(57)【要約】【課題】吸気デポジットの堆積等の経時変化に起因した筒内気流強度の変化に拘わらず、良好な燃焼状態を維持することのできる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】電子制御装置２０は、排気温度センサ２１によって検出される燃焼ガス温度の変化に基づいて、吸気デポジットの堆積等の経時変化によるタンブル比の変化を推定し、その推定されたタンブル比が増大したときに、成層燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正する。これにより、タンブル比の増大に伴う圧縮行程中の残存気流の強化に拘わらず、その残存気流が十分弱まった時期に燃料が噴射されるようになり、タンブル比の増大に起因する燃料の過撹拌が抑制されるため、点火プラグ１７近傍に可変な濃い混合気の層を安定して形成することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用され、前記気筒内の一部に他の部分に比して混合気の濃い部分を形成した状態で燃焼を行う成層燃焼運転を実施する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
経時変化による筒内気流強度の変化を推定する推定手段と、
その推定される筒内気流の強度が増大したときに、前記成層燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、燃料噴射時に残存する前記筒内気流の強度が、前記筒内気流強度の変化前と同程度となる時期に燃料噴射が行われるように、前記遅角補正を行う請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用され、前記気筒内に均質な混合気を形成した状態で燃焼を行う均質燃焼運転を実施する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
経時変化による筒内気流強度の変化を推定する推定手段と、
その推定される筒内気流の強度が増大したときに、前記均質燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記気筒内での燃料の撹拌度合いが、前記筒内気流強度の変化前と同程度となるように前記遅角補正を行う請求項３に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用され、前記気筒内に均質な混合気を形成した状態で燃焼を行う均質燃焼運転を実施する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
経時変化による筒内気流強度の変化を推定する推定手段と、
その推定される筒内気流の強度が増大したときに、前記均質燃焼運転時の点火時期を遅角補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記筒内気流の強度の増大に応じて燃焼期間が短縮された分だけ、前記点火時期を遅角させるように前記遅角補正を行う請求項５に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項７】
気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用され、噴射した燃料の一部のみが燃焼されるように燃料濃度の偏在した混合気を前記気筒内に形成して、排気触媒に未燃燃料を供給する触媒昇温噴射を実施する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
経時変化による筒内気流強度の変化を推定する推定手段と、
その推定される筒内気流の強度が増大したときに、前記触媒昇温噴射時の空燃比をリッチ側に補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記推定手段は、燃焼ガス温度に基づいて前記筒内気流強度の変化を推定する請求項１〜７のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関の制御装置に関し、特にその経時変化に起因する筒内気流強度の変化に対応した制御構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような筒内噴射式内燃機関では、吸気ポートからの吸気の流入等によって形成されるタンブル流やスワール流などの筒内気流を利用して、気筒内の混合気の状態を適宜コントロールして、良好な燃焼状態を確保している。例えば均質燃焼運転時には、吸気行程中に燃料を噴射することで、吸気ポートからの吸気の流入に応じて形成された筒内気流によって、噴射した燃料と空気との混合を促進し、気筒内に均質に混合した混合気を形成した状態で燃焼を行うようにしている。また成層燃焼時には、圧縮行程中に燃料を噴射することで、ピストン頂面に形成された凹部を利用して、インジェクタから噴射された燃料を点火プラグ近傍に集め、その点火プラグ近傍のみに可燃な濃い混合気の形成された状態で燃焼を行うようにしている（以上、特許文献１等）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７６４２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところでそうした筒内噴射式内燃機関では、その長期使用に応じて、吸気ポートや吸気バルブ等にデポジットが次第に堆積することがある。そうした吸気デポジットの堆積は、上記筒内気流の強度を変化させ、内燃機関の燃焼状態に影響を与えるようになる。
