(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼状態を効率的且つ効果的に最適化する。【解決手段】エンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００は、燃焼制御処理を実行する。燃焼制御処理において、ＥＣＵ１００は、補正係数をＣ、インジェクタ２０９の噴射孔の間隔（角度）をθ、メイン噴射が行われる期間（角度）をＤｍａｉｎとした場合に、エンジン２００の最適なスワール比ＳＲを「ＳＲ＝Ｃ×θ／Ｄｍａｉｎ」なる式に従って算出し、ＳＣＶ２０７の開度を、係るスワール比の最適値ＳＲに対応する開度に制御する。一方、ＥＣＵ１００は、メイン噴射の噴霧とパイロット噴射の噴霧との位置関係を規定する補正係数をＣ’とした場合に、係る最適なスワール比ＳＲに対応するメイン噴射とパイロット噴射との時間間隔を規定するインタバルθｉｎｔを、「θｉｎｔ＝Ｃ’×θ／ＳＲ」なる式に従って算出し、インジェクタ２０９の噴射動作を制御する。【選択図】図３
2007177783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒における吸気流路が少なくとも二つに分割され、該分割された吸気流路の少なくとも一方に燃焼室内で形成される吸気の旋回流の強度を開度に応じて制御することが可能な制御弁を備えると共に、周状に所定間隔で配置された複数の噴射孔から燃料を副噴射及び主噴射に分割して前記燃焼室内に供給する供給手段を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記所定間隔を規定する角度値をθ、相互に異なる複数の前記内燃機関相互間における旋回流の特性の差異を補正する第１補正係数をＣ、前記主噴射が行われる期間を規定する角度値をＤｍａｉｎとした場合に（１）式に従って前記旋回流の強度を規定するスワール比の最適値ＳＲを決定する第１決定手段と、
ＳＲ＝Ｃ×θ／Ｄｍａｉｎ…（１）
予め設定される前記開度と前記スワール比との対応関係に基づいて前記スワール比が前記最適値ＳＲとなるように前記開度を制御する開度制御手段と、
第２補正係数をＣ’とした場合に（２）式に従って前記最適値ＳＲに対応する前記主噴射と前記副噴射との時間間隔を規定する角度値θｉｎｔを決定する第２決定手段と、
θｉｎｔ＝Ｃ’×θ／ＳＲ…（２）
前記時間間隔が前記θｉｎｔに対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する供給制御手段と
を具備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決定手段は、（i）前記最適値ＳＲが予め設定される上限値ＳＲｍａｘより大きい場合には前記上限値ＳＲｍａｘを前記最適値ＳＲとして決定し、（ii）前記最適値ＳＲが予め設定される下限値ＳＲｍｉｎ未満である場合には前記下限値ＳＲｍｉｎを前記最適値ＳＲとして決定する
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】
前記第２決定手段は、前記θｉｎｔが予め設定される下限値未満である場合には、前記第２補正係数に自然数を加算してなる前記（２）式に従って前記θｉｎｔを更新する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の吸気絞り損失を表す損失指標値を特定する損失特定手段を更に具備し、
前記開度制御手段は、前記スワール比が前記最適値ＳＲに制御された場合の前記損失指標値が所定の基準値より大きい場合に、前記損失指標値が前記基準値以下となるように前記開度を制御し、
前記第１決定手段は、前記損失指標値が基準値以下となるように制御された開度に対応する前記スワール比を前記対応関係に基づいて特定すると共に、該特定されたスワール比を新たに前記最適値ＳＲとして決定する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記損失特定手段は、前記損失指標値として、前記内燃機関における、排気管の所定位置における圧力と吸気管の所定位置における圧力との差分を特定する
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
気筒における吸気流路が少なくとも二つに分割され、該分割された吸気流路の少なくとも一方に開度に応じて燃焼室内で形成される吸気の旋回流の強度を制御することが可能な制御弁を備えると共に、周状に所定間隔で配置された複数の噴射孔から燃料を副噴射及び主噴射に分割して前記燃焼室内に供給する供給手段を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
予め前記内燃機関の運転条件に対応付けられた、前記主噴射と前記副噴射との時間間隔を規定する角度値をθｉｎｔ、前記所定間隔を規定する角度値をθ、相互に異なる複数の前記内燃機関相互間における旋回流の特性の差異を補正する第３補正係数をＣ’’とした場合に（３）式に従って前記旋回流の強度を規定するスワール比の最適値ＳＲを決定する第３決定手段と、
ＳＲ＝Ｃ’’×θ／θｉｎｔ…（３）
予め設定される前記開度と前記スワール比との対応関係に基づいて前記スワール比が前記最適値ＳＲとなるように前記開度を制御する開度制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記第３決定手段は、（i）前記最適値ＳＲが予め設定される上限値ＳＲｍａｘより大きい場合には前記上限値ＳＲｍａｘを前記最適値ＳＲとして決定し、（ii）前記最適値ＳＲが予め設定される下限値ＳＲｍｉｎ未満である場合には前記下限値ＳＲｍｉｎを前記最適値ＳＲとして決定する
ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態判別手段を更に具備し、
前記開度制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記開度を前記スワール比が最小となる開度であるスワール比最小開度に制御し、
前記第２決定手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記角度値θｉｎｔを、前記（２）式において前記最適値ＳＲに前記スワール比最小開度に対応する前記スワール比ＳＲ’を代入してなる前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に決定し、
前記供給制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記時間間隔が前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態判別手段と、
現時点における前記開度を特定する開度特定手段と
を更に具備し、
前記開度制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記開度を前記特定された開度と前記スワール比が最小となる開度であるスワール比最小開度との間の値として規定される中間開度に制御し、
前記第２決定手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記角度値θｉｎｔを、前記（２）式において前記最適値ＳＲに前記中間開度に対応する前記スワール比ＳＲ’’を代入してなる前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に決定し、
前記供給制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記時間間隔が前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態判別手段を更に具備し、
前記開度制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記開度を前記スワール比が最小となる開度であるスワール比最小開度に制御し、
前記所定間隔を規定する角度値をθ、第２補正係数をＣ’、前記スワール比最小開度に対応する前記スワール比をＳＲ’とした場合に、（４）式に従って前記角度値の過渡値θｉｎｔ’を決定する第４決定手段と、
θｉｎｔ’＝Ｃ’×θ／ＳＲ’…（４）
前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記時間間隔が前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する供給制御手段と
を更に具備する
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態判別手段と、
現時点における前記開度を特定する開度特定手段と
を更に具備し、
前記開度制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記開度を前記特定された開度と前記スワール比が最小となる開度であるスワール比最小開度との間の値として規定される中間開度に制御し、
前記所定間隔を規定する角度値をθ、第２補正係数をＣ’、前記中間開度に対応する前記スワール比をＳＲ’’とした場合に、（５）式に従って前記角度値の過渡値θｉｎｔ’を決定する第５決定手段と、
θｉｎｔ’＝Ｃ’×θ／ＳＲ’’…（５）
前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記時間間隔が前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する供給制御手段と
を更に具備する
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記内燃機関は、過給器及び該過給器に係る過給を補助する電動機を更に具備し、
前記内燃機関の制御装置は、
前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態判別手段と、
前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記過給が補助されるように前記電動機を制御する電動機制御手段と
を更に具備する
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記過給器は、前記内燃機関に係る排気の一部を利用して前記過給を行い、
前記内燃機関は、前記過給に利用される排気の量を変化させることが可能な排気量可変手段を更に具備し、
前記内燃機関の制御装置は、前記過給が補助されるように前記電動機が制御される際に前記排気の量が増加するように前記排気量可変手段を制御する排気量可変制御手段を更に具備する
