(57)【要約】【課題】スワール流を制御することによって燃費を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ６０は、投入熱量算出部１１０と損失算出部１２０と熱効率算出部１３０とバルブ制御部１５０とを備える。投入熱量算出部は、エンジン１への供給燃料量に基づいて投入熱量Ｑｉを算出する。損失算出部１２０は、排気損失Ｑｅｘとポンプ損失Ｑｐと機械損失Ｑｍと冷却損失Ｑｒとの合計損失Ｑｌｏｓｓを算出する。熱効率算出部１３０は、投入熱量Ｑｉおよび合計損失Ｑｌｏｓｓに基づいてエンジン１の熱効率Ｅを算出する。バルブ制御部１５０は、ＳＣＶ開度を変化させたときの熱効率Ｅの変化に基づいて、熱効率Ｅが極大値に近づくようにＳＣＶ開度を制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関は、燃焼室と、前記燃焼室内にスワール流を生じさせるためのスワールコントロールバルブとを備え、
前記制御装置は、
前記内燃機関への供給燃料量に基づいて投入熱量を算出する投入熱量算出部と、
前記内燃機関における前記スワール流に関連したエネルギー損失を算出する損失算出部と、
前記投入熱量および前記エネルギー損失に基づいて前記内燃機関の熱効率を算出する熱効率算出部と、
前記スワールコントロールバルブの開度を変化させたときの前記熱効率の変化に基づいて、前記熱効率が極大値に近づくように前記スワールコントロールバルブの開度を制御するバルブ制御部とを備える、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記バルブ制御部は、前記内燃機関の排気温度が閾値を超える場合、前記スワールコントロールバルブの開度の制御を終了する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記バルブ制御部は、前記燃焼室内の圧力が閾値を超える場合、前記スワールコントロールバルブの開度の制御を終了する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記損失算出部は、前記内燃機関の状態を示す複数のパラメータ値に基づいて、前記エネルギー損失を算出し、
前記損失算出部は、前記複数のパラメータ値の一部を前記内燃機関に設置されたセンサから取得し、前記複数のパラメータ値の残りを前記センサから取得したパラメータ値から推定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の運転条件に応じた初期開度を設定する初期開度設定部をさらに備え、
前記バルブ制御部は、山登り法を用いて、前記スワールコントロールバルブの開度を前記初期開度から変化させながら最適開度を探索し、前記スワールコントロールバルブの開度を前記最適開度に制御する、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記損失算出部は、排気損失とポンプ損失と機械損失と冷却損失との合計損失を前記エネルギー損失として算出する、請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、燃焼室内にスワール流（渦巻き状の流れ）を生じさせるためのスワールコントロールバルブを制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃費向上のためには、内燃機関における損失を低減し、熱効率を向上させる必要がある。
【０００３】
内燃機関における損失の中には冷却損失が含まれる。冷却損失は、流動起因による冷却損失と、噴霧衝突起因による冷却損失とに大別される。流動起因による冷却損失とは、燃焼室内を気体が流動することにより、シリンダー壁面やシリンダヘッド、ピストンなどへの伝熱によって生じる損失である。噴霧衝突起因による冷却損失とは、噴射した燃料が燃焼室内で燃焼し、高温になった状態でシリンダー壁面などに衝突することによって生じる損失である。
【０００４】
