(57)【要約】【課題】燃焼室内のガス流動の強さを、特別なセンサを設けることなく、既設のセンサを用いて簡素な構成で算出（検出）する装置を提供する。【解決手段】吸気ポート（４）の燃焼室（５）への開口部にあって燃焼室（５）を開閉する吸気弁（１５）と、この吸気弁（１５）が燃焼室（５）を開いているときに下降して空気を吸気ポート（４）から燃焼室（５）へと吸い込ませるピストン（６）とを備えるエンジンにおいて、吸気弁（１５）の開期間中に吸気弁（１５）を通過して燃焼室（５）へと流入する吸気弁通過流体により燃焼室（５）内に生じるガス流動の強さを算出する手段（３１）と、ピストン（６）の挙動によって燃焼室（５）内に生じるガス流動の強さを算出する手段（３１）と、これらガス流動の強さの少なくとも一つに基づいて燃焼室（５）内のガス流動の強さを算出する手段（３１）とを備える。【選択図】図１
2006170114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートの燃焼室への開口部にあって燃焼室を開閉する吸気弁と、
この吸気弁が燃焼室を開いているときに下降して空気を前記吸気ポートから前記燃焼室へと吸い込ませるピストンと
を備えるエンジンにおいて、
前記吸気弁の開期間中に吸気弁を通過して燃焼室へと流入する吸気弁通過流体により燃焼室内に生じるガス流動の強さを算出する第１流動強さ算出手段と、
前記ピストンの挙動によって燃焼室内に生じるガス流動の強さを算出する第２流動強さ算出手段と、
これらガス流動の強さの少なくとも一つに基づいて前記燃焼室内のガス流動の強さを算出する燃焼室内流動強さ算出手段と
を備えることを特徴とするエンジンのガス流動検出装置。
【請求項２】
前記吸気弁通過流体により燃焼室内に生じるガス流動の強さを、吸気弁通過流体の運動エネルギに基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのガス流動検出装置。
【請求項３】
前記吸気弁通過流体の運動エネルギを、吸気弁通過流速と吸気弁通過質量流量とに基づいて算出することを特徴とする請求項２に記載のエンジンのガス流動検出装置。
【請求項４】
前記吸気弁通過流速を前記吸気弁前後の圧力比に基づいて算出することを特徴とする請求項３に記載のエンジンのガス流動検出装置。
【請求項５】
前記吸気弁通過質量流量を、前記吸気弁通過流速、前記吸気弁の開口面積、前記吸気弁通過流体の密度の少なくとも一つに基づいて算出することを特徴とする請求項３に記載のエンジンのガス流動検出装置。
【請求項６】
前記ピストン挙動によって燃焼室内に生じる流動の強さを、ピストン速度またはエンジン回転速度に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのガス流動検出装置。
【請求項７】
前記吸気弁通過流体によって燃焼室内に生じる流動の強さを、前記吸気弁前後の圧力比、前記吸気弁の開口面積、前記吸気弁通過流体の密度の少なくとも一つに基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのガス流動検出装置。
【請求項８】
吸気ポートの燃焼室への開口部にあって燃焼室を開閉する吸気弁と、
この吸気弁が燃焼室を開いているときに下降して空気を前記吸気ポートから前記燃焼室へと吸い込ませるピストンと
を備えるエンジンにおいて、
前記吸気弁前後の圧力比、前記吸気弁の開口面積、前記吸気弁通過流体の密度及び前記ピストン速度の４つのパラメータのうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記燃焼室内のガス流動の強さを算出することを特徴とするエンジンのガス流動検出装置。
【請求項９】
吸気ポートの燃焼室への開口部にあって燃焼室を開閉する吸気弁と、
この吸気弁が燃焼室を開いているときに下降して空気を前記吸気ポートから前記燃焼室へと吸い込ませるピストンと
を備えるエンジンにおいて、
前記吸気弁前後の圧力比、前記吸気弁の開口面積、前記吸気弁通過流体の密度及びエンジン回転速度の４つのパラメータのうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記燃焼室内のガス流動の強さを算出することを特徴とするエンジンのガス流動検出装置。
【請求項１０】
前記ガス流動の強さを指標で表すことを特徴とする請求項１に記載のエンジンのガス流動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのガス流動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電抵抗演算手段により算出される平均放電抵抗ｒｓと、放電時間判別手段により判別される放電時間Ｄｓとに基づいて、燃焼室内の実際のガス流動Ｕを算出するものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６０−１９８３４７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、燃焼室内に生じるスワールやタンブルや乱れといった流体の挙動が燃焼室内のガス流動であり、この燃焼室内のガス流動の相違により混合気の燃焼速度が変化するなど燃焼状態に大きな影響を与えるので、燃焼室内のガス流動の強さを、特別なセンサを設けることなく簡素な構成で検出し得る装置が望まれている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、上記の放電抵抗演算手段、放電時間判別手段として専用の回路が必要になるためコストがかかる。特に、点火の放電時間と放電抵抗とは精度良く検出するのが難しく、点火の放電時間と放電抵抗の検出に誤差が生じるとその検出誤差がそのまま燃焼室内のガス流動強さの検出誤差となってしまう。
