(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、点火プラグに向けて噴射する燃料噴霧の外郭面が点火プラグの電極部の下方を通るようにインジェクタの噴孔の向きが設定された機関構成において排気浄化触媒の活性化のための制御を行う場合に、ωタンブル流を安定的に利用できるようにする。【解決手段】触媒暖機制御中は、インジェクタ４０による第１燃料噴射が吸気行程において行われ、膨張行程中の所定期間において放電火花が発生するように点火装置が制御され、かつ、圧縮上死点よりも遅角側での第２燃料噴射であって噴射期間が上記所定期間の少なくとも一部と重複しかつ終了時期が上記所定期間の終了時期よりも進角側となる第２燃料噴射が行われる。また、触媒暖機制御中に、上記点火に伴う初期燃焼の速度を代表する第１指標値と上記点火に伴う主燃焼の速度を代表する第２指標値とを用いた判定結果に応じて、実タンブル比が制御される。【選択図】図１１
2018003750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の上部の中央付近に設けられ、放電火花を用いて筒内の混合気に点火する点火プラグを有する点火装置と、
前記燃焼室の上部の中央付近において前記点火プラグが設けられた位置よりも吸気バルブの側に配置され、前記点火プラグに向けて噴射する燃料噴霧の外郭面が前記点火プラグの電極部の下方を通るように噴孔の向きが設定されたインジェクタと、
筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記燃焼室からの排気を浄化する排気浄化触媒と、
を備え、前記燃焼室の上部では前記吸気バルブの側から排気バルブの側に向かうように前記燃焼室内を旋回するタンブル流が生成される内燃機関を制御する制御装置であって、
前記タンブル流の流速が変化するように所定のアクチュエータを制御するタンブル流制御部と、
前記排気浄化触媒を活性化させる制御として、圧縮上死点よりも進角側での第１燃料噴射が実行されるように前記インジェクタを制御し、膨張行程中に位置する所定期間において放電火花が発生するように前記点火装置を制御し、かつ、前記圧縮上死点よりも遅角側での第２燃料噴射であって噴射期間が前記所定期間の少なくとも一部と重複しかつ終了時期が前記所定期間の終了時期よりも進角側となる第２燃料噴射が実行されるように前記インジェクタを制御する燃焼制御部と、
前記筒内圧センサの出力値に基づいて、前記点火に伴う初期燃焼の速度を代表する第１指標値と前記点火に伴う主燃焼の速度を代表する第２指標値とを算出するパラメータ算出部と、
を備え、
前記タンブル流制御部は、
前記初期燃焼の速度が第１閾値よりも低いことを前記第１指標値が示し、かつ、前記主燃焼の速度が第２閾値以上であることを前記第２指標値が示すときに前記タンブル流の流速を低くすることで実タンブル比を下げるタンブル比減少制御と、前記初期燃焼の速度が前記第１閾値よりも低いことを前記第１指標値が示し、かつ、前記主燃焼の速度が前記第２閾値よりも低いことを前記第２指標値が示すときに前記タンブル流の流速を高めることで実タンブル比を上げるタンブル比増加制御とのうちの少なくとも一方を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第１指標値は、前記所定期間の開始時期から、前記筒内圧センサの出力値に基づく燃焼質量割合が５０％未満の特定割合に到達するときのクランク角度である特定割合燃焼点までのクランク角期間であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記特定割合燃焼点は、前記筒内圧センサの出力値に基づく前記燃焼質量割合が１０％に到達するときのクランク角度である１０％燃焼点であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記第２指標値は、前記筒内圧センサの出力値に基づく燃焼質量割合が１０％に到達するときのクランク角度である１０％燃焼点から、前記筒内圧センサの出力値に基づく前記燃焼質量割合が５０％に到達するときのクランク角度である５０％燃焼点までのクランク角期間であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つ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、より詳しくは、インジェクタと点火プラグとを燃焼室の上部に備えるとともに、燃焼室からの排気を浄化する触媒（排気浄化触媒）を備える内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インジェクタと点火プラグとを燃焼室の上部に備える内燃機関に関し、機関暖機の過程において排気浄化触媒の活性化を促進する幾つかの制御技術が提案されている。例えば、特開２００６−０５２６８７号公報には、燃焼室の上部に設けられて筒内に燃料を直接噴射するインジェクタと、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグであって、燃焼室の上部のうちのインジェクタからの燃料噴霧の一部が直接到達する箇所に設けられた点火プラグと、排気通路に設けられた排気浄化触媒と、を備え、排気浄化触媒の活性化を促進する目的で、膨張行程においてインジェクタによる噴射と点火プラグによる点火とを行う内燃機関の制御装置が開示されている。
【０００３】
この制御装置において、膨張行程での噴射と点火は、吸気行程または圧縮行程での噴射と、その後の点火に追加する形で行われる。具体的には、まず、吸気行程または圧縮行程において１回目の噴射が行われ、その後に１回目の点火が行われる。続いて、膨張行程の中期から後期において排気浄化触媒の活性化を目的とした２回目の噴射が行われ、その後に２回目の点火が行われる。２回目の燃料噴射量は１回目の燃料噴射量に比べて少量であり、２回目の点火は２回目の噴射による燃料噴霧が燃焼室の壁面に到達する前に行われる。インジェクタと点火プラグの位置関係が上述した関係にあり、かつ、２回目の点火が上述した時期に行われることから、この制御装置によれば、２回目の噴射による燃料の殆どを燃焼させて、排気温度を上昇させることができる。
【０００４】
また、特開２０１５−０５２２９０号公報には、リーンバーン運転時に筒内にタンブル流が生成される内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置によれば、タンブル比（タンブル流の流速／エンジン回転速度）を制御することで、タンブル流の形状が通常のタンブル形状とωタンブル形状との間で切り替えられる。ここでいう通常のタンブル形状のタンブル流とは、燃焼室の上部の中央付近に配置された点火プラグの周囲における筒内ガスの流れ方向が圧縮行程後半においても吸気バルブ側から排気バルブ側に向かう方向のままとなる形状のタンブル流のことである。また、ωタンブル形状のタンブル流（単に、「ωタンブル流」とも称する）とは、点火プラグの周囲における筒内ガスの流れ方向が圧縮行程後半において吸気バルブ側から排気バルブ側に向かう方向から排気バルブ側から吸気バルブ側に向かう方向に反転する形状のタンブル流のことである。より具体的には、この制御装置によれば、ωタンブル流を必要とするときには、ωタンブル流の生成に適したタンブル比範囲内のタンブル比が得られるように実タンブル比が制御される。実タンブル比は、タンブルコントロールバルブ等を用いて制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０５２６８７号公報