【０００５】
すなわち図１に示すように、吸気バルブや吸気ポートに吸気デポジットＤが堆積すると、その分、吸気の流路面積が減少する。これにより、吸気の流れが阻害されて吸入空気量が減少するのであるが、同時に、吸気の流路が絞られたことで吸気ポートから気筒内に流入する吸気の流速が高まり、筒内気流が強まるようにもなる。
【０００６】
こうした筒内気流強度の変化は、気筒内の混合気の状態を変化させ、燃焼状態に無視し難い影響を与える。しかし従来においては、そうした経時変化に起因した筒内気流強度の変化への対策は十分なされておらず、燃焼状態の悪化を招いていた。
【０００７】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気デポジットの堆積等の経時変化に起因した筒内気流強度の変化に拘わらず、良好な燃焼状態を維持することのできる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用され、前記気筒内の一部に他の部分に比して混合気の濃い部分を形成した状態で燃焼を行う成層燃焼運転を実施する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、経時変化による筒内気流強度の変化を推定する推定手段と、その推定された筒内気流の強度が増大したときに、前記成層燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正する補正手段と、を備えることをその要旨とする。
【０００９】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、前記補正手段は、燃料噴射時に残存する前記筒内気流の強度が、前記筒内気流強度の変化前と同程度となる時期に燃料噴射が行われるように、前記遅角補正を行うことをその要旨とする。
【００１０】
吸気デポジットの堆積等の経時変化によって、吸気ポートからの吸気の流入によって形成されるタンブル流やスワール流といった筒内気流の強度がある程度以上に増大すると、比較的強い筒内気流が圧縮行程後期まで残存するようになる。そのため、噴射された燃料が、その残存した筒内気流（残存気流）によって撹拌されてしまい、混合気の濃い部分を適切に形成することができなくなって、成層燃焼運転時の燃焼状態が悪化してしまう。
【００１１】
その点、請求項１及び２に記載の各構成では、経時変化による筒内気流の強度変化を推定し、その推定された筒内気流の強度が増大したときに、成層燃焼運転時の燃料噴射時期が遅角側に補正されている。これにより、上記残存気流がより弱まってから燃料が噴射されるようになり、経時変化による筒内気流の強度の増大に起因した燃料の過撹拌が抑制される。したがって、経時変化による筒内気流の強度変化に拘わらず、良好な燃焼状態を維持することができる。特に請求項２に記載のように燃料噴射時期の遅角補正を行えば、より確実に燃焼状態の維持を行うことができる。
【００１２】
なお、ここでの「成層燃焼運転」には、例えば吸気行程、及び圧縮行程の双方に燃料噴射を実施することで、通常の成層燃焼運転時よりは成層度の低い混合気を気筒内に形成した状態で燃焼を行う、いわゆる「弱成層燃焼運転」も含んでいる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用され、前記気筒内に均質な混合気を形成した状態で燃焼を行う均質燃焼運転を実施する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、経時変化による筒内気流強度の変化を推定する推定手段と、その推定される筒内気流の強度が増大したときに、前記均質燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正する補正手段と、を備えることをその要旨とする。
【００１４】
また請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、前記補正手段は、前記気筒内での燃料の撹拌度合いが、前記筒内気流強度の変化前と同程度となるように前記遅角補正を行うことをその要旨とする。
【００１５】
上述のように均質燃焼運転時には、吸気ポートからの吸気の流入に応じて形成される筒内気流によって噴射した燃料と空気との混合を促進するようにしている。ところが、筒内気流が強くなり過ぎて、燃料が過剰に撹拌されてしまうと、気筒壁面やピストン頂面等への燃料の付着量が増大してしまい、実際に燃焼に供される燃料の量が減少して燃費の悪化等の不具合を招いてしまう。
【００１６】
その点、請求項３及び４に記載の各構成では、経時変化による筒内気流の強度変化を推定し、その推定された筒内気流の強度が増大したときに、均質燃焼運転時の燃料噴射時期が遅角側に補正されている。これにより、筒内気流の強度の増大に応じて、気筒内で燃料が撹拌される期間が短縮されて、気筒壁面等への燃料付着量の増大が抑制される。したがって、経時変化による筒内気流の強度変化に拘わらず、良好な燃焼状態を維持することができる。特に請求項４に記載のように燃料噴射時期の遅角補正を行えば、より確実に燃焼状態の維持を行うことができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用され、前記気筒内に均質な混合気を形成した状態で燃焼を行う均質燃焼運転を実施する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、経時変化による筒内気流強度の変化を推定する推定手段と、その推定される筒内気流の強度が増大したときに、前記均質燃焼運転時の点火時期を遅角補正する補正手段と、を備えることをその要旨とする。
