(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気をシリンダ内に吸入させる複数の吸気流路にそれぞれ設けられ、前記空気の吸入状態を調整してスワール流動を生成させるスワール流動制御バルブを制御するスワール流動制御機能と、
前記複数の吸気流路の少なくとも一つに導入される高温気体の導入量を調整する高温気体バルブを制御する高温気体制御機能と、
前記導入される高温気体によって前記シリンダの壁面に沿って形成される断熱層の最適厚みを算出する断熱層最適厚み算出機能と、を備え、
前記スワール流動制御バルブの開度を制御することによって、前記断熱層の最適厚みに応じて前記複数の吸気流路を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記高温気体は、既燃ガス、加熱された空気および既燃ガスと空気との混合気体のうちのいずれか１つ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】
前記断熱層の最適厚みが薄いほど、前記複数の吸気流路を狭くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記シリンダに取り付けられた吸気バルブの開閉時期および開度を制御する吸気制御機能を備え、前記断熱層の最適厚みが薄いほど前記吸気制御機能により前記吸気バルブを通過する気体の流速を高めるように制御することを特徴とする請求項１から請求項３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】
本発明は、内燃機関における燃焼室内の混合気の燃焼状態を制御する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気汚染の問題や石油燃料事情の変動などに伴い、内燃機関（以下、「エンジン」と記す）の排気ガスのクリーン化および燃費の向上が強く求められている。エンジンの排気ガスの改善および燃費を向上させる方法として、エンジンの燃焼室内における混合気の燃焼状態を向上させることが注目されている。
【０００３】
エンジンにおける混合気の燃焼状態を悪化させる要因の一つとして、シリンダの壁面の温度が低いためにシリンダの壁面近傍の混合気が、シリンダの壁面に熱を奪われることで火炎が伝播せずに消炎することが知られている。この消炎により未燃燃料が増加して排気ガスおよび燃費が悪化することとなる。よって、エンジンの燃焼室内における混合気の燃焼状態を向上させ、排気ガスの改善および燃費を向上させるためには、火炎が消炎しないよう、シリンダの壁面近傍における混合気の温度の低下を抑制することが非常に重要となってくる。
【０００４】
この対策として、特許文献１に示される内燃機関では、吸気ポートから吸気される空気よりも温度が高い既燃ガス（以下、「ＥＧＲ」と記す）をシリンダの壁面から導入してシリンダの壁面に沿ってＥＧＲによる断熱層を生成することで、シリンダの壁面近傍における空気または空気と燃料の混合気の温度の低下を抑制し、排気ガスおよび燃費の向上を図っている。
【０００５】
また、特許文献２に示される内燃機関制御装置では、吸気ポートとして備えているスワールポートおよびストレートポートの各ポートにおけるスワール流動制御バルブを制御してシリンダの筒内に生成されるスワール流動の強さを弱め、空気または空気と燃料の混合気のシリンダの壁面への接触を抑制することで、シリンダの壁面近傍における空気または混合気の温度の低下を抑制し、排気ガスおよび燃費の向上を図っている。
【０００６】
このように、一般的に、シリンダの壁面近傍における空気または混合気の温度の低下を抑制する方法として、例えば、特許文献１のように温度が高く燃焼に寄与しない気体の断熱層を生成させる方法や、例えば、特許文献２のようにシリンダの筒内の流動を変化させて空気または混合気のシリンダの壁面への接触を抑制させる方法や、空気または混合気の温度を上昇させる方法や、シリンダの壁面の温度を上昇させる方法などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２２３６１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２２５６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２の内燃機関制御装置にあっては、空気または混合気のシリンダの壁面への接触を抑制させる方法として、シリンダの筒内に生成されるスワール流動の強さを弱めているため、筒内流動が弱まることで燃料の蒸発および拡散がし難くなり、形成される混合気が悪化するといった問題があった。また、空気または混合気の温度を上昇
させる方法や、シリンダの壁面の温度を上昇させる方法は、温度を上昇させるために非常に多くのエネルギが必要となる。また、温度上昇が大きすぎると、燃焼時のノッキングやエンジンの故障を招く要因にもなるといった問題があった。
【０００９】
これに対して、特許文献１の内燃機関にあっては、温度が高く燃焼に寄与しない気体の断熱層を生成させる方法として、空気または混合気よりも温度の高い気体としてＥＧＲや少量の加熱空気を用いているため、生成するのに大きなエネルギを必要とせず、また、燃焼に寄与せず、弱い筒内流動により混合気の形成を悪化させることが少ないため、シリンダの壁面近傍における空気または混合気の温度の低下を抑制する方法として有効である。
