(57)【要約】【課題】１サイクル中に複数回の分割噴射を行わせてもスモークを増大させることなく全体の燃焼期間を短縮し得る装置を提供する。【解決手段】１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置（１０）と、前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料供給装置（１０）を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御する火炎位置制御手段（２１）とを備える。【選択図】図１
2010007619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置と、
前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料供給装置を用いて前段噴射火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御する火炎位置制御手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
筒内圧を検出するかまたは演算する筒内圧検出・演算手段と、
スワール比を検出するかまたは演算するスワール比検出・演算手段と、
吸入空気量を検出するかまたは演算する吸入空気量検出・演算手段と、
噴射圧を検出するかまたは演算する噴射圧検出・演算手段と、
ＥＧＲ率を検出するかまたは演算するＥＧＲ率検出・演算手段と、
燃料性状を検出するかまたは演算する燃料性状検出・演算手段と、
吸入空気温度を検出するかまた演算する吸入空気温度検出・演算手段と、
ピストン位置を検出するかまたは演算するピストン位置検出・演算手段と
の少なくとも一つと、
複数回の各噴射毎の火炎位置を演算する火炎位置演算手段と
を備え、
前記火炎位置演算検出手段は、検出されたかまたは演算された筒内圧、スワール比、吸入空気量、噴射圧、ＥＧＲ率、燃料性状、吸入空気温度、ピストン位置の少なくとも一つに基づいて前記各噴射毎の火炎位置を演算することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記燃料供給装置は前記複数回の各噴射毎の燃料噴射時期を変更可能な噴射時期可変機構を有し、
前記火炎位置制御手段はこの噴射時期可変機構を用いて前記複数回の各噴射毎の燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記火炎位置制御手段は、前記次段噴射による火炎位置が前記前段噴射による火炎のない領域にくるように前記前段噴射の燃料噴射時期及び前記次段噴射の燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記燃料供給装置は前記複数回の各噴射毎の燃料噴霧の到達距離を変更可能な到達距離可変機構を有し、
前記火炎位置制御手段はこの到達距離可変機構を用いて前記複数回の各噴射毎の到達距離を制御することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記火炎位置制御手段は、前記次段噴射による火炎位置が前記前段噴射による火炎のない領域にくるように前記前段噴射による燃料噴霧の到達距離及び前記次段噴射による燃料噴霧の到達距離を制御することを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記燃料供給装置は燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構を有する燃料噴射弁を備え、
前記火炎位置制御手段はこの燃料噴射弁を用いて前記複数回の各噴射後毎の噴射方向を制御することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記火炎位置制御手段は、前記次段噴射による火炎位置が前記前段噴射による火炎のない領域にくるように前記前段噴射の噴射方向及び前記次段噴射の噴射方向を制御することを特徴とする請求項７に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項９】
１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得ると共に、燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構を有する燃料噴射弁と、
前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料噴射弁を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御する火炎位置制御手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置
を備え、
前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料供給装置を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御する火炎位置制御処理手順と
を含むことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼騒音、排気低減の両立等のため、燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し、各噴射による燃料噴霧の燃焼が断続的に行われるように燃料の噴射圧力および燃料噴射量を制御することにより、複数回の噴射による燃料噴霧のそれぞれについて新気が十分に導入された状態での燃焼を可能とし、これによってスモークをも低減するものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２９１１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１の技術は、１サイクル中の複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われるよう、前段噴射による燃料噴霧の燃焼が終了した後に後段噴射による燃料噴霧の燃焼を開始させる、つまり各噴射毎の火炎位置が時間的に重ならないように各噴射毎の火炎位置を制御する構成であるため、複数回の噴射による全体の燃焼期間が従来より長引くことになっている。このため、長引く燃焼期間では全体の燃焼が成立しない高負荷側にまで適用範囲を拡大することができず、限られた領域での適用範囲となっている。
【０００４】
そこで本発明は、１サイクル中に複数回の分割噴射を行わせてもスモークを増大させることなく、複数回の噴射による全体の燃焼期間を短縮し得る装置及び方法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】
【０００５】
本発明は、１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置を備え、前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料供給装置を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御するように構成する。
【０００６】