【特許文献２】特開２０１５−０５２２９０号公報
【特許文献３】特開２００９−０２４６２７号公報
【特許文献４】特開２０１４−１４５３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで本発明者は、特開２００６−０５２６８７号公報とは異なる機関構成において、排気浄化触媒を活性化するための制御を検討しているところである。検討に係る機関構成は、インジェクタと点火プラグがともに燃焼室の上部に設けられる点、インジェクタが点火プラグよりも吸気バルブ側に配置される点、および、インジェクタが点火プラグの方向に向かう燃料噴霧を有する点において当該公報の機関構成と共通している。ただし、検討に係る機関構成は、点火プラグの方向に向かう燃料噴霧の外郭面が点火プラグの電極部の下方を通るように噴孔の向きが調整されている点において同公報の機関構成と異なっている。また、検討に係る機関構成は、燃焼室に供給される吸気からタンブル流が形成される点においても同公報の機関構成と異なっている。
【０００７】
燃焼室に形成されるタンブル流は、燃焼室の上部では吸気バルブ側から排気バルブ側に向かうように燃焼室内を旋回しており、検討に係る制御はこのようなタンブル流を前提としている。検討に係る制御は、具体的には、圧縮上死点よりも進角側での第１燃料噴射が実行されるようにインジェクタを制御し、かつ、点火プラグによる点火の開始時期（つまり、上記電極部での放電の開始時期）を圧縮上死点よりも遅角側（膨張行程中）に設定するものである。これに加え、検討に係る制御は、上記電極部での放電期間（点火期間）中にその噴射期間が終了するような態様で第２燃料噴射を行う。インジェクタから高圧状態で噴射された燃料は、その周囲の空気を持ち去ることで低圧部を形成する（エントレインメント）。そのため、放電期間中にその噴射期間が終了するような態様で第２燃料噴射が行われると、第１燃料噴射による燃料噴霧への膨張行程での点火により生じた初期火炎が点火プラグの方向に向かう第２燃料噴射の燃料噴霧の周囲に形成された低圧部に誘引される。
【０００８】
タンブル流が発生している燃焼室内で特開２００６−０５２６８７号公報の様な膨張行程の中期から後期にかけての２回目の噴射とその後の２回目の点火を行った場合は、２回目の点火が開始されるまでの間に、２回目の噴射による燃料噴霧の形状がタンブル流や筒内圧力の影響を受けて変化し易い。そのため、点火プラグのプラグ燻りを考慮したインジェクタの位置設計を行うか、或いは、インジェクタの最適な噴射時期を選定しなければ、点火プラグ周りの混合気の濃度が安定せず燃焼変動が大きくなってしまう。この点、点火期間中にその噴射期間が終了するような態様で第２燃料噴射を行えば、上記低圧部に誘引された初期火炎が第２燃料噴射による燃料噴霧と接触し、これを巻き込んで成長することになる。これにより、混合気の燃焼速度が向上して燃焼を安定化させて、燃焼変動を抑えることができる。
【０００９】
さらに、本発明者の鋭意研究により、検討に係る制御の実行中に上述のωタンブル流を利用することで、初期火炎の生成から、当該初期火炎が第２燃料噴射による燃料噴霧に到達するまでの時間を短縮することができ、検討に係る制御の実行中に燃焼安定性をより効果的に向上させられることが分かった。ただし、ωタンブル流の生成に適した上述のタンブル比範囲は狭く、また、タンブル比は内燃機関の製造誤差または経年劣化といった要因によりばらつくこともある。したがって、検討に係る制御の実行中に燃焼安定性の向上を図るうえでは、ωタンブル流を安定的に利用できるようにすることが望まれる。
【００１０】
この発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、点火プラグに向けて噴射する燃料噴霧の外郭面が点火プラグの電極部の下方を通るようにインジェクタの噴孔の向きが設定された機関構成において排気浄化触媒の活性化のための制御を行う場合に、ωタンブル流を安定的に利用できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃焼室の上部の中央付近に設けられ、放電火花を用いて筒内の混合気に点火する点火プラグを有する点火装置と、前記燃焼室の上部の中央付近において前記点火プラグが設けられた位置よりも吸気バルブの側に配置され、前記点火プラグに向けて噴射する燃料噴霧の外郭面が前記点火プラグの電極部の下方を通るように噴孔の向きが設定されたインジェクタと、筒内圧を検出する筒内圧センサと、前記燃焼室からの排気を浄化する排気浄化触媒と、を備え、前記燃焼室の上部では前記吸気バルブの側から排気バルブの側に向かうように前記燃焼室内を旋回するタンブル流が生成される内燃機関を制御する。前記制御装置は、タンブル流制御部と、燃焼制御部と、指標値算出部とを備える。前記タンブル流制御部は、前記タンブル流の流速が変化するように所定のアクチュエータを制御する。前記燃焼制御部は、前記排気浄化触媒を活性化させる制御として、圧縮上死点よりも進角側での第１燃料噴射が実行されるように前記インジェクタを制御し、膨張行程中に位置する所定期間において放電火花が発生するように前記点火装置を制御し、かつ、前記圧縮上死点よりも遅角側での第２燃料噴射であって噴射期間が前記所定期間の少なくとも一部と重複しかつ終了時期が前記所定期間の終了時期よりも進角側となる第２燃料噴射が実行されるように前記インジェクタを制御する。前記指標値算出部は、前記筒内圧センサの出力値に基づいて、前記点火に伴う初期燃焼の速度を代表する第１指標値と前記点火に伴う主燃焼の速度を代表する第２指標値とを算出する。そして、前記タンブル流制御部は、前記初期燃焼の速度が第１閾値よりも低いことを前記第１指標値が示し、かつ、前記主燃焼の速度が第２閾値以上であることを前記第２指標値が示すときに前記タンブル流の流速を低くすることで実タンブル比を下げるタンブル比減少制御と、前記初期燃焼の速度が前記第１閾値よりも低いことを前記第１指標値が示し、かつ、前記主燃焼の速度が前記第２閾値よりも低いことを前記第２指標値が示すときに前記タンブル流の流速を高めることで実タンブル比を上げるタンブル比増加制御とのうちの少なくとも一方を実行する。
【００１２】
前記第１指標値は、前記所定期間の開始時期から、前記筒内圧センサの出力値に基づく燃焼質量割合が５０％未満の特定割合に到達するときのクランク角度である特定割合燃焼点までのクランク角期間であってもよい。
【００１３】
前記特定割合燃焼点は、前記筒内圧センサの出力値に基づく前記燃焼質量割合が１０％に到達するときのクランク角度である１０％燃焼点であってもよい。
【００１４】
前記第２指標値は、前記筒内圧センサの出力値に基づく燃焼質量割合が１０％に到達するときのクランク角度である１０％燃焼点から、前記筒内圧センサの出力値に基づく前記燃焼質量割合が５０％に到達するときのクランク角度である５０％燃焼点までのクランク角期間であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排気浄化触媒を活性化させる制御が実行される際に、初期燃焼の速度が第１閾値よりも低いことを第１指標値が示し、かつ、主燃焼の速度が第２閾値以上であることを第２指標値が示すときにタンブル流の流速を低くすることで実タンブル比を下げるタンブル比減少制御と、初期燃焼の速度が第１閾値よりも低いことを第１指標値が示し、かつ、主燃焼の速度が第２閾値よりも低いことを第２指標値が示すときにタンブル流の流速を高めることで実タンブル比を上げるタンブル比増加制御とのうちの少なくとも一方が実行される。これにより、ωタンブル流を安定的に利用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。