【００１０】
ところで、発明者らの研究の結果によると、最適な断熱層を生成するには、断熱層の厚みを適切に変化させるよう制御することが重要であることが明らかになった。すなわち、断熱層が過度に薄い場合には、シリンダの壁面近傍における混合気の温度の低下を抑制できず、消炎が発生して排気ガスおよび燃費が悪化する。また、断熱層が過度に厚い場合には、断熱層は燃焼に寄与しないため火炎が筒内の広範囲に伝播せず、トルクの低下や燃焼の悪化となり、排気ガス、燃費、およびドライバビリティが悪化する。
【００１１】
このため、特許文献１の内燃機関においては、ＥＧＲをシリンダの壁面から導入して、シリンダの壁面に沿ってＥＧＲによる断熱層を生成するよう制御はされているが、断熱層の厚みを変更するようには制御されていないため、シリンダの壁面の温度が異なり、ＥＧＲが断熱層として過度に薄い、もしくは過度に厚い場合には、排気ガス、燃費およびドライバビリティが悪化するという問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、内燃機関のシリンダの壁面に沿って形成される高温気体の断熱層の状態によって生じる排気ガスや燃費の悪化を抑えることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の制御装置は、空気をシリンダ内に吸入させる複数の吸気流路にそれぞれ設けられ、前記空気の吸入状態を調整してスワール流動を発生させるスワール流動制御バルブを制御するスワール流動制御機能と、前記複数の吸気流路の少なくとも一つに導入される高温気体の導入量を調整する高温気体バルブを制御する高温気体制御機能と、前記導入される高温気体によって前記シリンダの壁面に沿って形成される断熱層の最適厚みを算出する断熱層最適厚み算出機能と、を備え、前記スワール流動制御バルブの開度を制御することによって、前記断熱層の最適厚みに応じて前記複数の吸気流路を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、運転状態に応じて、シリンダの壁面に沿って形成される高温気体の断熱層厚みを最適化することにより、空気または混合気の温度の低下を抑制することができるので、排気ガスや燃費の悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係る内燃機関の制御装置を含む内燃機関のシステム全体を示す構成図である。
【図２】実施の形態１における吸気マニホールド部の要部を示す構成図である。
【図３】実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における制御機能の構成図である。
【図４】実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における断熱層厚み設定の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における断熱層最適厚み演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１におけるエンジン回転数とブースト圧に応じた吸気バルブピークリフト量のマップを示す図である。
【図７】実施の形態１におけるエンジン回転数とブースト圧に応じた第１スワール流動制御バルブ目標開度のマップを示す図である。
【図８】実施の形態１におけるエンジン回転数とブースト圧に応じた導入可能な最大ＥＧＲ量となるＥＧＲバルブ目標開度のマップを示す図である。
【図９】実施の形態１におけるエンジン回転数とブースト圧に応じた生成可能な断熱層の最大厚みのマップを示す図である。
【図１０】実施の形態１における断熱層最適厚みと吸気バルブピークリフト量の関係を示す図である。
【図１１】実施の形態１における冷却水温が変化したときにＥＧＲバルブ、第１スワール流動制御バルブ、第２スワール流動制御バルブを制御して断熱層厚みの変更行う挙動を示すタイミングチャート図である。
【図１２】実施の形態１における断熱層最適厚みに応じて第１および第２スワール流動制御バルブ開度、吸気バルブリフト量を変化させたときに生成されるシリンダの筒内の断熱層形状を示す図である。
【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係る内燃機関の制御装置について、図１から図１２に基づいて説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置を含む内燃機関のシステム全体を示す構成図であり、図２は、実施の形態１における吸気マニホールド部の要部を示す構成図である。また、図３は、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における機能構成図である。なお、一般的にエンジンには、複数のシリンダ２が設けられているが、図１および図２では、そのうちの１つのシリンダ２について説明する。また、実施の形態１では、高温気体の断熱層がＥＧＲよって形成される例について説明する。
【００１８】