また、本発明は、１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得ると共に、燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構を有する燃料噴射弁を備え、前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料噴射弁を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御するように構成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置を備え、前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料供給装置を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御するので、複数回の噴射による全体の燃焼期間を、スモークを増大させることなく短縮することが可能となり、適用範囲を従来装置よりも高負荷側にまで拡大できる。
【０００８】
また、本発明によれば、１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得ると共に、燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構を有する燃料噴射弁を備え、前段噴射による火炎が存在する時間と次段噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、次段噴射による火炎位置が前段噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、前記燃料噴射弁を用いて前段噴射による火炎位置及び次段噴射による火炎位置を制御するので、複数回の噴射による全体の燃焼期間を、スモークを増大させることなく短縮することが可能となり、適用範囲を従来装置よりも高負荷側にまで拡大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の燃料噴射制御装置を備えたディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう。）の概略構成図である。
【００１１】
図１において、エンジン１の排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、ステッピングモータ５は、コントロールユニット２１からの制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。
【００１２】
エンジン１には燃料供給装置としてのコモンレール式燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク１１、サプライポンプ１２、コモンレール（蓄圧室）１３、気筒毎に設けられる燃料噴射弁１５とから大略構成され、サプライポンプ１２により加圧された燃料はコモンレール１３にいったん蓄えられたあと、コモンレール１３内の高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁１５に分配される。
【００１３】
上記コモンレール１３には、コモンレール１３内の燃料圧力および燃料温度を検出するために、燃料圧力センサ３４および燃料温度センサ３５が設けられている。また、コモンレール１３内の燃料圧力を目標値に制御するために、サプライポンプ１２からの吐出燃料の一部が、一方向弁１８が設けられたオーバーフロー通路１７を介してから燃料供給通路１６に戻されるようになっている。詳しくは、オーバーフロー通路１７の流路面積を変えるための圧力制御弁１９が設けられており、この圧力制御弁１９がエンジンコントロールユニット２１からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路１７の流路面積を変化させる。これにより、サプライポンプ１２からコモンレール１３への実質的な燃料吐出量が調整され、コモンレール１３内の燃料圧力が目標値へと制御される。
【００１４】
燃料噴射弁１５は、エンジンコントロールユニット２１からのＯＮ−ＯＦＦ信号によって開閉される電子式の噴射弁であって、ＯＮ信号によって燃料を燃焼室に噴射し、ＯＦＦ信号によって噴射を停止する。そして、燃料噴射弁１５へ印加されるＯＮ信号の期間が長いほど燃料噴射量が多くなり、またコモンレール１３の燃料圧力が高いほど燃料噴射量が多くなる。
【００１５】
このようなコモンレール式燃料噴射装置１０の特徴として、１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射することが可能であることが挙げられる。さらに、コモンレール式燃料噴射装置１０は複数回の各噴射毎の燃料噴射時期を変更可能な噴射時期可変機構及び複数回の各噴射毎の燃料噴霧の到達距離を変更可能な到達距離可変機構をも有している。
【００１６】
エンジンコントロールユニット２１には、上記燃料圧力センサ３４からのコモンレール圧力（コモンレール１４の燃料圧力）Ｐｃｒの信号、燃料温度センサ３５からの燃料温度Ｔｆの信号のほかに、水温センサ３１からの冷却水温Ｔｗの信号、クランク角度検出用クランク角センサ３２からのクランク角度（エンジン回転速度Ｎｅの基礎となる）の信号、気筒判別用クランク角センサ３３からの気筒判別信号Ｃｙｌ、アクセル開度センサ３６からのアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量のこと）Ｌ（エンジン負荷相当）の信号、エアフローメータ７からの吸入空気量Ｑａの信号が入力され、エンジンコントロールユニット２１では、エンジン回転速度とアクセル開度に応じて主燃料噴射量を算出し、算出した主燃料噴射量に対応して燃料噴射弁１５のＯＮ時間を制御するほか、燃料噴射弁１５のＯＮへの切換時期を制御することで、運転条件に応じた所定の噴射開始時期（噴射時期）を得るようにしている。
【００１７】
ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に可変容量ターボチャージャ２５を備える。これは、排気タービン２６のスクロール入口に、アクチュエータ２８により駆動される可変ノズル２７を設けたもので、エンジンコントロールユニット２１により、可変ノズル２７は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側では排気タービン２６に導入される排気の流速を高めるノズル開度に、高回転速度側では排気を抵抗なく排気タービン２６に導入させるノズル開度に制御する。
【００１８】
排気タービン２６下流には後処理装置（例えば酸化触媒、ＮＯｘトラップ触媒）４１を備えている。４５はアクチュエータにより駆動される吸気絞り弁である。
【００１９】
ところで、燃焼騒音、排気低減を両立するため、燃料の噴射を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分けて行い、各噴射による燃料噴霧の燃焼が断続的に行われるように燃料の噴射圧及び燃料噴射量を制御することにより、スモーク及び燃焼騒音の同時低減を可能とした燃焼方式がある。
【００２０】
しかしながら、この燃焼方式は一段噴射（１サイクル中に１回だけの燃料噴射）と比較して複数回の噴射による全体の燃焼期間が時間的に長引くため、高負荷側にまで適用できず、適用できる運転領域が限られた領域のみとなっている。
【００２１】
さて、燃料噴射弁１５はピストン軸上にあって燃焼室に直接臨んでおり、噴孔が６個の場合、１回の噴射による燃料は噴孔から燃焼室周縁に向けて６方向に等分に噴かれ、６方向に噴かれた燃料噴霧のそれぞれは図２に示したように周囲の空気を巻き込んで噴霧の塊４８を形成しつつ燃焼室内のスワール（ガス流動）によりピストン中心軸を中心にして円周方向に回転する。図２（Ａ）では１回目噴射による噴霧塊が噴孔より半径方向外側に所定量Ｌｓだけ移動しかつ噴射方向より所定量Ｌｒ１だけ円周方向（時計方向）に回転した状態にあることを示している。そして、ピストンの上動に伴う燃焼室内の圧力上昇によりこの噴霧塊４８が気化し自着火して火炎を形成するものとする。すると、１回目噴射による噴霧塊４８（あるいは火炎）は燃焼室内で空間的に偏在するのであり、１回目噴射による噴霧塊４８（火炎）のあるところよりも１回目噴射による噴霧塊４８（火炎）のない領域のほうがむしろ多いことがわかる。