【０００５】
そこで本発明は、燃焼室内のガス流動の強さを、特別なセンサを設けることなく既設のセンサを用いて簡素な構成で算出（検出）する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】
本発明は、吸気ポートの燃焼室への開口部にあって燃焼室を開閉する吸気弁と、この吸気弁が燃焼室を開いているときに下降して空気を前記吸気ポートから前記燃焼室へと吸い込ませるピストンとを備えるエンジンにおいて、前記吸気弁の開期間中に吸気弁を通過して燃焼室へと流入する吸気弁通過流体により燃焼室内に生じるガス流動の強さを算出し、前記ピストンの挙動によって燃焼室内に生じるガス流動の強さを算出し、これらガス流動の強さの少なくとも一つに基づいて前記燃焼室内のガス流動の強さを算出するように構成する。
【０００７】
また、本発明は、吸気ポートの燃焼室への開口部にあって燃焼室を開閉する吸気弁と、この吸気弁が燃焼室を開いているときに下降して空気を前記吸気ポートから前記燃焼室へと吸い込ませるピストンとを備えるエンジンにおいて、前記吸気弁前後の圧力比、前記吸気弁の開口面積、前記吸気弁通過流体の密度及び前記ピストン速度の４つのパラメータのうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記燃焼室内のガス流動の強さを算出する。
【０００８】
また、本発明は、吸気ポートの燃焼室への開口部にあって燃焼室を開閉する吸気弁と、この吸気弁が燃焼室を開いているときに下降して空気を前記吸気ポートから前記燃焼室へと吸い込ませるピストンとを備えるエンジンにおいて、前記吸気弁前後の圧力比、前記吸気弁の開口面積、前記吸気弁通過流体の密度及びエンジン回転速度の４つのパラメータのうち少なくとも一つのパラメータに基づいて前記燃焼室内のガス流動の強さを算出する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吸気弁が開いているときに吸気弁を通過して燃焼室へと流入する吸気弁通過流体により燃焼室内に生じるガス流動の強さを算出し、ピストンの挙動によって燃焼室内に生じるガス流動の強さを算出し、これらガス流動の強さの少なくとも一つに基づいて燃焼室内のガス流動の強さを算出するので、または、吸気弁前後の圧力比、吸気弁の開口面積、吸気弁通過流体の密度またはピストン速度の４つのパラメータのうち少なくとも一つのパラメータに基づいて燃焼室内のガス流動の強さを算出し、あるいは吸気弁前後の圧力比、吸気弁の開口面積、吸気弁通過流体の密度またはエンジン回転速度の４つのパラメータのうち少なくとも一つのパラメータに基づいて燃焼室内のガス流動の強さを算出するので、特別なセンサを用いることなく、既設のセンサを用いて簡素な構成で燃焼室内のガス流動の強さを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。図１はＬ−ジェトロニック方式のガソリン噴射エンジンに適用した本発明の一実施形態のシステムを説明するための概略図である。
【００１１】
吸気絞り弁２３により調量される空気は、吸気コレクタ２に蓄えられた後、吸気マニホールド３を介して各気筒の燃焼室５に導入される。燃料は各気筒の吸気ポート４に配置された燃料噴射弁２１より、所定のタイミングで吸気ポート内に向けて間欠的に噴射供給される。吸気ポート４に噴射された燃料は、空気と混合して混合気を作り、この混合気は吸気弁１５を閉じることで燃焼室５内に閉じこめられ、ピストン６の上昇によって圧縮され、点火プラグ１４により着火されて燃焼する。この燃焼によるガス圧がピストン６を押し下げる仕事を行い、このピストン６の往復運動はクランクシャフト７の回転運動へと変換される。燃焼後のガス（排気）は排気弁１６が開いたとき排気通路８へと排出される。
【００１２】
排気通路８には三元触媒９、１０を備える。三元触媒９、１０は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲にあるとき、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に効率よく除去できる。このため、エンジンコントローラ３１では運転条件に応じて燃料噴射弁２１からの基本燃料噴射量を定めると共に、三元触媒９の上流に設けたＯ2センサ３５からの信号に基づいて空燃比をフィードバック制御する。
【００１３】