【図２】点火時期（ＳＡ）と燃焼質量割合の波形とを表した図である。
【図３】触媒暖機制御中のインジェクタによる各噴射期間と、点火プラグによる点火期間（電極部での放電期間）の一例を表した図である。
【図４】膨張行程噴射による初期火炎の誘引作用を説明するための図である。
【図５】点火期間の開始から膨張行程噴射の終了までのインターバル（点火開始−噴射終了インターバル）と、燃焼変動率との関係を示した図である。
【図６】ベース適合値マップの一例を示した図である。
【図７】内燃機関の冷間始動時における、点火プラグによる点火時期（より正確には、点火期間の開始時期）とエンジン冷却水温の推移を示した図である。
【図８】燃焼室内のタンブル流を上方から見下ろした図である。
【図９】タンブル形状の違いが膨張行程噴射による初期火炎の誘引作用に与える影響を説明するための図である。
【図１０】吸気バルブの開き時期ＩＶＯの調整による実タンブル比の調整手法を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態１においてＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態１の変形例においてＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態１の変形例においてＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態２においてＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態３においてＥＣＵが実行する処理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】
【００１７】
実施の形態１．
まず、図１〜図１１を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１８】
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態に係るシステムは、車両に搭載される内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は４ストローク１サイクルエンジンであり、複数の気筒を有している。ただし、図１には、そのうちの１つの気筒１２のみが描かれている。内燃機関１０は、気筒１２が形成されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４上に配置されるシリンダヘッド１６と、を有している。気筒１２内にはその軸方向（本実施の形態では鉛直方向）に往復動するピストン１８が配置されている。内燃機関１０の燃焼室２０は、少なくともシリンダブロック１４の壁面と、シリンダヘッド１６の下面と、ピストン１８の上面と、によって画定されている。
【００１９】
シリンダヘッド１６には、燃焼室２０に連通する吸気ポート２２および排気ポート２４が一例として２つずつ形成されている。吸気ポート２２の燃焼室２０に連通する開口部には吸気バルブ２６が設けられ、排気ポート２４の燃焼室２０に連通する開口部には排気バルブ２８が設けられている。内燃機関１０の排気通路３０は、排気ポート２４内の通路を含んでいる。排気通路３０における排気ポート２４よりも下流側の部位には、排気浄化触媒３２が配置されている。排気浄化触媒３２は、一例として、活性化状態にある触媒の雰囲気がストイキ近傍にあるときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を浄化する三元触媒が挙げられる。
【００２０】
吸気バルブ２６の開弁特性は、吸気可変動弁装置３４により変更可能である。より具体的には、吸気可変動弁装置３４は、一例として、吸気バルブ２６の開弁期間（作用角）を固定としつつ所定範囲内で開閉時期を連続的に変更する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）機構を有している。より具体的には、本実施形態で用いられるＶＶＴ機構は、一例として、吸気カム軸（図示省略）を共有する複数の気筒（本実施形態では、一例として全気筒）の吸気バルブ２６の開閉時期を一括して変更する機構であるものとする。
【００２１】
シリンダヘッド１６には、燃焼室２０の上部の中央よりもやや排気バルブ２８の側の位置に、点火プラグ３６が設けられている。点火プラグ３６は、中心電極と接地電極とからなる電極部３８を先端に備えている。また、燃焼室２０の上部の中央付近であって、点火プラグ３６が設けられた位置よりも吸気バルブ２６の側の位置には、先端が燃焼室２０内に突き出すようにインジェクタ４０が設けられている。インジェクタ４０は燃料タンク、デリバリパイプ、サプライポンプ等から構成される燃料供給系（図示省略）に接続されている。インジェクタ４０の先端には複数の噴孔（図示省略）が放射状に形成されており、インジェクタ４０を開弁するとこれらの噴孔から燃料が高圧状態で噴射される。インジェクタ４０は、その噴孔から放射状に噴射された燃料噴霧のうち、点火プラグ３６に最も近づく燃料噴霧の外郭面（以下「噴霧外郭面」ともいう。）が点火プラグ３６の電極部３８の下方を通るように、噴孔の向きが事前に設定されている。なお、図１に描かれる外郭線は、インジェクタ４０からの燃料噴霧のうちの点火プラグ３６に最も近づく燃料噴霧の外郭面を表している。
【００２２】
各気筒の吸気ポート２２には、電子制御式のタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）４２が設けられている。ＴＣＶ４２は、吸気ポート２２内の吸気の流れに偏りを生じさせることにより、筒内にタンブル流（縦渦流）を生成させるものである。このＴＣＶ４２の開度を変更することにより、タンブル流のタンブル比（タンブル流の角速度／エンジン回転速度）を調整することができる。より具体的には、内燃機関１０では、図１に示すように、次のような態様でタンブル流が生成されることが前提とされている（タンブル流の形状の制御については後述する）。すなわち、タンブル流は、燃焼室２０の上部では吸気バルブ２６側から排気バルブ２８側に向かうように燃焼室２０内を旋回する。本明細書では、このような形態のタンブル流を「正タンブル流」とも称する。なお、正タンブル流の生成は、公知の知見を利用して、ＴＣＶ４２を用いずに吸気ポート２２の形状を工夫することで実現されるようになっていてもよい。
【００２３】
