が所定値（例えば図１４の一点鎖線）以上となっている領域Ｓ１の面積に相当する。２回目の燃料噴射による燃焼熱の発生量は、第２熱発生率が所定値以上となっている領域Ｓ２の面積に相当する。
【００７２】
ここで、１回目の燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼するための酸素量と、２回目の燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼するための酸素量との比は、それぞれの燃焼熱の発生量の比に対応するため、領域Ｓ１の面積と領域Ｓ２の面積との比に対応すると考えられる。また、それぞれの酸素量の比は、キャビティ側領域Ａ１の容積とスキッシュ側領域Ａ２の容積との比に対応すると考えられる。そこで、キャビティ側領域Ａ１の容積とスキッシュ側領域Ａ２の容積との比が、領域Ｓ１の面積と領域Ｓ２の面積との比と略等しくなるような頂点Ｐの位置に設定すれば、キャビティ側領域Ａ１の容積が１回目の燃料噴射による燃焼熱の発生量に応じたものとなり、スキッシュ側領域Ａ２の容積が２回目の燃料噴射による燃焼熱の発生量に応じたものとなる。これにより、空気利用率の一層の向上を図ることができる。なお、キャビティ側領域Ａ１の容積とは、断面視におけるキャビティ側領域Ａ１の面積を燃焼室６の周方向に積分した容積を意味する。スキッシュ側領域Ａ２の容積とは、断面視におけるスキッシュ側領域Ａ２の面積を燃焼室６の周方向に積分した容積を意味する。
【００７３】
上記実施形態では、燃焼室６の形状がいわゆる段付きテーパ型となるような形状を有するピストン４を例示したが、ピストン４の形状は、これに限定されない。
【００７４】
例えば、図１５に示されるように、燃焼室６の形状がいわゆるテーパ型となるような形状を有するピストン４を用いてもよい。このピストン４の頂部４Ｔは、外周側から順に、頂面４ａと、頂面４ａから下方に傾斜して湾曲部８ａに連続するテーパ面４ｅとを有している。この場合、噴射角算出部４３は、上記実施形態の境界角θＬ２と同様にして、仮想線Ｘ２と仮想基準線ＸＳとがなす境界角（第２境界角）θＬ３を算出する。また、噴射角算出部４３は、上記実施形態の上限角θＴ１に代えて、上限線ＦＴと仮想基準線ＸＳとがなす上限角θＴ２を算出してもよい。図１５の例では、上限線ＦＴは、頂面４ａとテーパ面４ｅとの境界となる凸部４ｆと、インジェクタ９の噴口９ｂとを結ぶ仮想線である。噴射角算出部４３は、噴射角θ２が上限角θＴ２以上且つ境界角θＬ３未満となるように、噴射角θ２を算出してもよい。なお、この場合のキャビティ部７の上端領域７Ｔとは、キャビティ部７においてテーパ面４ｅに近接する部分の領域を意味する。
【００７５】
更に、図１６，図１７に示されるように、燃焼室６の形状がいわゆるテーパリップレス型となるような形状を有するピストン４を用いてもよい。このピストン４の頂部４Ｔは、外周側から順に、頂面４ａと、頂面４ａから下方に傾斜して縦延在面７ｅに連続するテーパ面４ｇとを有している。縦延在面７ｅは、ボール部７ａの径方向外側から連続して上下方向に沿って延在する壁部である。このピストン４では、リップ部８に代えて、テーパ面４ｇと縦延在面７ｅとの境界において角部８Ｘが形成されている。なお、この場合のキャビティ部７の上端領域７Ｔとは、キャビティ部７においてテーパ面４ｇに近接する部分の領域を意味する。
【００７６】
この場合、頂点Ｐは、角部８Ｘに設定することができる。噴射角算出部４３は、図１６に示されるように、上記実施形態の境界角θＬ１と同様にして、仮想線Ｘ１と仮想基準線ＸＳとがなす境界角（第１境界角）θＬ４を算出する。噴射角算出部４３は、噴射角θ１が境界角θＬ４以上且つ下限角θＢ１未満となるように、噴射角θ１を算出してもよい。また、図１７に示されるように、噴射角算出部４３は、上記実施形態の境界角θＬ２と同様にして、仮想線Ｘ２と仮想基準線ＸＳとがなす境界角（第２境界角）θＬ５を算出する。また、噴射角算出部４３は、上記実施形態の上限角θＴ１に代えて、上限線ＦＴと仮想基準線ＸＳとがなす上限角θＴ３を算出してもよい。図１７の例では、上限線ＦＴは、頂面４ａとテーパ面４ｇとの境界となる凸部４ｈと、インジェクタ９の噴口９ｂとを結ぶ仮想線である。噴射角算出部４３は、噴射角θ２が上限角θＴ３以上且つ境界角θＬ５未満となるように、噴射角θ２を算出してもよい。
【００７７】
更に、図１８に示されるように、燃焼室６の形状がいわゆるリエントラント型となるような形状を有するピストン４を用いてもよい。このピストン４の頂部４Ｔは、外周側から延びて湾曲部８ａに連続する頂面４ａを有している。噴射角算出部４３は、上記実施形態の境界角θＬ２と同様にして、仮想線Ｘ２と仮想基準線ＸＳとがなす境界角（第２境界角）θＬ６を算出する。また、噴射角算出部４３は、上記実施形態の上限角θＴ１を算出しなくてもよい。噴射角算出部４３は、噴射角θ２が境界角θＬ６未満となるように、噴射角θ２を算出してもよい。なお、この場合のキャビティ部７の上端領域７Ｔとは、キャビティ部７において頂面４ａに近接する部分の領域を意味する。