ことを特徴とする請求項１２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、例えば可変スワール機構を有する内燃機関において燃焼状態を最適化するための内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、内燃機関のスワール比を予めマップとして設定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された筒内直噴型エンジン（以下、「従来の技術」と称する）によれば、スワール比が予め設定された最適スワール比となるように制御弁の開度が制御される。また、燃焼安定性が悪化した場合、低負荷時には最適スワール比よりもスワール比を大きく、高負荷時には最適スワール比よりもスワール比を小さくすることによって、燃焼安定性の悪化が解消されるとされている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−４１９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最適スワール比がマップ等の形態として予め与えられている場合、内燃機関の運転条件の過渡的な変化に対し、最適なスワール比を維持するためには、係るマップにおける広大な負荷領域でスワール比の適合を行う必要があり、スワール比を最適に維持することによって内燃機関の燃焼状態を最適に維持するに際し実践上の困難が伴い易い。即ち、従来の技術には、内燃機関における燃焼状態の最適化が困難であるという技術的な問題点がある。
【０００５】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃焼状態を効率的且つ効果的に最適化し得る内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、気筒における吸気流路が少なくとも二つに分割され、該分割された吸気流路の少なくとも一方に燃焼室内で形成される吸気の旋回流の強度を開度に応じて制御することが可能な制御弁を備えると共に、周状に所定間隔で配置された複数の噴射孔から燃料を副噴射及び主噴射に分割して前記燃焼室内に供給する供給手段を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、前記所定間隔を規定する角度値をθ、相互に異なる複数の前記内燃機関相互間における旋回流の特性の差異を補正する第１補正係数をＣ、前記主噴射が行われる期間を規定する角度値をＤｍａｉｎとした場合に下記（１）式に従って前記旋回流の強度を規定するスワール比の最適値ＳＲを決定する第１決定手段と、予め設定される前記開度と前記スワール比との対応関係に基づいて前記スワール比が前記最適値ＳＲとなるように前記開度を制御する開度制御手段と、第２補正係数をＣ’とした場合に下記（２）式に従って前記最適値ＳＲに対応する前記主噴射と前記副噴射との時間間隔を規定する角度値θｉｎｔを決定する第２決定手段と、前記時間間隔が前記θｉｎｔに対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する供給制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】
ＳＲ＝Ｃ×θ／Ｄｍａｉｎ…（１）
θｉｎｔ＝Ｃ’×θ／ＳＲ…（２）
本発明に係る内燃機関とは、ガソリン、軽油又はＬＰＧ等各種燃料の燃焼を動力に変換する機関を包括する概念であり、本発明では特に車両用のエンジンを指す。
【０００８】
本発明に係る内燃機関では、気筒における吸気流路が少なくとも二つに分割される。ここで、「吸気流路」とは、エアクリーナ及びスロットルバルブ等を介して吸入される吸気の流路であり、好適には吸気管、特に内燃機関に備わる各気筒へ分岐する吸気マニホールド等を指す。従って、「気筒における吸気流路」とは、係る吸気流路のうち各気筒に対応する部分であり、好適には吸気マニホールドにおける各気筒に対応する枝管部分を指す。
【０００９】
気筒における吸気流路のうち少なくとも一方には制御弁が設置される。係る制御弁は、燃焼室内において発生する吸気の旋回流（以降、適宜「スワール」と称する）の強度を開度に応じて制御することが可能な弁であり、例えば、バタフライバルブ等を指す。尚、燃焼室内に吸気の旋回流を形成することが可能であって、且つ制御弁の開度に応じて係る旋回流の強度を制御可能である限りにおいて、気筒における吸気流路の材質、形状、空間的な配置態様及び分割される各々の相互関係等は何ら限定されない。例えば、分割された一方にのみ制御弁が設けられていてもよい。この場合、制御弁が閉じれば必然的に制御弁を有さない吸気流路における吸気の流速が上昇し、旋回流の強度は大きくなる。また、制御弁が開けば、制御弁が閉じられた場合と比較して幾らかなりとも吸気の干渉が生じるため、旋回流の強度は小さくなる。
【００１０】
一方、内燃機関には、供給手段が備わり、燃焼室内に燃料が噴射される。即ち、本判明に係る内燃機関は、筒内燃料直噴型の内燃機関である。供給手段は、周状に所定間隔で配置された複数の噴射孔から、例えば機関回転数及びアクセル開度等内燃機関の各種状態に応じて定まる噴射量の燃料を、副噴射及び主噴射に分割して供給する。
【００１１】
ここで、「副噴射」とは、主として燃焼騒音を低減するために実行されるものであり、所謂「パイロット噴射」と等価な概念である。内燃機関、とりわけディーゼルエンジン等の圧縮自着火式内燃機関では、圧縮比が高い上、燃焼室内の温度が燃料の着火に大きな影響を与える。従って、供給すべき燃料が一度に噴射された場合には、着火遅れに起因して急激な温度上昇が発生し、燃焼騒音が増大する。そこで、噴射すべき燃料のうち一部を副噴射として主噴射以前に燃焼室内に供給し、主噴射以前に燃焼温度を高めることによって燃焼室内部の急激な温度上昇が防止される。
【００１２】
ここで特に、燃焼室内には既に述べた旋回流が生じており、副噴射において噴射された燃料は、係る旋回流に乗って燃焼室内を旋回し、燃料と吸気との混合が促進され、効率的な燃焼が促される。一方で、この副噴射による噴霧（即ち、燃料）が、主噴射が行われる時点で噴射孔に対面している場合には、副噴射による噴霧と主噴射による噴霧とが衝突するため燃料の燃焼が効率的に行われず、スモーク等エミッションの発生量が増加し易い。従って、旋回流の強度（即ち、旋回流の速度）及び副噴射及び主噴射間の噴射間隔は、内燃機関の燃焼状態に大きな影響を与える。
【００１３】
ところが、このような旋回流の強度を規定するスワール比が、回転数及び負荷等の機関運転条件に応じて最適化された形で予めマップ等の形態で記憶されている場合、内燃機関の運転条件の過渡的な変化に対する真に最適なスワール比を実現しようとすれば、膨大な適合工数が必要となる。従って、内燃機関の燃焼状態は、少なくとも最適なスワール比が実現されるまでの期間において悪化し、環境性能の低下を招きかねない。
【００１４】
そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下の如くにして、スワール比を速やかに制御し、内燃機関の燃焼状態を効率的且つ効果的に最適化することが可能となっている。即ち、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、先ず第１決定手段により、上記（１）式に従って旋回流の強度を規定するスワール比の最適値ＳＲが決定される。
【００１５】
ここで、「スワール比」とは、機関一回転当りの旋回流の旋回回数を表す数値であり、大きい程旋回流の強度が高く（即ち、旋回速度が速く）、小さい程旋回流の強度が低い（即ち、旋回速度が遅い）ことを表す数値である。尚、気筒における吸気流路が分割されることに鑑みれば、典型的には、制御弁の開度を大きくしてスワール比を低下させれば吸気量自体は増加し、制御弁の開度を小さくしてスワール比を上昇させれば吸気量は減少する。尚、開度の基準を全開状態におくか全閉状態におくかによって係る挙動は正反対となり、例えば全開状態の開度をゼロとすれば開度が大きい程スワール比は大きくなる。
【００１６】
ここで、（１）式における第１補正係数Ｃとは、相互に異なる複数の内燃機関相互間における旋回流の特性の差異を補正する係数である。燃焼室内で形成される旋回流は、燃焼室を含む気筒の形状等によってその特性が夫々異なる。第１補正係数は、このような内燃機関毎の差異を補正するために、例えば、基準となる内燃機関の状態に対する相対的な値として決定されている。
【００１７】
一方、所定間隔を規定する角度値θとは、供給手段における噴射孔の間隔を規定する角度値である。このような角度値を規定するためには、供給手段における噴射孔は等間隔に配列するのが望ましいが、必ずしも噴射孔は等間隔に配列しておらずともよい。例えば、係る角度値θは、便宜的に全周３６０度を噴射孔の総数で除算した値であってもよい。
【００１８】
一方、角度値Ｄｍａｉｎとは、主噴射が行われる期間を規定する角度値である。噴射期間は無論時間概念であるが、係る時間概念と角度概念とを相関付ける要素、好適には内燃機関のクランク角によって、噴射期間を角度として表すことが可能となる。例えば、噴射期間とは噴射開始時刻と噴射終了時刻の差分であるから、噴射開始クランク角と噴射終了クランク角との差分（即ち、角度）は噴射期間を規定する角度値となる。
【００１９】
一方、噴射期間が角度として表される場合、機関回転数によって噴射期間が表す噴射時間は異なるから、同一の燃料を噴射するための噴射期間は、機関回転数に応じて変化することになる。従って、本発明に係る角度値Ｄｍａｉｎとは、噴射量（負荷に対応）及び機関回転数に応じて変化する関数となる。
【００２０】
尚、上記（１）式における第１補正係数Ｃを除く部分、即ち角度値θを角度値Ｄｍａｉｎで除算した値は、内燃機関におけるスワール比と相関することが予め実験的に確認されている。即ち、上記（１）式に従って設定されるスワール比の最適値ＳＲとは、燃焼室における、噴霧と噴霧との空間（即ち、角度値θが表す概念）が主噴射の期間中に最も有効に利用され得るスワール比を表す概念である。
【００２１】
開度制御手段は、スワール比が、このようにして決定された最適値ＳＲとなるように、制御弁の開度を制御する。この際、開度制御手段は、予め設定される開度とスワール比との対応関係に基づいて係る開度を制御する。尚、ここで述べられる対応関係とは、好適には予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて求められた制御弁の開度とスワール比の直接的な関係であるが、スワール比から最終的に制御弁の開度を取得可能である限りにおいて如何なる関係であってもよい。尚、制御弁の開度とスワール比とが直接的に対応付けられる場合等には、係る対応関係は、然るべき記憶手段、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）などにマップとして格納されていてもよい。この段階で、内燃機関のスワール比は、内燃機関の運転条件（例えば、機関回転数や噴射量（負荷）等）に対してリアルタイムに適合する値に制御される。
【００２２】
一方、上述した最適なスワール比の概念に鑑みれば、主噴射と副噴射との時間間隔は内燃機関の燃焼状態を左右する一因となり得る。そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置では、第２決定手段により、上記（２）式に従って、既に決定されたスワール比の最適値ＳＲに対応する主噴射と副噴射との時間間隔を規定する角度値θｉｎｔが決定される。
【００２３】
ここで、（２）式の構成に鑑みれば、第２補正係数Ｃ’とは即ち、副噴射による噴霧と主噴射による噴霧との相対位置を規定する値である。より具体的には、第２補正係数C’が「１」である場合とは、即ち、ある噴射孔における副噴射による噴霧が、スワールの方向に隣接する噴射孔における主噴射による噴霧と真正面から衝突することを意味する。従って、第２補正係数Ｃ’とは好適には、１より大きい或いは１未満の数値として設定される。１より大きい場合とは、概念的には副噴射による噴霧が通り過ぎた後に主噴射が行われることを意味し、１より小さい場合とは、概念的には副噴射による噴霧が到達する以前に主噴射が行われることを意味する。このような第２補正係数Ｃ’の値は、予め実験的に、経験的に又はシミュレーション等によって内燃機関の燃焼状態が最適化され得るように決定されている。