まず、図１を用いて、内燃機関のシステム全体の構成について説明する。エンジン１には、筒状のシリンダ２と、シリンダ２の軸線方向に往復自在なピストン３が設けられており、このピストン３の頂面には、成層燃焼モード時にシリンダ２の上部に成層混合気を形成させるために皿状に窪んだキャビティ４が設けられている。これらシリンダ２とピストン３とによって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室５が形成されている。また、ピストン３の往復運動を回転運動に変換するクランク軸６が設けられており、クランク軸６の回転角度（クランク角）を検出するようなクランク角センサ７が設けられている。また、シリンダ２には、エンジン１を冷却するための冷却水（図示せず）の温度に応じた電圧値を出カする水温センサ８が設けられている。
【００１９】
また、シリンダ２の筒内に空気を吸入する吸気マニホールド９と、燃焼室５内で混合気が燃焼して生成された排気ガスを排出する排気マニホールド１０とが、シリンダ２に接続されている。また、シリンダ２には、燃焼室５と吸気マニホールド９との間を開閉する吸気バルブ１１と、燃焼室５と排気マニホールド１０との間を開閉する排気バルブ１２とが、それぞれ２つずつ（図１では、１つずつのみ図示）取り付けられている。適切な開弁時期および適切なリフト量で、吸気バルブ１１および排気バルブ１２を制御するために、吸気バルブ１１および排気バルブ１２の上部には、吸気バルブ可変機構１３と排気バルブ可変機構１４とが、それぞれ設置されている。
【００２０】
また、シリンダ２の頂部には、適切なタイミングでシリンダ２の筒内に直接燃料を噴射
する燃料噴射弁１５が取り付けられている。さらに、シリンダ２の頂部には、燃焼室５に形成された混合気に火花点火する点火プラグ１６が取り付けられており、点火プラグ１６に高電圧エネルギを供給する点火コイル１７が取り付けられている。
【００２１】
また、吸気マニホールド９の上流側には、燃焼室５に吸入される空気を一時的にためるサージタンク１８が接続されており、このサージタンク１８の上流側には、供給空気量を調整するスロットルバルブ１９が接続されている。また、スロットルバルブ１９の下流側には、ブースト圧に応じた電圧値を出力するブースト圧センサ２０が設けられている。
【００２２】
また、排気マニホールド１０の下流側には、排気ガス中の有害物質を取り除く触媒装置２１が接続されており、触媒装置２１の下流側には、排気ガスを外部に排気するテールパイプ２２が接続されている。また、排気マニホールド１０には、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（図示せず）が設けられている。
【００２３】
吸気マニホールド９と排気マニホールド１０との間は、高温気体である排気ガスを還流するためのＥＧＲ配管２３により連通されており、ＥＧＲ配管２３の途中にはＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブ（高温気体バルブ）２４が設けられている。ここで、ＥＧＲバルブ２４は、バルブの開度が大きいほど、吸気マニホールド９に導入されるＥＧＲ量が多くなるよう設定されている。
【００２４】
続いて、図２を用いて、吸気マニホールド部の要部の構成について説明する。シリンダ２に接続されている複数の吸気マニホールド９の内、第１の吸気マニホールド９ａには、流路の断面の全てを閉塞することができる第１スワール流動制御バルブ２５が取り付けられている。また、第２の吸気マニホールド９ｂには、流路の断面の一部領域のみを閉塞することができる第２スワール流動制御バルブ２６が取り付けられている。ここで、第１および第２スワール流動制御バルブは、バルブの開度が小さくなれば、吸気マニホールド９の閉塞領域が拡大するよう取り付けられている。第１および第２スワール流動制御バルブ２５，２６の開度を小さくし、吸気マニホールド９における閉塞領域が拡大すると、閉塞領域からシリンダ２へ流入する空気量が減少し、シリンダ２の筒内には、偏流が生じてスワール流動が形成される。なお、吸気マニホールド９における閉塞領域が拡大するほどシリンダ２の筒内に強いスワール流動が形成される。
【００２５】
また、ＥＧＲ配管２３は、第２スワール流動制御バルブ２６よりも上流の吸気マニホールド９ｂに接続されているため、ＥＧＲがシリンダ２の筒内に導入されるようＥＧＲバルブ２４が制御されているとき、第２スワール流動制御バルブ２６の開度に応じて、通過するＥＧＲの流れの太さを変えることができる。
【００２６】
上述した図１および図２における内燃機関のシステムの動作は、エンジン制御用電子コントロールユニット（以下、ＥＣＵと略称する）２７によって制御されている。ＥＣＵ２７は、演算処理が実行されるＣＰＵ、プログラムデータや固定値データが記憶されているＲＯＭ、格納されているデータを更新して順次書き換えられるＲＡＭ、およびＥＣＵ２７の電源が切られても格納されているデータを保持するバックアップＲＡＭを有するマイクロコンピュータ（図示せず）と、アクチュエータを駆動するための駆動回路（図示せず）と、各種信号の入出力を行うＩ／Ｏインターフェース（図示せず）と、で構成されている。
【００２７】
図３に、ＥＣＵ２７内に構成された内燃機関の制御機能を示す。ＥＣＵ２７のメモリには、高温気体制御機能２８、断熱層最適厚み算出機能２９、スワール流動制御機能３０、吸気制御機能３１、がソフトウェアとして記憶されている。また、ＥＣＵ２７には、水温センサ８、ブースト圧センサ２１からの電圧出力値がＡ／Ｄ変換されて入カされ、これら