また、図１に示すように、本実施の形態に係るシステムは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えている。ＥＣＵ５０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、ピストン１８に接続されたクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ５２と、車両の運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ５４と、内燃機関１０の冷却水温（以下「エンジン冷却水温」ともいう。）を検出する温度センサ５６と、筒内圧を検出する筒内圧センサ５８とが少なくとも含まれている。ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。ＥＣＵ５０によって操作されるアクチュエータには、上述したインジェクタ４０と点火装置（点火プラグ３６以外の構成要素は図示省略）とが少なくとも含まれている。
【００２４】
［ＭＦＢおよびこれに基づくＣＡＸの算出］
図２は、点火時期（ＳＡ）と燃焼質量割合の波形とを表した図である。筒内圧センサ５８とクランク角センサ５２とを備える本実施形態のシステムによれば、内燃機関１０の各サイクルにおいて、クランク角度（ＣＡ）同期での筒内圧Ｐの実測データ（より具体的には、所定クランク角度毎の値として算出された筒内圧Ｐの集合）を取得することができる。得られた筒内圧Ｐの実測データと熱力学第１法則とを用いて、任意のクランク角度θでの気筒内の熱発生量Ｑを次の（１）、（２）式にしたがって算出することができる。そして、算出された熱発生量Ｑの実測データ（所定クランク角度毎の値として算出された熱発生量Ｑの集合）を用いて、任意のクランク角度θにおける燃焼質量割合（以下、「ＭＦＢ」と称する）を次の（３）式にしたがって算出することができる。そのうえで、ＭＦＢの算出処理を所定クランク角度毎に実行することで、クランク角度同期でのＭＦＢの実測データ（実測ＭＦＢの集合）を算出することができる。ＭＦＢの実測データは、燃焼期間およびその前後の所定クランク角期間（ここでは、一例として、吸気バルブ２６の閉じ時期ＩＶＣから排気バルブ２８の開き時期ＥＶＯまでのクランク角期間）で算出される。
【数１】
2018003750.tif 000003
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ただし、上記（１）式において、Ｖは筒内容積、κは筒内ガスの比熱比である。また、上記（３）式において、θｍｉｎは燃焼開始点であり、θｍａｘは燃焼終了点である。
【００２５】
上記手法によって算出されたＭＦＢの実測データによれば、ＭＦＢが任意の割合Ｘ％に到達するときのクランク角度（ＣＡＸ）を算出することができる。次に、図２を参照して代表的なクランク角度ＣＡＸについて説明する。筒内の燃焼は、点火時期（ＳＡ）にて混合気に点火を行った後に着火遅れを伴って開始する。この燃焼の開始点（上記（３）式中のθｍｉｎ）、すなわち、ＭＦＢが立ち上がる時のクランク角度をＣＡ０と称する。ＣＡ０からＭＦＢが１０％となる時のクランク角度ＣＡ１０までのクランク角期間（ＣＡ０−ＣＡ１０）が一般的に初期燃焼期間に相当し、ＣＡ１０からＭＦＢが９０％となる時のクランク角度ＣＡ９０までのクランク角期間（ＣＡ１０−ＣＡ９０）が一般的に主燃焼期間に相当する。また、ＭＦＢが５０％となる時のクランク角度ＣＡ５０は燃焼重心点である。ＭＦＢが１００％となる時のクランク角度ＣＡ１００は、熱発生量Ｑが最大値に到達する燃焼終了点（上記（３）式中のθｍａｘ）に相当する。燃焼期間は、ＣＡ０からＣＡ１００までのクランク角期間として特定される。
【００２６】
［エンジン始動時の制御］
本実施の形態では、図１に示したＥＣＵ５０による内燃機関１０の冷間始動直後の制御として、排気浄化触媒３２の活性化を促進する制御（以下「触媒暖機制御」ともいう。）が行われる。ＥＣＵ５０によって実行される触媒暖機制御について、図３乃至図７を参照して説明する。
【００２７】
図３は、触媒暖機制御中のインジェクタ４０による各噴射期間と、点火プラグ３６による点火期間（電極部３８での放電期間であり、本発明における「所定期間」に相当）の一例を表した図である。図３に示すように、触媒暖機制御中は、インジェクタ４０による１回目の燃料噴射（第１燃料噴射）が吸気行程において行われ、圧縮上死点よりも後の膨張行程において、１回目の燃料噴射に比べて少量の２回目の燃料噴射（第２燃料噴射）が行われる。以下の説明においては、１回目の燃料噴射（第１燃料噴射）を「吸気行程噴射」とも称し、２回目の燃料噴射（第２燃料噴射）を「膨張行程噴射」とも称す。なお、本実施形態では、一例として、吸気行程噴射と膨張行程噴射も含めた全燃料による空燃比が理論空燃比になるように各行程での燃料噴射量が決められる。このため、吸気行程噴射によって生成された混合気の空燃比は理論空燃比よりもややリーンとなる。なお、第１燃料噴射は、吸気行程噴射に代え、あるいはそれとともに圧縮行程において行われる燃料噴射であってもよい。また、第１燃料噴射は、複数回に分割して行われてもよい。
【００２８】
また、図３に示すように、触媒暖機制御中は、点火プラグ３６による点火期間の開始時期（放電開始時期）が、圧縮上死点よりも遅角側に設定される。なお、図３においては、点火期間の開始時期よりも遅角側で膨張行程噴射が行われているが、膨張行程噴射が点火期間の開始時期よりも進角側で開始されてもよい。より具体的には、後述する誘引作用を得るためには、膨張行程噴射の噴射期間の少なくとも一部が点火期間（本発明における「所定期間」）と重複し、かつ、膨張行程噴射の終了時期が点火期間の終了時期よりも進角側に位置している必要がある。なお、この条件を満たすようになっていれば、膨張行程噴射（第２燃料噴射）は複数回に分割して行われてもよい。
【００２９】
（膨張行程噴射による誘引作用）
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、膨張行程噴射による初期火炎の誘引作用を説明するための図である。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）には、点火プラグ３６による点火期間中に電極部３８で生じている放電火花、および、吸気行程噴射による燃料噴霧とこの放電火花が接触することで生じた初期火炎（火炎核）の２つの異なる状態が描かれている。図４（Ａ）に示される状態が膨張行程噴射を伴わない例での状態に相当し、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示される状態が膨張行程噴射を伴う例での状態に相当している。なお、説明の便宜上、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）には、膨張行程噴射による燃料噴霧のうち、点火プラグ３６に最も近づく燃料噴霧のみを示す。
【００３０】
図４（Ａ）に示すように、膨張行程噴射を伴わない例では、電極部３８で生じている放電火花および初期火炎がタンブル流の流れ方向に延びる。一方、図４（Ｂ）に示すように、膨張行程噴射が行われると、燃料噴霧の周囲には低圧部が形成される。このため、膨張行程中に形成された電極部３８の放電火花から生じた初期火炎は、図４（Ｂ）に示すように、電極部３８の下方を通る燃料噴霧によって誘引される。膨張行程噴射の燃料噴霧によって、燃焼室２０内には空燃比が理論空燃比よりもややリッチでかつ乱れの大きい領域ができている。燃料噴霧によって誘引された初期火炎がこの領域まで到達することで、火炎は一気に成長して燃焼が急速に進行する。これにより、膨張行程噴射を伴わない例（図４（Ａ））と比べ、混合気の燃焼速度が向上して燃焼が安定化し、ドライバビリティに悪影響を及ぼすサイクル間の燃焼変動が抑制される。