【００１８】
また請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、前記補正手段は、前記筒内気流強度の増大に応じて燃焼期間が短縮された分だけ、前記点火時期を遅角させるように前記遅角補正を行うことをその要旨とする。
【００１９】
筒内気流の強度が増大すると、燃料と空気との混合が促進され、気筒内の混合気の均質度が増すため、均質燃焼運転時の燃焼状態が改善される。そして燃焼状態の改善によって燃焼速度が上昇した分、最適な点火時期が遅角側に移行するようになる。そしてその結果、点火時期が過進角となり、燃費の悪化やトルク変動の増大等の不具合を招いてしまう。
【００２０】
その点、請求項５及び６に記載の各構成では、筒内気流の強度の増大に応じて、均質燃焼運転時の点火時期が遅角されるため、上記のような燃焼速度の上昇による点火時期の過進角が好適に回避される。したがって、経時変化による筒内気流の強度変化に拘わらず、良好な燃焼状態を維持することができる。特に請求項６に記載のように点火時期の遅角補正を行えば、より確実に良好な燃焼状態を維持することができる。
【００２１】
また請求項７に記載の発明は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用され、噴射した燃料の一部のみが燃焼されるように燃料濃度の偏在した混合気を前記気筒内に形成して、排気触媒に未燃燃料を供給する触媒昇温噴射を実施する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、経時変化による筒内気流強度の変化を推定する推定手段と、その推定される筒内気流の強度が増大したときに、前記触媒昇温噴射時の空燃比をリッチ側に補正する補正手段と、を備えることをその要旨とする。
【００２２】
筒内噴射式内燃機関では、冷間始動時等に、噴射した燃料の一部のみが燃焼されるように燃料濃度の偏在した混合気を形成した状態で燃焼を行うことで、排気触媒に未燃燃料を供給してそこで燃焼させて排気触媒の昇温を促進する触媒昇温噴射を実施することがある。こうした触媒昇温噴射は、例えば点火プラグ近傍のみに可燃な濃い混合気を形成し、気筒内のそれ以外の部分には、燃焼が成立しないような希薄な混合気を形成することで行われる。ここで上記のような経時変化によって触媒昇温噴射時の筒内気流が強くなると、その気流によって噴射した燃料が撹拌されてしまい、点火プラグの近傍にも可燃な濃い混合気を形成できなくなってしまうことがある。そしてその結果、失火が発生したり、排気触媒に供給される未燃燃料の量が過剰となって、触媒床温の過上昇を招いたりする虞がある。
【００２３】
その点、上記構成では、筒内気流の強度の増大に応じて、触媒昇温噴射時の空燃比がリッチ側に補正されるため、燃料の拡散に拘わらず、可燃な混合気の濃い部分を形成して、燃焼を安定して維持することができる。したがって上記構成では、経時変化による筒内気流の強度変化に拘わらず、良好な燃焼状態を維持することができる。
【００２４】
また請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、前記推定手段は、燃焼ガス温度に基づいて前記筒内気流強度の変化を推定することをその要旨とする。
【００２５】
上記のように、吸気デポジットの堆積等の経時変化によって筒内気流の強度が変化すると、燃焼状態が変化する。そしてその結果、燃焼ガス温度も変化する。例えば均質燃焼運転時には、筒内気流が強くなることで噴射した燃料と空気との混合が促進され、混合気の均質化が進むため、筒内気流の強度の増大に応じて燃焼状態が改善され、燃焼ガス温度が低下する。また成層燃焼運転時には、筒内気流の強化に応じて燃料が過撹拌されてしまい、点火プラグ近傍に十分濃い混合気を形成することが困難となるため、燃焼状態が悪化して燃焼ガス温度が上昇する。そのため、上記構成のように、燃焼ガス温度の検出結果に基づくことで、吸気デポジットの堆積等の経時変化に起因する筒内気流の強度変化を的確に推定することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態について、図２〜９を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図２に、本実施形態の適用される車載用の内燃機関１０の要部、及びその制御系の構成を示す。同図に示す内燃機関１０は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関となっており、大きくは吸気通路１１、燃焼室１２、及び排気通路１３等を備えて構成されている。吸気通路１１は、吸気ポート１４、吸気バルブ１５を介して燃焼室１２に接続されている。燃焼室１２には、同燃焼室１２内に燃料を直接噴射するインジェクタ１６、その噴射された燃料を火花点火する点火プラグ１７が配設されている。その燃焼室１２に、排気バルブ１９及び排気ポート２０を介して接続された排気通路１３には、燃焼室１２から排気として排出された燃焼ガスの温度を検出する排気温度センサ２１が配設されている。
【００２８】
この内燃機関１０の制御系は、機関制御用の電子制御装置２２を中心に構成されている。電子制御装置２２は、機関制御に係る各種処理を実行するＣＰＵや、機関制御用のプログラムや情報の記憶されたＲＯＭ、機関制御中に必要な情報が記憶されるＲＡＭ、外部との間で各種信号をやり取りするための入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。