【００２４】
一方、供給制御手段は、副噴射と主噴射との時間間隔が係るθｉｎｔに対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する。このような制御とは、好適には前述した如くクランク角に対応付けた制御であり、この場合、副噴射が実行されてからθｉｎｔに対応するクランク角変位が生じた場合に主噴射が実行されることになる。尚、θｉｎｔは、角度値Ｄｍａｉｎに対応して変化する値であるから、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、結局係る時間間隔を規定する指標値θｉｎｔも内燃機関の運転条件をリアルタイムに反映した値となる。
【００２５】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の運転条件に対しスワール比の最適値ＳＲを数値演算の結果として取得することができるため、速やかに最適なスワール制御を行うことが可能となる。更には、係るスワール比の最適値ＳＲに応じた最適な噴射間隔で副噴射と主噴射を実行することが可能となる。即ち、マップ等に基づいた膨大な適合工程を経ることなくスワール比を速やかに最適化し、効率的且つ効果的に内燃機関の燃焼状態を最適化することが可能となるのである。
【００２６】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記第１決定手段は、（i）前記最適値ＳＲが予め設定される上限値ＳＲｍａｘより大きい場合には前記上限値ＳＲｍａｘを前記最適値ＳＲとして決定し、（ii）前記最適値ＳＲが予め設定される下限値ＳＲｍｉｎ未満である場合には前記下限値ＳＲｍｉｎを前記最適値ＳＲとして決定する。
【００２７】
内燃機関には、吸気系（主として吸気ポート）の形状及び空間的な配置並びに気筒（燃焼室やピストン等）の形状によって、実現され得るスワール比の範囲が決定される。従って、第１決定手段によって決定されるスワール比の最適値ＳＲが、実現され得ない値となる場合がある。この態様によれば、内燃機関が採り得るスワール比の上限値ＳＲｍａｘ及び下限値ＳＲｍｉｎによって規定される範囲内で最適値ＳＲが決定されるため、スワール比を現実的に見て最適な値に制御することが可能となる。
【００２８】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記第２決定手段は、前記θｉｎｔが予め設定される下限値未満である場合には、前記第２補正係数に自然数を加算してなる前記（２）式に従って前記θｉｎｔを更新する。
【００２９】
供給手段には、その物理的、機械的、機構的又は電気的な或いは仕様的な制約によって、実現し得る最小の噴射間隔（即ち、下限値）が存在し得る。従って、第２決定手段によって決定されるθｉｎｔは、係る下限値以上である必要がある。
【００３０】
この態様によれば、第２決定手段が、前述した（２）式に従って決定されたθｉｎｔが予め設定される下限値未満である場合には、第２補正係数Ｃ’を自然数、例えば「１」インクリメントし、第２補正係数Ｃ’を補正する。第２補正係数Ｃ’は、副噴射と主噴射との相対的な位置関係を規定する値であるから、その値が、例えば「１」インクリメントされた場合には、係る位置関係は保存されたまま、副噴射による噴霧が衝突（混合）の対象となる噴霧を噴射する噴射孔が、一個先送りされることになる。従って、スワール比の最適値ＳＲに対する最適な噴射間隔を保持することが可能となり好適である。
【００３１】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関の吸気絞り損失を表す損失指標値を特定する損失特定手段を更に具備し、前記開度制御手段は、前記スワール比が前記最適値ＳＲに制御された場合の前記損失指標値が所定の基準値より大きい場合に、前記損失指標値が前記基準値以下となるように前記開度を制御し、前記第１決定手段は、前記損失指標値が基準値以下となるように制御された開度に対応する前記スワール比を前記対応関係に基づいて特定すると共に、該特定されたスワール比を新たに前記最適値ＳＲとして決定する。
【００３２】
この態様によれば、損失特定手段によって、吸気絞り損失を表す損失指標値が特定される。ここで、吸気絞り損失とは、制御弁を閉じることによって生じるピストンの負の仕事量を指し、内燃機関の効率を規定する指標である。このような吸気絞り損失を表す損失指標値とは、直接的又は間接的に係る吸気絞り損失を表すことが可能である限りにおいて如何なる値であってもよい。このような損失指標値は、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、係る吸気絞り損失を好適に規定し得る値として設定されていてもよい。尚、本発明において「特定する」とは、物理的、機械的、機構的又は電気的な検出手段によって直接検出する他に、このような検出された値を単に電気信号等として取得する態様を含み、更には、このような検出手段によって検出される何らかの値に基づいて所定のアルゴリズム又は演算式に従った演算を行った結果として取得する態様を含む概念である。
【００３３】
内燃機関では、本来、スワール比が高い（即ち、制御弁が閉じている）程燃料と吸気との混合が促進されるから、燃焼状態への寄与が大きいものとなるが、内燃機関が高回転且つ高負荷な運転条件にある場合には、制御弁が相対的に閉じていることに起因する前述した吸気絞り損失が無視し得ない程度に大きくなって燃料消費率が悪化し易い。更にこの場合、燃料噴射量が増加することによって吸気量が相対的に減少するため、スモークの発生等エミッションが逆に悪化しかねない。
【００３４】
この態様によれば、開度制御手段は、スワール比が最適値ＳＲに制御された場合の損失指標値が基準値より大きい場合に、損失指標値が係る基準値以下となるように制御弁の開度を制御する。
【００３５】
ここで、開度制御手段が行うこのような開度制御の態様は如何なるものであってもよい。例えば、制御弁の開度を予め設定された量ずつ段階的に変化させ、その都度損失指標値を参照することによってフィードバック的に、損失指標値を基準値以内に抑制し且つ可能な限りスワール比が最適値に近くなるような制御弁の開度を決定してもよい。この際、予め実験的に、経験的に又はシミュレーション等に基づいて開度値の適切な変位が与えられていてもよい。また、極端な場合には、制御弁の開度を即座に全開に制御してもよい。
【００３６】
一方、このような開度が決定された場合、第１決定手段は、前述した対応関係に基づいて係る開度に対応するスワール比を特定し、新たにスワール比の最適値ＳＲとして設定する。即ち、この態様によれば、スワール比の暫定的な最適値が決定される。従って、内燃機関が高回転且つ高負荷状態であっても、内燃機関の燃焼状態を速やかに最適化することが可能となる。
【００３７】
尚、この態様では、前記損失特定手段は、前記損失指標値として、前記内燃機関における、排気管の所定位置における圧力と吸気管の所定位置における圧力との差分を特定してもよい。
【００３８】
このように、排気の圧力と吸気の圧力との差分によって吸気絞り損失を規定した場合、吸気絞り損失が比較的簡便且つ正確に特定され得るので効果的である。
【００３９】
上述した課題を解決するため、本発明に係る他の内燃機関の制御装置は、気筒における吸気流路が少なくとも二つに分割され、該分割された吸気流路の少なくとも一方に開度に応じて燃焼室内で形成される吸気の旋回流の強度を制御することが可能な制御弁を備えると共に、周状に所定間隔で配置された複数の噴射孔から燃料を副噴射及び主噴射に分割して前記燃焼室内に供給する供給手段を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、予め前記内燃機関の運転条件に対応付けられた、前記主噴射と前記副噴射との時間間隔を規定する角度値をθｉｎｔ、前記所定間隔を規定する角度値をθ、相互に異なる複数の前記内燃機関相互間における旋回流の特性の差異を補正する第３補正係数をＣ’’とした場合に下記（３）式に従って前記旋回流の強度を規定するスワール比の最適値ＳＲを決定する第３決定手段と、予め設定される前記開度と前記スワール比との対応関係に基づいて前記スワール比が前記最適値ＳＲとなるように前記開度を制御する開度制御手段とを具備することを特徴とする。
【００４０】
ＳＲ＝Ｃ’’×θ／θｉｎｔ…（３）
内燃機関にスワールを制御するための機構が備えられていない場合がある。そのような内燃機関においては、予め主噴射と副噴射との時間間隔は実験的に最適化される。一方で、このような内燃機関にスワールを可変に制御するための機構を新たに加えた場合、係る実験的に最適化された時間間隔を用いて速やかにスワール比の最適値を決定することができる。
【００４１】
本発明に係る他の内燃機関の制御装置によれば、第３決定手段が上記（３）式に従ってスワール比の最適値ＳＲを決定する。ここで、θｉｎｔは、予め主噴射と副噴射との時間間隔を規定するものとして最適化された角度値であり、θは上述した本発明に係る内燃機関の制御装置と同様噴射孔の間隔を規定する角度値であり、第３補正係数Ｃ’’とは、上述した第１補正係数Ｃ’と同様に、内燃機関に固有の補正値である。このように、本発明に係る他の内燃機関の制御装置によれば、予め適合された時間間隔に対しても速やかにスワール比の最適値ＳＲを決定することが可能であり、内燃機関の燃焼状態を効率的且つ効果的に最適化することが可能となる。
【００４２】
本発明に係る他の内燃機関の制御装置の一の態様では、前記第３決定手段は、（i）前記最適値ＳＲが予め設定される上限値ＳＲｍａｘより大きい場合には前記上限値ＳＲｍａｘを前記最適値ＳＲとして決定し、（ii）前記最適値ＳＲが予め設定される下限値ＳＲｍｉｎ未満である場合には前記下限値ＳＲｍｉｎを前記最適値ＳＲとして決定する。
【００４３】
内燃機関には、吸気系（主として吸気ポート）の形状及び空間的な配置並びに気筒（燃焼室やピストン等）の形状によって、実現され得るスワール比の範囲が決定される。従って、第３決定手段によって決定されるスワール比の最適値ＳＲが、実現され得ない値となる場合がある。この態様によれば、内燃機関が採り得るスワール比の上限値ＳＲｍａｘ及び下限値ＳＲｍｉｎによって規定される範囲内で最適値ＳＲが決定されるため、スワール比を現実的に見て最適な値に制御することが可能となる。
【００４４】
主噴射と副噴射との時間間隔（即ち、係る時間間隔を規定する角度値）が可変である本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態判別手段を更に具備し、前記開度制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記開度を前記スワール比が最小となる開度であるスワール比最小開度に制御し、前記第２決定手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記角度値θｉｎｔを、前記（２）式において前記最適値ＳＲに前記スワール比最小開度に対応する前記スワール比ＳＲ’を代入してなる前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に決定し、前記供給制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記時間間隔が前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する。