【００２２】
そこで、本発明では、複数回の各噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置）（この各噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を、以下「各噴射毎の火炎位置」という。）を演算し、１回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎（この１回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎を、以下単に「１回目噴射による火炎」という。）が存在する時間と、２回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎（この２回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎を、以下単に「２回目噴射による火炎」という。）が存在する時間とが重なりつつ、２回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置（この２回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を、以下単に「２回目噴射による火炎位置」という。）が１回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置（この１回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を、以下単に「１回目噴射による火炎位置」という。）と空間的に重ならないように、１回目噴射による火炎位置及び２回目噴射による火炎位置を制御する。例えば図２（Ａ）において２回目噴射による噴霧塊が噴射方向より所定量Ｌｒ２だけ時計方向に回転した状態で気化し自着火して火炎を形成するようにする。
【００２３】
１サイクル中の噴射回数が３回の場合に３回目噴射を行うときには、１回目噴射による火炎が存在する時間及び２回目噴射による火炎が存在する時間と３回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎（この３回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎を、以下単に「３回目噴射による火炎」という。）が存在する時間とが重なりつつ、３回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置（この３回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を、以下単に「３回目噴射による火炎位置」という。）が２回目噴射による火炎位置及び１回目噴射による火炎位置と空間的に重ならないように、３回目噴射による火炎位置を制御する。例えば図２（Ａ）において３回目噴射による噴霧塊が噴射方向より所定量Ｌｒ３だけ時計方向に回転した状態で気化し自着火して火炎を形成するようにする。なお、図２（Ａ）において３回目噴射による噴霧塊と上記の２回目噴射による噴霧塊は１つだけしか示していない。
【００２４】
ここで、各気筒の圧縮上死点近傍で行われる複数回の噴射は多段噴射ともいわれる。１サイクル中の噴射回数が２回の場合に、１回目噴射は前段噴射、これに対して２回目噴射は次段噴射といわれる。１サイクル中の噴射回数が３回の場合には、１回目噴射が前段噴射、これに対して２回目噴射及び３回目噴射が次段噴射となる。
【００２５】
次に、運転条件の相違を図２を参照してさらに説明すると、図２（Ａ）は高ペネトレーション（高噴射圧、低吸気圧）かつ高スワール条件において１回目噴射を行ったところ、１回目噴射による６個の噴霧塊４８が半径方向ではキャビティ４４を超えてピストン冠面周縁部４３にさしかかったところまで達し、かつ円周方向では高スワールによって噴射方向から時計方向に大きく移動した状態にあることを示している。こうした場合には、２回目噴射及び３回目噴射を行うときに噴射方向に１回目噴射による噴霧塊４８がないので、１回目噴射の噴射開始タイミングより２回目噴射の噴射開始タイミング、３回目噴射の噴射開始タイミングまでの各噴射間隔を小さくする、つまり１回目噴射開始タイミングから遅れることなく２回目噴射及び３回目噴射を開始する。
【００２６】
一方、図２（Ｂ）は低ペネトレーション（低噴射圧、高吸気圧）かつ低スワール条件において１回目噴射を行ったところ、１回目噴射による噴霧塊４８が半径方向ではキャビティ４４内にとどまり、かつ円周方向では低スワールによって噴射方向からほどんど移動していない状態にあることを示している。こうした場合には、２回目噴射及び３回目噴射を行うときに噴射方向に１回目噴射による噴霧塊４８があるので、１回目噴射の噴射開始タイミングより２回目噴射の噴射開始タイミング、３回目噴射の噴射開始タイミングまでの各噴射間隔を大きくする、つまり噴射方向から１回目噴射による噴霧塊４８が移動していなくなるのを待って２回目噴射及び３回目噴射を開始する。
【００２７】
このように、同一の運転条件においても、また運転条件が相違しても各噴射毎の火炎位置が空間的に重ならないように各噴射毎の火炎位置を制御し、各噴射による燃焼は空間的に分断するけれども各燃焼は時間的に重複して生じさせることによって複数回の噴射による全体の燃焼期間を従来装置より短縮し、これによって高負荷側でも適用可能とするのである。
【００２８】
エンジンコントロールユニット２１で実行されるこの制御を以下のフローチャートに基づいて詳述する。
【００２９】
図３はメインのフローチャートである。図３は処理の流れを示すものであり、一定時間毎に繰り返し実行するものでない。
【００３０】
ステップ１ではクランク角センサにより検出されるエンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度センサ３６により検出される負荷Ｌを読み込み、ステップ２でこれらの値に基づいて目標燃料噴射量Ｑ０および１サイクル中の噴射回数Ｎｉを決定する。目標燃料噴射量Ｑ０はそのときのエンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｌにおいて１燃焼サイクル当たりに必要となる燃料量を定めるものである。
【００３１】
本発明では、圧縮上死点付近を中心に複数回の分割噴射（多段噴射）を行うが、噴射回数Ｎｉはその分割噴射の回数を定めるものである。噴射回数Ｎｉは少なくとも２回である。ここでは、噴射回数が３回である場合で説明する。噴射回数が３回である場合には、目標燃料噴射量Ｑ０を３つに分割し、圧縮上死点付近を中心に３回に分けて分割噴射することとなる。エンジン回転速度が一定の条件で負荷が大きくなるとき噴射回数Ｎｉを多くするのか少なくするのか、あるいは負荷が一定の条件でエンジン回転速度が高くなるとき噴射回数Ｎｉを多くするのか少なくするのかについては適合により定める。
【００３２】
ステップ３では各噴射毎の火炎位置、つまり１回目噴射による火炎位置、２回目噴射による火炎位置及び３回目噴射による火炎位置を演算（予測）する。
【００３３】
なお、簡単のため１回目噴射の噴射開始タイミングは予め定まっているものとする。そして、各噴射毎の火炎位置の演算は１回目噴射を行う以前に行うものである。すなわち、後述するように、１回目噴射に先立って２回目噴射の噴射開始タイミングと３回目噴射の噴射タイミングを決定した後に、１回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき１回目噴射を行い、この１回目噴射の後に、決定した２回目噴射の噴射開始タイミングと３回目噴射の噴射タイミングに従い、２回目噴射と３回目噴射とを行うこととなる。
【００３４】