Ａ／Ｄ変換された各出カ値は、それぞれ冷却水温Ｔｗ、ブースト圧Ｐｂとして上記各機能での演算に用いられる。また、ＥＣＵ２７には、クランク角センサ７の信号が割り込み入力され、ＥＣＵ２７に内蔵されたタイマとクランク角センサ７の信号と、によりエンジン回転数Ｎが算出される。ＥＣＵ２７の各機能２９から３１により、断熱層厚みを最適化するため、ＥＧＲバルブ２４の開度ＥＧの調整指令と、第１スワール流動制御バルブ２５および第２スワール流動制御バルブ２６の開度ＳＣＶ１，ＳＣＶ２の調整指令と、吸気バルブ１１のリフト量（開度）ＩＶＬの調整指令を出す（断熱層最適厚み調整指令３２）。以下に、ＥＣＵ２７の各機能の内容について説明する。
【００２８】
高温気体制御機能２８は、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ時において、エンジン回転数Ｎ、ブースト圧Ｐｂおよび冷却水温Ｔｗから得られたエンジン運転状態に基づいて、ＥＧＲバルブ目標開度ＥＴを算出して、断熱層流入期間ＴＭＴＢに、ＥＧＲバルブ目標開度ＥＴとなるようＥＧＲバルブ２４の開度ＥＧの調整指令を出す。
【００２９】
また、断熱層最適厚み算出機能２９は、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ時において、エンジン回転数Ｎ、ブースト圧Ｐｂおよび冷却水温Ｔｗから得られたエンジン運転状態に基づいて、断熱層最適厚みＴＢＴを算出する。
【００３０】
また、スワール流動制御機能３０は、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ時において、第１スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ１Ｔが、最小値Ｍｉｎとなるよう更新し、断熱層最適厚み算出機能２９により算出された断熱層最適厚みＴＢＴの値が、予め設定されているしきい値ＴＨＴＢＴ以下であれば、第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔが最小値Ｍｉｎとなるよう更新し、断熱層最適厚みＴＢＴの値が、予め設定されているしきい値ＴＨＴＢＴ以下でなければ、第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔが最大値Ｍａｘとなるよう更新する。断熱層流入期間ＴＭＴＢにおいて、第１スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ１Ｔ、第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔとなるように、第１スワール流動制御バルブ２５および第２スワール流動制御バルブ２６の開度の調整指令を出す。
【００３１】
吸気バルブ制御機能３１は、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴにおいて、断熱層最適厚みＴＢＴに応じて、予め設定されているマップを用いて吸気バルブピークリフト量（最大開度）ＩＶＬｂを算出し、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ以降に、吸気バルブピークリフト量ＩＶＬｂとなるよう吸気バルブ１１のリフト量ＩＶＬの調整指令を出す。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の動作の詳細について図４から図１２を参照して説明する。本実施の形態においては、空気の吸入後に空気よりも高い温度の気体を第２の吸気マニホールド９ｂに導入し、運転状態に応じて算出される高温気体の断熱層の最適な厚みの値が小さいほど、高温気体が通過する吸気流路の閉塞領域を第１および第２スワール流動制御バルブで拡大させ、算出された断熱層の最適な厚みの値が小さいほど、高温気体が吸気バルブを通過する流速を高めることで、シリンダの壁面に沿った断熱層を最適な厚みで精度良く生成する場合について説明する。
【００３３】
ここで、図４の断熱層厚み設定の処理手順および図５の断熱層最適厚み演算の処理手順のフローチャートを参照しながら上記動作を説明する。なお、この動作は、ＥＣＵ２７において、所定クランク角度毎に割り込んで実行される割り込みルーチン内のサブルーチンとして実行される。また、本実施例においては、所定クランク角度毎に割り込んで実行される割り込みルーチン内のサブルーチンとして実行されるが、所定時間周期のメインルーチン内のサブルーチンとして実行してもよい。
【００３４】
まず、図４の断熱層厚み設定の処理手順ルーチンのステップＳ１０１において、断熱層
厚み設定値を変更する必要があるかどうかが判定される。すなわち、初期化処理を実行する運転条件であるかを判定する。初期化処理を実行する運転条件とは、例えばエンジン始動時など、断熱層厚み設定値の変更制御の実行をしない運転条件である。
【００３５】
ステップＳ１０１において初期化処理を実行する運転条件であると判定された場合には、ステップＳ１０２で初期化処理が実行される。初期化処理は、断熱層最適厚みＴＢＴに０を入力する。さらに、式（１）に示すように、吸気バルブリフト量ＩＶＬに吸気バルブ基本リフト量ＩＶＬｂを入力する。ここで、吸気バルブピークリフト量ＩＶＬｂとは、吸気バルブ１１の開弁中にバルブ開口面積が最大となるリフト量の値である。なお、吸気バルブピークリフト量ＩＶＬｂは、式（２）に示すように、例えば、エンジン回転数Ｎとブースト圧Ｐｂとで一意的に決定され、例えば、図６で示すように、低回転または低負荷時には小さい値、高回転または高負荷時には大きい値となるような、運転状態に応じて予め設定されている基本マップを参照して更新される。