【００４５】
この態様によれば、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される過渡状態判別手段により、例えば、燃料の要求噴射量とスモーク等の発生限界を規定する上限ガード値との比較等に基づいて、内燃機関が過渡状態にあるか否かが判別される。
【００４６】
ここで、「過渡状態」とは、例えば加速要求等によって、内燃機関における、例えば要求負荷等の運転条件が、定常状態と比較して急激に変化している状態を包括する概念である。従って、過渡状態にあるか否かの判別に係る基準は、内燃機関に要求される性能や内燃機関の仕様等に応じて適宜定められていてもよい。
【００４７】
過渡状態においては、内燃機関の動作条件が急峻に変化、典型的には要求負荷が急峻に増大するため、例えば圧縮自着火式内燃機関等、燃料の噴射量制御に機関回転数の減少に応じて噴射量を増量し燃焼を安定させる所謂ガバナ制御が使用される場合には特に、燃料の要求噴射量がスモーク等の発生限界を規定する上限ガード以上となってエミッションの悪化を招きかねない。
【００４８】
一方で、内燃機関がこのような過渡状態にある期間（以下、適宜「過渡期間」と称する）では、第１決定手段及び第２決定手段に係る上述したスワール比の最適値ＳＲ及びそれに応じた最適な角度値θｉｎｔの決定、並びに開度制御手段及び供給制御手段による制御は、刻々と変化する内燃機関の動作条件に追従しきれない場合が多く、実践的にみて必ずしも有効に機能しない場合がある。従って、過渡期間では、例えば環境性能等を含む内燃機関の性能が低下しかねない。
【００４９】
この態様によれば、このような過渡期間について、開度制御手段が、制御弁の開度をスワール比最小開度に制御する。スワール比最小開度とは、旋回流の強度を規定するスワール比が最小となる開度であり、即ち、制御弁が全開に制御された場合の開度を意味するが、開度なる概念は、基準となる開度の設定如何によってその大小が変化するから、制御弁が全開に制御された場合の開度とは、必ずしも開度の最大値でなくてもよい。より具体的には、制御弁が全開に制御された状態を開度がゼロである状態と表現されてもよい。制御弁の開度がスワール比最小開度に制御されることに伴い、スワール比は、過渡期間に入る前の最適値ＳＲから、スワール比最小開度に対応するスワール比（即ち、スワール比の最小値）ＳＲ’に速やかに移行される。
【００５０】
更に、このように内燃機関が過渡状態であると判別された場合には、第２決定手段が、角度値θｉｎｔを、（２）式において最適値ＳＲにスワール比ＳＲ’を代入することによって、角度値の過渡値θｉｎｔ’に決定する。このようにして角度値θｉｎｔが過渡値θｉｎｔ’に決定されると、供給制御手段により、主噴射と副噴射との時間間隔がこの角度値の過渡値θｉｎｔ’に対応する時間間隔となるように供給手段が制御される。
【００５１】
従って、この態様によれば、過渡期間において速やかに制御弁が全開せしめられ、燃焼室に吸入される吸気量が増加せしめられる。従って、例えば過渡期間に急激に増加し得る燃料の要求量に対し速やかに吸気量を追従させ、例えばエミッションの悪化等内燃機関の性能低下を防ぐことが可能となる。また、この際、主噴射と副噴射との時間間隔を規定する角度値が、従前の角度値θｉｎｔから過渡期間のスワール比ＳＲ’に対し最適化された過渡値θｉｎｔ’に補正されるため、過渡期間における燃焼状態も、定常状態のそれと同様に最適化される。
【００５２】
即ち、この態様によれば、過渡期間においても、燃焼状態を効率的且つ効果的に最適化するといった本発明の内燃機関の制御装置に係る効果が好適に担保される。
【００５３】
主噴射と副噴射との時間間隔（即ち、係る時間間隔を規定する角度値）が可変である本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態判別手段と、現時点における前記開度を特定する開度特定手段とを更に具備し、前記開度制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記開度を前記特定された開度と前記スワール比が最小となる開度であるスワール比最小開度との間の値として規定される中間開度に制御し、前記第２決定手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記角度値θｉｎｔを、前記（２）式において前記最適値ＳＲに前記中間開度に対応する前記スワール比ＳＲ’’を代入してなる前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に決定し、前記供給制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記時間間隔が前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する。
【００５４】
この態様によれば、過渡状態判別手段によって内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、制御弁の開度が中間開度に制御される。
【００５５】
ここで、「中間開度」とは、現時点における制御弁の開度と、前述したスワール比最小開度との間の開度を包括する概念であり、例えば、これらの中間に相当する開度等を指す。尚、この際、現時点における制御弁の開度は、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される開度特定手段によって特定される。
【００５６】
制御弁の開度が中間開度に制御されるのに伴い、角度値θｉｎｔは、従前の値から（２）式においてスワール比の最適値ＳＲに係る中間開度に対応するスワール比ＳＲ’’を代入することによって得られる過渡値θｉｎｔ’に補正され、上述したように、過渡期間においてもスワール比及び主噴射と副噴射との時間間隔を規定する角度値を最適化することが可能となる。
【００５７】
ここで、この態様では特に、過渡期間におけるスワール比が、中間開度に対応するスワール比ＳＲ’’を目標として追従するため、吸入空気量が増加することに伴うトルクショックが、スワール比が前述したスワール比ＳＲ’に制御される場合と比較して抑制され、ドライバビリティの低下を防止することが可能となる。但し、この態様では、過渡期間においてスワール比が前述したスワール比ＳＲ’に制御される場合と比較して、現時点における制御弁の開度を取得して中間開度を設定するプロセスが必要となるため、制御上の処理負荷は増大する。従って、いずれの態様を選択するかについての指標は、例えば予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、制御上の負荷とドライバビリティという相反する要素を効果的にバランスし得るように決定されていてもよい。
【００５８】
主噴射と副噴射との時間間隔（即ち、係る時間間隔を規定する角度値）が固定されている本発明に係る内燃機関の他の態様では、前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態判別手段を更に具備し、前記開度制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記開度を前記スワール比が最小となる開度であるスワール比最小開度に制御し、前記所定間隔を規定する角度値をθ、第２補正係数をＣ’、前記スワール比最小開度に対応する前記スワール比をＳＲ’とした場合に、（４）式に従って前記角度値の過渡値θｉｎｔ’を決定する第４決定手段と、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記時間間隔が前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する供給制御手段とを更に具備する。
【００５９】
θｉｎｔ’＝Ｃ’×θ／ＳＲ’…（４）
この態様によれば、過渡状態判別手段によって内燃機関が過渡状態にあると判別された場合には、開度制御手段によって、制御弁の開度がスワール比最小開度に制御され、それに伴い、第４決定手段が、予め設定された主噴射と副噴射との時間間隔を規定する角度値θｉｎｔを、（４）式に基づいて過渡期間についてのみ過渡値θｉｎｔ’に補正する。（４）式とは即ち、係る時間間隔を規定する角度値θｉｎｔが可変である態様における（２）式と同等の式である。
【００６０】
従って、この態様によれば、過渡期間においても、燃焼状態を効率的且つ効果的に最適化するといった本発明の内燃機関の制御装置に係る効果が好適に担保される。
【００６１】
主噴射と副噴射との時間間隔（即ち、係る時間間隔を規定する角度値）が固定されている本発明に係る内燃機関の他の態様では、前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態判別手段と、現時点における前記開度を特定する開度特定手段とを更に具備し、前記開度制御手段は、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記開度を前記特定された開度と前記スワール比が最小となる開度であるスワール比最小開度との間の値として規定される中間開度に制御し、前記所定間隔を規定する角度値をθ、第２補正係数をＣ’、前記中間開度に対応する前記スワール比をＳＲ’’とした場合に、（５）式に従って前記角度値の過渡値θｉｎｔ’を決定する第５決定手段と、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記時間間隔が前記角度値の過渡値θｉｎｔ’に対応する時間間隔となるように前記供給手段を制御する供給制御手段とを更に具備する。
【００６２】
θｉｎｔ’＝Ｃ’×θ／ＳＲ’’…（５）
この態様によれば、内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、スワール比が中間開度に制御され、主噴射と副噴射との時間間隔を規定する角度値が過渡値θｉｎｔ’に制御される。従って、過渡期間においてトルクショックが発生することが防止され、ドライバビリティの低下が抑制される。
【００６３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関は、過給器及び該過給器に係る過給を補助する電動機を更に具備し、前記内燃機関の制御装置は、前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判別する過渡状態判別手段と、前記内燃機関が過渡状態にあると判別された場合に、前記過給が補助されるように前記電動機を制御する電動機制御手段とを更に具備する。
【００６４】
本発明における「過給器」とは、例えば、内燃機関に係る排気を利用してタービンを回し、係るタービンの回転を、係るタービンと同軸に構成されたコンプレッサの回転に変換して吸気圧を上昇せしめるターボチャージャ等を含み、何らこのような過給器が設けられない場合と比較して幾らかなりとも吸入空気量を増量せしめ得る装置又は機構を包括する概念である。
【００６５】