【００２９】
電子制御装置２２の入力ポートには、上記筒内圧センサ１８及び排気温度センサ２１に加え、機関回転速度を検出するＮＥセンサ２３、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ２４等の各種センサが接続されている。更にその入力ポートには、これ以外にも、機関冷却水の温度を検出する水温センサや吸気温度を検出する吸気温センサ、吸気圧を検出する吸気圧センサなどのように、機関制御に必要な情報を検出する各種センサが接続されている。一方、電子制御装置２２の出力ポートには、各気筒に設けられたインジェクタ１６や点火プラグ１７等が接続されている。そして電子制御装置２２は、入力ポートを通じて入力された上記各センサの検出信号に基づき、インジェクタ１６からの燃料噴射や点火プラグ１７による燃料の点火などの制御を行っている。
【００３０】
また電子制御装置２２は、そうした機関制御の一環として、機関運転状態に応じて内燃機関１０の燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼との間で切り替える制御を行っている。均質燃焼運転時には、燃料を吸気行程中に噴射させることで、吸気ポート１４からの吸気の流入によって気筒内に形成される気流を利用して、噴射した燃料を気筒内の空気中に均質に混合させた状態で燃焼を行わせるようにしている。ちなみに、この内燃機関１０では、そうした吸気の流入に応じて気筒内に、その気筒の垂直方向に回転する気流、すなわちタンブル流が形成されるようになっている。また成層燃焼運転時には、燃料を圧縮行程中に噴射させることで、インジェクタ１６から噴射された燃料を、ピストン頂面に形成された凹部を利用して点火プラグ１７近傍に集めるようにしている。そして、点火プラグ１７近傍のみに可燃な濃い混合気の層を形成した状態で燃焼を行わせるようにしている。
【００３１】
更に本実施形態の電子制御装置２２は、機関運転中に、上記吸気ポート１４や吸気バルブ１５への吸気デポジットの堆積等による筒内気流強度の変化を推定する処理を行っている。なお、ここでは、筒内気流強度を示す指標値として「タンブル比」を用いている。「タンブル比」は、機関回転速度に対する上記タンブル流の回転速度の比として定義される。
【００３２】
以下、そうした本実施形態での筒内気流強度の変化の推定態様について、詳細に説明する。
上述したように、均質燃焼運転時には、吸気の流入に応じて形成される筒内気流（タンブル流）によって撹拌することで、噴射した燃料を空気と混合させている。そのため、筒内気流が強くなれば、すなわちタンブル比が大きくなれば、空気と燃料との混合が促進されて、より均質な混合気が形成されるようになり、燃焼状態が改善される。こうして燃焼状態が改善されれば、燃焼速度が高まって燃焼期間が短くなるため、燃焼ガスの温度は低下する。よって、均質燃焼運転時の燃焼ガス温度が低下したことで、筒内気流の強度が増大したと推定することができる。
【００３３】
一方、成層燃焼運転時には、点火プラグ１７近傍のみに可燃な濃い混合気を形成した状態で燃焼を行うようにしている。このとき、筒内気流が強まり、タンブル比が大きくなると、圧縮行程後期まで気筒内に強いタンブル流が残存するようになり、混合気が拡散され易くなる。その結果、点火プラグ１７近傍に十分濃い混合気を形成することが困難となり、燃焼状態が悪化する。このときには、燃焼速度が低下して、燃焼期間が長くなるため、燃焼ガスの温度は上昇する。よって、成層燃焼運転時の燃焼ガス温度が上昇したことで、筒内気流の強度が増大したと推定することができる。
【００３４】
したがって、燃焼ガス温度の変化に基づくことで、現状のタンブル比を、すなわち筒内気流の強度の変化度合いを推定することができる。図３に、本実施形態の「タンブル比推定処理」のフローチャートを示す。同図の処理は、機関運転中に電子制御装置２２によって周期的に実施される。
【００３５】
本処理が開始されると、まずステップＳ１００において、内燃機関１０がアイドル安定状態にあるか否かが判断される。そのときの内燃機関１０がアイドル安定状態になければ（ＮＯ）、そのまま本処理が一旦終了される。なお本実施形態では、アイドル安定状態にあるときの燃焼ガス温度に基づくことで、タンブル比変化前後の燃焼ガス温度の比較を適切に行なえるようにしている。
【００３６】
ここで内燃機関１０がアイドル安定状態にあれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１１０において、そのときの内燃機関１０が均質燃焼運転されているか、成層燃焼運転されているかが判断される。
【００３７】
均質燃焼運転時には、ステップＳ１２０において、排気温度センサ２１によって検出された燃焼ガス温度に基づいて、図４に例示するような均質燃焼運転時用のタンブル比推定値の算出マップを用いて、タンブル比推定値が算出される。一方、成層燃焼運転時には、ステップＳ１３０において、やはり検出された燃焼ガス温度に基づいて、図５に例示するような成層燃焼運転時用のタンブル比推定値の算出マップを用いて、タンブル比推定値が算出される。これら算出マップには、均質燃焼運転時、及び成層燃焼運転時の燃焼ガス温度とタンブル比との関係が予め記憶されている。そしてタンブル比推定値の算出後、本ルーチンの処理は一旦終了される。
【００３８】
こうして吸気デポジットの堆積等の経時変化によるタンブル比の変化が確認されると、それに伴う燃焼状態の変化に応じて機関制御量の適合値が変化する。本実施形態では、成層燃焼運転時の燃料噴射時期を、タンブル比の変化に応じた最適な値（適合値）へと調整する適合処理を実施している。