上記の吸気絞り弁２３はスロットルモータ２４により駆動される。運転者が要求するトルクはアクセルペダル４１の踏み込み量（アクセル開度）に現れるので、エンジンコントローラ３１ではアクセルセンサ４２からの信号に基づいて目標トルクを定め、この目標トルクを実現するための目標空気量を定め、この目標空気量が得られるようにスロットルモータ２４を介して吸気絞り弁２３の開度を制御する。
【００１４】
上記吸気弁１５の弁リフト量を連続的に可変制御する多節リンク状の機構で構成される可変バルブリフト機構（以下、「ＶＥＬ機構」という。）２６と、クランクシャフト７と吸気弁用カムシャフト２５との回転位相差を連続的に可変制御して、吸気弁１５の開閉タイミングを進遅角する可変バルブタイミング機構（以下「ＶＴＣ機構」という。）２７とを備える。これらの具体的な構成は特開２００３−３８７２号公報により公知であるのでその詳しい説明は省略する。例えばＶＥＬ機構２６とＶＴＣ機構２７の両方に指令値を与えてないときには吸気弁１５の弁リフトは出力要求に応じる特性であり、排気弁１６とほぼ同等の大きな弁リフト量と大きな作動角とを有している。これに対して、ＶＥＬ機構２６に対してのみ指令値を与えると、弁リフトが最大となるクランク角位置を変えずに弁リフト量と作動角とが共に小さくなる。また、ＶＴＣ機構２７に対して指令値を与えていないときには回転位相が最遅角位置にありＶＴＣ機構２７に対してのみ指令値を与えたとき弁リフト量、作動角を変更することなく回転位相、具体的には吸気弁開時期ＩＶＯ（あるいは吸気弁閉時期ＩＶＣ）のみが進角側に移動する。
【００１５】
こうしたＶＥＬ機構２６とＶＴＣ機構２７からなる可変動弁装置を備えるエンジンを前提として、エンジンコントローラ３１では、吸気弁１５の開期間中に吸気弁１５を通過して燃焼室５へと流入する吸気弁通過流体により燃焼室５内に生じるガス流動の強さと、ピストン６の挙動によって燃焼室５内に生じるガス流動の強さとを算出し、これら２つのガス流動の強さに基づいて燃焼室５内のガス流動の強さを算出する。
【００１６】
この場合に、ガス流動の強さそのもので扱うのではなしに、例えば５段階や１０段階といった数である指標で扱う。具体的には、吸気弁１５の開期間中に吸気弁１５を通過して燃焼室５へと流入する吸気弁通過流体により燃焼室５内に生じるガス流動の強さを吸気流動指標ＩＮＤ１で、ピストン６の挙動によって燃焼室５内に生じるガス流動の強さをピストン挙動流動指標ＩＮＤ２で、燃焼室５内のガス流動の強さを燃焼室内流動指標ＩＮＤ３でそれぞれ表す。ここで、吸気弁通過流体とは混合気のことである。
【００１７】
そして、吸気流動指標ＩＮＤ１は吸気弁通過流体の運動エネルギＵに基づいて、またピストン挙動流動指標ＩＮＤ２は平均ピストン速度ΔＳＴに基づいて算出する。
【００１８】
エンジンコントローラ３１により実行されるこの３つの指標ＩＮＤ１、ＩＮＤ２、ＩＮＤ３の算出（検出）の方法を図２の制御ブロック図により説明する。
【００１９】
図２において、燃焼室瞬時圧力算出部５１では燃焼室５の瞬時圧力Ｐｃ［Ｐａ］を算出する。これについては図３により詳述するが、その前に燃焼室５の瞬時圧力を算出するに際しての考え方を説明する。
【００２０】
燃焼室５へと流入する瞬時空気流量Ｕj［ｇ／ｍｓｅｃ］は次式により求めることができる。
【００２１】
Ｕj＝Ａｉj×Ｐｐ×〔｛κ/(１−κ)｝×｛２／（Ｒ×Ｔｐ）｝
×｛（Ｐｃ／Ｐｐ）＾（２／κ）
−（Ｐｃ／Ｐｐ）＾（（κ＋１）／κ）｝〕＾（１／２）
…（１）
ただし、Ａｉj；吸気弁の瞬時開口面積［ｍ2］、
Ｐｐ；吸気ポート４の瞬時圧力［Ｐａ］、
Ｐｃ；燃焼室５内の瞬時圧力［Ｐａ］、
Ｔｐ；吸気ポート４の空気温度［Ｋ］、
Ｒ  ；ガス定数、
κ  ；比熱比、
（１）式はベルヌイの式をオリフィスの通過を扱う式へと変形したもので、吸気弁１５前後圧力比（Ｐｃ／Ｐｐ）が用いられている。
【００２２】
この場合、（１）式の変数は、Ａｉj、Ｐｐ、Ｐｃ、Ｔｐの４つであり、このうちＡｉjは可変動弁装置の仕様とクランク角とから定まる。吸気ポート４の瞬時圧力Ｐｐは吸気コレクタ２に取り付けた圧力センサ３６により、また吸気ポート４の空気温度Ｔｐは吸気ポート４に取り付けた温度センサ３７によりそれぞれ検出すればよい。吸気ポート４の空気温度Ｔｐは簡単には外気温度で代用してもかまわない。
【００２３】
ここで、上記（１）式において吸気弁１５の瞬時開口面積Ａｉjに添字の「ｊ」をつけているのは、瞬時開口面積Ａｉが図４下段に示したように吸気弁開時期ＩＶＯより吸気弁閉時期ＩＶＣまでのクランク角区間で大きく変化するため、吸気弁１５が開いているクランク角区間を所定のクランク角Δθ毎にｎ等分（ｎは２以上の自然数）して各境界のクランク角をθ1、θ2、…、θj、…、θnとし、各境界クランク角（所定のタイミング）における瞬時開口面積をＡｉ1、Ａｉ2、…、Ａｉj…、Ａｉnとして区別するためである。「瞬時」は各境界クランク角における値であることを意味させている。
【００２４】
演算周期Δｔ［ｍｓｅｃ］当たりではＵj×Δｔの空気量が燃焼室に流入するので、燃焼室５内のガス質量Ｗｃ［ｇ］は次式により算出することができる。
【００２５】
Ｗｃ＝Ｗｃ（前回）＋Ｕj×Δｔ                         …（２）
ただし、Ｗｃ（前回）；Ｗｃの前回値、