本発明における「電動機」とは、その動力によって過給器による過給動作を補助し得る機構又は装置を包括する概念であり、例えばターボチャージャのタービン側に設置され、係るタービンの回転を補助するモータ等を指す。この場合、過給器及び電動機は、所謂ＭＡＴ（Motor Assist Turbo）と称される構成を採ってもよい。
【００６６】
この態様によれば、過渡状態判別手段によって内燃機関が過渡状態にあると判別された場合には、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される電動機制御手段によって、過給が補助されるように電動機が制御される。
【００６７】
例えば、圧縮自着火式内燃機関のように燃料の供給制御にガバナ制御が用いられる場合、過給圧に応じて、例えばスモーク等の発生限界を規定する燃料の上限ガード値が変化する。一方、過渡期間では、要求される負荷（即ち、燃料噴射量）に対し、吸入空気量の追従が遅延し易く、過給器を用いたとしても、過給器の追従遅延により、効果的には係る問題が改善され難い。特に、内燃機関にＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）装置等が備わる場合には、過渡期間におけるＥＧＲの切り遅れ（例えばＥＧＲガス量を制御するＥＧＲバルブの応答遅延等）によって、過渡期間において吸入空気量が不足し易い。
【００６８】
このような場合に、電動機によって過給が補助された場合、過給圧が迅速に上昇するため、吸入空気量が増大し、過渡期間におけるスモーク等の発生が抑制され、環境性能が少なくとも維持され得る。
【００６９】
本発明に係るスワール比の最適化の観点から言えば、過渡期間に過給が補助され、吸入空気量が担保されれば、過渡期間に特化した制御、例えば制御弁を全開にしてスワール比を低下させ、且つ主噴射と副噴射との時間間隔を規定する角度値を最適化するような制御は実質的に不要となる。従って、例えば、その都度内燃機関の運転条件に応じた最適なスワール比ＳＲ及び角度値θｉｎｔを実現する、或いは予め設定された角度値θｉｎｔに応じたスワール比を実現するといった、本発明に係る顕著な効果が、過渡期間においても何ら損なわれることがなく、実践上極めて有益である。
【００７０】
尚、この態様では、前記過給器は、前記内燃機関に係る排気の一部を利用して前記過給を行い、前記内燃機関は、前記過給に利用される排気の量を変化させることが可能な排気量可変手段を更に具備し、前記内燃機関の制御装置は、前記過給が補助されるように前記電動機が制御される際に前記排気の量が増加するように前記排気量可変手段を制御する排気量可変制御手段を更に具備してもよい。
【００７１】
この場合、例えばＶＮ（Variable Nozzle：可変ノズル装置）等の排気量可変手段が更に備わり、過給器に流入する排気の量が可変とされる。排気量可変手段によれば、例えば然るべき弁の開度を絞ることによって過給圧を上昇せしめることが可能であるが、前述したようにＥＧＲ装置が備わる場合には特に、係る開度の制限によって背圧の上昇を招き、ＥＧＲガス量が増大して吸入空気量が不足するといった背反が生じ易い。
【００７２】
本態様では、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される排気量可変制御手段により、過給を補助すべく電動機が制御される際に、例えば然るべき弁の開度が全開にされること等によって、過給に利用される排気の量が増加するように排気量可変手段が制御される。従って、過渡期間において背圧を上昇させることなく過給圧を上昇せしめることが可能となり、実践上極めて有益である。
【００７３】
尚、「排気の量が増加するように」とは、例えば排気量可変手段が、予め過給器に供給される排気の量が最大となるように設定された状態にある場合には、そのような状態を維持することを含む趣旨である。
【００７４】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７５】
以下、適宜図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
【００７６】
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の模式図である。
【００７７】
図１において、エンジンシステム１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１００及びエンジン２００を備える。
【００７８】
ＥＣＵ１００は、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、エンジン２００の動作を制御すると共に、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例として機能するように構成されている。
【００７９】
エンジン２００は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。以下に、エンジン２００の要部構成について、その動作と共に説明する。
【００８０】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たる車両用のディーゼルエンジンであり、シリンダブロック２０１に収容される複数のシリンダ２０２各々において、インジェクタ２０９によって噴射される燃料を自着火させて爆発させると共に、爆発力に応じて生じるピストン（不図示）の往復運動を、コネクティングロッド（不図示）を介してクランクシャフト（不図示）の回転運動に変換することが可能に構成されている。以下に、エンジン２００の要部構成をその動作と共に説明する。尚、複数のシリンダ２０２は、夫々同一の構成を有しており、図１においては、図面の煩雑化を防ぐ目的から、相互に重複する箇所の符号が一部省略されている。
【００８１】
シリンダ２０２内における燃料の燃焼に際し、外部から吸入された空気は、エアクリーナ２０４によって濾過された後、吸気マニホールド２０３を介してシリンダ２０２に供給される。吸気マニホールド２０３には、吸入空気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２０５が設置されている。吸気圧センサ２０５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。
【００８２】
吸気マニホールド２０３において各シリンダへ分岐する枝管部分（即ち、本発明に係る「気筒における吸気流路」の一例）は、二つの吸気ポートに分岐し、夫々の吸気ポートを介してシリンダ２０２内部（即ち、燃焼室）と繋がっている。
【００８３】
各吸気ポートと燃焼室との連通状態は、吸気バルブ２０６及び一方の吸気ポート上流部に備わるスワールコントロールバルブ（以下、適宜「ＳＣＶ」と称する）２０７の開閉に応じて制御される。吸気バルブ２０６の開閉は、クランクシャフトの動作に連動したカム及びカムシャフトの動作によって制御される。
【００８４】
ＳＣＶ２０７は、本発明に係る「制御弁」の一例である。ＳＣＶ２０７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており（制御ラインは不図示）、ＥＣＵ１００による不図示の電動アクチュエータの制御に従ってその開閉状態が制御される構成となっている。また、ＳＣＶ２０７の開度は、開度センサ２０８によって検出される。開度センサ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており（制御ラインは不図示）、そのセンサ出力は、常にＥＣＵ１００によって監視される構成となっている。
【００８５】
夫々の吸気ポートは、吸気マニホールド２０３を介して供給される吸気を燃焼室内に導入する管状部材であり、燃焼室内に導入される吸気が燃焼室壁面に沿って流れるようにその形状及び空間的な配置態様が決定されている。従って、燃焼室内では必然的に吸気のスワールが発生する。また、吸気ポート各々の形状及び空間的な配置態様は、一方の吸気ポートに設けられたＳＣＶ２０７が相対的に開いた状態において、係るスワールの回転速度が相対的に低下し、ＳＣＶ２０７が相対的に閉じた状態において、係るスワールの回転速度は相対的に上昇するように決定されている。
【００８６】
燃焼室内におけるスワールの回転速度の指標としては、スワール比が用いられる。スワール比は、エンジン２００における機関一回転当りのスワールの回転数を指し、その値は、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいてＳＣＶ２０７の開度と対応付けられている。ＥＣＵ１００のＲＯＭには、ＳＣＶ２０７の開度とエンジン２００のスワール比とを相互に対応付けるマップが予め格納されている。
【００８７】
尚、スワール比の定義に鑑みれば、スワール比は、ＳＣＶ２０７の開度に応じて、即ち開度が増加するに連れて低下するが、燃焼室に導かれる吸気の全体量としては無論、ＳＣＶ２０７の開度に応じて、即ち開度が増加するに連れて増加する。
【００８８】
インジェクタ２０９には、燃料が不図示の燃料タンクからコモンレール２１０及び枝管２１１を介して供給されており、インジェクタ２０９は、この供給される燃料を、ＥＣＵ１００の制御に従ってシリンダ２０２内に直接噴射することが可能に構成されている。尚、コモンレール２１０は、高温且つ高圧のシリンダ内に燃料を安定に供給するため、インジェクタ２０９に対し、高圧の燃料供給を行うことが可能に構成されている。
【００８９】
ここで、図２を参照して、インジェクタ２０９の詳細について説明する。ここに、図２は、燃焼室上方からインジェクタ２０９を見た模式的平面図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００９０】
図２において、インジェクタ２０９には、４つの噴射孔２０９ａ、２０９ｂ、２０９ｃ及び２０９ｄが周状に等間隔で配置されている。従って、各噴射孔の配置間隔（即ち、本発明に係る「所定間隔」の一例）を規定する角度θは９０度となっている。尚、燃料噴射時以外の期間において、各噴射孔は遮蔽板（不図示）によって燃焼室と隔絶されており、燃料噴射時にはＥＣＵ１００の制御により遮蔽板が摺動して噴射孔と燃焼室とが相互に連通し、各噴射孔から同時に燃料が噴射される。
【００９１】
一方、燃焼室内には、図示スワール方向に前述したスワールが形成されており、各噴射孔から噴射された燃料（図示「噴霧」参照）は、係るスワールに乗って係るスワール方向へと旋回する。エンジン２００は、このスワールによって燃料と吸気との混合を促進し、燃焼効率を高める構成となっている。また、本実施形態において、インジェクタ２０９は、噴射すべき燃料を、パイロット噴射（即ち、本発明に係る「副噴射」の一例）及びメイン噴射（即ち、本発明に係る「主噴射」の一例）に分割して噴射するように構成されている。係るパイロット噴射によって燃焼室内の急激な温度上昇が防止され、着火遅れに起因する燃焼騒音が低減される。
【００９２】
図１に戻り、シリンダ２０２内部では、インジェクタ２０９によって噴射された燃料と、吸気とが混合し、混合ガスとなって圧縮されると共に、更に係る圧縮の過程で混合ガスが燃焼温度に到達することによって混合ガスが燃焼する。燃焼した混合ガスは排気ガスとなり吸気バルブ２０７の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１２の作用によって不図示の排気ポートから排気マニホールド２１３へ排出される。また、排気マニホールド２１３の圧力は、排気圧センサ２１４によって検出され、排気圧センサ２１４と電気的に接続されたＥＣＵ１００によって常に監視される構成となっている。排気マニホールド２１３には、触媒２１５が設置されており、排気ガスの浄化が行われている。