【００３９】
ここではまず、成層燃焼運転時における、タンブル比の変化に応じた燃料噴射時期の適合値の変化態様を説明する。
吸気行程中の吸気ポート１４からの吸気の流入によって気筒内に形成されたタンブル流は、成層燃焼運転時において燃料が噴射される圧縮行程中にも、残存気流としてある程度残っている。図６の曲線Ｌ１は、タンブル比の変化前における圧縮行程中の残存気流の強さの推移を、曲線Ｌ２は、タンブル比増大後の同残存気流の強さの推移をそれぞれ示している。また同図の時刻ｔ０は、タンブル比の変化前における燃料噴射時期の適合値を示している。
【００４０】
さて上記経時変化によって筒内気流の強度、すなわちタンブル比が増大すると、同図の曲線Ｌ２に示されるように、圧縮行程のより遅い時期まで強い残存気流が残るようになる。同図の例では、上記時刻ｔ０における残存気流の強さが、タンブル比変化前の値ＡＲ０から値ＡＲ１へと増大している。そのため、この時刻ｔ０に燃料噴射を行えば、噴射された燃料が、その強い残存気流によって撹拌されてしまい、点火プラグ１７近傍に十分に濃い混合気を形成することが困難となる。そしてその結果、燃焼状態が悪化して、トルク変動の増大等の不具合を招いてしまう。
【００４１】
このとき、残存気流の強さがタンブル比の変化前と同程度に低下する時期まで、燃料噴射時期を遅角させれば、そうしたタンブル比の増大による燃焼状態の悪化を回避することができる。同図の例では、タンブル比の増大後の残留気流の強さは、時刻ｔ１に上記値ＡＲ０まで低下しており、この時刻ｔ１まで燃料噴射時期を遅角補正することで、タンブル比変化前と同様の良好な燃焼状態の維持が可能となる。
【００４２】
図７には、タンブル比を大・中・小と３段階に変化させたときの成層燃焼運転時の燃料噴射時期とトルク変動量との関係の変化が示されている。同図にも示されるように、トルク変動量が最小となる、すなわち燃焼状態が良好となる燃料噴射時期は、タンブル比が増大するにつれ、遅角側に移行する。
【００４３】
よって本実施形態では、電子制御装置２２は、成層燃焼運転時に、上記タンブル比推定処理にて求められたタンブル比推定値に基づいて、その推定されるタンブル比が増大するほど、燃料噴射時期を遅角側に補正してその適合を図るようにしている。
【００４４】
図８に、そうした本実施形態におけるタンブル比の変化に応じた成層燃焼運転時の燃料噴射時期の適合に係る処理のフローチャートを示す。同図の処理は、機関運転中に電子制御装置２２によって周期的に実行される。
【００４５】
さて本処理が開始されると、まずステップＳ２００において、成層燃焼運転時であるか否かが判断される。ここで成層燃焼運転時でなければ（ＮＯ）、今回の処理は終了される。
【００４６】
成層燃焼運転時には（Ｓ２００：ＹＥＳ）、ステップＳ２１０において、成層燃焼運転時の基本噴射時期の算出が行われる。基本噴射時期は、経時変化によるタンブル比の変化が無いときの燃料噴射時期の適合値であり、例えば機関回転速度や機関負荷等に基づき算出される。
【００４７】
続くステップＳ２２０では、上記タンブル比推定処理にて求められたタンブル比推定値と、ＮＥセンサ２３によって検出された機関回転速度に基づいて、経時変化によるタンブル比の増大に応じた燃料噴射時期の遅角補正量が求められる。ここでの遅角補正量の算出は、予め電子制御装置２２のＲＯＭに記憶された算出マップを参照して行われる。ここでは、タンブル変化前と同程度まで残存気流の強さが低下する時期まで、燃料噴射時期が遅角されるように、遅角補正量が設定されている。
【００４８】
図９には、そうした算出マップにおける特定の機関回転速度でのタンブル比推定値に応じた上記遅角補正量の設定例が示されている。同図に示すように、遅角補正量は、タンブル比推定値がその初期値、すなわち経時変化が生じる前のタンブル比のときにその値が「０」に設定され、その初期値からタンブル比推定値が大きくなるほど、その値が大きくなるように設定される。
【００４９】
こうした遅角補正量の算出後、ステップＳ２３０において、その遅角補正量に応じて上記基本噴射時期を遅角補正して最終噴射時期が算出され、今回の処理が一旦終了される。その後、電子制御装置２２は、こうして算出された最終噴射時期に燃料が噴射されるようにインジェクタ１６を制御する。
【００５０】
なお、以上説明した本実施形態では、上記タンブル比推定処理のステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理が、経時変化による筒内気流強度の変化を推定する上記「推定手段」の処理に相当する。また上記適合処理のステップＳ２２０、Ｓ２３０の処理が、推定される筒内気流の強度が増大したときに、成層燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正する上記「補正手段」の処理に相当する。
【００５１】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、経時変化によるタンブル比の変化を推定し、その推定されたタンブル比が増大したときに、成層燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正している。より具体的には、燃料噴射時の残存気流の強さが、タンブル比の変化前と同程度となる時期に燃料噴射が行われるように、成層燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正している。これにより、残存気流が十分に弱まってから燃料が噴射されるようになり、燃料の過撹拌が抑制される。したがって、経時変化による筒内気流の強度変化に拘わらず、良好な燃焼状態を維持することができる。