燃焼室内のスワール流が強い場合、流動起因による冷却損失が増大する。逆に、燃焼室内のスワール流が弱い場合、噴霧衝突起因による冷却損失が増大する。特開２０１５−１６１２１６号公報（特許文献１）には、このようなトレードオフの関係を考慮してスワール流を制御することにより、冷却損失を低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１６１２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特開２０１５−１６１２１６号公報に記載の技術では、冷却損失のみを考慮してスワール流が制御されており、他の損失については考慮されていない。エンジンにおける損失の中には、冷却損失の他に機械損失、排気損失、ポンプ損失がある。たとえば、スワール流を強くするために吸気経路を狭くすると、ポンプ損失が増大することが考えられる。そのため、特開２０１５−１６１２１６号公報に記載の技術では、冷却損失を抑制できるものの、他の損失が増大し、結果として燃費が悪化する可能性が有り得る。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、スワール流を制御することによって燃費を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、要約すると、内燃機関の制御装置に関する。内燃機関は、燃焼室と、燃焼室内にスワール流を生じさせるためのスワールコントロールバルブとを備える。制御装置は、内燃機関への供給燃料量に基づいて投入熱量を算出する投入熱量算出部と、前記内燃機関における前記スワール流に関連したエネルギー損失を算出する損失算出部と、投入熱量およびエネルギー損失に基づいて内燃機関の熱効率を算出する熱効率算出部と、スワールコントロールバルブの開度を変化させたときの熱効率の変化に基づいて、熱効率が極大値に近づくようにスワールコントロールバルブの開度を制御するバルブ制御部とを備える。
【０００９】
好ましくは、バルブ制御部は、内燃機関の排気温度が閾値を超える場合、スワールコントロールバルブの開度の制御を終了する。
【００１０】
好ましくは、バルブ制御部は、燃焼室内の圧力が閾値を超える場合、スワールコントロールバルブの開度の制御を終了する。
【００１１】
好ましくは、損失算出部は、内燃機関の状態を示す複数のパラメータ値に基づいて、エネルギー損失を算出する。損失算出部は、複数のパラメータ値の一部を内燃機関に設置されたセンサから取得し、複数のパラメータ値の残りをセンサから取得したパラメータ値から推定する。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、内燃機関の運転条件に応じた初期開度を設定する初期開度設定部をさらに備える。バルブ制御部は、山登り法を用いて、スワールコントロールバルブの開度を初期開度から変化させながら最適開度を探索し、スワールコントロールバルブの開度を最適開度に制御する。
【００１３】
好ましくは、損失算出部は、排気損失とポンプ損失と機械損失と冷却損失との合計損失をエネルギー損失として算出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱効率を考慮してスワール流を制御することによって、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態に係る内燃機関の一例として示されるエンジンの概略構成図である。
【図２】スワールコントロールバルブの配置例を示した図である。
【図３】スワールコントロールバルブの開度（ＳＣＶ開度）と熱効率との関係の一例を示す図である。
【図４】ＥＣＵにおけるＳＣＶ開度の制御に関する構成を示すブロック図である。
【図５】バルブ制御部によるＳＣＶ制御の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】変形例１に係るバルブ制御部によるＳＣＶ制御の処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】変形例２に係るバルブ制御部によるＳＣＶ制御の処理の流れ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】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１７】
（エンジンの全体構成）
図１は、本発明の実施の形態による内燃機関の一例として示されるエンジンの概略構成図である。図１に示されるように、エンジン１は、複数の気筒２８を有する。図１では、エンジン１は、４つの気筒２８を有するものとして示されるが、気筒２８の数はこれに限定されるものではない。
【００１８】
エンジン１は、エアクリーナ１２と、ターボチャージャー１４と、インタークーラー２０と、吸気マニホールド２２と、スロットルバルブ２４とを備える。
【００１９】
エアクリーナ１２は、吸気通路に設けられ、吸気口１０から吸入される空気に含まれる不純物を吸着することによって吸入空気を清浄する。
【００２０】