【００９３】
一方、クランクシャフトの近傍には、クランクシャフトの回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２１６が設置されている。クランクポジションセンサ２１６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２１６から得られるクランクシャフトの回転状態に基づいて、クランク角及びエンジン２００の機関回転数等を取得することが可能に構成されている。
【００９４】
＜実施形態の動作＞
ＥＣＵ１００は、エンジン２００の燃焼状態を効率的且つ効果的に最適化するため、ＲＯＭに格納されるプログラムに従って、以下に説明する燃焼制御処理を実行している。ここで、図３を参照して、燃焼制御処理の詳細について説明する。ここに、図３は、燃焼制御処理のフローチャートである。
【００９５】
図３において、ＥＣＵ１００は、エンジン２００におけるスワール比の最適値ＳＲを下記（１）式に従って算出する（ステップＡ１０）。尚、（１）式において、Ｃは絶対値補正係数（即ち、本発明に係る「第１補正係数」の一例）であり、エンジン２００に固有の値である。θは前述した噴射孔の間隔を規定する角度値（即ち、本実施形態では９０（ｄｅｇ））である。また、Ｄｍａｉｎは、メイン噴射が行われる期間を規定する角度値である。
【００９６】
ＳＲ＝Ｃ×θ／Ｄｍａｉｎ…（１）
ＥＣＵ１００は、インジェクタ２０９による燃料噴射のタイミングをクランクポジションセンサ２１６によって検出されるクランク角に基づいて制御しており、メイン噴射が行われる期間（以下、適宜「メイン噴射期間」と略称する）は、噴射開始クランク角と噴射終了クランク角との差分として決定される。尚、燃料噴射量（パイロット噴射によって噴射される燃料が極少量である場合には、実質的にはメイン噴射によって噴射される燃料量と等価）は、エンジン２００の機関回転数Ｎｅ及び負荷（アクセル開度）によって決定される値であり、即ち、刻々と変化するエンジン２００の運転条件に対応する値となる。従って、メイン噴射期間を規定するＤｍａｉｎもまた、エンジン２００の機関回転数Ｎｅ及び負荷に対応して変化する値となる。
【００９７】
最適値ＳＲを算出すると、ＥＣＵ１００は、算出された最適値ＳＲが所定の上限値ＳＲｍａｘより大きいか否かを判別する（ステップＡ１１）。最適値ＳＲが上限値ＳＲｍａｘより大きい場合（ステップＡ１１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、スワール比の最適値ＳＲを上限値ＳＲｍａｘに設定する（ステップＡ１３）。
【００９８】
一方、最適値ＳＲが上限値ＳＲｍａｘ以下である場合（ステップＡ１１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、最適値ＳＲが所定の下限値ＳＲｍｉｎ未満であるか否かを判別する（ステップＡ１２）。最適値ＳＲが下限値ＳＲｍｉｎ未満である場合（ステップＡ１２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、スワール比の最適値ＳＲを下限値ＳＲｍｉｎに設定する（ステップＡ１４）。
最適値ＳＲが上限値ＳＲｍａｘ以下且つ下限値ＳＲｍｉｎ以上である場合（ステップＡ１２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、スワール比の最適値ＳＲを、ステップＡ１０に係る処理において算出された最適値ＳＲに設定する。
【００９９】
スワール比の最適値ＳＲが設定されると、ＥＣＵ１００は、エンジン２００のスワール比が係る設定された最適値ＳＲとなるようにＳＣＶ２０７の開度を制御する（ステップＡ１５）。この際、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納されるマップを参照して、最適値ＳＲに対応する開度を取得しＳＣＶ２０７を制御する。
【０１００】
エンジン２００のスワール比が（１）式に基づいた最適値ＳＲに設定されると、ＥＣＵ１００は、下記（２）式に基づいてパイロット噴射とメイン噴射との最適な間隔を規定する角度値であるインタバルθｉｎｔを算出する（ステップＡ１６）。ここで、Ｃ’は、パイロット噴射による噴霧とメイン噴射による噴霧との相対的な位置関係を規定する補正係数である。
【０１０１】
θｉｎｔ＝Ｃ’×θ／ＳＲ…（２）
ここで、一旦図２に戻って補足すると、（２）式における補正係数Ｃ’が「１」である場合とは、概念的には、例えば噴射孔２０９ａにおけるパイロット噴射の噴霧が、噴射孔２０９ｂにおけるメイン噴射の噴霧と真正面から衝突することを表す。また、補正係数Ｃ’が１未満であれば、噴射孔２０９ｂにおけるメイン噴射の噴霧が、噴射孔２０９ａにおけるパイロット噴射の噴霧が到達するよりも早いタイミングで噴射されることを表す。反対に、補正係数Ｃ’が１より大きければ、噴射孔２０９ｂにおけるメイン噴射の噴霧が、噴射孔２０９ａにおけるパイロット噴射の噴霧が通過してから噴射されることを表す。係る補正係数Ｃ’の値は、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、噴霧と噴霧との空間（即ち、吸気）を最大限に利用することが可能となるように決定されている。
【０１０２】
図３に戻り、インタバルθｉｎｔが算出されると、ＥＣＵ１００は、算出されたインタバルθｉｎｔが、所定の下限インタバルθｉｎｔｍｉｎ未満であるか否かを判別する（ステップＡ１７）。ここで、下限インタバルθｉｎｔｍｉｎとは、エンジン２００における物理的、機械的、機構的又は電気的な制約等によって実現不可能なインタバルを規定する閾値である。
【０１０３】
インタバルθｉｎｔが、下限インタバルθｉｎｔｍｉｎ以上である場合（ステップＡ１７：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、パイロット噴射とメイン噴射との時間間隔（角度値）をインタバルθｉｎｔに設定し、インジェクタ２０９を制御する（ステップＡ１９）。一方で、インタバルθｉｎｔが、下限インタバルθｉｎｔｍｉｎ未満である場合（ステップＡ１７：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、補正係数Ｃ’を「１」インクリメントして更新する（ステップＡ１８）と共に、処理をステップＡ１６に戻し、インタバルθｉｎｔが下限インタバルθｉｎｔｍｉｎ以上となるまでステップＡ１７及びステップＡ１８に係る処理を繰り返す。インタバルθｉｎｔが最終的に下限インタバルθｉｎｔｍｉｎ以上となった場合、上述したステップＡ１９に係る処理が実行される。ステップＡ１９に係る処理を実行すると、ＥＣＵ１００は、処理をステップＡ１０に戻し、一連の処理を繰り返す。
【０１０４】
ここで、θｉｎｔが「１」インクリメントされるとは、即ち、上述した図２の例で言えば、噴射孔２０９ａにおけるパイロット噴射の噴霧が、隣接する噴射孔２０９ｂを通り過ぎて一つ先の噴射孔２０９ｃにおけるメイン噴射の噴霧と前後する位置関係となる概念である。即ち、θｉｎｔが自然数インクリメントされる限りにおいて、メイン噴射における噴霧とパイロット噴射における噴霧との相対的な位置関係は保存される。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態に係る燃焼制御処理によれば、刻々と変化するエンジン２００の運転条件に対し、マップ適合などの膨大な処理工程を経ることなく演算処理によって最適なスワール比を決定することが可能である。更に、係る最適なスワール比に対して最適となるパイロット噴射とメイン噴射との時間間隔を演算処理の結果として取得することが可能となる。即ち、効率的且つ効果的にエンジン２００の燃焼状態を最適化することが可能となるのである。
【０１０６】
＜第２実施形態＞
本発明に係る燃焼状態の最適化手法は、スワール比を可変とする機構を持たないエンジンをそのような機構を付加することによってポテンシャルアップする場合にも効果的である。ここで、図４を参照して、そのような本発明の第２実施形態に係る燃焼制御処理について説明する。ここに、図４は、第２実施形態に係る燃焼制御処理のフローチャートである。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。尚、第２実施形態に係るハードウェア構成は、説明の簡略化のため第１実施形態と同様であるとし、下記の説明では同一の符合を使用して説明を行うものとする。
【０１０７】
図４において、ＥＣＵ１００は、下記（３）式に従ってスワール比の最適値ＳＲを算出する（ステップＢ１０）。ここで、本実施形態の場合、インタバルθｉｎｔは、スワール比が固定された状態において最適化されている。従って、係るインタバルθｉｎｔに基づいて、最適なスワール比を算出することにより、処理上の負荷が著しく軽減される。尚、（３）式におけるＣ’’とは、上記（１）式と同様に、エンジンに固有の値であり、異なるエンジン間で同様の効果を享受するための補正係数である。
【０１０８】
ＳＲ＝Ｃ’’×θ／θｉｎｔ…（３）
スワール比の最適値ＳＲが算出されると、ＥＣＵ１００は、第１実施形態と同様、ＳＣＶ２０７の開度制御によってエンジン２００のスワール比を最適値ＳＲに制御する（ステップＡ１５）。尚、この際、第１実施形態と同様に、上限値ＳＲｍａｘ及び下限値ＳＲｍｉｎとの比較処理を介して、上限値ＳＲｍａｘ及び下限値ＳＲｍｉｎによって規定される範囲内でスワール比の最適値ＳＲが決定され、制御対象とされる。
【０１０９】
以上説明したように、第２実施形態に係る燃焼制御処理によれば、予めスワール比を可変とする機構を有さないエンジンに対しても、効率的且つ効果的にエンジンの燃焼状態を最適化し得る。
【０１１０】
＜第３実施形態＞
エンジンの運転条件が高回転且つ高負荷である場合、上述したスワール比の制御によってかえってエンジンの効率的な燃焼が妨げられる場合がある。そのような問題点に対処し得る本発明の第３実施形態に係る燃焼制御処理について、図５を参照して説明する。ここに、図５は、第３実施形態に係る燃焼制御処理のフローチャートである。尚、第３実施形態に係るハードウェア構成は、説明の簡略化のため第１実施形態と同様であるとし、下記の説明では同一の符合を使用して説明を行うものとする。尚、図５のフローチャートにおいては、予め上述の第１実施形態に示したような各処理によって、エンジン２００のスワール比が最適値ＳＲに制御されているものとする。
【０１１１】
図５において、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の吸気絞り損失を規定する損失指標値ｄＰが所定の上限値ｄＰｌｉｍ以下であるか否かを判別する（ステップＣ１０）。ここで、吸気絞り損失とは、ＳＣＶ２０７を閉じる（即ち、スワール比を高める）ことによって生じる損失である。ＥＣＵ１００は、排気圧センサ２１４を介して取得される排気マニホールド２１３の圧力値から吸気圧センサ２０５を介して取得される吸気マニホールド２０３の圧力値を減算することによって係る損失指標値ｄＰを算出する。尚、上限値ｄＰｌｉｍの値は、予めエンジン２００の吸気絞り損失による悪影響が、スワール比を高めることによる効果を陵駕する状態を規定する値として設定されている。