【００５２】
（２）本実施形態では、経時変化によるタンブル比の変化を、燃焼ガス温度に基づいて推定している。経時変化によるタンブル比の変化は、燃焼状態を変化させ、燃焼ガス温度の変化として顕著に表れる。そのため、経時変化によるタンブル比の変化を的確に推定することができる。
【００５３】
（第２実施形態）
続いて本発明を具体化した第２実施形態を、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５４】
上述したような吸気デポジットの堆積等の経時変化による筒内気流の変化は、均質燃焼運転時の燃焼状態にも大きい影響を与える。そこで本実施形態では、経時変化によるタンブル比の変化に応じて、均質燃焼運転時の燃料噴射時期や点火時期を最適な値に調整する適合処理を実施することで、上記のような不具合を回避するようにしている。
【００５５】
以下、本実施形態でのそうした本実施形態での均質燃焼運転時の燃料噴射時期、及び点火時期の適合に係る処理の概要を説明する。
図１０に、均質燃焼運転時の燃料噴射時期に応じた内燃機関１０の出力トルクの変化態様例を、タンブル比が小さいときを実線で、タンブル比が大きいときを破線でそれぞれ示す。同図の例では、タンブル比が小さいときには、燃料噴射時期を時刻ｔ２に設定することで、最大の出力トルクが得られるようになっている。
【００５６】
均質燃焼運転時には、タンブル流の強化によって空気への燃料の混合が促進されるが、タンブル流が強くなり過ぎて気筒内で燃料が過剰に撹拌されてしまうと、その撹拌中に気筒壁面やピストン頂面に、より多くの燃料が付着するようになる。そしてその結果、実際に燃焼に供される燃料の量が低減してしまうことから、内燃機関１０の出力トルクが低下して、燃費の悪化等の不具合を招いてしまう。
【００５７】
そのため、タンブル比が大きくなったときには、タンブル流が小さいときに比して、最適な燃料の混合に要する時間が短縮されることから、最適な燃料、空気の混合状態が得られ、最大の出力トルクが得られる燃料噴射時期が遅角側に移行するようになる。同図の例では、タンブル比が大きいときには、最大の出力トルクが得られる燃料噴射時期が、タンブル比が小さいときの時刻ｔ２よりも遅い時刻ｔ３に移行している。
【００５８】
そこで本実施形態では、上記タンブル比推定処理にて算出されたタンブル比推定値に基づき、その推定されたタンブル流が増大するほど、均質燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正するようにしている。ここでは、そうした燃料噴射時期の遅角補正量を、気筒内での燃料の撹拌度合いが、タンブル比の変化前と同程度となるまで、燃料噴射から点火までの時間が短縮されるように設定するようにしている。なお、気筒内での燃料の撹拌度合いは、例えば噴射から点火までの時間と、タンブル流の回転速度（又はタンブル比）との乗算値をその指標値として表すことができる。
【００５９】
一方、図１１に示すように、経時変化によるタンブル比の変化に応じて、最適な点火時期も変化する。同図には、均質燃焼運転時の点火時期に応じた内燃機関１０の出力トルクの変化態様の例が、タンブル比が小さいときを実線で、タンブル比が大きいときを破線でそれぞれ示されている。同図の例では、タンブル比が小さいときには、その結果、最大の出力トルクが得られる点火時期、すなわち点火時期のＭＢＴ点は、時刻ｔ４となっている。
【００６０】
上記のように均質燃焼運転時には、タンブル流が強くなれば、噴射した燃料と空気との混合が促進されて混合気の均質化が進むため、燃焼状態が改善されて燃焼速度が上昇するようになる。その結果、最大の出力トルクが得られる点火時期、すなわち点火時期のＭＢＴ点は、タンブル流の強化に合わせて遅角側に移行するようになる。同図の例では、タンブル比が大きいときの点火時期のＭＢＴ点は、タンブル比が小さいときの時刻ｔ４よりも遅い時刻ｔ５に移行している。したがってタンブル比が変化したにも拘わらず、点火時期をそのままに維持しておけば、点火時期が過進角となり、燃費の悪化やトルク変動の増大等の不具合を招いてしまう。
【００６１】
そこで本実施形態では、均質燃焼運転時の点火時期についても、上記タンブル比推定処理にて算出されたタンブル比推定値、及びＮＥセンサ２３により検出された機関回転速度に基づいて、その推定されたタンブル流が増大するほど遅角補正するようにしている。ここでは、そうした点火時期の遅角補正量を、上記経時変化によるタンブル流の強化による燃焼速度の上昇に応じて燃焼期間が短縮された分だけ、点火時期を遅角させるように設定するようにしている。
【００６２】
図１２は、そうした本実施形態におけるタンブル比の変化に応じた均質燃焼運転時の燃料噴射時期、及び点火時期の適合に係る処理のフローチャートを示す。同図の処理は、機関運転中に電子制御装置２２によって周期的に実行される。
【００６３】
さて本処理が開始されると、まずステップＳ２００において、均質燃焼運転時であるか否かが判断される。ここで均質燃焼運転時でなければ（ＮＯ）、今回の処理はそのまま一旦終了される。
【００６４】
均質燃焼運転時には（Ｓ３００：ＹＥＳ）、ステップＳ３１０において、上記タンブル比推定処理（図３）にて算出されたタンブル比推定値、及びＮＥセンサ２３により検出された機関回転速度に基づいて、上述した態様で燃料噴射時期の遅角補正量と点火時期の遅角補正量とがそれぞれ算出される。
