(57)【要約】【課題】燃焼室内のスワールのスワール比を制御する圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、より簡素な演算処理によって、冷却損失を抑えながらスモークを低減する。【解決手段】噴射される燃料の燃焼中において気筒内の温度が最も高くなる時点を特定し、燃料の噴霧の先端が当該時点において到達すると想定される位置までの距離をＬ１とし、当該時点における、噴孔から噴霧の先端の進行方向に引いた線分とピストンの中心軸とを含む当該ピストンの断面上において、当該線分が前記内壁面と交わる交点を経由し、更に、当該交点からキャビティの開口縁までキャビティの内壁面に沿って延びる経路の距離をＬ２とした場合に、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１となるようにスワール比を制御する。【選択図】図４
2015086797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの頭頂部に形成されたキャビティの内壁面へ向かって噴孔から燃料を噴射する、気筒の中心部付近に設けられた燃料噴射弁と、
前記キャビティを含む燃焼室内に発生するスワールのスワール比を制御するスワール制御手段と、
噴射される燃料の燃焼中において前記気筒内の温度が最も高くなる時点である最高温度時点を特定する特定手段と、
を備える圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、
前記燃料の噴霧の先端が前記最高温度時点において到達すると想定される位置までの、前記噴孔からの距離をＬ１とし、
前記最高温度時点における、前記噴孔から前記キャビティの開口縁までの距離であって、前記噴孔から前記噴霧の先端の進行方向に引いた線分と前記ピストンの中心軸とを含む該ピストンの断面上において、前記線分が前記内壁面と交わる交点を経由し、更に、該交点から前記開口縁まで前記内壁面に沿って延びる経路の距離をＬ２とした場合に、
前記スワール制御手段は、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１となるように前記スワール比を制御する、圧縮着火式内燃機関の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火式内燃機関の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の圧縮着火式内燃機関においては、圧縮された気筒内の空気に、気筒の中心部付近に設けられた燃料噴射弁から直接燃料が噴射される。従来、内燃機関の出力の向上や、不完全燃焼によるスモーク（煤）の排出の抑制のために、ピストン頭頂部に形成されたキャビティ（燃焼室）内で発生するスワールを用いて、噴射された燃料噴霧を効果的に拡散させる技術が知られている。
【０００３】
ここで、例えば、特許文献１には、燃料噴射弁の各噴孔から噴射された、スワール流れ方向で隣り合う噴霧同士の間隔を、スモークの発生を抑制できる所定範囲内に調整する技術が提案されている。当該技術においては、噴射された噴霧がキャビティの壁面に衝突するまでの時間である壁面衝突時間、スワール下流側側面位置、及びスワール上流側側面位置から、燃料噴霧同士の間隔が算出される。そして、この間隔が所定範囲内になるように、燃料噴射条件やスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）の開度が調整される。
【０００４】
ところで、噴射された燃料噴霧がキャビティ壁面に衝突すると、壁面近傍で発生する火炎の熱が当該壁面を介して失われる冷却損失が増大すると共に、壁面近傍に燃料噴霧が偏ることによってスモークが増大する虞がある。そこで、例えば、特許文献２には、燃料噴霧の壁面衝突による冷却損失やスモークを低減するために、燃料噴霧がキャビティ壁面に到達しないように、多段階燃料噴射の回数を噴射量に応じて増加させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６０１９４号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２９６９１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、特許文献１に記載の技術では、燃料噴霧同士の間隔を算出するために、燃料の噴射圧や噴射量に応じて変化する噴霧角（燃料噴霧の広がり角度）が用いられるため、当該間隔の算出方法が複雑になり得る。その結果、燃料噴射条件の調整やＳＣＶの開度の調整のための演算が複雑になり得る。