【０１１２】
算出された損失指標値ｄＰが上限値ｄＰｌｉｍより大きい場合（ステップＣ１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＳＣＶ２０７の開度を所定量増加させる（ステップＣ１１）。ここで、ステップＣ１１に係る処理における開度の増加量は、どのように決定されていてもよいが、エンジン２００が高回転且つ高負荷な運転条件である場合には、ＳＣＶ２０７の開度は全開か又はそれに近い程度に比較的大きく開いている必要がある場合が多いから、増加量は比較的大きめに設定されていてもよい。
【０１１３】
ＳＣＶ２０７の開度を増加させると、ＥＣＵ１００は処理をステップＣ１０に戻し、損失指標値ｄＰが上限値ｄＰｌｉｍ以下となるまで一連の処理を繰り返す。損失指標値ｄＰが上限値ｄＰｌｉｍ以下となった場合（ステップＣ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、損失指標値ｄＰを上限値ｄＰｌｉｍ以下に抑え得るＳＣＶ２０７の開度に対応するスワール比をマップから取得し、スワール比の暫定的な最適値ＳＲ’として設定する（ステップＣ１２）。
【０１１４】
スワール比の暫定的な最適値ＳＲ’を設定すると、ＥＣＵ１００は、上記（２）式に従い、暫定的な最適値ＳＲ’に対応するパイロット噴射とメイン噴射との最適な時間間隔を規定するインタバルθｉｎｔを算出する（ステップＣ１３）。インタバルθｉｎｔを算出すると、ＥＣＵ１００は、メイン噴射とパイロット噴射との時間間隔が、係るインタバルθｉｎｔに対応する値となるようにインジェクタ２０９を制御する（ステップＣ１４）。ステップＣ１４に係る処理が実行されると、処理はステップＣ１０へ戻され、一連の処理が繰り返される。
【０１１５】
このように、第３実施形態に係る燃焼制御処理によれば、高回転且つ高負荷である場合には吸気絞り損失が所定値以下となる程度までＳＣＶ２０７の開度を増じ、燃焼室に供給される吸気の量を増じることによって、燃料消費率を上昇させ又エミッションを低減することが可能となる。その一方で、スワール比の暫定的な最適値ＳＲ’に応じたパイロット噴射とメイン噴射との最適な時間間隔を規定するθｉｎｔを算出し、インジェクタ２０９を制御することによって、エンジン２００の燃焼状態も最適化される。即ち、効率的且つ効果的にエンジンの燃焼状態を最適化することが可能となるのである。
【０１１６】
＜第４実施形態＞
上述した各種実施形態は、エンジン２００が定常状態にある場合には顕著に効果的であるが、急加速時等の過渡期間では、ＳＣＶ２０７の開度（即ち、スワール比）及びインタバルθｉｎｔの制御が刻々と変化する動作条件に追従しきれずに、エミッションが悪化する場合がある。そこで、図６を参照し、本発明の第４実施形態として、このような過渡期間に関する制御について説明する。ここに、図６は、本発明の第４実施形態に係る燃焼制御処理のフローチャートである。尚、本実施形態は、上記第１実施形態に係る燃焼制御処理に対応するものであり、図６において、図３と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１１７】
図６において、燃焼制御処理が開始されると、既に述べたように、ＳＣＶ２０７の開度が、スワール比を最適値ＳＲに追従させるべく制御され、それに伴って、インタバルθｉｎｔも最適値ＳＲに最適化されたインタバルに制御される。
【０１１８】
ここで、ステップＡ１６に係る処理によって、（２）式に従いインタバルθｉｎｔが設定されると、ＥＣＵ１００は、エンジン２００が過渡状態にあるか否かを判別する（ステップＤ１０）。
【０１１９】
ステップＤ１０に係る判別処理は、燃料の要求噴射量が所定の上限ガード値よりも大きいか否かに基づいてなされ、係る要求噴射量が係る上限ガード値よりも大きい場合に、エンジン２００が過渡状態にあると判別される。尚、本発明に係る実施形態において、エンジンはディーゼルエンジンであり、従って、燃料噴射量の制御は、基本的にガバナ制御に従って実行されている。ガバナ制御では、機関回転数Ｎｅとアクセル開度によって燃料の噴射量が定まる。上限ガード値とは、それ以上燃料が噴射されるとスモークの発生が無視し得ないものとして規定される噴射量の値であり、吸入空気量に応じて可変な値である。
【０１２０】
エンジン２００が過渡状態にないと判別された場合（ステップＤ１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は既に述べた定常時の制御を継続すると共に、エンジン２００が過渡状態にあると判別された場合（ステップＤ１０：ＹＥＳ）、後述する過渡制御処理を実行する。過渡制御処理が終了した場合には、処理はステップＡ１０へ戻され、一連の処理が繰り返される。
【０１２１】
ここで、図７を参照して、過渡制御処理の詳細について説明する。ここに、図７は、過渡制御処理のフローチャートである。尚、同図において、図６と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１２２】
図７において、ＥＣＵ１００は、スワール比の最適値ＳＲを、ＳＣＶ２０７を全開に制御した場合のスワール比ＳＲ’に設定する（ステップＥ１０）。スワール比の最適値がＳＲ’に設定されたことに伴い、ステップＡ１５に係る処理において、ＳＣＶ２０７が全開に制御され、スワール比がＳＲ’に制御される。
【０１２３】
一方、スワール比が言わば強制的にＳＲ’に設定されたことに伴い、メイン噴射とパイロット噴射との間隔を規定するインタバルθｉｎｔは、（２）式において、最適値ＳＲにＳＲ’を代入することによって得られる過渡インタバルθｉｎｔ’（即ち、本発明に係る「角度値の過渡値」の一例）に設定される（ステップＥ１１）。尚、ステップＥ１１に係る処理において使用される式は、即ち本発明に係る（４）式と同等である。
【０１２４】
過渡インタバルθｉｎｔ’が設定されると、上述したように、過渡インタバルθｉｎｔ’がインタバルとして採り得る範囲であるかの判別及びその対処がなされ（ステップＡ１７及びステップＡ１８参照）、ＥＣＵ１００が、インタバルを過渡インタバルθｉｎｔ’に制御する（ステップＡ１９）。
【０１２５】
インタバルが過渡インタバルθｉｎｔ’に制御されると、ＥＣＵ１００は、エンジン２００が過渡状態にある期間（即ち、過渡期間）が終了したか否かを判別する（ステップＥ１２）。過渡期間が継続している場合（ステップＥ１２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、スワール比及びインタバルを、夫々ＳＲ’及び過渡インタバルθｉｎｔ’に制御し続ける。また、過渡期間が終了した場合（ステップＥ１２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、過渡制御処理を終了する。
【０１２６】
このように、過渡制御処理では、エンジン２００が過渡状態にあると判別された場合に、スワール比の最適値が速やかにＳＣＶ２０７全開時のスワール比ＳＲ’に制御され、インタバルも係るスワール比ＳＲ’に最適化された過渡インタバルθｉｎｔ’に補正される。従って、燃焼状態を最適化しつつ、エンジン２００の燃焼室内において燃焼に供される空気量を増大させ、例えばスモークの発生を防止することが可能となる。
【０１２７】
＜第５実施形態＞
過渡制御処理の態様は、第４実施形態のものに限定されない。ここで、図８を参照して、本発明の第５実施形態に係る過渡制御処理の詳細について説明する。ここに、図８は、過渡制御処理の他のフローチャートである。尚、同図において、図７と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１２８】
図８において、ＥＣＵ１００は、スワール比の最適値ＳＲを、ＳＣＶ２０７が中間開度に制御された場合のスワール比ＳＲ’’に設定する（ステップＦ１０）。ここで、本実施形態に係る中間開度とは、現時点におけるＳＣＶ２０７の開度と、全開時のＳＣＶ２０７の開度（本実施形態では、この開度をゼロとする）との中間に位置する開度を指す。即ち、ステップＦ１０に係る処理において、ＥＣＵ１００は、開度センサ２０８の出力に基づいてＳＣＶ２０７の開度を取得し、中間開度を算出すると共に目標スワール比として設定する。これに伴い、ＥＣＵ１００は、ＳＣＶ２０７の開度を係る中間開度に制御して、スワール比をＳＲ’’に制御する。
【０１２９】
スワール比が中間開度に対応するスワール比ＳＲ’’に制御されると、ＥＣＵ１００は、インタバルを、（２）式において、最適値ＳＲにＳＲ’’を代入することによって得られる過渡インタバルθｉｎｔ’に設定し（ステップＦ１１）、そしてインタバルが係る過渡インタバルθｉｎｔ’となるようにインジェクタ２０９を制御する。尚、ステップＦ１１に係る処理において使用される式は、即ち、本発明に係る（５）式と同等である。
【０１３０】
第５実施形態に係る過渡制御処理によれば、過渡期間においてＳＣＶ２０７が全開状態とはならず、中間開度に維持されるため、吸入空気量の増大に伴うトルクショックは、第４実施形態と比較して抑制されたものとなる。従って、ドライバビリティの低下を招くことなく、過渡期間における燃焼状態を最適化することが可能となる。
【０１３１】
尚、中間開度は、本実施形態の如く、現時点におけるＳＣＶ２０７の開度と全開時の開度との中間値に限定されない。例えば、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、例えば、過渡状態に陥った際のエンジン２００の状態と最適な中間開度との相関が得られるような場合等には、そのような相関に基づいてその都度個別具体的に中間開度が設定されてもよい。
【０１３２】
＜第６実施形態＞
第４及び第５実施形態に係る過渡制御処理は、第１実施形態、即ち、インタバルをスワール比に応じて可変に制御し得る場合のものであるが、無論、インタバルが固定された、第２実施形態に係る燃焼制御処理についても同様に過渡制御処理を実行することができる。ここで、図９を参照し、本発明の第６実施形態として、インタバルが固定されている場合における燃焼制御処理について説明する。ここに、図９は、本発明の第６実施形態に係る燃焼制御処理のフローチャートである。尚、同図において、図４と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１３３】
図９において、ステップＢ１０に係る処理においてインタバルθｉｎｔに応じてスワール比の最適値が設定されると、ＥＣＵ１００は、エンジン２００が過渡状態にあるか否かを判別する（ステップＤ１０）。エンジン２００が過渡状態にない場合（ステップＤ１０：ＮＯ）、既に述べたように固定値であるθｉｎｔに対し最適なスワール比が得られるように、ＳＣＶ２０７の開度制御が継続される。一方、エンジン２００が過渡状態にある場合（ステップＤ１０：ＹＥＳ）、上述した各種過渡制御処理が実行される。このように、インタバルが予め設定されている場合であっても、過渡期間において燃焼状態を最適化しつつエミッションの悪化を防止することが可能である。
【０１３４】
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態として、エンジンに過給器が備わる場合について説明する。始めに、図１０を参照して、本発明の第７実施形態に係るエンジンシステム１１の構成について説明する。ここに、図１０は、エンジンシステム１１の模式図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１３５】