各噴射毎の火炎位置の演算については図４のフローにより説明する。図４（図３ステップ３のサブルーチン）においてステップ１１では噴射時期（噴射開始タイミング）の筒内状態、燃料噴射状態を演算または検出する。具体的には、筒内圧Ｐｉｃ、スワール比Ｓｒ、吸入空気量Ｑａ、コモンレール圧（噴射圧）Ｐｃｒ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ、燃料性状Ｃｆ、吸入空気温度Ｔａ、ピストン位置Ｐｐの少なくとも一つのパラメータを演算または検出する。ここで、吸入空気量Ｑａはエアフローメータ７により、コモンレール圧Ｐｃｒは燃料圧力センサ３４により検出して求めればよい。
【００３５】
筒内圧Ｐｉｃ、燃料性状Ｃｆ、吸入空気温度Ｔａは図示しないセンサにより検出して求めればよい。スワール比Ｓｒはエンジンの仕様とスワール弁の制御方法により求めることができる。例えばスワール弁が全開状態と半開状態とに制御されるものであれば、全開状態のときスワール比はゼロ、半開状態のときスワール比はゼロでない所定値を採ることとなる。ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒの一次遅れで算出することが公知であるので、この公知の方法を用いればよい。また、センサを設けることは必須でなく、公知の方法により演算できるパラメータであれば、その公知の方法によりパラメータを演算させればよい。
【００３６】
ステップ１２ではステップ１１で検出または演算した少なくとも一つのパラメータに基づいて各噴射毎の火炎位置を演算する。
【００３７】
図２で前述したように１回の噴射による６つの各噴霧塊４８はピストン軸に直交する平面上をピストン中心軸を中心として半径方向と円周方向とに移動しこの６つの各噴霧塊が気化して自着火により火炎を生成するため、半径方向の噴霧塊の位置（つまり半径方向の火炎位置）と円周方向（回転方向）の噴霧塊の位置（つまり回転方向の火炎位置）とから平面上の火炎位置を決定することができる。この場合、６つの各噴霧塊（火炎）はピストン中心軸を中心としてほぼ同じ動きをするので、１つの噴霧塊（火炎）に着目してその位置を決定すれば足りる。
【００３８】
ここで、ペネトレーションＬｓにより半径方向の噴霧塊の位置（火炎位置）が、また回転方向移動量Ｌｒにより回転方向の噴霧塊の位置（火炎位置）（角度）がそれぞれ定まる。上記のペネトレーションＬｓとは噴霧到達距離のことである。１サイクル中の噴射回数が３回の場合に、各噴射のペネトレーションＬｓは図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示したようにほぼ同じである。ペネトレーションＬｓに影響する因子は、図５に示したように吸入空気量Ｑａ、筒内圧Ｐｉｃ、コモンレール圧Ｐｃｒ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ、燃料性状Ｃｆ、吸入空気温度Ｔａ、ピストン位置Ｐｐである。
【００３９】
また、各噴射毎の噴霧塊は噴射直後から燃焼室内に生成されているスワールによってピストン軸の周りに回転する。上記の回転方向移動量Ｌｒとは噴射方向を基準の位置として噴射による噴霧塊が火炎を生成するまでにスワールによって回転する角度のことである。この回転方向移動量Ｌｒは、１サイクル中の噴射回数が３回の場合に、図２（Ａ）に示したように３つあり（第１回転方向移動量Ｌｒ１、第２回転方向移動量Ｌｒ２、第３回転方向移動量Ｌｒ３）、第１回転方向移動量Ｌｒ１が最大で、第２回転方向移動量Ｌｒ２は第１回転方向移動量Ｌｒ１より小さく、第３回転方向移動量Ｌｒ３は第２回転方向移動量Ｌｒ２より小さい。従って、ここでは、最大の回転方向移動量（角度）である第１回転方向移動量Ｌｒ１を回転方向移動量Ｌｒとして採用する。なお、スワールがないときには回転方向移動量Ｌｒはゼロである。回転方向移動量Ｌｒに影響する因子は、図５に示したようにスワール比Ｓｒのみである。
【００４０】
図５は吸入空気量Ｑａ、筒内圧Ｐｉｃ、コモンレール圧Ｐｃｒ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ、燃料性状Ｃｆ、吸入空気温度Ｔａ、スワール比Ｓｒ、ピストン位置Ｐｐの相違によりペネトレーションＬｓ、回転方向移動量Ｌｒ、噴霧角θｓがどのように変化するのかの概略をまとめたものである。図５において「？」は実験してみないとどちら側に変化するのか決められないことを表している。ここで、ピストン位置Ｐｐは筒内圧Ｐｉｃの代用値である。ピストン位置はクランク角より求めることができる。
【００４１】
さて、１回目噴射の噴射開始タイミングを予め定めておくことによって、そのときのパラメータから各噴射のペネトレーションＬｓ（＝半径方向火炎位置）が定まり、またそのときのスワール比Ｓｒから各噴射の回転方向移動量Ｌｒ（＝回転方向火炎位置）が定まるため、各噴射毎の火炎位置が決まる。
【００４２】
ステップ１３ではステップ１１で検出または演算した少なくとも一つのパラメータに基づいて噴霧角θｓを演算する。噴霧角θｓとは１つの噴孔に着目した場合に、その噴孔から噴霧の広がる角度のことである。なお、６つの各噴孔は同等に構成してあり、従って噴霧角は６つの各噴孔に共通である。ここでは、噴霧角が図５に示したように吸入空気量等のパラメータにより変化するので、その変化する噴霧角を求めている。
【００４３】
このようにして、各噴射毎の火炎位置と噴霧角θｓとを演算（予測）したら、図３に戻り、ステップ４で各噴射による火炎が存在する時間が重なりつつ各噴射毎の火炎位置が空間的に重ならないように火炎位置の制御を行う。この火炎位置の制御については図６のフローにより説明する。
【００４４】
図６（図３ステップ４のサブルーチン）においてステップ２１ではペネトレーションＬｓ、回転方向移動量Ｌｒ、噴射角θｓを読み込み（図４のステップ１２で演算済み）、このうちペネトレーションＬｓと回転方向移動量Ｌｒとから図７を内容とするマップを検索することにより噴射間隔を決定する。１サイクル中の噴射回数が３回の場合に、噴射間隔とは、１回目噴射の噴射開始タイミングより２回目噴射の噴射開始タイミングまでの間隔及び２回目噴射の噴射開始タイミングより３回目噴射の噴射開始タイミングまでの間隔のことである。ここでは簡単のため、１回目噴射の噴射開始タイミングより２回目噴射の噴射開始タイミングまでの間隔と２回目噴射の噴射開始タイミングより３回目噴射の噴射開始タイミングまでの間隔とは等しいとする。噴射間隔の単位としては例えば［ｄｅｇＣＡ］を採用すればよい。
【００４５】
図７において縦軸の半径方向火炎位置（＝ペネトレーションＬｓ）が同じであるとき、横軸の回転方向火炎位置（＝回転方向移動量Ｌｒ）が大きいほど噴射間隔を短くし、また横軸の回転方向火炎位置が同じであるとき、縦軸の半径方向火炎位置が大きいほど噴射間隔を短くしている。これは、２回目噴射による火炎位置が１回目噴射による火炎位置と空間的に重ならない領域に２回目噴射による火炎を形成させ、また３回目噴射による火炎位置が１回目噴射による火炎位置及び２回目噴射による火炎位置と空間的に重ならない領域に３回目噴射による火炎を形成させるためである。
【００４６】
図７において、縦軸の半径方向火炎位置がキャビティ半径Ｒｃ（図８参照）を超えたときにキャビティ半径Ｒｃを超える直前より噴射間隔を短くすることにしているのは、ピストン冠面に穿設されるキャビティ４４とピストン冠面周縁部４３との段差の影響を考慮したものである。
【００４７】
図７において、横軸の回転方向火炎位置が噴孔間隔θｎ（図８参照）を超えると回転方向火炎位置がゼロのときからの特性を繰り返すことにしているのは、隣の噴孔からの噴霧と重なることを考慮したものである。ここで、噴孔間隔θｎとは図８に示したように、隣り合う噴孔間の角度（噴孔が６個のときは６０°）のことである。なお、図８は６個の噴孔が等間隔で設けられている場合の例である。これに限定されるものでなく、噴孔が７個〜１０個あるものにも本発明の適用がある。
【００４８】