また、特許文献２に記載の技術は、内燃機関の回転数が高い場合や、燃料噴射量が多い場合等、多段階噴射の噴射回数が時間的に制限される場合には、必ずしも有効ではない。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、キャビティ内のスワールのスワール比を制御する圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、より簡素な演算処理によって、冷却損失を抑えながらスモークの低減を図ることのできる制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の制御システムは、ピストンの頭頂部に形成されたキャビティの内壁面へ向かって噴孔から燃料を噴射する、気筒の中心部付近に設けられた燃料噴射弁と、前記キャビティを含む燃焼室内に発生する
スワールのスワール比を制御するスワール制御手段と、噴射される燃料の燃焼中において前記気筒内の温度が最も高くなる時点である最高温度時点を特定する特定手段と、を備える圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、前記燃料の噴霧の先端が前記最高温度時点において到達すると想定される位置までの、前記噴孔からの距離をＬ１とし、前記最高温度時点における、前記噴孔から前記キャビティの開口縁までの距離であって、前記噴孔から前記噴霧の先端の進行方向に引いた線分と前記ピストンの中心軸とを含む該ピストンの断面上において、前記線分が前記内壁面と交わる交点を経由し、更に、該交点から前記開口縁まで前記内壁面に沿って延びる経路の距離をＬ２とした場合に、前記スワール制御手段は、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１となるように前記スワール比を制御するようにした。
【０００９】
燃料噴射弁は、複数の噴孔を有しており、各噴孔が、キャビティの内壁面へ向かって燃料を噴射する。燃料は、噴孔から高圧で噴射されるため、霧状の噴霧となってキャビティ内に拡散する。また、スワール制御手段は、キャビティを含む燃焼室内に発生するスワールのスワール比（クランク軸の回転角速度に対するスワールの回転角速度）を制御する手段であって、例えば、公知のスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）である。キャビティ内における噴霧の拡散は、スワールのスワール比と相関関係にあることが知られている。また、特定手段は、例えば、１サイクル前の筒内温度の履歴から、次に噴射される燃料の燃焼中において筒内温度が最も高くなるクランク角を最高温度時点として特定する。
【００１０】
一般に、燃料噴霧がキャビティの内壁面近傍まで拡散すると、当該内壁面を介して気筒内の熱が失われる冷却損失が増大する。なお、冷却損失の量は、キャビティ内における気体の流速等の物性値で定まる熱伝達率αと、キャビティ内の気体と内壁面との間の温度勾配ΔＴの積で表わされる。そのため、内燃機関の燃焼サイクルにおいて冷却損失が特に大きくなるのは、筒内温度が高温になることによって温度勾配ΔＴが増大する、燃料の燃焼中の期間になる。ここで、キャビティ内にスワールが存在する場合には、スワールによって熱伝達率αと温度勾配ΔＴとの双方が変化し得る。詳細には、熱伝達率αは、スワール比が大きい場合には上昇する傾向にある。これは、スワール比が大きい場合には、気体の流速が上昇するため、気筒内の気体とキャビティの内壁面との間の温度境界層が薄くなることによる。これに対して、温度勾配ΔＴは、スワール比が大きい場合には低下する傾向にある。これは、スワール比が大きい場合には、燃料噴霧のキャビティ外径方向への拡散が阻害されるため、着火後の火炎がキャビティの中央寄りに比較的多く留まることになり、結果的に、内壁面近傍の気体と内壁面との間の温度差が小さくなることによる。ここで、本願の発明者による検証の結果、冷却損失が大きくなる燃料の燃焼中においては、スワール比が増大すると冷却損失が減少することが判明した。つまり、筒内温度が高温になる燃料の燃焼中においては、温度勾配ΔＴが冷却損失に与える影響が支配的になる。そのため、冷却損失を効果的に低減させるためには、スワール比を増大させて燃料の噴霧（着火後においては火炎）を内壁面まで到達させないようにすることが効果的であると言える。特に、燃料の燃焼中において気筒内の温度が最も高くなる時点である最高温度時点においてスワール比を大きくすることが最も効果的であると言える。
【００１１】