ターボチャージャー１４は、コンプレッサ１６と、タービン１８とを含む。コンプレッサ１６は、吸気通路に設けられる。タービン１８は、排気通路に設けられる。コンプレッサ１６とタービン１８とは、互いに機械的に連結されており、一体的に回転する。排気ガスのエネルギーを受けてタービン１８が回転し、タービン１８に連動して回転するコンプレッサ１６によって吸入空気が加圧される。
【００２１】
インタークーラー２０は、ターボチャージャー１４（コンプレッサ１６）と吸気マニホールド２２との間に設けられる。インタークーラー２０は、コンプレッサ１６によって加圧されて高温になった吸入空気を冷却する。インタークーラー２０は、空冷式であってもよいし、水冷式であってもよい。
【００２２】
スロットルバルブ２４は、吸気マニホールド２２の上流に設けられ、吸入空気量を調節する。スロットルバルブ２４は、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）６０によって開度が制御される。
【００２３】
各気筒２８は、複数の吸気ポートを有する。図１では、各気筒２８は、２つの吸気ポートを有するものとして示されるが、吸気ポートの数はこれに限定されるものではない。また、各気筒２８は、複数の排気ポートを有する。図１では、各気筒２８は、２つの排気ポートを有するものとして示されるが、排気ポートの数もこれに限定されるものではない。各気筒２８において、２つの吸気ポートの一方に、スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）３０が設けられる。
【００２４】
図２は、各気筒２８におけるスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）３０の配置例を示した図である。図２を参照して、気筒２８内にはピストン７６が設けられ、気筒２８の上部に吸気ポート７２および排気ポート７４が設けられる。図２では、２つの吸気ポートのうち、スワールコントロールバルブ３０が設けられる吸気ポート７２が示されている。排気ポートについても、２つの排気ポートのうちの一方の排気ポート７４が示されている。
【００２５】
吸気ポート７２にスワールコントロールバルブ３０が設けられる。吸気ポート７２の空気流量を絞る方向にスワールコントロールバルブ３０を作動させて、吸気ポート７２から燃焼室７８に供給される空気量と、もう１つの吸気ポートから燃焼室７８に供給される空気量とに差を設けることによって、燃焼室７８内にスワール流を発生させることができる。スワールコントロールバルブ３０の開度（以下、ＳＣＶ開度という）は、ＥＣＵ６０によって制御される。
【００２６】
再び図１を参照して、エンジン１は、さらに、排気マニホールド３２と、排気フィルタ３４と、ＥＧＲ通路３８と、ＥＧＲバルブ４０と、ＥＧＲクーラー４２と、低圧ＥＧＲ装置４４と、排気絞り弁５２とを備える。
【００２７】
ターボチャージャー１４のタービン１８は、排気マニホールド３２の下流に設けられ、排気通路の断面積が絞られることによって流速を増した排気ガスをブレードに受けて回転する。排気フィルタ３４は、ターボチャージャー１４（タービン１８）の下流に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕捉する。なお、触媒を用いて排気ガスを浄化する触媒装置を排気フィルタ３４と組み合わせてもよい。
【００２８】
ＥＧＲ通路３８は、排気マニホールド３２を吸気マニホールド２２と接続し、排気マニホールド３２から吸気マニホールド２２へ排気ガスの一部を還流させる。ＥＧＲバルブ４０は、ＥＧＲ通路３８に設けられ、ＥＣＵ６０によって開度が制御される。ＥＧＲクーラー４２は、ＥＧＲ通路３８に設けられ、ＥＧＲ通路３８を通じて吸気マニホールド２２へ還流される排気ガスを冷却する。
【００２９】
低圧ＥＧＲ装置４４は、低圧ＥＧＲ通路４６と、ＥＧＲクーラー４８と、低圧ＥＧＲバルブ５０とを含む。低圧ＥＧＲ通路４６は、排気フィルタ３４よりも下流（すなわち、ターボチャージャー１４のタービン１８よりも下流）の排気通路を、ターボチャージャー１４のコンプレッサ１６よりも上流の吸気通路と接続し、排気フィルタ３４の下流からコンプレッサ１６の上流へ排気ガスの一部を還流させる。ＥＧＲクーラー４８は、低圧ＥＧＲ通路４６に設けられ、低圧ＥＧＲ通路４６を通じて吸気通路へ還流される排気ガスを冷却する。低圧ＥＧＲバルブ５０は、低圧ＥＧＲ通路４６に設けられ、ＥＣＵ６０によって開度が制御される。
【００３０】
この低圧ＥＧＲ装置４４は、ＥＧＲ通路３８と、ＥＧＲバルブ４０と、ＥＧＲクーラー４２とによって構成されるＥＧＲ装置（低圧ＥＧＲ装置４４に対して「高圧ＥＧＲ装置」とも称される。）よりも低温かつ大量の排気循環を可能とする。低圧ＥＧＲ装置４４と高圧ＥＧＲ装置とを併用することによって、効果的なＮＯｘ低減を実現することができる。