ＩＶＬ＝ＩＶＬｂ                                （１）
ＩＶＬｂ＝Ｍａｐ（Ｎ，Ｐｂ）                    （２）
【００３６】
続いて、ステップＳ１０３において、ＥＧＲバルブ開度ＥＧ、第１スワール流動制御バルブ開度ＳＣＶ１および第２スワール流動制御バルブ開度ＳＣＶ２は、それぞれ、基本開度となるように更新される。すなわち、式（３）のように、ＥＧＲバルブ基本開度ＥＧ０は０に更新され、式（４）に示すように、第１スワール流動制御バルブ基本開度ＳＣＶ１０は、例えば、エンジン回転数Ｎとブースト圧Ｐｂとで一意的に決定される運転状態に応じて、予め設定されているマップを参照して更新され、式（５）に示すように、第２スワール流動制御バルブ基本開度ＳＣＶ２０は、予め設定されている第２スワール流動制御バルブ最大開度ＳＣＶ２Ｍａｘに更新される。
ＥＧ＝ＥＧ０＝０                                  （３）
ＳＣＶ１＝ＳＣＶ１０＝Ｍａｐ（Ｎ，Ｐｂ）         （４）
ＳＣＶ２＝ＳＣＶ２０＝ＳＣＶ２Ｍａｘ               （５）
なお、式（４）のマップは、公知である一般的なスワール流動制御バルブとしての動作をするよう第１スワール流動制御バルブの基本開度ＳＣＶ１０が、予め設定されており、例えば、図７のように、高速回転または高負荷時には吸気量を確保するために、第１スワール流動制御バルブ開度ＳＣＶ１を最大開度にして、第１スワール流動制御バルブ２５を開くよう設定されているものである。このステップＳ１０３により、スロットルバルブ１９を通過した空気がシリンダ２の筒内に吸入されることとなる。ステップＳ１０３が完了するとサブルーチンを終了し、戻る。
【００３７】
ステップＳ１０１において、初期化処理を実行する運転条件ではないと判定された場合には、ステップＳ１０４に進み、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴであるかどうかが判定される。断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴは、所定気筒における吸気バルブ１１の開弁前のタイミングとして、予め設定されている。
【００３８】
さらに、ステップＳ１０４において、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴではないと判定された場合には、次のステップＳ１０６において、断熱層流入期間ＴＭＴＢであるかどうかが判定される。断熱層流入期間ＴＭＴＢは、燃焼に寄与する空気がシリンダ２の筒内に吸入された後のタイミング、すなわち、吸気バルブ１１が閉弁途中から閉弁するまでの所定の期間として予め設定されている。この断熱層流入期間ＴＭＴＢにおいて、ＥＧＲをスワール流動でシリンダ２の筒内に流入させることで、ＥＧＲ層（断熱層）３４が生成される。
【００３９】
ステップＳ１０６において、断熱層流入期間ＴＭＴＢであると判定された場合には、ステップＳ１０７において、ＥＧＲバルブ開度ＥＧ、第１スワール流動制御バルブ開度ＳＣ
Ｖ１および第２スワール流動制御バルブ開度ＳＣＶ２は、式（６）から式（８）で示すように、それぞれ、目標開度となるように更新される。
ＥＧ＝ＥＧＴ                                     （６）
ＳＣＶ１＝ＳＣＶ１Ｔ                            （７）
ＳＣＶ２＝ＳＣＶ２Ｔ                            （８）
ここで、ＥＧＲバルブ目標開度ＥＧＴ、第１スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ１Ｔおよび第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔは、図５の断熱層最適厚み演算処理サブルーチンにて算出される。
【００４０】
このステップＳ１０７が、高温気体制御機能２８、スワール流動制御機能３０、吸気制御機能３１の一部に相当する。
【００４１】
ステップＳ１０７が実行されることにより、シリンダ２の筒内に断熱層３４を形成するＥＧＲ３３が第２の吸気マニホールド９ｂに導入され、第２スワール流動制御バルブ２６を通過する際に形成されるＥＧＲ層３４が適切な厚みとなる。第１スワール流動制御バルブ２５が閉じられて、シリンダ２の筒内にスワール流動が生成されるため、ＥＧＲ３３は、シリンダ２の壁面に沿って拡散される。ステップＳ１０７が完了するとサブルーチンを終了し、戻る。
【００４２】
なお、ステップＳ１０６において、断熱層流入期間ＴＭＴＢではないと判定された場合には、前述のステップＳ１０３で各バルブ開度が基本開度に設定された後、サブルーチンは終了し、戻る。
【００４３】
次に、ステップＳ１０５において実行される断熱層最適厚み演算処理サブルーチンを、図５のフローチャートで示す。
【００４４】
まず、図５のステップＳ２０１において、ＥＧＲバルブ目標開度ＥＧＴが算出される。ＥＧＲバルブ目標開度ＥＧＴは、式（９）に示すように、例えば、エンジン回転数Ｎとブースト圧Ｐｂとで一意的に決定される運転状態に応じたマップ値、冷却水温Ｔｗおよび重み付け係数ＫＥＧＲによって算出される。
ＥＧＴ＝Ｍａｐ（Ｎ，Ｐｂ）／Ｔｗ＊ＫＥＧＲ      （９）