ここで、Ｗｃの初期値としては排気弁１６が閉じたときの燃焼室５内のガス質量を用いる。これは排気弁１６を閉じたときに燃焼室５内のガス質量が確定することに対応するものである。
【００２６】
また、燃焼室５の境界クランク角θjにおける瞬時容積Ｖｃ［ｍ3］は次式により算出することができる。
【００２７】
Ｖｃ＝Ｖｃ（前回）＋ΔＳＴ×Ａｃ                      …（３）
ただし、ΔＳＴ      ；平均ピストン速度［ｍ／ｍｓｅｃ］、
Ａｃ        ；ピストン冠面の面積［ｍ2］、
Ｖｃ（前回）；Ｖｃの前回値、
（３）式は上死点からのピストン６の下降により増えてゆく燃焼室５の瞬時容積を求めるものである。
【００２８】
ここで、Ｖｃの初期値としては、上記のＷｃと同様に排気弁１６が閉じたときの燃焼室容積を用いる。
【００２９】
上記の（２）、（３）式より得られる燃焼室５の瞬時容積Ｖｃと燃焼室５内のガス質量Ｗｃとから燃焼室５の境界クランク角θjにおける瞬時圧力Ｐｃ［Ｐａ］を次式により算出することができる。
【００３０】
Ｐｃ＝Ｗｃ／Ｖｃ                                      …（４）
このように（２）〜（４）式によれば燃焼室流入瞬時空気流量Ｕjに基づいて燃焼室５の瞬時圧力Ｐｃが求められ、また上記（１）式によれば燃焼室５の瞬時圧力Ｐｃを用いて燃焼室流入瞬時空気量Ｕjが求まる。つまり、ＵjとＰｃとは互いに一方を求めるために他方を用いる関係にあるので、ＵjとＰｃを同じタイミングで求めることはできない。そこで、各境界クランク角θjを算出タイミングとし、離散値的にＵjとＰｃを算出する。例えばｊ＝１のタイミングでは排気弁閉時期ＥＶＣでのＰｃを用いて上記（１）式によりｊ＝１のタイミングにおける燃焼室流入瞬時空気量Ｕj（＝Ｕ1）を算出すると共に、その算出したＵjを用いて（２）〜（４）式により燃焼室５の瞬時圧力Ｐｃを算出する。このｊ＝１のタイミングにおけるＰｃは保存しておき、ｊ＝２のタイミングでこの保存してあるＰｃを用いてｊ＝２のタイミングにおけるＵj（＝Ｕ2）を算出すると共に、その算出したＵjを用いてＰｃを算出する。このｊ＝２のタイミングで求めたＰｃは保存しておき、ｊ＝３のタイミングでこの保存してあるＰｃを用いてｊ＝３のタイミングにおけるＵj（＝Ｕ3）を算出すると共に、その算出したＵjを用いてＰｃを算出する。このようにして、前回のタイミングで求めたＰｃを用いて今回のタイミングでのＵjを算出する。
【００３１】
これで、燃焼室の瞬時圧力を算出するに際しての考え方の説明を終了し、図３のフローチャートを詳述する。
【００３２】
図３は処理を時系列的に示したもので、一定時間毎に実行するものではない。なお、図３は一つの気筒についての処理を示しており、多気筒エンジンでは気筒別に図３の処理を行わせる。
【００３３】
図３において、ステップ１ではクランク角センサ（３３、３４）により検出される現在のクランク角θが吸気弁開時期ＩＶＯを経過した（ＩＶＯである場合を含む）か否かをみる。現在のクランク角θがＩＶＯを経過していなれければそのまま終了する。
【００３４】
現在のクランク角θがＩＶＯを経過したときにはステップ２に進み現在のクランク角θが、上記の境界クランク角θjと一致するか否かをみる。ここで、θjは具体的には図４に示したθ1、θ2、…、θnのいずれかである。現在のクランク角θがこれら境界クランク角θ1、θ2、…、θnのいずれもでないときにはそのまま今回の処理を終了する。
【００３５】
現在のクランク角θが境界クランク角θjと一致したときにはステップ３に進み圧力センサ３６により検出される吸気ポート４の瞬時圧力Ｐｐ、温度センサ３７により検出される吸気ポート４の空気温度Ｔｐを読み込む。
【００３６】
ステップ４では境界クランク角θjから図４の下段を内容とするテーブルを検索することにより吸気弁１５の瞬時開口面積Ａｉjを算出する。吸気弁１５の瞬時開口面積の特性は可変動弁装置を備えないエンジンではエンジンの仕様により、また可変動弁装置を備えるエンジンではその可変動弁装置の仕様により一義的に定まっている。例えば可変動弁装置を備えるエンジンで吸気弁１５の特性が、通常のリフト量及び作動角を有する特性と、これよりリフト量及び作動角が共に小さな特性とに切換えられるとすると、この２つの場合に対応して２種類のテーブルを用意しておきいずれかを選択して用いればよい。
【００３７】
ステップ５では、ステップ３で読み込んだ吸気ポート４の瞬時圧力Ｐｐ、吸気ポート４の空気温度Ｔｐ、ステップ４で算出した吸気弁１５の瞬時開口面積Ａｉjのほか、燃焼室５の境界クランク角θjにおける瞬時圧力Ｐｃを用いて、燃焼室流入瞬時空気流量Ｕj（＝Ｕ1）を上記の（１）式により算出する。
【００３８】
ここで、境界クランク角θ1で燃焼室流入瞬時空気流量Ｕjの算出に用いる燃焼室５の瞬時圧力Ｐｃは排気弁１６が閉じたときの燃焼室５内の圧力である。これは排気弁１６が閉じる直前の排気圧に等しいので、圧力センサ３８により検出される排気弁閉時期ＥＶＣでの排気圧Ｐｅｘｈを用いる。一方、境界クランク角θ2以降は後述するようにステップ８〜１０で（１）式に用いる燃焼室５の瞬時圧力Ｐｃを推定する。
【００３９】