【００３１】
排気絞り弁５２は、排気通路において低圧ＥＧＲ装置４４が接続される箇所よりも下流の排気通路３６に設けられる。この排気絞り弁５２は、必須のものではないが、低圧ＥＧＲ装置４４の作動時に排気絞り弁５２を絞ることによって、低圧ＥＧＲ通路４６を通じて排気ガスを効率的に吸気通路へ還流させることができる。
【００３２】
エンジン１は、さらに、センサ群２５とＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）６０とを備える。
【００３３】
センサ群２５は、エンジン１の状態を示す各種パラメータを検出する複数のセンサから構成される。センサ群２５は、たとえば、ピストン速度、吸気温度、エンジン冷却水温、スロットル開度、過給圧、筒内圧、排気圧、排気温度、油温、新気量（吸気口１０から吸入され、筒内に入ったガス量）、ＥＧＲ量（ＥＧＲによって還流されるガス量）等を検出する。
【００３４】
ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）や、記憶装置、入出力バッファ等（いずれも図示せず）を含む制御装置である。ＥＣＵ６０は、センサ群２５によって検出された各種パラメータを示す信号を受ける。ＥＣＵ６０は、それらの各信号に基づいて、エンジン１の各機器の制御を行なう。一例として、ＥＣＵ６０は、車両の走行状況に応じてエンジン１が所望の動作点で運転されるように、燃料噴射量を制御する。なお、ＥＣＵ６０によって実行される各種制御（処理）については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）によって処理することも可能である。
【００３５】
（ＳＣＶ開度の制御の概要）
図１に示したような構成の内燃機関の燃費向上のためには内燃機関の熱効率向上が必要不可欠である。内燃機関への投入熱量（噴射した燃料量に比例）は、仕事（動力）と損失に消費される。このうち損失は、排気損失、ポンプ損失、機械損失、冷却損失に大別される。排気損失は、排気として捨てられるエネルギーを示す。ポンプ損失は、吸気および排気の抵抗によって生じる損失を示す。機械損失は、機械の摩擦抵抗によって生じる損失を示す。冷却損失は、燃焼ガスとシリンダー壁面との接触などによって失われるエネルギーを示す。
【００３６】
上述したように、冷却損失は、流動起因による冷却損失と噴霧衝突起因による冷却損失とに大別される。流動起因による冷却損失は、スワール流が強いほど増大する傾向にある。一方、噴霧衝突起因による冷却損失は、スワール流が弱いほど増大する傾向にある。また、一般に、スワール流の制御によって冷却損失が低減すると、排気温が上昇して排気損失が増大する傾向にある。そして、噴霧衝突起因による冷却損失を抑制するためにスワールコントロールバルブ３０を閉方向に制御してスワール流を強めると、吸気抵抗が上昇し、ポンプ損失が増大する傾向にある。さらに、スワール流の制御によって冷却損失が増減することにより筒内圧が変化し、機械損失が増減することが考えられる。このように、スワール流の制御によって各種の損失が増減する。
【００３７】
図３は、スワールコントロールバルブ３０の開度（ＳＣＶ開度）と熱効率との関係の一例を示す図である。ここで、熱効率とは、投入熱量に対する仕事の割合を示す値である。図３に示されるように、熱効率は、ＳＣＶ開度に応じて変化し、ＳＣＶ開度がある値をとるときに極大値を示す。ただし、熱効率が極大値付近となるときの最適ＳＣＶ開度は、運転条件（燃料の噴射量、エンジン回転速度など）によって変化する。そこで、本実施の形態に係るＥＣＵ６０は、運転条件が変化するたびに、熱効率が極大値に近づくようにＳＣＶ開度を制御する。
【００３８】
（ＥＣＵ６０の構成）
図４は、ＥＣＵ６０におけるＳＣＶ開度の制御に関する構成を示すブロック図である。図４に示されるように、ＥＣＵ６０は、投入熱量算出部１１０と、損失算出部１２０と、熱効率算出部１３０と、初期開度設定部１４０と、バルブ制御部１５０と、記憶部１６０とを備える。
【００３９】
投入熱量算出部１１０は、燃料噴射量に所定の比例係数を乗算することにより投入熱量Ｑｉを算出する。
【００４０】
損失算出部１２０は、エンジン１における、スワール流に関連したエネルギー損失を算出する。スワール流に関連したエネルギー損失とは、スワールの強さの変化に応じて変動する損失である。損失算出部１２０は、排気損失算出部１２１とポンプ損失算出部１２２と機械損失算出部１２３と冷却損失算出部１２４とを備える。損失算出部１２０は、これら各部によってそれぞれ算出された排気損失Ｑｅｘとポンプ損失Ｑｐと機械損失Ｑｍと冷却損失Ｑｒとの合計損失Ｑｌｏｓｓ（＝Ｑｅｘ＋Ｑｐ＋Ｑｍ＋Ｑｒ）をエネルギー損失として算出する。