ただし、スワール比を過度に増大させると、燃料噴霧がキャビティの中央寄りに過度に偏在することによってスモークの排出量が増大する虞がある。ここで、スモークの排出量の増大は、エミッション規制の観点からも好ましくない。そこで、本発明に係る制御システムによれば、冷却損失の低減を前提に、スモーク排出量がより低減されるように、最高温度時点におけるスワール比が制御される。
【００１２】
ところで、キャビティを含む燃焼室内に発生するスワールのスワール比の制御においては、一般に、燃料噴霧の噴霧特性（噴霧の到達距離や噴霧角）が制御のパラメータに用いられる。噴霧特性は、気筒内の気体の温度、圧力、密度等の筒内状態や、燃料の噴射時期、噴射量、噴射圧等の噴射条件から算出することができるが、その処理は複雑になり得る
。そこで、本発明に係る制御システムによれば、パラメータとして噴霧角を用いることなくスワール比の制御が実行される。
【００１３】
詳細には、本発明におけるスワール比制御においては、上述の距離Ｌ１とＬ２を用いて、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１となるように、スワール比が制御される。ここで、距離Ｌ１は、噴射される燃料の噴霧の先端が、上述の最高温度時点において到達すると想定される位置までの、噴孔からの距離である。この距離Ｌ１（以下、「到達距離Ｌ１」ともいう。）は、筒内状態、噴射条件、スワール比（スワール速度）と、当該クランク角とから算出することができる。なお、噴射条件やスワール比によっては、算出された到達距離Ｌ１が、噴孔からキャビティの内壁面までの距離よりも大きくなり得る。この場合には、噴射される噴霧は、実際にはキャビティの内壁面に衝突し、その後拡散すると考えられるが、算出された到達距離Ｌ１は仮想的な値であるため、本発明におけるスワール制御においてはそのまま用いられる。
【００１４】
また、距離Ｌ２（以下、「経路距離Ｌ２」ともいう。）は、内壁面に衝突した噴霧が更に内壁面に沿ってピストン頂面の方向へ拡散することによって、その先端が最高温度時点において開口縁まで到達したと想定した場合における、当該先端の到達距離と捉えることができる。この経路距離Ｌ２は、噴霧の先端の進行方向、上述の断面上における内壁面の形状（ラインプロファイル）、及び最高温度時点のクランク角におけるピストンの位置から幾何学的に算出することができる。つまり、経路距離Ｌ２の算出には、筒内状態や噴射条件を考慮する必要がないため、その算出処理は比較的に簡素になる。
【００１５】
そして、以上のようにして定義された到達距離Ｌ１及び経過距離Ｌ２を用いてＬ１／Ｌ２の値を算出すると、当該値に基づいて、キャビティ内における燃料の噴霧の拡散状態（例えば、噴霧がキャビティの開口縁まで到達しているか否か）を、ある程度把握することができる。ここで、本願の発明者が、上述の最高温度時点における、燃料噴霧の拡散とスモーク排出量との間のより詳細な関係を解明すべく、Ｌ１／Ｌ２の値と、当該燃料噴霧の燃焼によって排出されるスモーク量との関係を検証した結果、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１となるときに、スモーク排出量が最も低下することが見出された。なお、スワール比と燃料到達距離Ｌ１との間には相関関係があるため、スワール比を変化させることによって、Ｌ１／Ｌ２の値を調整することができる。特に、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１より大きい場合には、スワール比を増大させて、燃料噴霧がキャビティの外径方向へ拡散することを抑制すればよい。これにより、冷却損失を低減させながら、到達距離Ｌ１を減少させてＬ１／Ｌ２の値を１．１に近付けることによって、スモーク排出量を低減させることができる。ゆえに、気筒内温度が最高となる時点におけるＬ１／Ｌ２の値が１．１となるように、スワール比を制御すれば、冷却損失を抑えながらスモークの低減を図ることが可能になる。
【００１６】
以上より、本発明に係る制御システムによれば、スワール制御手段が、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１となるようにスワール比を制御するため、冷却損失を抑えながらスモーク排出量を低減することが可能になる。なお、当該スワール比の制御には、燃料噴霧の到達距離Ｌ１がパラメータとして使用されるが、燃料噴霧の噴霧角は用いられない。ゆえに、本発明に係る制御システムによれば、燃料の噴射条件に基づいて噴霧角を算出する必要がある従来の制御に比して、より簡素な演算処理によってスワール比の制御を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、キャビティ内のスワールのスワール比を制御する圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、より簡素な演算処理によって、冷却損失を抑えながらスモークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例に係る圧縮着火式内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例に係る気筒内の概略構成を示す図である。