図７において、横軸の範囲としては噴孔間隔θｎの１．５倍程度までしか記載していないが、横軸をどの程度まで記載すべきかは、回転方向火炎位置の最大値により定まる。なお、燃料噴射弁１５の仕様やエンジン１の仕様が異なればマップ特性も異なることになる。
【００４９】
実際には図７により得られる噴射間隔に対して噴霧角補正を行って目標噴射間隔を算出する、つまり次式により目標噴射間隔を算出する。
【００５０】
目標噴射間隔＝噴射間隔×噴霧角補正係数１                …（１）
ここで、噴霧角補正係数１が必要となるのは次の理由からである。例えば、吸入空気量が第１所定値Ｑａ１の場合とこれより大きい第２所定値Ｑａ２の場合とを考える。図５より第１所定値Ｑａ１の場合の噴霧角より第２所定値Ｑａ２の場合の噴霧角のほうが小さくなる。この噴霧角の違いで第２所定値Ｑａ２の場合の噴霧塊の大きさが第１所定値Ｑａ１の場合の噴霧塊の大きさより仮に小さくなるとすると、その縮小した分だけ第２所定値Ｑａ２の場合のほうが第１所定値Ｑａ１の場合より火炎のない領域が広がるため、第２所定値Ｑａ２の場合の噴射間隔を第１所定値Ｑａ１の場合の噴射間隔より小さくすることができる。このように、噴霧角が噴射間隔に影響するので、噴霧角補正係数１を導入して噴射間隔を補正することで、各噴射毎の火炎位置の制御をより精度良く行うことができることとなる。噴霧角補正係数１は最終的には適合により定める。現段階では実験していないので、ここでは噴霧角補正係数１＝１．０、つまり目標噴射間隔＝噴射間隔として説明する。
【００５１】
このようにして噴射間隔を決定したら図３に戻り、ステップ５でこの噴射間隔を用いて各噴射の燃料噴射制御を行う。すなわち、１回目噴射の噴射開始タイミングは予め定まっているので、この１回目噴射の噴射開始タイミングより噴射間隔だけ遅角側の値が２回目噴射の噴射開始タイミングとして、さらに２回目噴射の噴射開始タイミングより噴射間隔だけ遅角側の値が３回目噴射の噴射開始タイミングとして定まる。また、１噴射当たりの燃料噴射量は目標燃料噴射量の１／３である。このようにして定まる各噴射毎の噴射開始タイミングで燃料噴射弁１５を３回断続的に開いて燃料噴射を行う。なお、各噴射毎の燃料噴射時期を変更可能な噴射時期可変機構は、コモンレール式燃料噴射装置１０が有している。
【００５２】
ここで、本実施形態の作用効果を図９を参照して説明する。
【００５３】
図９は１サイクル中の噴射回数が３回の場合に本実施形態と従来装置とで熱発生パターンがどのように異なるかを示している。左側に示す従来装置では、１回目噴射による熱発生パターンと２回目噴射による熱発生パターンとが、また２回目噴射による熱発生パターンと３回目噴射による熱発生パターンとが時間的に（つまり横軸方向に）殆ど重なっておらず、このため３回の噴射による全体の燃焼期間が長引いている。
【００５４】
これに対して、右側に示す本実施形態によれば、１回目噴射による熱発生パターンと２回目噴射による熱発生パターンとが、また２回目噴射による熱発生パターンと３回目噴射による熱発生パターンとが時間的に（横軸方向に）大きく重なっており、このため３回の噴射による全体の燃焼期間が短くなっている。これは、本実施形態では空間的に分断して各噴射による燃焼を行わせることで、各噴射による熱発生パターンが時間的に重なることになるためである。なお、縦軸のＲ．Ｏ．Ｈ．Ｒは熱発生率のことである。
【００５５】
このように、左側に示す従来装置と比較し、右側に示す本実施形態によれば、３回の噴射による全体の燃焼期間が従来装置よりも短縮できるぶんだけ従来装置よりも高負荷側に適用することができる。
【００５６】
このように、本実施形態（請求項１、１０に記載の発明）によれば、コモンレール式燃料噴射装置１０（１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置）を備え、１回目噴射（前段噴射）による火炎が存在する時間と２回目噴射（次段噴射）による火炎が存在する時間とが、また２回目噴射（次段噴射）による火炎が存在する時間と３回目噴射（次段噴射）による火炎が存在する時間とがそれぞれ重なりつつ、１回目噴射（前段噴射）による火炎位置、２回目噴射（次段噴射）による火炎位置、３回目噴射（次段噴射）による火炎位置が空間的に互いに重ならないように、燃料供給装置１０を用いて１回目噴射（前段噴射）による火炎位置及び２回目噴射（次段噴射）による火炎位置、３回目噴射（次段噴射）による火炎位置を制御する（図３のステップ４、図６のステップ２１、２２参照）ので、複数回の噴射による全体の燃焼期間を、スモークを増大させることなく短縮することが可能となり、適用範囲を従来装置よりも高負荷側にまで拡大できる。
【００５７】
本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、筒内圧を検出するかまたは演算する筒内圧検出・演算手段と、スワール比を検出するかまたは演算するスワール比検出・演算手段と、吸入空気量を検出するかまたは演算する吸入空気量検出・演算手段と、噴射圧を検出するかまたは演算する噴射圧検出・演算手段と、ＥＧＲ率を検出するかまたは演算するＥＧＲ率検出・演算手段と、燃料性状を検出するかまたは演算する燃料性状検出・演算手段と、吸入空気温度を検出するかまた演算する吸入空気温度検出・演算手段と、ピストン位置を検出するかまたは演算するピストン位置検出・演算手段との少なくとも一つと、複数回の各噴射毎の火炎位置を演算する火炎位置演算手段（図３のステップ３、図４のステップ１１、１２参照）とを備え、火炎位置演算検出手段は、検出されたかまたは演算された筒内圧、スワール比、吸入空気量、噴射圧、ＥＧＲ率、燃料性状、吸入空気温度、ピストン位置の少なくとも一つに基づいて各噴射毎の火炎位置を演算するので（図４のステップ１１、１２参照）、筒内圧、スワール比、吸入空気量、噴射圧、ＥＧＲ率、燃料性状、吸入空気温度、ピストン位置が相違しても、各噴射毎の火炎位置を精度良く演算することができる。
【００５８】
本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、燃料供給装置１０は複数回の各噴射毎の燃料噴射時期を変更可能な噴射時期可変機構を有し、火炎位置制御手段はこの噴射時期可変機構を用いて複数回の各噴射毎の燃料噴射時期を制御するので（図３のステップ５参照）、公知の燃料供給装置１０を用いて構成することができる。
【００５９】
本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、火炎位置制御手段は、２回目噴射（次段噴射）による火炎位置、３回目噴射（次段噴射）による火炎位置が１回目噴射（前段噴射）による火炎のない領域にくるように１回目噴射（前段噴射）の燃料噴射時期及び２回目噴射、３回目噴射（次段噴射）の燃料噴射時期を制御するので（図３のステップ５参照）、各噴射によるそれぞれの燃料噴霧に十分な空気導入が行われることからスモークが低減される。
【００６０】
図１０、図１１は第２実施形態で、それぞれ第１実施形態の図３、図６と置き換わるものである。図１０、図１１において図３、図６と同一部分には同一のステップ番号を付けている。
【００６１】