【００４１】
排気損失算出部１２１は、排気温度から排気損失Ｑｅｘを算出する。ポンプ損失算出部１２２は、ガス量（新気量、ＥＧＲ量）、過給圧、スロットル開度、排気圧に基づいて、ポンプ損失Ｑｐを算出する。機械損失算出部１２３は、幾何学上の図面値（たとえば、ストライベック線図によって示される値）、ピストン速度、筒内圧、油温、エンジン冷却水温に基づいて、機械損失Ｑｍを算出する。冷却損失算出部１２４は、投入熱量、筒内圧、理論熱効率に基づいて、冷却損失Ｑｒを算出する。
【００４２】
熱効率算出部１３０は、投入熱量Ｑｉおよび合計損失Ｑｌｏｓｓから、熱効率Ｅ（＝（Ｑｉ−Ｑｌｏｓｓ）／Ｑｉ）を算出する。
【００４３】
初期開度設定部１４０は、エンジン１の運転条件に応じて、スワールコントロールバルブ３０の初期開度（ベース開度）を設定する。初期開度設定部１４０は、設定した初期開度を付加した制御開始指示をバルブ制御部１５０に出力する。
【００４４】
初期開度設定部１４０は、エンジン１が起動した直後、運転条件が安定したタイミングで当該運転条件に応じた初期開度を設定する。その後、初期開度設定部１４０は、エンジン１の運転条件が変化するたびに、初期開度を設定する。初期開度設定部１４０は、直近の所定期間におけるエンジン１の運転条件に応じた特徴量を算出し、記憶部に記憶されている前回特徴量との差が閾値を超える場合に、運転条件が変化したと判断する。たとえば、初期開度設定部１４０は、直近の所定期間における燃料噴射量の平均値およびエンジン回転速度の平均値を上記の特徴量として算出する。初期開度設定部１４０は、燃料噴射量の平均値が所定閾値を超えた場合、または、エンジン回転速度の平均値が所定閾値を超えた場合に、運転条件が変化したと判断する。初期開度設定部１４０は、運転条件が変化したと判断した場合、直近の所定期間の運転条件に応じた特徴量を前回特徴量として記憶部１６０に格納する。
【００４５】
初期開度設定部１４０は、特徴量と初期開度とを対応付けた情報を予め記憶し、当該情報に基づいて、特徴量に応じた初期開度を設定する。当該情報は、たとえば、特徴量と初期開度とを対応付けたテーブルであり、予め実験等により作成される。
【００４６】
バルブ制御部１５０は、複数段階のＳＣＶ開度から選択された１つのＳＣＶ開度になるようにスワールコントロールバルブ３０を制御する。
【００４７】
バルブ制御部１５０は、制御開始指示を受けると、ＳＣＶ開度を変化させたときの熱効率Ｅの変化に基づいて、熱効率Ｅが極大値に近づくようにＳＣＶ開度を制御する。具体的には、バルブ制御部１５０は、山登り法を用いて、ＳＣＶ開度を初期開度から変化させながら最適ＳＣＶ開度を探索する。バルブ制御部１５０は、最適ＳＣＶ開度を見つけ出すと探索処理を終了し、スワールコントロールバルブ３０の開度を最適ＳＣＶ開度に維持する。バルブ制御部１５０におけるＳＣＶ開度の制御の詳細については後述する。
【００４８】
記憶部１６０は、初期開度設定部１４０およびバルブ制御部１５０が処理を実行する際に用いられるデータを記憶する。たとえば、記憶部１６０は、初期開度設定部１４０により運転条件の変更があったと判断されたときの直近の所定期間の運転条件に応じた特徴量を前回特徴量として記憶する。
【００４９】
（バルブ制御部によるＳＣＶ開度の制御の方法）
図５を参照して、バルブ制御部１５０によるＳＣＶ制御の処理の流れについて説明する。図５は、バルブ制御部１５０によるＳＣＶ制御の処理の流れを示すフローチャートである。
【００５０】
バルブ制御部１５０は、制御開始指示を初期開度設定部１４０から受けると、ステップＳ１において、スワールコントロールバルブ３０のＳＣＶ開度を制御開始指示に付加された初期開度に変更する。
【００５１】
次にステップＳ２において、バルブ制御部１５０は、スワールコントロールバルブ３０が初期開度であるときの各種パラメータ値から算出された熱効率Ｅ（０）を熱効率算出部１３０から取得する。なお、熱効率算出部１３０は、スワールコントロールバルブ３０が初期開度であるときの各種パラメータ値から算出された投入熱量Ｑｉおよび合計損失Ｑｌｏｓｓに基づいて熱効率Ｅ（０）を算出する。
【００５２】
次にステップＳ３において、バルブ制御部１５０は、ＳＣＶ開度を初期開度から１段階だけ閉方向側に変更する。さらに、バルブ制御部１５０は、ＳＣＶ開度の変更回数を示す変数ｋを１に設定し、１回目の制御方向が閉方向であることを示す方向情報を記憶部１６０に格納する。