【００３１】
（点火開始−噴射終了インターバルの制御）
触媒暖機制御では、点火プラグ３６による点火時期の開始から膨張行程噴射の終了までのインターバルがＥＣＵ５０によって制御される。図５は、点火期間の開始から膨張行程噴射の終了までのインターバル（点火開始−噴射終了インターバル）と、燃焼変動率との関係を示した図である。図５に示す燃焼変動率と点火開始−噴射終了インターバルとの関係は、点火期間の開始時期と終了時期とを固定しつつ、噴射期間（つまり噴射量）が固定された膨張行程噴射の開始時期を変更することで得られたものである。図５に示すように、「点火開始−噴射終了インターバル」に対して燃焼変動率は下に凸の曲線となり、燃焼変動率が最も小さな値を示すのは、点火期間の開始時期（点火開始）と膨張行程噴射の開始時期（噴射開始）を揃える場合（点火開始＝噴射開始）よりも遅角側においてである。
【００３２】
ＥＣＵ５０のＲＯＭには、図５に示した燃焼変動率が最も小さな値を示すときの「点火開始−噴射終了インターバル」の値（以下「ベース適合値」ともいう。）を、エンジン運転状態に関連付けたマップ（以下「ベース適合値マップ」ともいう。）が記憶されており、触媒暖機制御の際にはベース適合値がこのマップから読み出される。
【００３３】
図６は、ベース適合値マップの一例を示した図である。図６に示すように、ベース適合値マップは、エンジン回転速度とエンジン負荷率ｋｌを両軸とする２次元マップとして作成されている。因みにベース適合値マップは、所定の温度刻みで区切ったエンジン冷却水温域ごとに作成されているので、実際にはこのような２次元マップが複数存在している。また、図６に矢印で示すように、ベース適合値は、エンジン回転速度が高くなるほど、または、エンジン負荷率ｋｌが低くなるほど遅角側の値を取るように設定されている。この理由は、エンジン回転速度が高い場合には初期火炎の成長が相対的に遅くなるからであり、エンジン負荷率ｋｌが高い場合には筒内環境の改善により初期火炎の成長が相対的に速くなるからである。
【００３４】
触媒暖機制御において、点火プラグ３６による点火期間の開始時期と膨張行程噴射の終了時期は、具体的には次のように決定される。まず、基本点火時期と遅角補正量とに基づいて、点火プラグ３６による点火期間の開始時期が決定される。そして、ベース適合値マップとエンジン運転状態とから求めたベース適合値を、決定した点火期間の開始時期に加算することで、膨張行程噴射の終了時期が決定される。図７は、内燃機関の冷間始動時における、点火プラグ３６による点火時期（より正確には、点火期間の開始時期）とエンジン冷却水温の推移を示した図である。図７に示す時刻ｔ０において内燃機関１０が始動されたとすると、その直後の時刻ｔ１から触媒暖機制御を実行する運転モード（以下「触媒暖機モード」ともいう。）が開始され、点火時期が徐々に遅角側の値に設定される。そして、エンジン冷却水温がクライテリア（一例として５０℃）に到達した時刻ｔ２において触媒暖機モードを伴うファストアイドリング（ＦＩ）運転が終了され、その後は点火時期が徐々に進角側の値に設定される。
【００３５】
なお、基本点火時期は、エンジン運転条件（主に、吸入空気量およびエンジン回転速度）に応じた値としてＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されている。また、遅角補正量は、遅角補正量をエンジン冷却水温に関連付けたマップ（以下「遅角補正量マップ」ともいう。）に基づいて決定される。因みにこの遅角補正量マップは、ベース適合値マップと同じくＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されており、触媒暖機制御の際には点火期間の開始時期（点火時期）がこのマップから読み出される。
【００３６】
［タンブル流の形状の制御］
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、燃焼室２０内のタンブル流を上方から見下ろした図であり、これらの図では、気筒の軸線方向における電極部３８付近の位置において圧縮上死点近傍の時期に生じているタンブル流の形状が表されている。
【００３７】
図８（Ａ）は、正タンブル流が生じている例に対応している。このため、この例では、筒内ガスが電極部３８の付近において吸気バルブ２６側から排気バルブ２８側に向かっている。一方、図８（Ｂ）に表された形状のタンブル流は、正タンブル流とは逆に、筒内ガスが電極部３８の付近において排気バルブ２８側から吸気バルブ２６側に向かっている。このタンブル流は、図８（Ｂ）に示すように、燃焼室２０の上方から見てω形状に見えるため、以下、この形状を「ωタンブル形状」とも称し、ωタンブル形状のタンブル流を単に「ωタンブル流」とも称する。
【００３８】
ωタンブル流の生成メカニズムは、例えば、特開２０１５−０５２２９０号公報に詳述されているため、ここでは、その概要を説明する。すなわち、この文献に開示されているように、ωタンブル流の生成に適した特定のタンブル比範囲が存在することが知られている。したがって、タンブル比が上記タンブル比範囲内になっていると、ωタンブル流が生成されることになる。さらに付け加えると、ωタンブル流は、上記文献に記載されているように次のような過程を経て生成されるものである。すなわち、タンブル比が上記タンブル比範囲内にあると、本来は正タンブル流として筒内で１つの剛体渦となるべきタンブル流が、筒内ガスが圧縮行程において圧縮されていく過程で、タンブル中心軸の屈曲によって２つの中心軸を有するタンブル流（燃焼室２０を上方から見て回転方向が互いに逆となる２つのスワール流（横渦流）成分を有するタンブル流）に変化していく。その結果、図８（Ｂ）に示すように、圧縮上死点近傍において、燃焼室２０を上方から見てω形状の流れとなる。そして、このωタンブル流は、本実施形態の触媒暖機制御で用いられる膨張行程での点火および燃料噴射の時期まで残存する。
【００３９】
一方、タンブル比が上記タンブル比範囲から外れると、タンブル中心軸の屈曲の程度が、ωタンブル流が生成される例よりも低くなるため、図８（Ａ）に示すように圧縮上死点近傍の時期においても正タンブル流が維持される。そして、この場合の正タンブル流は、ωタンブル流に変化した場合と同様に、本実施形態の触媒暖機制御で用いられる膨張行程での点火および燃料噴射の時期まで残存する。
【００４０】
［タンブル形状の違いが誘引作用に与える影響］
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、タンブル形状の違いが膨張行程噴射による初期火炎の誘引作用に与える影響を説明するための図である。
【００４１】
まず、図９（Ａ）に示すように、タンブル比がωタンブル流の生成に適したタンブル比範囲よりも低い例では、電極部３８付近の放電火花は、正タンブル流により吸気バルブ２６の側から排気バルブ２８の側に流されていき、それに伴い、初期火炎も同様の方向に流されていく。つまり、この例では、初期火炎は膨張行程噴射による燃料噴霧から遠くなる方向に流された後に誘引作用を受けることになる。このため、初期火炎が燃料噴霧によって誘引されにくくなる。その結果、初期燃焼期間（図２参照）が長くなる。このことは、図９（Ｃ）に示す例、すなわち、タンブル比が上記タンブル比範囲よりも高い例においても同様である。
【００４２】