図１０において、エンジンシステム１１は、エンジン２００の代わりにエンジン３００を備える点において、エンジンシステム１０と相違している。
【０１３６】
エンジン３００は、エンジン２００に対し、主としてＥＧＲ処理系統及びＭＡＴ３０６が追加された構成となっている。
【０１３７】
即ち、排気マニホールド２１３の一部は、ＥＧＲパイプ３０１に連通しており、エンジン３００において排気バルブ２１２を介して排出された排気の一部は、係るＥＧＲパイプ３０１を介して吸気マニホールド２０３に還流される構成となっている。この際、吸気マニホールド２０３に還流せしめられる排気の量は、例えばソレノイドバルブ等の形態を採るＥＧＲバルブ３０２によって制御される構成となっている。また、ＥＧＲバルブ３０２はＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その開閉状態は、ＥＣＵ１００によって上位に制御される構成となっている。
【０１３８】
一方、排気マニホールド２１３から続く排気管（符合省略）における触媒２１５の前段には、ＭＡＴ３０６が設置されている。
【０１３９】
ＭＡＴ３０６は、排気管に連通するタービン３０３及びタービン３０３と回転軸が同軸に構成されたコンプレッサ３０５を備え、更にタービン３０３の回転をアシストするモータ３０４が備わる構成となっている。尚、モータ３０４は、不図示の制御バスを介してＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００による上位の制御により駆動される構成となっている。
【０１４０】
係る構成の下、排気マニホールド２１３に排出された排気の一部は、タービン３０３を回転せしめる駆動力としてＭＡＴ３０６に供給される。排気によってタービン３０３が回転すると、回転軸がタービン３０３と同軸に構成されたコンプレッサ３０５が駆動され、吸気マニホールド２０３を含む吸気管（符合省略）の圧力が大気圧以上となり、エアクリーナ２０４を介して吸気マニホールド２０３へ供給される空気量が増大せしめられる。即ち過給が行われる構成となっている。尚、この際、吸気マニホールド２０３に供給される吸入空気は、吸気管の一部に設置されたインタークーラ３０７により冷却される構成となっており、ＭＡＴ３０６に係る過給効率が向上せしめられている。
【０１４１】
ＭＡＴ３０６におけるタービン３０３の側には更に、ＭＡＴ３０６に排気を供給する可変ノズル３０８が備わる。可変ノズル３０８は、不図示の制御バスを介してＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００からの制御に従ってそのノズル開度が可変となるように構成されている。可変ノズル３０８は、ノズル開度に応じてＭＡＴ３０６の過給圧を変化させることが可能であり、この際、ノズル径が絞られると過給圧が上昇し、ノズル径が開放されると過給圧は低下する構成となっている。可変ノズル３０８は、本発明に係る「排気量可変手段」の一例として機能する。
【０１４２】
このような構成を有するエンジンシステム１１では、第４又は第５実施形態に示すような過渡制御処理を行わずとも、過渡期間において燃焼状態を最適化しつつエミッションの悪化を抑制することが可能である。ここで、図１１を参照して、本発明の第７実施形態に係る燃焼制御処理の詳細について説明する。ここに、図１１は、本発明の第７実施形態に係る燃焼制御処理のフローチャートである。尚、同図において、図６と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１４３】
図１１において、ステップＤ１０に係る処理においてエンジン３００が過渡状態にあると判別された場合（ステップＤ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、後述するＭＡＴ稼動制御処理を実行する。ＭＡＴ稼動制御処理は、燃焼制御処理と並行して実行される処理であり、ＭＡＴ稼動制御処理の実行が開始された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＡ１７以降の処理を実行する。尚、ステップＤ１０に係る判別処理において、エンジン３００が過渡状態にないと判別された場合（ステップＤ１０：ＮＯ）、ＭＡＴ稼動制御処理が実行されていれば、ＥＣＵ１００はＭＡＴ稼動制御処理を終了する（フローチャート上の図示は省略する）。
【０１４４】
ここで、図１２を参照して、ＭＡＴ稼動制御処理の詳細について説明する。ここに、図１２は、ＭＡＴ稼動制御処理のフローチャートである。
【０１４５】
図１２において、ＥＣＵ１００は最初に、基本フィードバック制御（以下、適宜「Ｆ／Ｂ制御）と称する）を実行する（ステップＧ１０）。Ｆ／Ｂ制御が行われるに際し、ＥＣＵ１００は、吸気圧センサ２０５によって検出される吸気圧をＭＡＴ３０６の過給圧として取得し、係る過給圧が、燃料の要求噴射量及び上限ガード値等から設定される目標過給圧以上となるように、モータ３０４の回転数（即ち、タービン３０３の回転数）をフィードバック制御する。尚、モータ３０４の回転数は、図１０において不図示の回転センサによって検出され、ＥＣＵ１００に電気信号として伝達される構成となっている。尚、このＦ／Ｂ制御は、ＭＡＴ稼動制御処理期間中は絶えず実行されている。
【０１４６】
Ｆ／Ｂ制御が実行されると、ＥＣＵ１００は、排気圧センサ２１４によって検出される排気圧（タービン３０３の入り口付近の圧力を検出可能である場合には、そのような圧力であってもよい）が基準値を超えたか否かを判別する（ステップＧ１１）。
【０１４７】
排気圧が基準値以下である場合（ステップＧ１１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＧ１１に係る処理を繰り返し実行すると共に、排気圧が基準値を超えた場合（ステップＧ１１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、可変ノズル３０８の開度を全開に制御する（ステップＧ１２）。
【０１４８】
可変ノズル３０８が全開に制御されると、ＥＣＵ１００は処理をステップＧ１１に戻し、一連の処理を繰り返す。尚、本実施形態では、過渡期間が時間にして数秒程度であることに鑑み、一旦可変ノズル３０８の開度が全開に制御されると、過渡期間中は開度が全開である状態が維持される構成となっており、可変ノズル３０８の開度が全開に制御された後は、実質的に、Ｆ／Ｂ制御のみが実行されることとなる。
【０１４９】
排気圧が大きい場合、ＥＧＲパイプ３０１を還流する排気の量が増加し（即ち、ＥＧＲ量が増加し）、それに起因して吸入空気量の不足が促進されてしまうことがある。ステップＧ１１に係る処理に供される基準値とは、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、このような不足が無視し得なくなる境界を規定する値として設定されている。
【０１５０】
エンジン３００における噴射量の上限ガード値は、過給圧が高い程（即ち、吸入空気量が多い程）大きくなる。然るに過渡期間においては、タービン３０３の回転が遅延し過給圧が要求される目標過給圧に追従しない場合がある。しかしながら、ＭＡＴ稼動制御処理におけるモータ３０４による適宜のアシストによって、過渡期間においても過給圧を目標過給圧に追従させることが可能となり、空気量の不足に起因するスモークの発生は回避される。
【０１５１】
従って、本実施形態によれば、第１実施形態に係る、スワールの最適値ＳＲ及びインタバルθｉｎｔの設定及び制御を、過渡期間中であっても変わらず継続することが可能であり、燃焼状態とエンジン３００の運転条件のより広い範囲で最適化することが容易にして可能となる。また、排気圧が高い場合に可変ノズル３０８を全開に制御することによって、吸入空気量の減少を抑制することが可能であり、燃焼状態の最適化とエミッションの悪化防止とを高い次元で両立することが可能となっている。
【０１５２】
＜第８実施形態＞
第７実施形態に係る燃焼制御処理は、インタバルθｉｎｔがスワール比に応じて最適値に制御される場合のものであるが、無論、固定されたインタバルに従ってスワール比の最適値ＳＲが設定され、ＳＣＶ２０７の開度制御がなされる場合であっても同様の効果を享受することが可能である。ここで、本発明に係る第８実施形態として、このような場合の燃焼制御処理について説明する。ここに、図１３は、燃焼制御処理の他のフローチャートである。尚、同図において、図９と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１５３】
図１３において、ＥＣＵ１００は、エンジン３００が過渡状態にあると判別された場合（ステップＤ１０：ＹＥＳ）、図１２に示すＭＡＴ稼動制御処理を実行する。これにより、過渡期間において過渡インタバルθｉｎｔ’を設定する必要が無くなり、第２実施形態と同様に、予め設定されたインタバルに基づいてスワール比の最適値ＳＲを設定し、スワール比を係る最適値ＳＲに制御するといった燃焼状態の最適化を、過渡期間であるか否かによらず継続することが可能となる。即ち、燃焼状態の最適化とエミッションの悪化防止とを高い次元で両立することが可能となっている。
【０１５４】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの模式図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおけるインジェクタの模式的平面図である。
【図３】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵが実行する燃焼制御処理のフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る燃焼制御処理のフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態に係る燃焼制御処理のフローチャートである。
【図６】本発明の第４実施形態に係る燃焼制御処理のフローチャートである。
【図７】図６の燃焼制御処理から分岐する過渡制御処理のフローチャートである。
【図８】本発明の第５実施形態に係る過渡制御処理のフローチャートである。
【図９】本発明の第６実施形態に係る燃料制御処理のフローチャートである。
【図１０】本発明の第７実施形態に係るエンジンシステムの模式図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る燃焼制御処理のフローチャートである。
【図１２】図１１の燃焼制御処理から分岐するＭＡＴ稼動制御処理のフローチャートである。
【図１３】本発明の第８実施形態に係る燃焼制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１５６】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２…シリンダ、２０７…ＳＣＶ、３００…エンジン、３０３…タービン、３０４…モータ、３０５…コンプレッサ、３０６…ＭＡＴ、３０８…可変ノズル。
【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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