【００７８】
なお、噴射角算出部４３は、図１８のピストン４において、２回目の燃料噴射による噴霧が湾曲部８ａに当たった後に上方に流動するように、噴射角θ２を算出してもよい。噴射角算出部４３は、２回目の燃料噴射の噴霧中心ＦＭ２と、２回目の燃料噴射の噴霧中心ＦＭ２と湾曲部８ａとの交点Ｑａにおいて湾曲部８ａに接する仮想接線と、のなす角度φ２が鋭角となるように、噴射角θ２を算出してもよい。
【００７９】
上記実施形態では、ＴＤＣ付近において、ピストン４がＴＤＣに達する前に１回目の燃料噴射が実施され、ピストン４がＴＤＣを過ぎてから２回目の燃料噴射が実施される場合を想定したが、これに限定されない。また、ＴＤＣを過ぎてから２回目の燃料噴射までの時間は、１回目の燃料噴射からＴＤＣまでの時間よりも短いものとしたが、これに限定されない。例えば、１回目の燃料噴射は、ピストン４がＴＤＣに達する前に実施されてもよいし、ＴＤＣ以降に実施されてもよい。２回目の燃料噴射は、１回目の燃料噴射の後であれば、ピストン４がＴＤＣに達する前に実施されてもよいし、ＴＤＣ以降に実施されてもよい。
【００８０】
なお、ピストン４がＴＤＣに達する前に２回目の燃料噴射が実施される場合、噴射角算出部４３は、２回目の燃料噴射の遅れ時間を考慮して、噴射角θ２を算出してもよい。遅れ時間とは、２回目の燃料噴射が開始されてから２回目の燃料噴射の噴霧がピストン４近傍に到達するまでの時間を意味する。遅れ時間は、例えば、予め設定された所定クランク角度分の時間とすることができる。遅れ時間は、エンジン回転数に応じて予め設定された所定時間でもよい。この場合、仮想線Ｘとしては、図７の仮想線Ｘ２に代えて、２回目の燃料噴射の噴射時期に対応するクランク角よりも遅れ時間だけ後のときのピストン４の位置に対して、インジェクタ９の噴口９ｂと頂点Ｐとを結ぶように延在する仮想的な直線となる。これにより、より確実にボール部７ａを回避するように２回目の燃料噴射を実施することができる。
【００８１】
上記実施形態では、噴射角算出部４３は、上限線ＦＴと仮想基準線ＸＳとがなす上限角θＴ１を算出したが、上限角θＴ１を０として算出し、仮想基準線ＸＳに沿って２回目の燃料噴射を実施することを可能としてもよい。
【００８２】
上記実施形態では、仮想線Ｘは、第１クランク角のときの仮想線Ｘ１と第２クランク角のときの仮想線Ｘ２とに分けていたが、第１クランク角のときと第２クランク角のときとで共通の仮想線Ｘを用いてもよい。この場合、第２クランク角のときの仮想線Ｘ２を共通して用いてもよい。
【００８３】
上記実施形態では、噴射角算出部４３は、第１クランク角に応じて噴射角θ１が境界角θＬ１以上となるように噴射角θ１を算出すると共に、第２クランク角に応じて噴射角θ２が境界角θＬ２未満となるように噴射角θ２を算出したが、これに限定されない。例えば、噴射角算出部４３は、何れか一方の噴射角が固定されるように噴射角を算出してもよい。また、両方の噴射角が固定されるように噴射角を算出してもよい。要は、噴射角算出部４３は、仮想線Ｘよりもキャビティ部７側に向けて１回目の燃料噴射が実施されるように噴射角θ１を算出すると共に、仮想線Ｘよりもピストン４の頂部４Ｔ側に向けて２回目の燃料噴射が実施されるように噴射角θ２を算出すればよい。
【００８４】
上記実施形態では、エンジンとしてディーゼルエンジン１を例示したが、例えばガソリンエンジン等、その他の内燃機関であってもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１…ディーゼルエンジン（エンジン）、３…シリンダ、３Ｃ…軸線、４…ピストン、４ｒ…径方向拡大面、４Ｔ…頂部、４Ｕ…上面、６…燃焼室、７…キャビティ部、７Ｔ…上端領域、９，９Ａ…インジェクタ（燃料噴射弁）、９Ｔ…先端部、４２…噴射時期算出部、４３…噴射角算出部、４４…インジェクタ制御部（噴射弁制御部）、１００…燃焼制御装置、ＣＬ…クリアランス（距離）、ＦＬ１…火炎、ＦＭ１，ＦＭ２…噴霧中心、Ｐ…頂点、Ｒ…範囲、Ｘ，Ｘ１，Ｘ２…仮想線、ＸＳ…仮想基準線、θ１…噴射角（第１の燃料噴射の噴射角）、θ２…噴射角（第２の燃料噴射の噴射角）、θＬ１，θＬ４…境界角（第１境界角）、θＬ２，θＬ３，θＬ５，θＬ６…境界角（第２境界角）、Δθ…噴射角偏差（偏差）。
【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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【図１７】
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【図１８】
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