ステップ６〜８は燃焼室５の境界クランク角θjにおける圧力Ｐｃを演算（推定）する部分である。まずステップ６では燃焼室５内のガス質量Ｗｃを上記の（２）式により算出する。ここで、Ｗｃの初期値は排気弁閉時期ＥＶＣのガス質量で、Ｗｃの初期値としては例えば内部不活性ガス量ＭＲＥＳを用いる。内部不活性ガス量ＭＲＥＳの算出には公知の手法を用いればよい。
【００４０】
ステップ７では燃焼室５の境界クランク角θjにおける瞬時容積Ｖｃを上記の（３）式により算出する。ここで、Ｖｃの初期値は燃焼室５の排気弁閉時期ＥＶＣにおける容積で、これはエンジンの仕様により決まっている。平均ピストン速度ΔＳＴはピストン６が演算周期当たりに進む距離のことである。平均ピストン速度ΔＳＴはエンジン回転速度に比例するので、エンジン回転速度から図５を内容とするテーブルを検索することにより算出すればよい。
【００４１】
ステップ８では燃焼室５の瞬時容積Ｖｃと燃焼室５内のガス質量Ｗｃとから燃焼室５の境界クランク角θjにおける瞬時圧力Ｐｃを上記の（４）式により算出する。
【００４２】
ステップ９では次の境界クランク角θjとするためθj＝θj＋Δθとすると共に、ｊを１だけ加算する（ｊ＝ｊ＋１）。
【００４３】
ステップ１０では加算後のｊとサンプル総数であるｎを比較する。サンプル総数ｎが多いほど燃焼室５の瞬時圧力Ｐｃの算出精度は向上するが、そのぶん演算負荷が増大するので、総数ｎは適合により決定する。初めてステップ９の操作を行ったタイミングではｊはｎより小さいのでステップ２に戻り、現在のクランク角θが、境界クランク角θjと一致するか否かをみる。一致したときにはステップ３〜５の操作を実行して、次の境界クランク角θjにおける燃焼室流入瞬時空気流量Ｕjを求める。この場合、今回のステップ５で上記（１）式に用いる瞬時圧力Ｐｃは前回にステップ８で算出している瞬時圧力Ｐｃである。また、ステップ６〜８では次回に必要となる、燃焼室５の境界クランク角θjにおける瞬時圧力Ｐｃを算出する。
【００４４】
ステップ９では再びθj＝θj＋Δθ、ｊ＝ｊ＋１とし、ステップ１０でｊとｎを比較する。このときも、ｊがｎより小さいのでステップ２に戻り、現在のクランク角θが境界クランク角θjと一致すれば、ステップ３〜１０の操作を繰り返す。
【００４５】
このようにしてステップ２〜１０の操作をｎ−１回繰り返す。そして、ステップ２〜１０の操作がｎ−１回になったときにはステップ１０よりステップ１１に進み次のサイクルに備えてθj、ｊ、Ｗｃ、Ｖｃ、Ｐｃを初期化する。
【００４６】
これで、燃焼室５の瞬時圧力Ｐｃの算出の説明を終了するので、図２に戻る。なお、本発明は燃焼室５の瞬時圧力Ｐｃを算出する場合に限定されるものでなく、圧力センサにより直接的に燃焼室５の瞬時圧力を検出するように構成してもかまわない。
【００４７】
図２において、吸気弁前後圧力比算出部５２ではこの燃焼室５の瞬時圧力Ｐｃ［Ｐａ］と、圧力センサ３６により検出されるポートの瞬時圧力Ｐｐ［Ｐａ］とから吸気弁１５前後の圧力比Ｐｃ／Ｐｐを算出し、吸気弁通過瞬時流速算出部５３で、この吸気弁１５前後の圧力比Ｐｃ／Ｐｐと、温度センサ３７により検出される吸気ポート４の空気温度Ｔｐ［Ｋ］とに基づいて次式により吸気弁通過瞬時流速Ｖｉ［ｍ／ｍｓｅｃ］を算出する。
【００４８】
Ｖｉ＝〔｛κ／（κ−１）｝×｛２／（Ｒ×Ｔｐ）｝
×｛（Ｐｃ／Ｐｐ）＾（２／κ）
−（Ｐｃ／Ｐｐ）＾（（κ＋１）／κ）｝〕＾（１／２）
…（５）
ただし、Ｒ；ガス定数、
κ；比熱比、
（５）式の右辺は上記（１）式右辺からＡｉjとＰｐを除いた式と同じであり、吸気弁通過瞬時流速Ｖｉを求める際にも吸気弁１５前後の圧力比Ｐｃ／Ｐｐが用いられている。吸気ポート４の空気温度Ｔｐは簡単には外気温度で代用してもかまわない。
【００４９】
吸気弁通過瞬時質量流量算出部５４では、この吸気弁通過瞬時流速Ｖｉと吸気弁開口面積Ａｉｎ［ｍ2］及び新気密度ρ［ｇ／ｍ3］から次式により吸気弁通過瞬時質量流量Ｃｃ［ｇ／ｍｓｅｃ］を算出する。
【００５０】
Ｃｃ＝Ｖｉ／（Ａｉｎ×ρ）                            …（６）
ここで、吸気弁開口面積Ａｉｎとしては、燃焼室流入瞬時空気流量の算出に用いた瞬時開口面積Ａｉjと相違して、吸気弁開時期ＩＶＯから吸気弁閉時期ＩＶＣまでの間の吸気弁開口面積の平均値や有効開口面積を採用する。詳細には可変動弁装置を備えるエンジンでは、例えば図６に示したように運転条件により小リフトにするのか大リフトにするのかが決まっているので、小リフトの運転条件では図示の開口面積平均値Ａｉｎａｖ１を、また大リフトの運転条件では図示の開口面積平均値Ａｉｎａｖ２を用いればよい。
【００５１】
吸気弁通過流体の中には、厳密にいえば燃焼室５よりポート４へと逆流する残留ガス分も含まれるのであるが、ここでは、残留ガス分は無視して、新気の密度ρを採用する。新気密度ρとしては標準状態（２０℃、一気圧）での空気の密度を予めメモリに記憶させておく。
【００５２】
吸気弁通過流体運動エネルギ算出部５５では、上記の吸気弁通過瞬時流速Ｖｉと吸気弁通過瞬時質量流量Ｃｃとから次式により吸気弁通過流体の運動エネルギＵ［Ｊ］を算出する。
【００５３】