【図３】圧縮上死点の前後における、気筒内の冷却損失の推移を示すグラフである。
【図４】実施例に係るスワール比制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図５】Ｌ１／Ｌ２の値とスモーク排出量との関係を示すグラフである。
【図６】Ｌ１／Ｌ２の値と冷却損失との関係を示すグラフである。
【図７】スワール比制御の他のルーチンを示すフローチャートである。
【図８】気筒内温度が最高の時点における、噴霧角とスモーク排出量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２０】
［実施例］
図１は、本実施例に係る圧縮着火式内燃機関の概略構成を示す図である。圧縮着火式内燃機関である内燃機関１０は、複数の気筒１１を有する車両用のディーゼルエンジンである。気筒１１の中心には、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁２０が設けられている。燃料噴射弁２０は、その先端に燃料を噴射する複数の噴孔２１を備えており、この噴孔２１から、不図示のコモンレール等によって蓄圧された燃料が高圧で噴射される（図２参照）。また、気筒１１内には、不図示のクランクシャフトに接続されたピストン２２が設けられており、その頭頂部にはキャビティ２３が形成されている。
【００２１】
気筒１１には、吸気ポート１２を介して吸気通路１３が接続されている。吸気ポート１２には、キャビティ２３を含む燃焼室内に発生するスワール（気筒１１の気筒軸回りの旋回流）のスワール比を制御するためのスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）１４が設けられている。具体的には、吸気ポート１２は、ノーマルポート及びスワールポートの２系統を備えており、そのうちのノーマルポートに、開度調整が可能なバタフライバルブから成るＳＣＶ１４が配置されている。このＳＣＶ１４は、不図示のアクチュエータによってその開度が調整される。ＳＣＶ１４の開度が大きいほど、ノーマルポートから気筒１１内に吸入される空気量が増加するため、スワールポートから流入する吸気によって発生するスワールは相対的に弱められる（スワール比が小さくなる）。逆に、ＳＣＶ１４の開度が小さいほど、スワールは相対的に強められる（スワール比が大きくなる）。
【００２２】
吸気通路１３には、気筒１１内に吸入される吸気の流量を調整するスロットルバルブ１５と、この流量を検出するエアフローメータ１６が設けられている。また、気筒１１には排気ポートを介して排気通路３０が接続されている。排気通路３０には、各種のセンサ類や、酸化機能を有する触媒、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ等を設けてもよい。
【００２３】
そして、内燃機関１０には、内燃機関１０を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１００が併設されている。このＥＣＵ１００には、ＳＣＶ１４、スロットルバルブ１５、燃料噴射弁２０が電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってこれらが制御される。また、ＥＣＵ１００には、電気的に接続されたエアフローメータ１６からの出力信号が入力される。また、ＥＣＵ１００には、内燃機関１０のクランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサ３１と、車両が備えるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ３２とが電気的に接続されており、これらからの出力信号がＥＣＵ１００に入力される。ＥＣＵ１００は、入力された出力信号に基づいて、機関負荷等の内
燃機関１０の運転状態や、気筒１１の筒内状態を把握することができる。なお、本実施例においては、ＳＣＶ１４が、本発明におけるスワール制御手段に相当する。
【００２４】