ここで、式（９）のエンジン回転数Ｎとブースト圧Ｐｂとで一意的に決定される運転状態に応じたマップには、例えば、図８に示すように、実験またはシミュレーションなどで得られる導入可能な最大ＥＧＲ量となるＥＧＲバルブ目標開度ＥＧＴが、各運転状態において予め設定されている。また、重み付け係数ＫＥＧＲは、冷却水温Ｔｗの最大値（通常１００℃）が予め設定されており、異なるエンジン機種やエンジン個別の特性などに応じて微調整される。本実施の形態における重み付け係数ＫＥＧＲとして、１００が設定されている。
【００４５】
このステップＳ２０１が、高温気体制御機能２８の一部に相当する。
【００４６】
次に、ステップＳ２０２において、断熱層最適厚みＴＢＴが算出される。断熱層最適厚みＴＢＴは、式（１０）で示すように、例えば、エンジン回転数Ｎとブースト圧Ｐｂとで一意的に決定される運転状態応じたマップ値、冷却水温Ｔｗおよび重み付け係数ＫＴＢＴによって算出される。
ＴＢＴ＝Ｍａｐ（Ｎ，Ｐｂ）／Ｔｗ＊ＫＴＢＴ        （１０）
ここで、式（１０）のエンジン回転数Ｎｅとブースト圧Ｐｂとで一意的に決定される運転状態に応じたマップには、例えば、図９に示すように、実験またはシミュレーションなどで得られる生成可能な断熱層の最大厚みの値ＴＢＴが、各運転状態において予め設定されている。また、重み付け係数ＫＴＢＴは、冷却水温Ｔｗの最大値（通常１００℃）が予
め設定されており、異なるエンジン機種やエンジン個別の特性などに応じて微調整される。本実施の形態における重み付け係数ＫＥＧＲとして、１００が設定されている。
【００４７】
このステップＳ２０２が、断熱層最適厚み判定機能２９に相当する。
【００４８】
続いて、ステップＳ２０３において、第１スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ１Ｔが最小値Ｍｉｎに設定される。ステップＳ２０３により、前述のステップＳ１０７において、第１スワール流動制御バルブ開度ＳＣＶ１が、第１スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ１Ｔに設定された際、温度の高いＥＧＲは、スワール流動によりシリンダ２の壁面近傍に断熱層３４が形成されてシリンダ２の筒内に導入される。
【００４９】
さらに、ステップＳ２０４において、断熱層最適厚みＴＢＴが、予め設定されている断熱層最適厚みしきい値ＴＨＴＢＴ以下であるかどうかが判定される。ステップＳ２０４で断熱層最適厚みＴＢＴが断熱層最適厚みしきい値ＴＨＴＢＴ以下であると判定された場合には、ステップＳ２０５で、第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔが最小値Ｍｉｎに設定される。このステップＳ２０５により、前述のステップＳ１０７において、第２スワール流動制御バルブ開度ＳＣＶ２が、第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔに設定された際、吸気マニホールド９ｂの流路の閉塞領域が拡大して吸気マニホールド９ｂに導入されるＥＧＲは狭い流路を通過して細い帯状となるため、スワール流動によってシリンダ２の壁面近傍に形成されるＥＧＲ層３４の厚みは薄くなる。
【００５０】
ステップＳ２０４において、断熱層最適厚みＴＢＴが、断熱層最適厚みしきい値ＴＨＴＢＴ以下でないと判定された場合には、ステップＳ２０６で、第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔが最大値Ｍａｘに設定される。このステップＳ２０６により、前述のＳ１０７において、第２スワール流動制御バルブ開度ＳＣＶ２が、第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔに設定された際、吸気マニホールド９ｂの流路の閉塞領域はなく、吸気マニホールド９ｂに導入されるＥＧＲ３３は、広い流路を通過するため、スワール流動によってシリンダ２の壁面近傍に形成されるＥＧＲ層３４の厚みは厚くなる。
【００５１】
このステップＳ２０３からＳ２０６までの一連の動作が、スワール流動バルブ制御機能の一部に相当する。
【００５２】
ステップＳ２０５もしくはＳ２０６を実行した後、ステップＳ２０７において、吸気バルブピークリフト量ＩＶＬｂが算出される。吸気バルブピークリフト量ＩＶＬｂは、式（１１）に示すように、断熱層最適厚みＴＢＴに応じて予め設定されているマップを参照して算出される。
ＩＶＬｂ＝Ｍａｐ（ＴＢＴ）                            （１１）
この式（１１）のマップは、例えば、図１０に示す関係から、断熱層最適厚みＴＢＴの値が非常に小さい場合には、吸気バルブピークリフト量ＩＶＬｂが、小さくなるような値が設定されるマップとなっている。
【００５３】
ステップＳ２０７により、吸気バルブ１１は、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ直後から吸気バルブピークリフト量ＩＶＬｂとなるよう制御される。
【００５４】
このステップＳ２０７が、吸気バルブ制御機能３１の一部に相当する。
【００５５】
このステップＳ２０７が実行された後、本サブルーチンは終了し、図４の断熱層厚み設定の処理ルーチンに戻る。
【００５６】
以上、説明した本実施の形態の断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴにおいて、バルブ