Ｕ＝Ｃｏｎｓｔ×（１／２）×Ｃｃ×Ｖｉ＾２            …（７）
ただし、Ｃｏｎｓｔ；定数１、
（７）式の定数１Ｃｏｎｓｔは単位合わせのための数値である。
【００５４】
吸気流動指標算出部５６では、こうして求めた吸気弁通過流体の運動エネルギＵから次式により吸気流動指標ＩＮＤ１［無名数］を算出する。
【００５５】
ＩＮＤ１＝Ｕ×係数１                                  …（８）
一方、平均ピストン速度算出部５７では次式により平均ピストン速度ΔＳＴ［ｍ／ｍｓｅｃ］を算出する。
【００５６】
ΔＳＴ＝ストローク×２／｛（Ｎｅ／（６０×１０００）｝…（９）
前述したように、エンジン回転速度Ｎｅから図５を内容とするテーブルを検索することにより算出することもできる。
【００５７】
ピストン挙動流動指数算出部５８では、この平均ピストン速度ΔＳＴから次式によりピストン挙動流動指標ＩＮＤ２［無名数］を算出する。
【００５８】
ＩＮＤ２＝ΔＳＴ×係数２                              …（１０）
ここで、上記の係数１、係数２は吸気弁通過流体の運動エネルギＵ、平均ピストン速度ΔＳＴを指標へと置き換えるための値である。指標ＩＮＤ１、ＩＮＤ２は単位のない数であり、例えばレンジを５段階や１０段階とした値である。ここでは指標ＩＮＤ１はその値が大きくなるほど吸気弁１５の開期間中に吸気弁１５を通過して燃焼室５へと流入する混合気により燃焼室５内に生じる流動の強さが大きいことを、また指標ＩＮＤ２はその値が大きくなるほどピストン６の挙動によって燃焼室５内に生じる流動の強さが大きいことを意味する。
【００５９】
燃焼室内流動指標算出部５９では、吸気流動指標ＩＮＤ１とピストン挙動流動指標ＩＮＤ２とから図７を内容とするマップを検索することにより、燃焼室内流動指標ＩＮＤ３を算出する。この指標ＩＮＤ３も例えばレンジを５段階や１０段階とした値であり、その値が大きくなるほど燃焼室内のガス流動の強さが大きいことを意味する。図７に示したように燃焼室内流動指標ＩＮＤ３は、吸気流動指標ＩＮＤ１が一定であればピストン挙動流動指標ＩＮＤ２が大きくなるほど大きくなり、ピストン挙動流動指標ＩＮＤ２が一定であれば吸気流動指標ＩＮＤ１が大きくなるほど大きくなる。
【００６０】
また、上記の係数１、係数２には図７の縦軸、横軸のスケールを調整するための数値も含まれている。係数１、係数２は最終的には適合により設定する。
【００６１】
このようにして、吸気流動指標ＩＮＤ１は吸気弁１５の開期間中に吸気弁１５を通過して燃焼室５へと流入する混合気（吸気弁通過流体）により燃焼室５内に生じるガス流動の強さを、ピストン挙動流動指標ＩＮＤ２はピストン６の挙動によって燃焼室５内に生じるガス流動の強さを、燃焼室内流動指標ＩＮＤ３は燃焼室５内のガス流動の強さを表している。
【００６２】
上記の吸気弁通過瞬時流速Ｖｉと燃焼室流入瞬時空気流量Ｃｃとは瞬時値であるため吸気弁通過流体の運動エネルギＵも瞬時値となる。このため、吸気弁通過瞬時流速Ｖｉと燃焼室流入瞬時空気流量Ｃｃが吸気弁開期間中に変化すれば、吸気弁通過流体の運動エネルギＵが変化し、吸気流動指標ＩＮＤ１も変化する。従って、吸気流動指標ＩＮＤ１の算出に用いる吸気弁通過流体の運動エネルギＵとしては、吸気弁通過瞬時流速Ｖｉの吸気弁開期間中の平均値と燃焼室流入瞬時空気流量Ｃｃの吸気弁開期間中の平均値を用いることが考えられる。あるいは吸気弁開期間中の特定のクランク角におけるＶｉとＣｃを用いることも考えられる。
【００６３】
このように、本実施形態は、燃焼室内のガス流動の強さを表す燃焼室内流動指標ＩＮＤ３を導入し、この場合に、燃焼室５内のガス流動に寄与するのは、吸気弁通過流体の運動エネルギＵとピストン挙動の２つであると近似し、このうち吸気弁通過流体の運動エネルギＵに関する流動パラメータを吸気流動指標ＩＮＤ１として、またピストン挙動に関する流動パラメータをピストン挙動流動指標ＩＮＤ２として導入し、これら２つの指標ＩＮＤ１、ＩＮＤ２に基づいて上記の燃焼室内流動指標ＩＮＤ３を求めるようにしたものである。
【００６４】
このようにして得られる燃焼室内流動指標ＩＮＤ３は、燃焼室５内のガス流動を表す代表値となるので、このガス流動代表値を点火時期制御に反映させる。
【００６５】
例えば、特開２００−１４８２３６公報では、次のようにして基本点火時期ＭＢＴＣＡＬを設定している。すなわち、ＭＢＴ（最大トルクの得られる最小進角値）で混合気に点火した場合に混合気の燃焼圧力が最大圧Ｐｍａｘとなるクランク角を基準クランク角θＰＭＡＸ［ｄｅｇＡＴＤＣ］とすると、基準クランク角θＰＭＡＸは燃焼方式によらずほぼ一定であり、一般に圧縮上死点後１２〜１５度、最大で圧縮上死点後１０〜２０度の範囲にある。燃焼室に供給された燃料に対する燃焼質量の比率を表す燃焼質量割合は、点火時に０％であり、完全に燃焼して１００％に達する。基準クランク角θＰＭＡＸにおける燃焼質量割合は一定で約６０％であることが確かめられている。
【００６６】
燃焼質量割合が２％に達するまでの区間を初期燃焼期間ＢＵＲＮ１［ｄｅｇ］とし、初期燃焼期間ＢＵＲＮ１の終了後、基準クランク角θＰＭＡＸに至るまでの区間を主燃焼期間ＢＵＲＮ２とし、これら初期燃焼期間ＢＵＲＮ１と主燃焼期間ＢＵＲＮ２とを次式により算出する。