次に、図２を用いて、気筒１１内における燃料噴霧の拡散について説明する。図２は、実施例に係る気筒１１内の概略構成を示す図である。より詳細には、図２は、複数の噴孔２１のうちの一の噴孔２１から燃料噴霧Ｆの先端の進行方向に引いた線分とピストン２２の中心軸Ｃとを含むピストン２２の模式的な断面図である（ハッチングは省略）。なお、図２には、噴射されている燃料噴霧Ｆの燃焼中において気筒１１内の温度（筒内温度）が最も高くなる時点（最高温度時点）における、気筒１１内の状態が図示されている。
【００２５】
図２に示されるように、ピストン２２の頭頂部に形成されたキャビティ２３は、その中央に盛り上がった冠部２４を有する、いわゆるトロイダル型のキャビティである。このキャビティ２３が、内燃機関１０のシリンダヘッドの底面等と共に、燃料が燃焼する燃焼室を形成する。キャビティ２３の底部からは、ピストン２２の頂面２６に形成された開口縁２７へ向かって内壁面２５が形成されている。キャビティ２３がこのような形状を有することにより、不図示の吸気バルブの開弁中に吸気ポート１２から吸気が流入すると、キャビティ２３内に、気筒軸Ｃ回りのスワールが好適に形成される。なお、ピストン２２の気筒軸Ｃ方向の往復運動によって、内壁面２５に沿ったスキッシュも形成される。
【００２６】
気筒１１の中心に設けられた燃料噴射弁２０は、所定の噴射時期において噴孔２１から高圧の燃料を噴射する。ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態に基づいて、燃料の噴射時期等の噴射条件を決定する。噴射された燃料は、霧状の燃料噴霧Ｆ（以下、単に「噴霧」ともいう。）となってキャビティ２３内に拡散する。ここで、噴霧の先端は、図２に示されるように、燃焼室内を概ね噴射角Φの方向に進行する。噴孔２１の設置位置や口径等は、噴射された噴霧の先端が、内壁面２５へ向かって噴射角Φで進行するように、予め定められている。ここで、図２に示されるＬ１は、噴霧の先端が、最高温度時点において到達すると想定される位置までの、噴孔２１からの距離である到達距離Ｌ１を示している。この到達距離Ｌ１は、燃料噴射の噴射条件（噴射時期、噴射量、噴射圧）、筒内状態（筒内密度、筒内圧力、筒内温度）及びスワール比（またはスワール速度）と相関関係にある。したがって、これらの物理量を適宜検出または算出することによって、到達距離Ｌ１を算出することができる。また、図２に示されるＬ２は、最高温度時点における、噴孔２１からキャビティ２３の開口縁２７までの距離であって、噴孔２１から噴霧の先端の進行方向に引いた線分が内壁面２５と交わる交点Ｐを経由し、更に、交点Ｐから開口縁２７上の点Ｑまで内壁面２５に沿って延びる経路の距離である経路距離Ｌ２（図２において太線で示される距離）である。この経路距離Ｌ２は、噴霧の先端の進行方向である噴射角Φ、内壁面２５の形状（ラインプロファイル）、及び最高温度時点のクランク角におけるピストン２２の位置から幾何学的に算出することができる。以上のようにして定義された到達距離Ｌ１及び経過距離Ｌ２を用いてＬ１／Ｌ２の値を算出すると、当該値に基づいて、キャビティ２３内における噴霧の拡散状態を、ある程度把握することが可能になる。
【００２７】
ところで、燃焼室（キャビティ２３）内の熱は、燃焼室の内壁面を介する冷却損失によって減少する。この冷却損失は、一般に、燃焼室内における流速等の気体の物性値で決まる熱伝達率αと、筒内ガスと内壁面との温度勾配ΔＴの積で表わされる。ただし、キャビティ２３内にスワールが存在する場合には、熱伝達率α及び温度勾配ΔＴの双方が影響を受けるため、結果的に冷却損失が変化する。以下、冷却損失とスワールとの関係について図３を用いて説明する。図３は、圧縮上死点の前後における、気筒１１内の冷却損失の推移を示すグラフである。なお、図３は、燃料噴射量が多い高負荷運転時の推移を示している。また、図３においては、横軸が圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）前後のクランク角を示し、縦軸が冷却損失の量（熱流束）を示している。なお、実線で示されるグラフＧ１は、スワール比が相対的に小さいときに噴射された噴霧の冷却損失の推移を示し、１点鎖線で示さ
れるグラフＧ２は、スワール比が相対的に大きいときに噴射された噴霧の冷却損失の推移を示している。
【００２８】
図３に示されるように、噴霧の着火時点Ｔ０より前の期間においては、スワール比が大きいときのほうが、小さいときに比べて冷却損失が大きい。ここで、噴霧の着火前においては、筒内温度と燃焼室の内壁面との間の温度勾配ΔＴが比較的に低いために、熱伝達率αが冷却損失に与える影響が支配的になる。スワール比が大きいときには、気体の流速の上昇に伴って筒内ガスと内壁面２５等との間の温度境界層が薄くなることによって熱伝達率αが上昇するため、結果的に冷却損失が増大する。
【００２９】