開度ＥＧＲの演算、断熱層最適厚みＴＢＴの判定、第１および第２スワール流動制御バルブ開度ＳＣＶ１，ＳＣＶ２の演算および吸気バルブピークリフト量ＩＶＬｂの演算が実行され、断熱層流入期間ＴＭＴＢ中のＥＧＲバルブの開度ＥＧ、第１および第２スワール流動制御バルブの開度ＳＣＶ１，ＳＣＶ２をそれぞれ設定変更する実行例を、図１１のタイミングチャートおよび図１２の断熱層形状の図を用いて説明する。図１１では、その説明を簡略化するために、一つのシリンダ２（単気筒）で動作している場合の図を示している。また、図１１において、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ１よりも前のタイミングでは、断熱層厚み設定制御のための初期化処理を実行する運転条件となっており、時間が進むにつれて冷却水温が上昇する実行例となっている。
【００５７】
まず、図１１において、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ１よりも前のタイミングでは、断熱層厚み設定制御のための初期化処理を実行する運転条件が成立しているため、断熱層最適厚みＴＢＴおよび吸気バルブピークリフト量ＩＶＬｂには、それぞれ初期値が入力され、ＥＧＲバルブ目標開度ＥＧＴ、第１スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ１Ｔおよび第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔにはそれぞれ基本開度が入力される。
【００５８】
断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ１では、断熱層最適厚み演算が実行される。断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ１では、冷却水温Ｔｗが低いため、ＥＧＲバルブ目標開度ＥＧＴ値（ａ）の、および断熱層最適厚みＴＢＴに入力される値（Ａ）は、それぞれ大きくなる。さらに、ＥＧＲ３３による厚い断熱層３４をシリンダ２の筒内に形成させるために、第１スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ１Ｔの値としては最小値Ｍｉｎが入力され、断熱層最適厚みＴＢＴが断熱層最適厚みしきい値ＴＨＴＢＴ以下ではないため、第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔの値としては最大値Ｍａｘが入力される。
【００５９】
通常の空気がシリンダ２の筒内に吸気された後の断熱層流入期間ＴＭＴＢ１においては、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ１にて演算されたそれぞれのバルブの目標開度となるように制御される。すなわち、図１２（ａ）に示すように、ＥＧＲバルブ２４の開度ＥＧの値が大きくなり、多くのＥＧＲ３３が、第２の吸気マニホールド９ｂに導入され、また、第２スワール流動制御バルブ２６の開度ＳＣＶ２が最大値Ｍａｘにされることで、第２の吸気マニホールド９ｂの流路が広くなり、さらに、第１スワール流動制御バルブ２５の開度ＳＣＶ１が最小値Ｍｉｎにされることで、第２の吸気マニホールド９ｂからのみＥＧＲ３３がシリンダ２の筒内に吸入されることになり、スワール流動を形成させることで、シリンダ２の壁面近傍には厚いＥＧＲ層３４が形成される。厚いＥＧＲ層３４によって、ＥＧＲ層３４の内側の混合気３５は、温度が低いシリンダ２の壁面近傍で熱が奪われることがなくなり、消炎が抑制される。
【００６０】
次に、図１１において、冷却水温Ｔｗがやや上昇した断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ２では、ＥＧＲバルブ目標開度ＥＧＴの値（ｂ）、および断熱層最適厚みＴＢＴに入力される値（Ｂ）は少し小さくなる。第１スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ１Ｔの値としては最小値Ｍｉｎが入力される。断熱層最適厚みＴＢＴが、断熱層最適厚みしきい値ＴＨＴＢＴ以下であるため、第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔの値としては最小値Ｍｉｎが入力される。
【００６１】
したがって、次の断熱層流入期間ＴＭＴＢ２においては、図１２（ｂ）に示すように、ＥＧＲバルブ２４の開度ＥＧの値が少し小さくなり、第２スワール流動制御バルブ２６の開度ＳＣＶ２は最小値Ｍｉｎとなり、第２の吸気マニホールド９ｂの流路が一部閉塞されるため、導入されたＥＧＲ３３は、シリンダ２の筒内にスワール流動を形成しながらシリンダ２の壁面近傍に少し薄いＥＧＲ層３４が形成される。シリンダ２の壁面の温度が少し上昇しているため、少し薄くなったＥＧＲ層３４でも、ＥＧＲ層３４の内側の混合気３５
は、シリンダ２の壁面近傍で熱が奪われることがなくなり、消炎が抑制される。
【００６２】