【００６７】
ＢＵＲＮ１＝（Ｎｅ×６）×ＢＲ１×Ｖ０
／（ＲＰＲＯＢＡ×ＡＦ１×ＦＬＡＭＥ１）…（１１）
ただし、ＢＲ１      ；燃焼開始時期より初期燃焼期間終了時期までの燃焼質量割                            合の変化代（２％）、
Ｖ０        ；燃焼室の燃焼開始時期における容積［ｍ3］、
ＲＰＲＯＢＡ；反応確率［％］、
ＡＦ１      ；火炎核の反応面積（固定値）［ｍ2］、
ＦＬＡＭＥ１；初期燃焼期間での燃焼速度［ｍ／ｓｅｃ］、
ＢＵＲＮ２＝（Ｎｅ×６）×ＢＲ２×ＶＴＤＣ
／（ＲＰＲＯＢＡ×ＡＦ２×ＦＬＡＭＥ２）…（１２）
ただし、ＢＲ２      ；主燃焼期間の開始時期より主燃焼期間終了時期までの燃焼                            質量割合の変化代（５８％）、
ＶＴＤＣ    ；圧縮上死点での燃焼室容積［ｍ3］、
ＲＰＲＯＢＡ；反応確率［％］、
ＡＦ２      ；火炎核の反応面積（固定値）［ｍ2］、
ＦＬＡＭＥ２；主燃焼期間での燃焼速度［ｍ／ｓｅｃ］、
これらＢＵＲＮ１、ＢＵＲＮ２を加えた値を燃焼期間ＢＵＲＮ［ｄｅｇ］とし、基準クランク角θＰＭＡＸ［ｄｅｇＡＴＤＣ］より、この燃焼期間ＢＵＲＮと点火無駄時間クランク角ＩＧＮＤＥＡＤ［ｄｅｇ］を加えた合計のクランク角区間だけ進角させたクランク角位置をＭＢＴの得られる点火時期である基本点火時期ＭＢＴＣＡＬ［ｄｅｇＢＴＤＣ］として設定する。
【００６８】
上記の燃焼速度ＦＬＡＭＥ１、ＦＬＡＭＥ２は次式により与えている。
【００６９】
ＦＬＡＭＥ１＝ＳＬ１×ＳＴ１                          …（１３）
ただし、ＳＬ１；初期燃焼期間での乱れ強さ、
ＳＴ１；初期燃焼期間での層流燃焼速度、
ＦＬＡＭＥ２＝ＳＬ２×ＳＴ２                          …（１４）
ただし、ＳＬ２；初期燃焼期間での乱れ強さ、
ＳＴ２；初期燃焼期間での層流燃焼速度、
この場合に、ガス流動の乱れ強さＳＴ１、ＳＴ２を特開２００３−１４８２３６公報では、エンジン回転速度に応じて与えているところを、本発明ではこれに代えて燃焼室内流動指標ＩＮＤ３から次式によりガス流動の乱れ強さＳＴ１、ＳＴ２を設定する。
【００７０】
ＳＴ１＝定数２×ＩＮＤ３                              …（１５）
ＳＴ２＝定数３×ＩＮＤ３                              …（１６）
あるいは吸気流動指標ＩＮＤ１、ピストン挙動流動指標ＩＮＤ２から次式によりガス流動の乱れ強さＳＴ１、ＳＴ２を設定する。
【００７１】
ＳＴ１＝定数４×ＩＮＤ１                              …（１７）
ＳＴ２＝定数５×ＩＮＤ１                              …（１８）
ＳＴ１＝定数６×ＩＮＤ２                              …（１９）
ＳＴ２＝定数７×ＩＮＤ２                              …（２０）
ここで本実施形態の作用を説明する。
【００７２】
本実施形態では、吸気流動指標ＩＮＤ１とピストン挙動流動指標ＩＮＤ２を算出し、これらに基づいて燃焼室内流動指標ＩＮＤ３を算出している。
【００７３】
ここで、吸気流動指標ＩＮＤ１は吸気弁１５の開期間中に吸気弁１５を通過して燃焼室５へと流入する混合気（吸気弁通過流体）により燃焼室内に生じるガス流動の強さを、ピストン挙動流動指標ＩＮＤ２はピストンの挙動によって燃焼室内に生じるガス流動の強さを、燃焼室内流動指標ＩＮＤ３は燃焼室５内のガス流動の強さを表す。
【００７４】
すなわち、本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、吸気弁１５の開期間中に吸気弁１５を通過して燃焼室５へと流入する吸気弁通過流体により燃焼室内に生じるガス流動の強さを算出し、ピストンの挙動によって燃焼室内に生じるガス流動の強さを算出し、これらガス流動の強さに基づいて燃焼室内のガス流動の強さを算出するので、特別なセンサを用いることなく簡素な構成で燃焼室内のガス流動の強さを得ることができる。
【００７５】
本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、吸気弁通過流体により燃焼室内に生じるガス流動の強さを、吸気弁通過流体の運動エネルギに基づいて算出するので、吸気弁通過流体により生じる流動の強さを簡素な構成で得ることができる。
【００７６】
本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、吸気弁通過流体の運動エネルギＵを、吸気弁通過流速Ｖｉと吸気弁通過質量流量Ｃｃとに基づいて算出するので、吸気弁通過流体の運動エネルギＵを簡素な構成で得ることができる。
【００７７】
本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、吸気弁通過流速Ｖｉを吸気弁前後の圧力比Ｐｃ／Ｐｐに基づいて算出するので、吸気弁通過流速Ｖｉを簡素な構成で得ることができる。