これに対し、着火時点Ｔ０より後の期間においては、スワール比が大きいときのほうが、小さいときに比べて冷却損失が小さい。既に述べたように、筒内温度が高温になる着火後の期間（燃料の燃焼中）においては、温度勾配ΔＴが冷却損失に与える影響が支配的になる。スワール比が大きいときには、噴霧のキャビティ２３の外径方向への拡散が阻害されることによって温度勾配ΔＴが低下するため、結果的に冷却損失が減少する。つまり、噴霧の着火後においては、スワール比の増大による熱伝達率αの上昇分よりも、スワール比の増大による温度勾配ΔＴの低下分の影響が大きくなる。
【００３０】
なお、図３に示されるように、冷却損失の量は、筒内温度が最も高くなるクランク角Ｔ１において最大となった後に徐々に低下している。そして、このクランク角Ｔ１において、スワール比が小さいときの冷却損失Ｇ１と、スワール比が大きいときの冷却損失Ｇ２との差が最も大きくなっている。したがって、冷却損失を低減させるためには、筒内温度が最も高くなる時点においてスワール比を増大させて燃料噴霧（着火後においては火炎）の拡散を抑制することが効果的であると言える。そこで、本実施例に係るスワール比制御では、筒内温度が最も高くなるクランク角Ｔ１におけるスワール比が制御される。
【００３１】
しかしながら、スワール比を過度に増大させると、噴霧がキャビティ２３の中央寄りに過度に偏在することによってスモークの排出量が増大する虞がある。そこで、本実施例に係るスワール制御においては、冷却損失の低減を前提に、スモーク排出量がより低減されるように、最高温度時点におけるスワール比が制御される。以下、図面を用いて本実施例に係るスワール比の制御方法について説明する。
【００３２】
図４は、ＥＣＵ１００によって行われる、スワール比の制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、ＥＣＵ１００によって、例えば、所定時間毎に実行される。
【００３３】
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、本ルーチンの実行時における内燃機関１０の運転状態や、燃料噴射の噴射条件を取得する。次に、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、前ステップで取得した運転状態等に基づいて、気筒１１の筒内状態を算出する。次に、ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１００は、気筒１１内のスワール速度を算出する。このスワール速度は、本ルーチンの実行時におけるスワール比、即ち、ＳＣＶ１４の開度やエアフローメータ１６の検出値に基づいて算出される。
【００３４】
次に、ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１００は、次回の燃料噴射によって噴射される燃料の燃焼中において気筒１１内の温度が最も高くなる時点である最高温度時点を特定する。当該時点は、例えば、前回の燃焼において筒内温度が最も高くなった時点におけるクランク角とすればよい。あるいは、過去の複数回の燃焼における筒内状態に基づいて算出してもよいし、予め実験的に求められたデータが格納された数値マップから、運転状態や筒内状態に応じた値を読み込んでもよい。なお、本ステップにおいて最高温度時点を特定するＥＣＵ１００が、本発明における特定手段に相当する。
【００３５】
次に、ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１００は、次回の燃料噴射によって噴射される燃料の噴霧の到達距離Ｌ１を算出する。この到達距離Ｌ１は、以前のステップにおいて取得または算出された各物理量に基づいて算出される。同様に、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１００は、次回の燃料噴射によって噴射される燃料の噴霧の経路距離Ｌ２を算出する。
【００３６】
次に、ステップＳ１０７において、ＥＣＵ１００は、Ｌ１／Ｌ２の値が、１．１に等しいか否かを判定する。ここで、Ｌ１／Ｌ２の値とスモーク排出量との関係について図５を用いて説明する。図５は、噴射された噴霧の着火後における筒内温度が最も高い時点での、Ｌ１／Ｌ２の値とスモーク排出量との関係を示すグラフである。なお、図５においては、横軸がＬ１／Ｌ２の値を示し、縦軸がスモーク排出量を示している。
【００３７】