第２実施形態は、第１実施形態の噴射間隔に代えて到達距離を決定するものである。第２実施形態の考え方を図１３を参照して説明すると、第２実施形態は主にスワールが生起されないエンジンを対象とするものである。１回目噴射による噴霧塊（火炎）は図１３に示したように噴孔よりペネトレーションにより定まる距離まで半径方向に移動する。ということは、１回目噴射のペネトレーションをある程度長くしておけば、１回目噴射による噴霧塊の手前つまり噴孔側に１回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎（この１回目噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎を、以下単に「１回目噴射による火炎」という。）の存在しない領域ができる。従って、１回目噴射による火炎の存在しない領域に２回目噴射による火炎及び３回目噴射による火炎がくるようにすれば、１回目噴射による火炎位置と２回目噴射による火炎位置及び３回目噴射による火炎位置とが空間的に重なることがない。つまり、噴孔から１回目噴射による火炎位置までの距離よりも噴孔から２回目噴射による火炎位置までの距離のほうが短くなるように２回目噴射の到達距離（Ｓ２）を決定するのである。また、１サイクル中の噴射回数が３回の場合において２回目噴射による火炎位置が１回目噴射による火炎位置より手前（噴孔側）にあるとき、噴孔から２回目噴射による火炎位置までの距離よりも噴孔から３回目噴射による火炎位置までの距離のほうが短くなるように３回目噴射の到達距離（Ｓ３）を決定する。
【００６２】
第２実施形態によれば、特に燃焼室内にスワールが生起されないエンジンにおいても各噴射毎の火炎位置を空間的に重ねることなく燃焼させることができることとなる。なお、第２実施形態は、スワールの生起されるエンジンに対しても単独で適用可能である。また、スワールの生起されるエンジンに対しては第２実施形態にさらに第１実施形態を組み合わせることができる。
【００６３】
第１実施形態との違いを主に説明すると、図１０のステップ３１では各噴射毎の火炎位置が空間的に重ならないようにかつ時間的に重なるように各噴射毎の火炎位置の制御を行う。この各噴射毎の火炎位置の制御については図１１のフローにより説明する。
【００６４】
図１１（図１０ステップ３１のサブルーチン）においてステップ２１ではペネトレーションＬｓ、回転方向移動量Ｌｒ、噴射角θｓを読み込み（図４のステップ１２で演算済み）、このうちペネトレーションＬｓと回転方向移動量Ｌｒとから図１２を内容とするマップを検索することにより到達距離を決定する。ここで、到達距離とは、各噴射による噴霧塊が自着火する直前までに到達する距離のことである。この到達距離は、１サイクル中の噴射回数が３回の場合に、図１３に示したように３つあり（第１到達距離Ｓ１、第２到達距離Ｓ２、第３到達距離Ｓ３）、第１到達距離Ｓ１が最大で、第２到達距離Ｓ２は第１到達距離Ｓ１より小さく、第３到達距離Ｓ３は第２到達距離Ｓ２より小さい。従って、ここでは、最大の到達距離である第１到達距離Ｓ１を到達距離として採用する。
【００６５】
図１２において縦軸の半径方向火炎位置（＝ペネトレーションＬｓ）が同じであるとき、横軸の回転方向火炎位置（＝回転方向移動量Ｌｒ）が大きいほど到達距離を大きくし、また横軸の回転方向火炎位置が同じであるとき、縦軸の半径方向火炎位置が大きいほど到達距離を大きくしている。これは、２回目噴射による火炎位置が１回目噴射による火炎と空間的に重ならない領域に２回目噴射による火炎を形成させ、また３回目噴射による火炎位置が１回目噴射による火炎及び２回目噴射による火炎と空間的に重ならない領域に３回目噴射による火炎を形成させるためである。
【００６６】
図１２において、縦軸の半径方向火炎位置がキャビティ半径Ｒｃ（図８参照）を超えたときにキャビティ半径Ｒｃを超える直前より到達距離を大きくすることにしているのは、ピストン冠面に穿設されるキャビティ４４とピストン冠面周縁部４３との段差の影響を考慮したものである。
【００６７】
図１２において、横軸の回転方向火炎位置が噴孔間隔θｎ（図８参照）を超えると回転方向火炎位置がゼロのときからの特性を繰り返すことにしているのは、隣の噴孔からの噴霧と重なることを考慮したものである。ここで、噴孔間隔θｎとは図８に示したように、隣り合う噴孔間の角度（噴孔が６個のときは６０°）のことである。
【００６８】
図１２においても、横軸の範囲としては噴孔間隔θｎの１．５倍程度までしか記載していないが、横軸をどの程度まで記載すべきかは、回転方向火炎位置の最大値により定まる。なお、燃料噴射弁１５の仕様やエンジン１の仕様が異なればマップ特性も異なることになる。
【００６９】
実際には図１２により得られる到達距離に対して噴霧角補正を行って目標到達距離を算出する、つまり次式により目標到達距離を算出する。
【００７０】
目標到達距離＝到達距離×噴霧角補正係数２                …（２）
ここで、噴霧角補正係数２が必要となるのは次の理由からである。例えば、吸入空気量が第１所定値Ｑａ１の場合とこれより大きい第２所定値Ｑａ２の場合とを考える。第１所定値Ｑａ１の場合の噴霧角より第２所定値Ｑａ２の場合の噴霧角のほうが小さくなる。この噴霧角の違いで第２所定値Ｑａ２の場合の噴霧塊の大きさが第１所定値Ｑａ１の場合の噴霧塊の大きさより仮に小さくなるとすると、その縮小した分だけ第２所定値Ｑａ２の場合のほうが第１所定値Ｑａ１の場合より火炎のない領域が広がるため、第２所定値Ｑａ２の場合の到達距離を第１所定値Ｑａ１の場合の到達距離より小さくすることができる。このように、噴霧角が到達距離に影響するので、噴霧角補正係数２を導入して到達距離を補正することで、各噴射毎の火炎位置の制御をより精度良く行うことができることとなる。噴霧角補正係数２は最終的には適合により定める。現段階では実験していないので、ここでは噴霧角補正係数２＝１．０、つまり目標到達距離＝到達距離として説明する。
【００７１】
このようにして到達距離を決定したら図１０に戻り、ステップ３２でこの到達距離を用いて各噴射の燃料噴射制御を行う。各噴射毎の噴霧塊（燃料噴霧）の到達距離を変更可能な到達距離可変機構は、コモンレール式燃料噴射装置１０が有している。すなわち、噴射圧を変更することによって各噴射毎の噴霧塊の到達距離を変更し得るので、到達距離に応じて１回目噴射時の噴射圧（この噴射圧を「第１噴射圧」とする。）を定める。２回目噴射時の噴射圧（この噴射圧を「第２噴射圧」とする。）は、第１噴射圧より低くする。３回目噴射時の噴射圧（この噴射圧を「第３噴射圧」とする。）は、第２噴射圧より低くする。第２噴射圧を第１噴射圧に対してどのくらい低くするか、また第３噴射圧を第２噴射圧に対してどのくらい低くするかは、最終的には適合により定める。第２実施形態では噴射間隔は基本的に一定である。つまり、噴射毎の噴射開始タイミングは予め定まっている。また、１噴射当たりの燃料噴射量は目標燃料噴射量の１／３である。従って、１回目噴射の噴射開始タイミングでは第１噴射圧の状態で、２回目噴射の噴射開始タイミングでは第２噴射圧の状態で、３回目噴射の噴射開始タイミングでは第３噴射圧の状態で燃料噴射弁１５をそれぞれ開く。このようにして各噴射毎の噴射圧を用い燃料噴射弁１５を３回断続的に開いて燃料噴射を行う。
【００７２】
第２実施形態（請求項１、１０に記載の発明）によれば、コモンレール式燃料噴射装置１０（１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得る燃料供給装置）を備え、１回目噴射（前段噴射）による火炎が存在する時間と２回目噴射（次段噴射）による火炎が存在する時間とが、また２回目噴射（次段噴射）による火炎が存在する時間と３回目噴射（次段噴射）による火炎が存在する時間とがそれぞれ重なりつつ、１回目噴射（前段噴射）による火炎位置、２回目噴射（次段噴射）による火炎位置、３回目噴射（次段噴射）による火炎位置が空間的に互いに重ならないように、燃料供給装置１０を用いて１回目噴射（前段噴射）による火炎位置及び２回目噴射（次段噴射）による火炎位置、３回目噴射（次段噴射）による火炎位置を制御する（図１０のステップ３１、図１１のステップ２１、４１参照）ので、複数回の噴射による全体の燃焼期間を、スモークを増大させることなく短縮することが可能となり、適用範囲を従来装置よりも高負荷側にまで拡大できる。
【００７３】
第２実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、燃料供給装置１０は複数回の各噴射毎の燃料噴霧の到達距離を変更可能な到達距離可変機構を有し、火炎位置制御手段はこの到達距離可変機構を用いて複数回の各噴射毎の到達距離を制御するので（図１０のステップ３２参照）、公知の燃料供給装置１０を用いて構成することができる。