【００５３】
次にステップＳ４において、バルブ制御部１５０は、現状のＳＣＶ開度における各種パラメータ値から算出された熱効率Ｅ（ｋ）（最初のステップＳ４ではＥ（１））を熱効率算出部１３０から取得する。
【００５４】
次にステップＳ５において、バルブ制御部１５０は、前回算出された熱効率Ｅ（ｋ−１）（最初のステップＳ５ではＥ（０））と、ステップＳ４において算出された熱効率Ｅ（ｋ）（最初のステップＳ５ではＥ（１））とを比較し、前回から熱効率Ｅが増大しているか判断する。
【００５５】
熱効率Ｅが増大している場合（Ｓ５でＹＥＳ）、バルブ制御部１５０は、変数ｋを１だけ加算する（ステップＳ６）。その後、バルブ制御部１５０は、記憶部１６０に格納された方向情報によって示されるｋ−１回目の制御方向と同じ方向に１段階だけＳＣＶ開度を変更する（ステップＳ７）。さらに、ステップＳ７において、バルブ制御部１５０は、ｋ回目の制御方向（閉方向または開方向のいずれか）を示す方向情報を記憶部１６０に格納する。最初のステップＳ５においてＹＥＳと判断された場合、バルブ制御部１５０は、ステップＳ７において、閉方向に１段階だけＳＣＶ開度を変更し、２回目の制御方向が閉方向であることを示す方向情報を記憶部１６０に格納する。
【００５６】
一方、熱効率Ｅが増大していない場合（Ｓ５でＮＯ）、バルブ制御部１５０は、変数ｋを１だけ加算する（ステップＳ８）。その後、バルブ制御部１５０は、記憶部１６０に格納された方向情報によって示されるｋ−１回目の制御方向と逆の方向に１段階だけＳＣＶ開度を変更する（ステップＳ９）。さらに、ステップＳ９において、バルブ制御部１５０は、ｋ回目の制御方向（閉方向または開方向のいずれか）を示す方向情報を記憶部１６０に格納する。最初のステップＳ５においてＮＯと判断された場合、バルブ制御部１５０は、ステップＳ９において、開方向に１段階だけＳＣＶ開度を変更し、２回目の制御方向が開方向であることを示す方向情報を記憶部１６０に格納する。
【００５７】
次にステップＳ１０において、バルブ制御部１５０は、変数ｋが２以下であるか判断する。変数ｋが２以下である場合（Ｓ１０でＹＥＳ）、処理はステップＳ４に戻される。
【００５８】
変数ｋが２を超える場合（Ｓ１０でＮＯ）、バルブ制御部１５０は、ｋ−１回目の制御方向とｋ回目の制御方向とが同じであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。ｋ−１回目の制御方向とｋ回目の制御方向とが同じである場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、処理はステップＳ４に戻される。ｋ−１回目の制御方向とｋ回目の制御方向とが異なる場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、処理は終了する。
【００５９】
上記の処理によれば、最初のステップＳ５〜Ｓ９の処理により、初期開度が最適ＳＣＶ開度よりも開方向側であるのか閉方向側であるのかが認識される。初期開度が最適ＳＣＶ開度よりも開方向側である場合、ステップＳ３においてＳＣＶ開度が閉方向側に変更されることによって、熱効率Ｅが上昇する。そのため、初期開度が最適ＳＣＶ開度よりも開方向側である場合、ステップＳ５においてＹＥＳと判断され、２回目の制御方向が閉方向であることを示す方向情報が記憶部１６０に格納される。逆に、初期開度が最適ＳＣＶ開度よりも閉方向側である場合、ステップＳ３においてＳＣＶ開度が閉方向側に制御されることによって、熱効率Ｅが低下する。そのため、初期開度が最適ＳＣＶ開度よりも閉方向側である場合、ステップＳ５においてＮＯと判断され、２回目の制御方向が開方向であることを示す方向情報が記憶部１６０に格納される。そのため、２回目の制御方向が閉方向および開方向のいずれであるかによって、初期開度が最適ＳＣＶ開度よりも開方向側であるのか閉方向側であるのかが認識される。
【００６０】
初期開度が最適ＳＣＶ開度よりも開方向側である場合（つまり、２回目の制御方向が閉方向である場合）、ステップＳ４〜Ｓ１１が繰り返されることにより、熱効率Ｅが極大値に最も近くなるまでＳＣＶ開度が閉方向に段階的に制御される。熱効率Ｅが極大値に最も近づいた後にさらにＳＣＶ開度が閉方向に１段階だけ変更されると、熱効率Ｅが減少する。そのため、ステップＳ９においてＳＣＶ開度が１段階だけ開方向に戻され、処理が終了する。これにより、スワールコントロールバルブ３０は、熱効率Ｅが極大値に最も近い最適ＳＣＶ開度に制御される。その結果、エンジン１の燃費が向上する。