一方、図９（Ｂ）は、タンブル比が上記タンブル比範囲内にあるときの誘引作用を示している。この例では、電極部３８付近の放電火花は、ωタンブル流により排気バルブ２８の側から吸気バルブ２６の側に流されていき、それに伴い、初期火炎も同様の方向に流されていく。つまり、この例では、初期火炎は膨張行程噴射による燃料噴霧に近づく方向に流された後に誘引作用を受けることになるので、初期火炎が燃料噴霧によって誘引され易くなる。また、初期火炎の生成（火炎核形成）から、当該初期火炎が燃料噴霧に到達するまでの時間を短縮することができる。その結果、初期燃焼速度が高くなる（換言すると、初期燃焼期間が短くなる）。
【００４３】
［触媒暖機制御中のタンブル制御］
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を参照して説明した知見から、触媒暖機制御の実行中にωタンブル流が得られるように実タンブル比を制御すれば、ωタンブル流を利用して燃焼安定性を向上させることができるといえる。ただし、ωタンブル流の生成に適した上述のタンブル比範囲は狭く、また、実タンブル比は内燃機関１０の製造誤差または経年劣化といった要因によりばらつくこともある。したがって、触媒暖機制御の実行中に燃焼安定性の向上を図るうえでは、ωタンブル流を安定的に利用できるようにすることが望まれる。
【００４４】
上記の要求に関し、実タンブル比がωタンブル流の生成に適したタンブル比範囲内にあるか否かを触媒暖機制御の実行中に判断することができれば、その判断結果に基づいて実タンブル比を制御することで、ωタンブル流を安定的に利用できるようになるといえる。ここで、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）を参照して既述したように、ωタンブル流が生成されている例（図９（Ｂ））では、ωタンブル流が生成されていない例（図９（Ａ）および図９（Ｃ））と比べて、初期燃焼の速度が高くなる（初期燃焼期間が短くなる）。
【００４５】
そこで、本実施形態では、筒内圧センサ５８の出力値に基づいて初期燃焼速度を代表する第１指標値を算出し、この第１指標値の大きさに基づいてωタンブル流が生成されているか否か（換言すると、実タンブル比がωタンブル流の生成に適したタンブル比範囲内にあるか否か）を判断することとした。本実施形態では、そのような第１指標値の一例として、点火時期（ＳＡ）から１０％燃焼点ＣＡ１０までのクランク角期間（以下、「ＳＡ−ＣＡ１０」とも称する）が利用される。
【００４６】
ただし、初期燃焼速度と相関のあるＳＡ−ＣＡ１０が上述の判断を可能とする閾値ＴＨ１以下であるか否かを判断するだけでは、ＳＡ−ＣＡ１０が閾値ＴＨ１よりも大きいとき（つまり、初期燃焼速度が低いとき）にタンブル比が上記タンブル比範囲よりも低い（図９（Ａ））かまたは高い（図９（Ｃ））かを判断することができない。ここで、タンブル比が高い方が、タンブル比が低いときと比べて、主燃焼速度が高くなる（換言すると、主燃焼期間が短くなる）。したがって、ＳＡ−ＣＡ１０による初期燃焼速度の評価とともに主燃焼速度を評価することで、上記タンブル比範囲と比べてタンブル比が不足しているか（図９（Ａ））過剰であるか（図９（Ｃ））であるかを判別できるようになる。本実施形態では、主燃焼速度を代表する第２指標値の一例として、１０％燃焼点ＣＡ１０から５０％燃焼点（燃焼重心点）ＣＡ５０までのクランク角期間（以下、「ＣＡ１０−５０」とも称する）が利用される。
【００４７】
具体的には、本実施形態では、上述の触媒暖機制御の実行中にＳＡ−ＣＡ１０が閾値ＴＨ１よりも大きいときには、ＣＡ１０−５０が閾値ＴＨ２以下であるか否かが判定される。その結果、ＣＡ１０−５０が閾値ＴＨ２以下であれば、タンブル流の流速を高めて実タンブル比が上げるようにし、一方、ＣＡ１０−５０が閾値ＴＨ２よりも大きければ、タンブル流の流速を低くして実タンブル比を下げるようにした。
【００４８】
図１０は、吸気バルブ２６の開き時期ＩＶＯの調整による実タンブル比の調整手法を説明するための図である。図１０は、上述の触媒暖機制御の実行中に用いられる吸気バルブ２６および排気バルブ２８のバルブタイミングを表している。上述の吸気可変動弁装置３４によれば、吸気バルブ２６の開き時期ＩＶＯを変更することができる。図１０に示すように吸気バルブ２６の開き時期ＩＶＯが吸気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側に設定されている例において開き時期ＩＶＯが吸気上死点に近づくように遅角されると、吸入空気量が減少してタンブル流の流速が低くなる。これにより、実タンブル比を下げることができる。このため、図１０に示すように圧縮上死点よりも進角側において開き時期ＩＶＯを進角または遅角することで、実タンブル比を増減させることができる。
【００４９】
そこで、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０およびＣＡ１０−５０を利用した上述の判定によって実タンブル比を上げる必要が生じた場合には、吸気可変動弁装置３４を用いて開き時期ＩＶＯが所定量だけ進角され、逆に、実タンブル比を下げる必要が生じた場合には、開き時期ＩＶＯが所定量だけ遅角される。
【００５０】
［実施の形態１における具体的な処理］
図１１は、本発明の実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、この図１１に示すルーチンは、上述の触媒暖機制御の実行中に繰り返し実行されるものとする。
【００５１】
図１１に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、まず、ＳＡ−ＣＡ１０が閾値ＴＨ１以下であるか否かを判定する（ステップ１００）。本ステップ１００で用いられるＳＡ−ＣＡ１０は、所定の代表気筒に設けられた筒内圧センサ５８の出力値に基づいて算出されるＣＡ１０と、点火時期（点火期間の開始時期）とを用いて算出される。触媒暖機制御の実行中の点火期間の開始時期（点火時期（ＳＡ））は、既述したように、エンジン冷却水温に応じた値として決定される。また、閾値ＴＨ１は、触媒暖機制御の実行中にωタンブル流が生成されるときに得られるＳＡ−ＣＡ１０の最大値相当の値として事前に設定された値である。
【００５２】
ステップ１００の判定が成立する場合（ＳＡ−ＣＡ１０≦ＴＨ１）、つまり、初期燃焼速度が第１閾値以上であることをＳＡ−ＣＡ１０が示している場合には、算出されたＳＡ−ＣＡ１０が上述の最大値相当の値以下であるためにωタンブル流が生成されており、このため、誘引作用が生じるタイミングにおいて吸気バルブ２６の側に向かう気流が電極部３８の周囲に十分な流速で生成されている（図９（Ｂ）参照）と判断することができる。このため、ＥＣＵ５０は、この場合には、今回のルーチンの処理を速やかに終了させる。
【００５３】
一方、ステップ１００の判定が不成立となる場合（ＳＡ−ＣＡ１０＞ＴＨ１）、つまり、初期燃焼速度が第１閾値よりも低いことをＳＡ−ＣＡ１０が示している場合には、誘引作用が生じるタイミングにおいてωタンブル流が生成されていないと判断することができる。この場合には、ＥＣＵ５０は、次いで、ＣＡ１０−５０が閾値ＴＨ２以下であるか否かを判定する（ステップ１０２）。本ステップ１０２で用いられるＣＡ１０−５０も、ステップ１００と同様に、上記の所定の代表気筒に設けられた筒内圧センサ５８の出力値に基づく値である。また、閾値ＴＨ２は、この代表気筒の実タンブル比が、ωタンブル流の生成に適したタンブル比範囲の上限よりも高いか、もしくはその下限よりも低いかを判断可能な値として事前に設定された値である。