【００７８】
本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、吸気弁通過質量流量Ｃｃを、吸気弁通過流速Ｖｉ、吸気弁の開口面積Ａｉｎ及び吸気弁通過流体の密度ρに基づいて算出するので、吸気弁通過質量流量Ｃｃを簡素な構成で算出することができる。
【００７９】
本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、ピストン挙動によって燃焼室内に生じる流動の強さ（ＩＮＤ２）を、ピストン速度ΔＳＴに基づいて算出するので、ピストン挙動によって燃焼室内に生じる流動の強さを簡素な構成で算出することができる。
【００８０】
本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、吸気弁通過流体によって燃焼室内に生じる流動の強さ（ＩＮＤ１）を、吸気弁前後の圧力比Ｐｃ／Ｐｐ、吸気弁１５の開口面積Ａｉｎ及び吸気弁通過流体の密度ρに基づいて算出するので、吸気弁通過流体によって燃焼室内に生じる流動の強さを簡素な構成で得ることができる。
【００８１】
本実施形態（請求項１０に記載の発明）によれば、ガス流動の強さを指標で表すので、ガス流動の強さという物理量の扱いが容易になる。
【００８２】
実施形態では、吸気流動指標ＩＮＤ１とピストン挙動流動指標ＩＮＤ２とから燃焼室内流動指標ＩＮＤ３を算出する場合で説明したが、図８（Ａ）、（Ｂ）に示したように吸気流動指標ＩＮＤ１からあるいはピストン挙動流動指標ＩＮＤ２から燃焼室内流動指標ＩＮＤ３を算出するようにしてもかまわない（請求項１に記載の発明）。
【００８３】
実施形態では、吸気弁通過流速と吸気弁通過質量流量について瞬時値で求める場合で説明したが、これに限定されるものでなく、吸気弁通過流速と吸気弁通過質量流量について吸気弁の開期間中の平均値で求めるようにしてもかまわない。
【００８４】
実施形態では、吸気弁通過質量流量Ｃｃを、吸気弁通過流速Ｖｉ、吸気弁１５の開口面積Ａｉｎ及び吸気弁通過流体の密度ρに基づいて算出する場合で説明したが、吸気弁通過質量流量Ｃｃを、吸気弁通過流速Ｖｉ、吸気弁１５の開口面積Ａｉｎ、吸気弁通過流体の密度ρの少なくとも一つに基づいて算出することもできる（請求項５に記載の発明）。
【００８５】
実施形態では、ピストン挙動によって燃焼室５内に生じる流動の強さを、ピストン速度ΔＳＴに基づいて算出する場合で説明したが、 ピストン挙動によって燃焼室内に生じる流動の強さを、エンジン回転速度に基づいて算出するようにしてもかまわない（請求項６に記載の発明）。
【００８６】
実施形態では、吸気弁通過流体によって燃焼室５内に生じる流動の強さを、吸気弁前後の圧力比Ｐｃ／Ｐｐ、吸気弁１５の開口面積Ａｉｎ及び吸気弁通過流体の密度ρに基づいて算出する場合で説明したが、吸気弁通過流体によって燃焼室５内に生じる流動の強さを、吸気弁前後の圧力比Ｐｃ／Ｐｐ、吸気弁１５の開口面積Ａｉｎ、吸気弁通過流体の密度ρの少なくとも一つに基づいて算出するようにしてもかまわない（請求項７に記載の発明）。
【００８７】
実施形態では説明しなかったが、吸気弁前後の圧力比Ｐｃ／Ｐｐ、吸気弁１５の開口面積Ａｉｎ、吸気弁通過流体の密度ρ及びピストン速度ΔＳＴの４つのパラメータのうち少なくとも一つのパラメータに基づいて燃焼室内のガス流動の強さを算出するようにしたり、吸気弁前後の圧力比Ｐｃ／Ｐｐ、吸気弁１５の開口面積Ａｉｎ、吸気弁通過流体の密度ρ及びエンジン回転速度Ｎｅの４つのパラメータのうち少なくとも一つのパラメータに基づいて燃焼室内のガス流動の強さを算出するようにしてもかまわない（請求項８、９に記載の発明）。
【００８８】
請求項１に記載の第１流動強さ算出手段の機能は図２の吸気流動指標算出部５６により、第２流動強さ算出手段の機能は図２のピストン挙動流動指数算出部５８により、燃焼室内流動強さ算出手段の機能は図２の燃焼室内流動指標算出部５９によりそれぞれ果たされている。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】燃焼室内流動指標の算出を説明するための制御ブロック図。
【図３】燃焼室の瞬時圧力の算出を説明するためのフローチャート。
【図４】吸気弁開口面積の特性図。
【図５】平均ピストン速度の特性図。
【図６】可変動弁装置を備えるエンジンについての吸気弁開口面積の特性図。
【図７】燃焼室内流動指標の特性図。
【図８】別の実施形態の燃焼室内流動指標の特性図。
【符号の説明】
【００９０】
５  燃焼室
２１  燃料噴射弁
３１  エンジンコントローラ
３３、３４  クランク角センサ
３６  圧力センサ
３７  温度センサ
【図１】
2006170114.tif 000003
【図２】
2006170114.tif 000004
【図３】
2006170114.tif 000005
【図４】
2006170114.tif 000006
【図５】
2006170114.tif 000007
【図６】
2006170114.tif 000008
【図７】
2006170114.tif 000009
【図８】
2006170114.tif 000010