【００７４】
第２実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、火炎位置制御手段は、２回目噴射（次段噴射）による火炎位置、３回目噴射（次段噴射）による火炎位置が１回目噴射（前段噴射）による火炎のない領域にくるように１回目噴射（前段噴射）による燃料噴霧の到達距離及び２回目噴射、３回目噴射（次段噴射）による燃料噴霧の到達距離を制御するので（図１０のステップ３２参照）、各噴射によるそれぞれの燃料噴霧に十分な空気導入が行われることからスモークが低減される。
【００７５】
図１４は第３実施形態の燃料噴射弁５１の先端部分の断面図である。この燃料噴射弁５１は、傘角の変更可能な傘角可変機構（噴射方向可変機構）を有している。この傘角可変機構そのものは特開２００６−１１８３７０号公報により公知であるので、以下概説する。
【００７６】
５９は燃料噴射弁５１の先端部分に形成されたニードルホルダ、５４はニードルホルダ５９内に軸線Ａ−Ａ方向に摺動可能に挿入された中空管形状の第２ニードル弁、５２は第２ニードル弁１４内の内側に同軸状に挿入された第１ニードル弁である。６０はニードルホルダ５９と第２ニードル弁５４及び第１ニードル弁５２と第２ニードル弁５４の間に形成され、燃料で満たされる燃料室である。
【００７７】
燃料室６０は図示しない燃料供給通路に接続されており、図示しない燃料ポンプによって所定の圧力がかけられた状態で燃料が供給される。そして、第１ニードル弁５２もしくは第２ニードル弁５４が駆動されることによって後述する第１噴孔５３もしくは第２噴孔５５が開かれると、開かれた噴孔から燃焼室内に向けて所定の圧力で燃料が噴出する。
【００７８】
第１ニードル弁５２、第２ニードル弁５４はそれぞれ電磁式のアクチュエータによって駆動され、アクチュエータへの通電時間を変えることによって開弁時間が制御される。なお、アクチュエータは、空圧、油圧等の流体力により駆動するものであってもかまわない。
【００７９】
第１ニードル弁５２の先端部にはテーパ面５２ａが形成されており、このテーパ面５２ａがニードルホルダ５９の先端部内側にテーパ状に形成された第１シート位置５７に着座する。第１シート位置５７には、燃料噴射弁５１の外部と燃料室６０とを連通する第１噴孔５３が設けられており、この第１噴孔５３は第１ニードル弁５２が着座したときに閉鎖される。一方、第２ニードル弁５４の先端部にも同様にテーパ面５４ａが形成されており、テーパ面５４ａはニードルホルダ５９の先端部内側にテーパ状に形成された第２シート位置５８に着座する。第２シート位置５８には、燃料噴射弁５１の外部と燃料室６０とを連通する第２噴孔５５が設けられており、この第２噴孔５５は第２ニードル弁５４が着座したときに閉鎖される。
【００８０】
第１噴孔５３は第２噴孔５５よりも先端側に設けられており、また、軸線Ａ−Ａに対する角度は、第１噴孔５３のほうが第２噴孔５５よりも大きい。第１噴孔５３の大きさと第２噴孔５５の大きさは同じである。
【００８１】
次に、燃料噴射弁５１の燃料噴霧について図１５を参照して説明すると、図１５（ａ）は広傘角での燃料噴射を行う場合、図１５（ｂ）は狭傘角での燃料噴射を行う場合を示す。ここで、傘角とは燃焼室内に形成される燃料噴霧の、軸線Ａ−Ａからの広がり角度のことであり、これが大きい場合を広傘角、小さい場合を狭傘角という。
【００８２】
広傘角で燃料噴射を行う場合には、図１５（ａ）に示すように、第１ニードル弁５２がリフトして、第１噴孔５３から燃料が噴射される。このとき、燃料噴霧が軸線Ａ−Ａとなす角度をθ１とする。一方、狭傘角で燃料噴射を行う場合には、図１５（ｂ）に示すように、第２ニードル弁５４がリフトして、第２噴孔５５から燃料が噴射される。このとき、燃料噴霧が軸線Ａ−Ａとなす角度をθ２とする。なお、燃料噴射時には、第１ニードル弁５２、第２ニードル弁５４はそれぞれ第１噴孔５３、第２噴孔５５が開いた状態となる所定の位置に保持される。これにより、燃料噴射中に傘角は略一定に保たれる。
【００８３】
これで燃料噴射弁５１の概説を終了する。
【００８４】
さて、第３実施形態は、１回目噴射による火炎が存在する時間と２回目噴射による火炎が存在する時間とが重なりつつ、２回目噴射による火炎位置と１回目噴射による火炎位置とが空間的に重ならないように、上記の記燃料噴射弁５１を用いて１回目噴射による火炎位置及び２回目噴射による火炎位置を制御するものである。
【００８５】
第３実施形態の考え方を図１６を参照して説明すると、図１６はピストン６１が圧縮上死点付近にあるときの燃焼室６２の断面を示し、広傘角噴射による燃料噴霧の形状と、狭傘角噴射による燃料噴霧の形状とを重ねて示している。ピストン中心軸から広傘角噴射の噴霧方向までの角度は第１傘角θ１であり、ピストン中心軸から狭傘角噴射の噴霧方向までの角度は第２傘角θ２である。ただし、広傘角噴射と狭傘角噴射とが同時に行われることは決してない。
【００８６】
これら第１傘角θ１と第２傘角θ２の２つの角度の間に一点鎖線で示したように境界を設けたとき、この境界でピストン６１が圧縮上死点付近にあるときの燃焼室容積が第１容積Ｖａと第２容積Ｖｂとにほぼ２分されるように境界を定める。そして、２分される燃焼室容積のうち上側に位置する第１容積Ｖａに対して広傘角噴射を行い、下側に位置する第２容積Ｖｂに対して狭傘角噴射を行うようにすると、広傘角噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置（この広傘角噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を以下単に「広傘角噴射による火炎位置」という。）は第１容積Ｖａ内にだけ、また狭傘角噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置（この狭傘角噴射による燃料噴霧の塊によって形成される火炎の位置を以下単に「狭傘角噴射による火炎位置」という。）は第２容積Ｖｂ内にだけそれぞれ存在することとなり、広傘角噴射による火炎位置と狭傘角噴射による火炎位置とが空間的に重なることがない。言い替えると、ピストン６１が圧縮上死点付近にあるときの燃焼室容積を第１容積Ｖａと第２容積Ｖｂとにほぼ２分し、２分される燃焼室容積のうち上側に位置する第１容積Ｖａに対して広傘角噴射が行われるように、また下側に位置する第２容積Ｖｂに対して狭傘角噴射が行われるように、第１傘角θ１及び第２傘角θ２を設定するのである。
【００８７】
従って、このような傘角可変機構を有する燃料噴射弁５１を用いれば、各噴射による火炎が存在する時間が重なりつつ各噴射毎の火炎位置が空間的に重ならないように多段噴射を行わせることができる。ただし、この燃料噴射弁５１は、１サイクル中に燃料を各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して燃焼室内に直接噴射し得るものとする。
【００８８】
図１７は第３実施形態のメインのフローチャートで、第１実施形態の図３と置き換わるものである。図３と同一部分には同一のステップ番号を付けている。
【００８９】
ここでは、１サイクル中の噴射回数が２回の場合で説明すると、ステップ５１では傘角噴射制御を行う。ここで、各噴射毎の噴射開始タイミングは予め定まっているものとする。そして、１回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、１回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Ｑ０の１／２を供給し、２回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、２回目噴射を狭傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Ｑ０の１／２を供給する。この逆に、１回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、１回目噴射を狭傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Ｑ０の１／２を供給し、２回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、２回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Ｑ０の１／２を供給することとしてもかまわない。