【００５４】
ステップ１０２の判定が成立する場合（ＣＡ１０−５０≦ＴＨ２）、つまり、主燃焼速度が第２閾値以上であることをＣＡ１０−５０が示している場合には、実タンブル比が上記タンブル比範囲の上限よりも高いと判断できる。この場合には、ＥＣＵ５０は、実タンブル比を下げるために、吸気バルブ２６の開き時期ＩＶＯが所定量だけ遅角するように吸気可変動弁装置３４を制御する（ステップ１０４）。すなわち、実施の形態１では、このような態様でタンブル比減少制御が実行される。
【００５５】
一方、ステップ１０２の判定が不成立となる場合（ＣＡ１０−５０＞ＴＨ２）、つまり、主燃焼速度が第２閾値よりも低いことをＣＡ１０−５０が示している場合には、実タンブル比が上記タンブル比範囲の下限よりも低いと判断できる。この場合には、ＥＣＵ５０は、実タンブル比を上げるために、吸気バルブ２６の開き時期ＩＶＯが所定量だけ進角するように吸気可変動弁装置３４を制御する（ステップ１０６）。すなわち、実施の形態１では、このような態様でタンブル比増加制御が実行される。
【００５６】
以上説明した図１１に示すルーチンの処理によれば、触媒暖機制御の開始時にωタンブル流が生成されていない場合であっても、本ルーチンの処理を繰り返し実行することで、ωタンブル流の生成に適したタンブル比範囲内に実タンブル比を制御できるようになる。これにより、上述の誘引作用を利用する触媒暖機制御の実行時にωタンブル流を安定的に利用できるようになり、その結果、燃焼安定性を安定的に向上させられるようになる。
【００５７】
また、本実施形態では、膨張行程での点火に伴う初期燃焼の速度を代表する第１指標値の一例として、ＳＡ−ＣＡ１０が使用される。ここで、筒内圧センサ５８を用いて算出される燃焼開始点ＣＡ０には、筒内圧センサ５８の出力値に重畳するノイズの影響により誤差が生じ易い。このため、第１指標値として用いられるクランク角期間の始期を点火時期（ＳＡ）とすることで、ノイズの影響を回避しつつ、燃焼開始点ＣＡ０に近い時期において上記始期を適切に特定することができる。また、このノイズの影響は、燃焼開始点ＣＡ０から離れるにつれて小さくなる。このため、第１指標値として用いられるクランク角期間の終期を１０％燃焼点ＣＡ１０とすることで、ノイズの影響を極力小さくしつつ、上記終期を適切に特定することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、膨張行程での点火に伴う主燃焼の速度を代表する第２指標値の一例として、ＣＡ１０−５０が使用される。筒内圧センサ５８の出力に基づいて算出される燃焼終了点ＣＡ１００についても、燃焼開始点ＣＡ０と同様に、上記ノイズの影響により誤差が生じ易い。そして、このノイズの影響は、燃焼開始点ＣＡ０および燃焼終了点ＣＡ１００の双方から離れた５０％燃焼点ＣＡ５０付近において最も小さくなる。このため、第２指標値として用いられるクランク角期間の終期を５０％燃焼点ＣＡ５０とすることで、ノイズの影響を好適に小さくしつつ、主燃焼速度を代表するクランク角期間を適切に設定できるようになる。
【００５９】
ところで、上述した実施の形態１においては、ＳＡ−ＣＡ１０が閾値ＴＨ１よりも大きい場合には、ＣＡ１０−５０の判定結果に応じてタンブル比減少制御またはタンブル比増加制御が実行されるようになっている。しかしながら、ＳＡ−ＣＡ１０が閾値ＴＨ１よりも大きい場合には、タンブル比減少制御およびタンブル比増加制御の何れか一方のみが実行されるだけでも、これらの制御の何れも実行されない場合と比べて、ωタンブル流をより安定的に生成させられるようになるといえる。このため、上述の図１１に示すルーチンの処理に代え、図１２に示すルーチンのようにタンブル比減少制御のみが実行されてもよいし、あるいは、図１３に示すルーチンのようにタンブル比増加制御のみが実行されてもよい。
【００６０】
また、上述した実施の形態１においては、所定の代表気筒に設置された筒内圧センサ５８の出力値に基づくＳＡ−ＣＡ１０およびＣＡ１０−５０を利用した判定結果に応じて、吸気可変動弁装置３４が制御される。既述した構成を有する吸気可変動弁装置３４によれば、全気筒の吸気バルブ２６の開き時期ＩＶＯが一括して変更される。しかしながら、内燃機関１０が開き時期ＩＶＯを気筒毎に変更可能な吸気可変動弁装置を備えている場合には、上記の制御例に代え、各気筒に設けられた筒内圧センサ５８の出力値に基づくＳＡ−ＣＡ１０等を利用した判定結果に応じて、気筒毎に開き時期ＩＶＯを制御してもよい。
【００６１】
また、上述した実施の形態１においては、吸気バルブ２６の開弁期間を固定としつつ吸気バルブ２６の開閉時期を変更可能なＶＶＴ機構を利用する例を挙げた。しかしながら、実タンブル比の制御のための吸気バルブ２６の開弁特性の変更は、開き時期ＩＶＯを変更させられるものであればよい。したがって、開き時期ＩＶＯを閉じ時期ＩＶＣと独立して変更可能な公知の可変機構を有する吸気可変動弁装置を用いて、実タンブル比の制御のために開き時期ＩＶＯのみを変更してもよい。
【００６２】
実施の形態２．
次に、図１４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。以下の説明では、実施の形態２のシステム構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。このことは、後述の実施の形態３についても同様である。
【００６３】
上述した実施の形態１においては、ＳＡ−ＣＡ１０が閾値ＴＨ１よりも大きい場合に、吸気バルブ２６の開き時期ＩＶＯを変更することで実タンブル比が増減される。これに対し、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０が閾値ＴＨ１よりも大きい場合に、ＣＡ１０−５０の大きさの判定結果に応じて吸気行程噴射時期を制御することで、タンブル流の流速が増減され、それに伴い、実タンブル比が増減される。
【００６４】
内燃機関１０が備えるインジェクタ４０は、既述したように、複数の噴孔により燃料を筒内に放射状に噴射する。このように放射状に噴射される燃料噴霧の中には、筒内に導入される気流による正タンブル流の流れ方向と同じ方向に進む燃料噴霧が存在するとともに、正タンブル流の流れ方向と逆方向に進もうとする燃料噴霧も存在する。
【００６５】
ここで、吸気行程噴射時期（より具体的には、吸気行程噴射の開始時期）が早いと、正タンブル流と同じ方向に噴射された燃料噴霧がタンブル流の流速を高める効果が得られ易い。また、タンブル流と逆方向に噴射された燃料噴霧はタンブル流の旋回を阻害することになるが、吸気行程噴射時期が早いとタンブル流が強いので、この燃料噴霧によってタンブル流の旋回が阻害されにくくなる。
【００６６】
一方、吸気行程噴射時期が遅いと、正タンブル流と同じ方向に噴射された燃料噴霧は、既に筒内に形成されたタンブル流の旋回の道筋に沿ってタンブル流に付き従うように進むことになる。その結果、燃料噴霧によるタンブル流の流速を高める効果が得られにくくなる。また、吸気行程噴射時期が遅いとタンブル流が相対的に弱くなっているため、タンブル流と逆方向に噴射された燃料噴霧によってタンブル流の旋回が阻害され易くなる。
【００６７】