図５に示されるように、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１のときにスモーク排出量が最も低くなる。ゆえに、本ステップにおいて肯定判定が下された場合には、本ルーチンの実行時においてスワール比が調整されなくても、冷却損失を抑えながらスモーク排出量を低減することができる。ゆえに、ＥＣＵ１００は、スワール比の調整をすることなく本ルーチンを終了する。なお、本ステップにおける判定においては、１．１を含む範囲を設定し、Ｌ１／Ｌ２の値が当該範囲内にある場合に、Ｌ１／Ｌ２の値が略１．１であるとして肯定判定が下されるようにしてもよい。
【００３８】
ステップＳ１０７において、否定判定が下された場合には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０８に進んで、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１より大きいか否かを判定する。ここで、図５に示されるように、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１より大きい場合、即ち、到達距離Ｌ１が比較的に長い場合には、噴射された噴霧がキャビティ２３の外径側に偏在するため、スモーク排出量が比較的に多くなる。この場合には、スワールを強める、即ち、スワール比を増大させることによって、Ｌ１／Ｌ２の値を１．１に近付けることができる。ゆえに、本ステップにおいて肯定判定が下された場合には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０９に進んでスワール比が大きくなるようにＳＣＶ１４を調整する。そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０３からのステップを再び実行する。
【００３９】
一方、図５に示されるように、Ｌ１／Ｌ２の値が１．１より小さい場合、即ち、到達距離Ｌ１が比較的に短い場合には、吸気が比較的に少ないキャビティ２３の中央付近に、噴射された噴霧が偏在するため、スモーク排出量が比較的に多くなる。この場合には、スワールを弱める、即ち、スワール比を減少させることによって、Ｌ１／Ｌ２の値を１．１に近付けることができる。ゆえに、ステップＳ１０８において否定判定が下された場合には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１０に進んでスワール比が小さくなるようにＳＣＶ１４を調整する。そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０３からのステップを再び実行する。
【００４０】
本実施例に係る制御によれば、ＥＣＵ１００によって、Ｌ１／Ｌ２の値が、１．１となるようにＳＣＶ１４のスワール比が制御されるため、冷却損失を抑えながらスモーク排出量を低減することができる。なお、本制御においては、パラメータとして噴霧の到達距離Ｌ１は使用されるが、噴霧の噴霧角は使用されないため、噴射条件等に応じて噴霧角を算出する必要が無い。したがって、本実施例によれば、従来のスワール比制御に比して、より簡素な演算処理によって、冷却損失を抑えながらスモークを低減することが可能になる。
【００４１】
［スワール比制御の他の例］
上記の実施例とは異なり、スワール比制御において、パラメータとして更に噴射角を用
いると共に、Ｌ１／Ｌ２の値が１未満となるように制御を行えば、演算処理は複雑になるものの、冷却損失をより効果的に低減させることが可能になる。以下、このようなスワール比制御の例について説明する。
【００４２】
まず、図６を用いて、Ｌ１／Ｌ２の値と冷却損失との関係について説明する。図６は、Ｌ１／Ｌ２の値と冷却損失との関係を示すグラフであって、横軸がＬ１／Ｌ２の値を示し、縦軸が冷却損失の量を示している。
【００４３】
図６に示されるように、Ｌ１／Ｌ２の値が小さくなるほど、即ち、噴射された噴霧が拡散せずによりキャビティ２３の内径側に留まるほど、冷却損失の値が小さくなる。特に、Ｌ１／Ｌ２の値が１未満、即ち、燃料噴霧の先端がキャビティ２３の開口縁２７まで到達していない状態においては、冷却損失の低下の度合いが大きい。そこで、燃焼熱の冷却損失をより効果的に低減させるためには、Ｌ１／Ｌ２の値を１未満にまで低下させればよい。上述のように、スワール比を増大させれば、到達距離Ｌ１を短くすることができるため、Ｌ１／Ｌ２の値を小さくすることができる。ただし、スワール比を大きくし過ぎると気筒１１の中心付近に噴霧が偏りやすくなるため、隣り合う噴孔２１から噴射された噴霧同士が重なり合うことによってスモーク排出量が増大する虞がある。そこで、本制御においては、噴霧の重なり合いを抑制するために、噴霧の噴霧角が更に考慮される。
【００４４】