【００９０】
このように、第３実施形態（請求項９に記載の発明）によれば、傘角可変機構（燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構）を有する燃料噴射弁５１を備え、１回目噴射（前段噴射）による火炎が存在する時間と２回目噴射（次段噴射）による火炎が存在する時間とが重なりつつ、２回目噴射（次段噴射）による火炎位置が１回目噴射（前段噴射）による火炎位置と空間的に重ならないように、燃料噴射弁５１を用いて１回目噴射（前段噴射）による火炎位置及び２回目噴射（後段噴射）による火炎位置を制御するので（図１７のステップ５１参照）、複数回の噴射による全体の燃焼期間を、スモークを増大させることなく短縮することが可能となり、適用範囲を従来装置よりも高負荷側にまで拡大できる。
【００９１】
傘角可変機構を有する燃料噴射弁５１を用いて行う多段噴射はこの場合に限られない。例えば燃焼室内にスワールが生成されないエンジンに対しては次のようにすることで、１サイクル中の噴射回数が３回の場合にも適用することができる。すなわち、ここでも各噴射毎の噴射開始タイミングは予め定まっているものとする。
【００９２】
〈１〉１回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、１回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Ｑ０の１／３を供給する。
【００９３】
〈２〉２回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、２回目噴射を狭傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Ｑ０の１／３を供給する。
【００９４】
〈３〉３回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、３回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Ｑ０の１／３を供給する。
【００９５】
この場合、１回目噴射と３回目噴射とが同じ広傘角噴射となる、つまり１回目噴射と３回目噴射とで噴射方向が同じになるので、１回目噴射と３回目噴射に対して第２実施形態を適用する。すなわち、燃焼室内にスワールが生成されないエンジンに対して、３回目噴射による火炎位置が１回目噴射による火炎のない領域にくるように３回目噴射による噴霧塊の到達距離を制御する。具体的には噴孔から１回目噴射による火炎位置までの距離よりも噴孔から３回目噴射による火炎位置までの距離のほうが短くなるように３回目噴射による燃料噴霧の到達距離を決定して３回目噴射を行わせることにより、１回目噴射（＝広傘角噴射）による火炎位置と３回目噴射（＝広傘角噴射）による火炎位置とが空間的に重ならないようにするのである。
【００９６】
また、燃焼室内にスワールが生成されるエンジンに対しては、次のようにすることで、１サイクル中の噴射回数が３回の場合にも適用することができる。ただし、ここでは１回目噴射と２回目噴射の各噴射開始タイミングは予め定まっているものとする。
。
【００９７】
〈４〉予め定めている１回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、１回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Ｑ０の１／３を供給する。
【００９８】
〈５〉予め定めている２回目噴射の噴射開始タイミングとなったとき、２回目噴射を狭傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Ｑ０の１／３を供給する。
【００９９】
〈６〉３回目噴射を広傘角噴射とすることによって目標燃料噴射量Ｑ０の１／３を供給する。
【０１００】
この場合、１回目噴射と３回目噴射とが同じ広傘角噴射となる、つまり１回目噴射と３回目噴射とで噴射方向が同じになるので、１回目噴射と３回目噴射に対して第１実施形態を適用する。すなわち、燃焼室内にスワールが生成されるエンジンに対して１回目噴射による火炎位置及び３回目噴射による火炎位置を演算し、３回目噴射による火炎位置が１回目噴射による火炎のない領域にくるように３回目噴射の燃料噴射時期を制御することにより、１回目噴射（＝広傘角噴射）による火炎位置と３回目噴射（＝広傘角噴射）による火炎位置とが空間的に重ならないようにするのである。
。
【０１０１】
このように、第３実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、燃料供給装置１０は傘角可変機構（燃料の噴射方向を変更可能な噴射方向可変機構）を有する燃料噴射弁５１を備え、火炎位置制御手段はこの燃料噴射弁５１を用いて複数回の各噴射後毎の噴射方向を制御するので、公知の燃料噴射弁５１を用いて構成することができる。
【０１０２】
第３実施形態（請求項８に記載の発明）によれば、火炎位置制御手段は、３回目噴射（次段噴射）による火炎位置が１回目噴射（前段噴射）による火炎のない領域にくるように１回目噴射（前段噴射）の噴射方向及び３回目噴射（次段噴射）の噴射方向を制御するので、各噴射によるそれぞれの燃料噴霧に十分な空気導入が行われることからスモークが低減される。
【０１０３】
請求項１において、火炎位置制御手段の機能は図３のステップ４、図６のステップ２１、２２によりそれぞれ果たされている。
【０１０４】
請求項１０において、火炎位置制御処理手順は図３のステップ４、図６のステップ２１、２２によりそれぞれ果たされている。
【０１０５】
請求項９において、火炎位置制御手段の機能は図１７のステップ５１により果たされている。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の燃料噴射制御装置を備えたディーゼルエンジンの概略構成図。
【図２】第１実施形態の各噴射毎の噴霧塊の挙動を示すモデル図。
【図３】第１実施形態のメインフローチャート。
【図４】第１実施形態の各噴射毎の火炎位置の演算を説明するためのフローチャート。
【図５】各パラメータとペネトレーション、回転方向移動量、噴霧角の関係を示す表図。
【図６】第１実施形態の火炎位置制御を説明するためのフローチャート。
【図７】噴射間隔の特性図。
【図８】ピストン冠面の平面図。
【図９】第１実施形態の熱発生パターンを示す図。
【図１０】第２実施形態のメインフローチャート。
【図１１】第２実施形態の火炎位置制御を説明するためのフローチャート。
【図１２】到達距離の特性図。
【図１３】第２実施形態の各噴射毎の噴霧塊の挙動を示すモデル図。
【図１４】第３実施形態の燃料噴射弁の一部拡大断面図。
【図１５】広傘角噴射時、狭傘角噴射時の燃料噴射弁の一部拡大断面図。
【図１６】燃焼室の概略縦断面図。
【図１７】第３実施形態のメインフローチャート。
【符号の説明】
【０１０７】
１０  燃料噴射装置
２１  エンジンコントロールユニット
５１  燃料噴射弁
【図１】
2010007619.tif 000003
【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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