【００６１】
同様にして、初期開度が最適ＳＣＶ開度よりも閉方向側である場合（つまり、２回目の制御方向が閉方向である場合）、ステップＳ４〜Ｓ１１が繰り返されることにより、熱効率Ｅが極大値に最も近くなるまでＳＣＶ開度が開方向に段階的に制御される。熱効率Ｅが極大値に最も近づいた後にさらにＳＣＶ開度が開方向に１段階だけ変更されると、熱効率Ｅが減少する。そのため、ステップＳ９においてＳＣＶ開度が１段階だけ閉方向に戻され、処理が終了する。これにより、スワールコントロールバルブ３０は、熱効率Ｅが極大値に最も近い最適ＳＣＶ開度に制御される。その結果、エンジン１の燃費が向上する。
【００６２】
なお、図５に示す処理は、エンジン１の運転条件が変更されるたびに実行される。これにより、エンジン１の運転条件に応じた最適ＳＣＶ開度になるようにスワールコントロールバルブ３０が適宜制御される。
【００６３】
（変形例１）
熱効率Ｅが極大値に近づくようにＳＣＶ開度を制御する場合、冷却損失が低減することによって排気温度が上昇することが考えられる。そこで、排気温度が排気マニホールド３２の耐久温度を超えないように、バルブ制御部１５０は、排気温度が予め設定された閾値（上限値）を超えた場合には、スワールコントロールバルブ３０の開度を現在の開度に維持するとともに、熱効率Ｅが極大値に近づくようにＳＣＶ開度を制御する処理を終了してもよい。なお、当該閾値は、排気マニホールド３２の耐久温度よりも低い温度に設定される。
【００６４】
図６を参照して、変形例１に係るバルブ制御部１５０のＳＣＶ制御の処理の流れについて説明する。図６は、変形例１に係るバルブ制御部１５０によるＳＣＶ制御の処理の流れを示すフローチャートである。
【００６５】
変形例１におけるＳＣＶ制御では、ステップＳ１０の前にステップＳ２０が実行される。ステップＳ２０において、バルブ制御部１５０は、排気温度が閾値を超えたか否かを判断する。排気温度が閾値を超えていない場合（Ｓ２０でＮＯ）、処理は、Ｓ１０に移る。一方、排気温度が閾値を超えた場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、バルブ制御部１５０は、ＳＣＶ開度の制御の処理を終了する。これにより、排気温度が排気マニホールド３２の耐久温度を超えることを防止することができる。
【００６６】
（変形例２）
熱効率Ｅが極大値に近づくようにＳＣＶ開度を制御する場合、熱効率の上昇に伴って筒内圧が上昇することが考えられる。そこで、筒内圧がシリンダーの限界を超えないように、バルブ制御部１５０は、筒内圧が予め設定された閾値（上限値）を超えた場合には、スワールコントロールバルブ３０の開度を現在の開度に維持するとともに、熱効率Ｅが極大値に近づくようにＳＣＶ開度を制御する処理を終了してもよい。なお、当該閾値は、シリンダー等の機械耐久性を考慮して設定される。
【００６７】
図７を参照して、変形例２に係るバルブ制御部１５０のＳＣＶ制御の処理の流れについて説明する。図７は、変形例２に係るバルブ制御部１５０によるＳＣＶ制御の処理の流れを示すフローチャートである。
【００６８】
変形例２におけるＳＣＶ制御では、ステップＳ１０の前にステップＳ３０が実行される。ステップＳ３０において、バルブ制御部１５０は、筒内圧が閾値を超えたか否かを判断する。筒内圧が閾値を超えていない場合（Ｓ３０でＮＯ）、処理は、Ｓ１０に移る。一方、筒内圧が閾値を超えた場合（Ｓ３０でＹＥＳ）、バルブ制御部１５０は、ＳＣＶ開度の制御の処理を終了する。これにより、筒内圧がシリンダーの限界を超えることを防止することができる。
【００６９】
（変形例３）
損失算出部１２０は、排気損失Ｑｅｘとポンプ損失Ｑｐと機械損失Ｑｍと冷却損失Ｑｒとを算出するために用いる複数のパラメータ値の一部をセンサ群２５から取得し、残りをセンサ群２５から取得したパラメータ値に基づいて推定してもよい。これにより、センサ数を低減して、エンジン１のコストを抑制することができる。
【００７０】
たとえば、損失算出部１２０は、ターボチャージャー１４のタービン１８における排気ガスの通過面積に比例するＶＮターボ絞り面積係数と、新気量（ｇ／ｓ）と、燃料噴射量（ｇ／ｓ）と、過給圧（ｋＰａ）とに基づいて、以下の式（１）によって排気圧（ｋＰａ）を推定する。
【００７１】
排気圧＝（新気量＋燃料噴射量）×過給圧／ＶＮターボ絞り面積係数・・・（１）
また、損失算出部１２０は、上記の式（１）によって算出した排気圧（ｋＰａ）と、燃料噴射量（ｇ／ｓ）と、当量比と、過給圧（ｋＰａ）とに基づいて、以下の式（２）によって排気温度を推定する。
【００７２】
排気温度＝燃料噴射量×当量比×過給圧／排気圧・・・（２）