【００６５】
そしてステップＳ３２０において、別途の処理にて算出された均質燃焼運転時の燃料噴射時期及び点火時期の基本値を、それら遅角補正量にてそれぞれ遅角補正して、最終的な燃料噴射時期及び点火時期の指令値が算出され、今回の処理が一旦終了される。その後、電子制御装置２２は、ここで算出された最終的な燃料噴射時期及び点火時期の指令値に基づいて、均質燃焼運転時のインジェクタ１６からの燃料噴射の時期や点火プラグ１７による点火の時期の制御を行う。
【００６６】
なお、以上説明した本実施形態では、上記適合処理のステップＳ３１０、Ｓ３２０の処理が、推定される筒内気流の強度が増大したときに、均質燃焼運転時の燃料噴射時期、点火時期を遅角補正する上記「補正手段」の処理に相当する。
【００６７】
以上説明した本実施形態によれば、上記（２）に記載の効果に加え、更に以下の効果を得ることができる。
（３）本実施形態では、経時変化によるタンブル比の変化を推定し、その推定されたタンブル比が増大したときに、均質燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正するようにしている。より具体的には、気筒内での燃料の撹拌度合いが、タンブル比の変化前と同程度となる時期に燃料噴射が行われるように、均質燃焼運転時の燃料噴射時期を遅角補正している。これにより、経時変化によるタンブル比の増大に応じて、気筒内で燃料が撹拌される期間が短縮されて、気筒壁面等への燃料の付着が抑制される。したがって、経時変化による筒内気流の強度変化に拘わらず、良好な燃焼状態を維持することができる。
【００６８】
（４）本実施形態では、経時変化によるタンブル比の変化を推定し、その推定されたタンブル比が増大したときに、均質燃焼運転時の点火時期を遅角補正するようにしている。より具体的には、タンブル比の増大に応じた燃焼速度の上昇によって燃焼期間が短縮された分だけ、点火時期を遅角させるように、均質燃焼運転時の点火時期を遅角補正するようにしている。そのため、経時変化によるタンブル比の増大に起因した燃焼速度の上昇による点火時期の過進角が好適に回避される。したがって、経時変化による筒内気流の強度変化に拘わらず、良好な燃焼状態を維持することができる。
【００６９】
（第３実施形態）
続いて本発明を具体化した第３実施形態を、上記各実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７０】
本実施形態の適用される内燃機関１０では、冷間始動時に、排気通路１３に設けられた排気触媒の床温を高めるための触媒昇温噴射を実施するようにしている。触媒昇温噴射時には、排気行程後期に燃料を噴射することで、図１３に示すように、点火プラグ１７近傍のみに可変な混合気の層を形成し、その周囲に燃焼の成立しないような非常に希薄な混合気の層を形成するようにしている。またこのときの点火プラグ１７近傍には、燃焼が成立する必要最小限の量の燃料しか存在させないようにしている。そのため、触媒昇温噴射時には、成層燃焼運転時と異なり、噴射した燃料はその一部のみが燃焼され、残りの燃料は燃焼されぬまま、排気と共に排気通路１３に排出されるようになり、その排出された未燃燃料は、排気触媒にて燃焼され、その昇温に寄与するようになる。
【００７１】
さて、こうした触媒昇温噴射時に、上述したような経時変化によるタンブル比の増大が生じると、噴射した燃料が撹拌されてしまい、点火プラグ１７近傍に、燃焼が成立するだけの濃い混合気の層を形成しておくことが困難となる。そしてその結果、失火が発生したり、排気触媒に供給される未燃燃料の量が過剰となって触媒床温の過上昇を招いたり、といった不具合が生じる虞がある。
【００７２】
そこで本実施形態では、上記タンブル比推定処理にて算出されたタンブル比推定値に基づき、その推定されたタンブル流が増大するほど、触媒昇温噴射時の燃料噴射量を増量補正して、空燃比をリッチ側に補正するようにしている。そしてこれにより、タンブル比の増大による燃料の拡散に拘わらず、点火プラグ１７近傍に十分可燃な濃い混合気の層を形成するようにしている。
【００７３】
図１４に、そうした本実施形態における触媒昇温噴射時の空燃比の適合に係る処理のフローチャートを示す。同図の処理は、機関運転中に電子制御装置２２によって周期的に実行される。
【００７４】
本処理が開始されると、まずステップＳ３００において、触媒昇温噴射の実施中であるか否かの判断が行われる。ここで触媒昇温噴射の実施中でなければ（ＮＯ）、今回の処理はそのまま一旦終了される。
【００７５】
触媒昇温噴射の実施中であれば（Ｓ３００：ＹＥＳ）、ステップＳ３１０において、上記タンブル比推定処理（図３）にて算出されたタンブル比推定値に基づいて、燃料噴射量の増量補正量が算出される。ここでの増量補正量の算出は、予め電子制御装置２２のＲＯＭに記憶された算出マップを参照して行われる。
【００７６】
図１５に、そうした算出マップにおける特定の機関回転速度でのタンブル比推定値に応じた上記増量補正量の設定例が示されている。同図に示すようにこの算出マップでは、増量補正量は、タンブル比推定値がその初期値、すなわち経時変化が生じる前のタンブル比のときにその値が「０」に設定され、その初期値からタンブル比推定値が大きくなるほど、その値が大きくなるように設定される。
【００７７】
そして続くステップＳ３２０において、別途の処理にて算出された触媒昇温噴射時の基本燃料噴射量をその増量補正量に応じて増量補正することで、最終燃料噴射量が算出され、今回の処理が一旦終了される。その後、電子制御装置２２は、こうして増量補正された最終燃料噴射量に基づいて、インジェクタ１６からの燃料の噴射量を制御することで、触媒昇温噴射時の空燃比を、タンブル比の変化前に比してリッチ側に補正するようにしている。