以上のように、吸気行程噴射時期を遅角させるとタンブル流の流速を弱めて実タンブル比を減少させることができ、逆に、吸気行程噴射時期を進角させるとタンブル流の流速を強めて実タンブル比を増加させることができる。そこで、本実施形態では、上述の触媒暖機制御の実行中にＳＡ−ＣＡ１０が閾値ＴＨ１よりも大きい場合には、ＣＡ１０−５０が閾値ＴＨ２以下であれば吸気行程噴射時期を遅角させ、一方、ＣＡ１０−５０が閾値ＴＨ２よりも大きければ吸気行程噴射時期を進角させるようにした。
【００６８】
［実施の形態２における具体的な処理］
図１４は、本発明の実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図１４に示すルーチン中のステップ１００および１０２の処理については、実施の形態１において既述した通りである。さらに付け加えると、吸気行程噴射時期は気筒毎に変更できる。このため、気筒毎に取得されるＳＡ−ＣＡ１０等の判定結果に応じて、吸気行程噴射時期を気筒毎に変更してもよいし、実施の形態１のように、所定の代表気筒で取得されるＳＡ−ＣＡ１０等の判定結果に応じて、複数の気筒の吸気行程噴射時期を一括して変更してもよい。
【００６９】
本ルーチンでは、ステップ１０２の判定が成立する場合（ＣＡ１０−５０≦ＴＨ２）には、ＥＣＵ５０は、実タンブル比を下げるために、吸気行程噴射時期（この噴射の開始時期）が所定量だけ遅角するようにインジェクタ４０を制御する（ステップ２００）。すなわち、実施の形態２では、このような態様でタンブル比減少制御が実行される。
【００７０】
一方、ステップ１０２の判定が不成立となる場合（ＣＡ１０−５０＞ＴＨ２）には、ＥＣＵ５０は、実タンブル比を上げるために、吸気行程噴射時期が所定量だけ進角するようにインジェクタ４０を制御する（ステップ２０２）。すなわち、実施の形態２では、このような態様でタンブル比増加制御が実行される。
【００７１】
以上説明した図１４に示すルーチンの処理によっても、上述の誘引作用を利用する触媒暖機制御の実行時にωタンブル流を安定的に利用できるようになる。なお、本ルーチンの処理は、実施の形態１の図１１に示すルーチンに対する図１２および図１３に示すルーチンの関係と同様に、タンブル比減少制御およびタンブル比増加制御のうちの何れか一方のみが実行されるように変形されてもよい。このことは、後述する実施の形態３の図１５に示すルーチンについても同様である。
【００７２】
実施の形態３．
次に、図１５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
【００７３】
本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０が閾値ＴＨ１よりも大きい場合に、吸気バルブ２６の開き時期ＩＶＯの制御に代え、ＴＣＶ４２の開度の制御を行う点において、実施の形態１と相違している。より具体的には、実タンブル比は、ＴＣＶ開度を大きくして（ＴＣＶ４２を開き側に制御して）タンブル流の流速を弱めることで減少させることができ、逆に、ＴＣＶ開度を小さくして（ＴＣＶ４２を閉じ側に制御して）タンブル流の流速を強めることで増加させることができる。そこで、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０が閾値ＴＨ１よりも大きい場合に、ＣＡ１０−５０の大きさの判定結果に応じてＴＣＶ開度を制御することで、実タンブル比が増減される。
【００７４】
［実施の形態３における具体的な処理］
図１５は、本発明の実施の形態３においてＥＣＵ５０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図１５に示すルーチン中のステップ１００および１０２の処理については、実施の形態１において既述した通りである。さらに付け加えると、ＴＣＶ開度を気筒毎に制御可能な構成の場合には、気筒毎に取得されるＳＡ−ＣＡ１０等の判定結果に応じて、ＴＣＶ開度を気筒毎に変更してもよいし、複数の気筒のＴＣＶ開度が一括して制御される構成の場合には、所定の代表気筒で取得されるＳＡ−ＣＡ１０等の判定結果に応じて、複数の気筒のＴＣＶ開度を一括して変更してもよい。
【００７５】
本ルーチンでは、ステップ１０２の判定が成立する場合（ＣＡ１０−５０≦ＴＨ２）には、ＥＣＵ５０は、実タンブル比を下げるために、ＴＣＶ開度が所定量だけ大きくなるようにＴＣＶ４２を制御する（ステップ３００）。すなわち、実施の形態３では、このような態様でタンブル比減少制御が実行される。
【００７６】
一方、ステップ１０２の判定が不成立となる場合（ＣＡ１０−５０＞ＴＨ２）には、ＥＣＵ５０は、実タンブル比を上げるために、ＴＣＶ開度が所定量だけ小さくなるようにＴＣＶ４２を制御する（ステップ３０２）。すなわち、実施の形態３では、このような態様でタンブル比増加制御が実行される。
【００７７】
以上説明した図１５に示すルーチンの処理によっても、上述の誘引作用を利用する触媒暖機制御の実行時にωタンブル流を安定的に利用できるようになる。
【００７８】
ところで、上述した実施の形態１〜３においては、初期燃焼速度を代表する「第１指標値」の一例としてＳＡ−ＣＡ１０が用いられ、主燃焼速度を代表する「第２指標値」の一例としてＣＡ１０−５０が用いられた。ここで、上述の誘引作用を伴う燃焼形態が用いられた場合、吸気行程噴射（第１燃料噴射）による混合気への点火により初期火炎が生じた時（火炎核が形成された時）から、誘引作用により初期火炎が膨張行程噴射（第２燃料噴射）による燃料噴霧と接触し始める時までの期間は、燃焼開始点ＣＡ０から始まる極めて初期の燃焼期間内に存在する。このため、第１指標値は、上述のＳＡ−ＣＡ１０に限られず、そのような極初期の燃焼期間を含むことを条件として、膨張行程での点火期間の開始時期（点火時期（ＳＡ））から、ＭＦＢが５０％未満の特定割合に到達するときのクランク角度である特定割合燃焼点までのクランク角期間の全体もしくは一部であればよい。したがって、第１指標値は、必ずしも点火時期（ＳＡ）を始期としている必要はなく、例えば、燃焼開始点ＣＡ０から１０％燃焼点ＣＡ１０までのクランク角期間であってもよい。また、第２指標値は、ＣＡ１０−５０に限られず、例えば、１０％燃焼点ＣＡ１０から燃焼終了点ＣＡ１００までのクランク角期間の全体もしくは一部であってもよい。あるいは、第２指標値は、例えば、熱発生率ｄＱ／ｄθの最大値、もしくはある燃焼点（例えば、５０％燃焼点ＣＡ５０）での熱発生率ｄＱ／ｄθの値であってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０  内燃機関
１２  気筒
１４  シリンダブロック
１６  シリンダヘッド
１８  ピストン
２０  燃焼室
２２  吸気ポート
２４  排気ポート
２６  吸気バルブ
２８  排気バルブ
３０  排気通路
３２  排気浄化触媒
３４  吸気可変動弁装置
３６  点火プラグ
３８  電極部
４０  インジェクタ
５０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５２  クランク角センサ
５６  温度センサ
５８  筒内圧センサ
【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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