（変形例４）
上記の説明では、熱効率算出部１３０は、排気損失Ｑｅｘとポンプ損失Ｑｐと機械損失Ｑｍと冷却損失Ｑｒとの合計損失Ｑｌｏｓｓに基づいて熱効率Ｅを算出するものとした。ただし、スワール流の強さの変化による変動量が小さい損失については省略してもよい。たとえば、スワール流の強さが変化したも機械損失Ｑｍの変動量が無視できるほど小さい場合、熱効率算出部１３０は、排気損失Ｑｅｘとポンプ損失Ｑｐと冷却損失Ｑｒとの合計損失（＝Ｑｅｘ＋Ｑｐ＋Ｑｒ）に基づいて熱効率Ｅを算出してもよい。
【００７３】
以上説明したように、図１に示すエンジン１は、燃焼室７８と、燃焼室７８内にスワール流を生じさせるためのスワールコントロールバルブ３０とを備える。図４に示すように、ＥＣＵ（制御装置）６０は、投入熱量算出部１１０と損失算出部１２０と熱効率算出部１３０とバルブ制御部１５０とを備える。投入熱量算出部１１０は、エンジン１への供給燃料量に基づいて投入熱量Ｑｉを算出する。損失算出部１２０は、エンジン１における、スワール流に関連したエネルギー損失を算出する。熱効率算出部１３０は、投入熱量Ｑｉおよび損失に基づいてエンジン１の熱効率Ｅを算出する。バルブ制御部１５０は、ＳＣＶ開度を変化させたときの熱効率Ｅの変化に基づいて、熱効率Ｅが極大値に近づくようにＳＣＶ開度を制御する。このように、スワール流は、熱効率Ｅが極大値に近づくように制御される。これによって、エンジン１の燃費が向上する。
【００７４】
好ましくは、バルブ制御部１５０は、排気温度が閾値を超える場合、スワールコントロールバルブ３０の開度を現在の開度に維持するとともにＳＣＶ開度の制御を終了する。これにより、排気温度が排気マニホールド３２の耐久温度を超えることを防止することができる。
【００７５】
好ましくは、バルブ制御部１５０は、燃焼室７８内の圧力（筒内圧）が閾値を超える場合、スワールコントロールバルブ３０の開度を現在の開度に維持するとともにＳＣＶ開度の制御を終了する。これにより、筒内圧がシリンダーの限界を超えることを防止することができる。
【００７６】
好ましくは、損失算出部１２０は、エンジン１の状態を示す複数のパラメータ値に基づいて、エネルギー損失を算出する。損失算出部１２０は、複数のパラメータ値の一部をエンジン１に設置されたセンサ群２５から取得し、複数のパラメータ値の残りをセンサ群２５から取得したパラメータ値から推定してもよい。これにより、エンジン１に設置されるセンサ数を低減して、エンジン１のコストを抑制することができる。
【００７７】
好ましくは、ＥＣＵ６０は、エンジン１の運転条件に応じた初期開度を設定する初期開度設定部１４０をさらに備える。バルブ制御部１５０は、山登り法を用いて、ＳＣＶ開度を初期開度から変化させながら最適ＳＣＶ開度を探索し、スワールコントロールバルブ３０の開度を探索した最適ＳＣＶ開度に制御する。これにより、運転条件にかかわらず固定の初期開度が設定される場合に比べて、バルブ制御部１５０における山登り法を用いた最適ＳＣＶ開度の探索に要する時間を短縮することができる。
【００７８】
好ましくは、損失算出部１２０は、排気損失Ｑｅｘとポンプ損失Ｑｐと機械損失Ｑｍと冷却損失Ｑｒとの合計損失Ｑｌｏｓｓを上記のエネルギー損失として算出する。これにより、熱効率Ｅが精度良く算出される。
【００７９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８０】
１  エンジン、１０  吸気口、１２  エアクリーナ、１４  ターボチャージャー、１６  コンプレッサ、１８  タービン、２０  インタークーラー、２２  吸気マニホールド、２４  スロットルバルブ、２５  センサ群、２８  気筒、３０  スワールコントロールバルブ、３２  排気マニホールド、３４  排気フィルタ、３６  排気通路、３８  ＥＧＲ通路、４０  ＥＧＲバルブ、４２，４８  ＥＧＲクーラー、４４  ＥＧＲ装置、４６  低圧ＥＧＲ通路、５０  低圧ＥＧＲバルブ、５２  排気絞り弁、６０  ＥＣＵ、７２  吸気ポート、７４  排気ポート、７６  ピストン、７８  燃焼室、１１０  投入熱量算出部、１２０  損失算出部、１２１  排気損失算出部、１２２  ポンプ損失算出部、１２３  機械損失算出部、１２４  冷却損失算出部、１３０  熱効率算出部、１４０  初期開度設定部、１５０  バルブ制御部、１６０  記憶部。
【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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