さらに、図１１の冷却水温Ｔｗが高くなった断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ３では、ＥＧＲバルブ目標開度ＥＧＴの値（ｃ）、および断熱層最適厚みＴＢＴの値（Ｃ）は非常に小さくなり、第１スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ１Ｔの値としては最小値Ｍｉｎが入力され、断熱層最適厚みＴＢＴが断熱層最適厚みしきい値ＴＨＴＢＴ以下であるため、第２スワール流動制御バルブ目標開度ＳＣＶ２Ｔの値としては最小値Ｍｉｎが入力される。ここで、断熱層最適厚みＴＢＴの値（Ｃ）が非常に小さいことから、吸気バルブピークリフト量ＩＶＬｂが小さくなり、断熱層厚み演算タイミングＴＭＴＢＴ３直後の吸気バルブリフト量ＩＶＬに反映される。
【００６３】
したがって、断熱層流入期間ＴＭＴＢ３においては、図１２（ｃ）に示すように、ＥＧＲバルブ２４の開度ＥＧの値が非常に小さくなり、第２スワール流動制御バルブ２６の開度ＳＣＶ２が最小Ｍｉｎとなり、第２の吸気マニホールド９ｂの流路が一部閉塞され、さらに吸気バルブリフト量ＩＶＬｂが小さくなって吸気バルブ１１を通過する速度が高まるため、導入されたＥＧＲ３３は、シリンダ２の筒内にスワール流動を形成しながらシリンダ２の壁面近傍に薄いＥＧＲ層３４が形成される。シリンダ２の壁面の温度が高温であるため、薄いＥＧＲ層３４でも、ＥＧＲ層３４の内側の混合気３５は、シリンダ２の壁面近傍で熱が奪われることがなくなり、消炎が抑制される。
【００６４】
なお、設定された断熱層の最適な厚みの値が小さいほど高温気体が吸気バルブを通過する流速を高めることで、シリンダ２の壁面に沿った断熱層の厚みの生成精度をさらに向上させることができる。
【００６５】
このように、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によれば、空気がシリンダ２の筒内に吸入された直後に空気よりも温度の高い気体を第２の吸気流路に導入させ、運転状態に応じて設定される断熱層の最適な厚みの値が小さいほど高温気体が通過する吸気流路の閉塞領域を第１および第２スワール流動制御バルブで拡大させることで、シリンダの壁面に沿った断熱層を最適な厚みで生成させることができ、シリンダの壁面近傍における混合気の温度の低下を確実に抑制することで、消炎が抑制され、排気ガス、燃費およびドライバビリティを向上させることができるという顕著な効果が期待できる。
【００６６】
なお、上記実施の形態では、断熱層流入期間ＴＭＴＢは、所定の期間として予め設定されているものを用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限ったものではなく、例えば、式（１２）で示すように、空気量Ｑａ、ＥＧＲ量Ｑｅおよび吸気バルブ開弁期間ＰＶをそれぞれ演算し（演算式は省略する）、シリンダ２の筒内に吸入される全気体の量（空気量ＱａおよびＥＧＲ量Ｑｅの加算）とＥＧＲ量Ｑｅの比率を吸気バルブ開弁期間ＰＶに乗算して算出し、断熱層流入期間ＴＭＴＢを変化させるようにしてもよい。
ＴＭＴＢ＝Ｑｅ／（Ｑａ＋Ｑｅ）＊ＰＶ            （１２）
【００６７】
また、上記実施の形態では、第２スワール流動制御バルブ２６の開閉で流路の断面の一部領域を閉塞しているが、これに限ったものではなく、例えば、吸気マニホールド９ｂの左側から除々に閉塞領域を拡大させるような機構を用いる場合であってもよい。
【００６８】
また、上記実施の形態では、断熱層最適厚みＴＢＴを３段階に設定する場合について説明したが、さらに、多段に分けて設定する場合であってもよい。
【００６９】
また、上記実施の形態では、ＥＧＲ配管２３においてＥＧＲ３３を高温気体として吸気マニホールド９ｂに流入させる場合について説明したが、高温気体としては、これに限ったものではなく、空気を加熱した気体や、ＥＧＲと空気の混合気体を加熱した気体を吸気
マニホールド９ｂに流入させるようにしても同様の効果が期待できる。
【００７０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【００７１】
また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００７２】
１  エンジン    ２  シリンダ    ３  ピストン    ４  キャビティ
５  燃焼室    ８  水温センサ    ９、９ａ、９ｂ  吸気マニホールド
１１  吸気バルブ    １９  スロットルバルブ    ２０  ブースト圧センサ
２３  ＥＧＲ配管    ２４  ＥＧＲバルブ    ２５  第１スワール流動制御バルブ
２６  第２スワール流動制御バルブ    ２７  ＥＣＵ    
２８  高温気体制御機能    ２９  断熱層最適厚み算出機能
３０  スワール流動制御機能    ３１  吸気制御機能
３２  断熱層最適厚み調整指令    ３３  ＥＧＲ
３４  断熱層（ＥＧＲ層）    ３５  混合気
【図１】
0005243592.tif 000002
【図２】
0005243592.tif 000003
【図３】
0005243592.tif 000004
【図４】
0005243592.tif 000005
【図５】
0005243592.tif 000006
【図６】
0005243592.tif 000007
【図７】
0005243592.tif 000008
【図８】
0005243592.tif 000009
【図９】
0005243592.tif 000010
【図１０】
0005243592.tif 000011
【図１１】
0005243592.tif 000012
【図１２】
0005243592.tif 000013