【００７８】
なお、以上説明した本実施形態では、上記適合処理のステップＳ４１０、Ｓ４２０の処理が、推定される筒内気流の強度が増大したときに、触媒昇温噴射時の空燃比をリッチ側に補正する上記「補正手段」の処理に相当する。
【００７９】
以上説明した本実施形態によれば、上記（２）に記載の効果に加え、更に以下の効果を得ることができる。
（５）本実施形態では、経時変化によるタンブル比の変化を推定するとともに、その推定されたタンブル比が増大したときに、触媒昇温噴射時の燃料噴射量を増量補正して、同噴射時の空燃比をリッチ側に補正するようにしている。そのため、タンブル比の増大による燃料の拡散に拘わらず、点火プラグ１７近傍に可燃な混合気の層が安定して形成されるようになり、安定した燃焼が維持される。したがって、経時変化によるタンブル比の変化に拘わらず、良好な燃焼状態を維持することができる。
【００８０】
なお、上記実施形態は次のように変更して実施することもできる。
・均質燃焼運転と成層燃焼運転との双方を実施する筒内噴射式内燃機関であれば、図８に示した成層燃焼運転時の燃料噴射時期の適合に係る処理と、図１２に示した均質燃焼運転時の燃料噴射時期、点火時期の適合に係る処理との双方を併せ実施するようにしても良い。また成層燃焼運転、又は均質燃焼運転と上記触媒昇温噴射とを実施する筒内噴射式内燃機関であれば、図８又は図１２のいずれかの処理と、図１４に示した触媒昇温噴射時の空燃比の適合に係る処理とを併せ実施するようにしても良い。勿論、均質燃焼運転、成層燃焼運転及び触媒昇温噴射のすべてを実施する筒内噴射式内燃機関であれば、図８、図１２、及び図１４の処理のすべてを併せ実施するようにしても良い。
【００８１】
・図１２の適合処理では、均質燃焼運転時の燃料噴射時期及び点火時期の双方を、経時変化によるタンブル比の増大に応じて遅角補正するようにしていた。こうした遅角補正を、均質燃焼運転時の燃料噴射時期及び点火時期のいずれか一方のみに対して適用するようにしても良い。その場合でも、上記（３）又は（４）のいずれかの効果は得ることができる。
【００８２】
・図１４に示した触媒昇温噴射時の空燃比の適合に係る処理では、燃料噴射量を増量補正することで、タンブル比推定値が増大したときの触媒昇温噴射時の空燃比をリッチ側に補正するようにしていたが、吸入空気量を減量補正することでも、同様に空燃比をリッチ側に補正することができる。その場合にも、上記（５）と同様の効果を奏することができる。
【００８３】
・図３のタンブル比推定処理では、燃焼ガス温度に基づいて経時変化によるタンブル比の変化を推定するようにしていたが、その推定を燃焼ガス温度以外のパラメータに基づいて行うようにしても良い。例えば同様の推定を、筒内圧に基づいても行うことができる。すなわち、経時変化によってタンブル比が変化して燃焼状態が変化すれば、燃焼中の筒内圧の様相も変化する。例えばタンブル比の変化によって燃焼状態が改善されれば、燃焼期間の短縮や燃焼中の筒内圧のピーク値の増大、燃焼中に筒内圧がピークを迎える時期の進角化などが生じ、それを筒内圧の検出結果に基づき把握することができる。
【００８４】
・上記各実施形態では、吸気ポート１４からの吸気の流入に応じて気筒内にタンブル流を形成する筒内噴射式の内燃機関１０に本発明を適用した場合を説明したが、本発明は、気筒内にスワール流の形成される筒内噴射式の内燃機関にも同様、或いはそれに準じた態様で適用することができる。この場合、経時変化によるスワール流の強度変化に対して、良好な燃焼状態の維持を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸気デポジットの付着した吸気ポート及び吸気バルブの断面図。
【図２】本発明の第１実施形態の全体構造を示す模式図。
【図３】同実施形態のタンブル比推定処理のフローチャート。
【図４】均質燃焼運転時のタンブル比推定値の算出マップの一例を示す図。
【図５】成層燃焼運転時のタンブル比推定値の算出マップの一例を示す図。
【図６】残存気流の強さの推移を示すタイムチャート。
【図７】成層燃焼運転時の燃料噴射時期とトルク変動量との相関関係のタンブル比に応じた変化を示すグラフ。
【図８】第１実施形態における燃料噴射時期の適合処理のフローチャート。
【図９】同適合処理に用いられる遅角補正量算出マップの一例を示す図。
【図１０】均質燃焼運転時の燃料噴射時期と出力トルクとの相関関係のタンブル比に応じた変化を示すグラフ。
【図１１】均質燃焼運転時の点火時期と出力トルクとの相関関係のタンブル比に応じた変化を示すグラフ。
【図１２】第２実施形態における燃料噴射時期及び点火時期の適合処理のフローチャート。
【図１３】触媒昇温噴射時の気筒内の様相を示す断面図。
【図１４】第３実施形態における燃料噴射量の適合処理のフローチャート。
【図１５】同適合処理に用いられる増量補正量算出マップの一例を示す図。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…燃焼室、１３…排気通路、１４…吸気ポート、１５…吸気バルブ、１６…インジェクタ、１７…点火プラグ、１９…排気バルブ、２０…排気ポート、２１…排気温度センサ、２２…電子制御装置、２３…ＮＥセンサ、２４…アクセルセンサ。
【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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