以下、図面を用いてスワール比制御の他の例について説明する。図７は、ＥＣＵ１００によって行われる、本制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、ＥＣＵ１００によって、例えば、所定時間毎に実行される。なお、本ルーチンにおけるステップＳ１０６までの処理は、上述の図４に示されるルーチンと同様なので説明は省略する。
【００４５】
ステップＳ１０６において経路距離Ｌ２を算出すると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０７に進み、次回の燃料噴射によって噴射される噴霧の噴霧角θを算出する。この噴霧角θは、以前のステップにおいて取得または算出された各物理量に基づいて、周知の演算式（例えば「廣安の式」）から算出される。あるいは、予め実験的に求められたデータが格納された数値マップから、運転状態や筒内状態に応じた値を読み込んでもよい。
【００４６】
次に、ステップＳ２０８において、ＥＣＵ１００は、Ｌ１／Ｌ２の値が１未満であるか否かを判定する。本ステップにおいて肯定判定が下された場合には、本ルーチンの実行時においてスワール比が調整されなくても、冷却損失をより抑えながらスモーク排出量を低減することができる。ゆえに、ＥＣＵ１００は、スワール比の調整をすることなく本ルーチンを終了する。
【００４７】
一方、ステップＳ２０８において否定判定が下された場合には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０９に進み、Ｌ１／Ｌ２の値を低下させるためにスワール比を調整する。なお、本ステップでは、スワール比は基本的に増大される。次に、ステップＳ２１０において、ＥＣＵ１００は、増大されたスワール比に基づいて、スワール速度及び噴霧特性（到達距離Ｌ１，経路距離Ｌ２及び噴霧角θ）を再計算する。そして、ステップＳ２１１において、ＥＣＵ１００は、再計算によって取得された噴霧角θが、３６０°／噴孔数に等しいか否かを判定する。ここで、噴霧角θとスモーク排出量との関係について図８を用いて説明する。図８は、最高温度時点での噴霧角θとスモーク排出量との関係を示すグラフである。なお、噴霧角θは、図８の右下に模式的に示されるように、噴孔２１から噴射された噴霧を気筒１１の上方から見たときにおける噴霧の広がり角である。また、図８においては、横軸が噴霧角θを示し、縦軸がスモーク排出量を示している。
【００４８】
図８に示されるように、噴霧角θが３６０°／噴孔数より大きくなるほど、隣り合う噴
孔２１から噴射された噴霧同士の重なり合いの度合いが増すため、噴霧の濃度が高い領域が発生することによってスモーク排出量が増大する。一方、噴霧角θが３６０°／噴孔数より小さくなるほど、重なり合いの度合いは減るものの、それぞれの噴霧の濃度は相対的に高くなるために、やはりスモーク排出量は増大する。ゆえに、噴霧角θが３６０°／噴孔数に等しいときにスモーク排出量が最も低くなる。そこで、本ステップにおいて肯定判定が下された場合には、ステップＳ２０９で増大されたスワール比を用いることによって、スモーク排出量を低減できることを意味する。そこで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０８に戻ってＬ１／Ｌ２の値が１未満であるか否かを再び判定する。なお、本ステップにおける判定においては、３６０°／噴孔数を含む範囲を設定し、噴霧角θが当該範囲内にある場合に、肯定判定が下されるようにしてもよい。
【００４９】
これに対して、ステップＳ２１１において、否定判定が下された場合には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０９に戻って再びスワール比を調整する。この場合には、噴霧角θが３６０°／噴孔数に近付くようにスワール比が調整される。
【００５０】
本制御によれば、ＥＣＵ１００によって、Ｌ１／Ｌ２の値が１未満となるようにＳＣＶ１４のスワール比が制御されるため、冷却損失をより効果的に低減させることが可能になる。そして、当該制御においては、噴霧角θが３６０°／噴孔数に等しくなるようにスワール比が制御される。したがって、本制御によれば、冷却損失をより効果的に低減しながらスモークを低減させることが可能になる。
【符号の説明】
【００５１】
１０    内燃機関
１１    気筒
２０    燃料噴射弁
２１    噴孔
２２    ピストン
２３    キャビティ
１００  ＥＣＵ
Ｌ１    到達距離
Ｌ２    経路距離
【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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