(57)【要約】【課題】本発明は、ノッキングの改善と冷却損失の低減とを図ることを目的とする。【解決手段】本発明では、タンブル流生成手段を有する自然吸気内燃機関の制御装置において、機関負荷に応じて点火プラグによる点火時期を調整する点火時期調整手段と、タンブル流の角速度を機関回転速度に基づくパラメータで除算した値である動的タンブル比を制御する制御手段と、を備え、機関回転速度が同一の場合において、現在の機関負荷と、点火時期及びタンブル流の強度の変化と相関を有し且つ機関回転速度が高くなるほど小さくなる所定負荷と、を比較したときに、現在の機関負荷が前記所定負荷以上の場合には前記所定負荷未満の場合よりも、制御手段が動的タンブル比を低下させる。【選択図】図８
2017172430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内の縦方向にタンブル流を生成するタンブル流生成手段と、前記タンブル流の強度を調整するタンブル流調整手段と、前記内燃機関のピストンに対向する前記気筒の頂部に配置された点火プラグと、を有し、自然吸気運転を行う前記内燃機関の制御装置であって、
機関負荷に応じて前記点火プラグによる点火時期を調整する点火時期調整手段と、
前記タンブル流調整手段を用いて、前記タンブル流生成手段によって生成される前記タンブル流の角速度を機関回転速度に基づくパラメータで除算した値である動的タンブル比を制御する制御手段と、を備え、
機関回転速度が同一の場合において、現在の機関負荷と、前記点火プラグによる点火時期及び前記タンブル流の強度の変化と相関を有し且つ機関回転速度が高くなるほど小さくなる所定負荷と、を比較したときに、現在の機関負荷が前記所定負荷以上の場合には前記所定負荷未満の場合よりも、前記制御手段が前記動的タンブル比を低下させる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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気行程で気筒内に発生させたタンブル流（縦方向の渦流）を利用して、燃料と吸入空気との混合気を燃焼させる技術が知られている。そして、特許文献１には、気筒内にタンブル流を生成する内燃機関において、機関回転速度が高く且つ前記タンブル流が高タンブル比を有する場合に、該タンブル流に起因して燃焼室の吸気側と排気側とで燃焼速度のバランスが崩れ、燃焼室の排気側でノッキングが発生し易くなる点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３２３９９号公報
【特許文献２】特開２００２−２０１９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タンブル流を利用して、燃料と吸入空気との混合気を燃焼させる自然吸気内燃機関では、点火プラグ近傍に燃焼室の吸気側方向または燃焼室の排気側方向に気流が生じる。そして、前記混合気の燃焼火炎は、点火時期における前記気流によって該火炎の伝播が促進または阻害される。例えば、点火時期における点火プラグ近傍の気流の方向が燃焼室の吸気側方向である場合には、燃焼室の吸気側方向への火炎伝播が促進され燃焼室の排気側方向への火炎伝播が阻害される。そして、火炎伝播が遅くなる方向における燃焼室の部分でノッキングが発生し易くなる。
【０００５】
また、燃焼室の排気側の部分は吸気側の部分と比べて燃焼室の壁温が高くなっているため、該排気側の部分でノッキングが発生する場合には、該吸気側の部分で発生するよりも大きなノッキングとなり易い。
【０００６】
さらに、内燃機関の機関回転速度が低い場合には、機関回転速度が高い場合よりも火炎伝播の速度が遅くなり、ノッキングが発生し易くなる。そして、内燃機関の運転状態がノッキングが発生し易くなる運転状態に属する場合には、ノッキングを抑制するために点火時期が遅角され、内燃機関の燃費が悪化する。
【０００７】
また、燃焼室の吸気側方向への火炎伝播の速度と燃焼室の排気側方向への火炎伝播の速度とが異なる場合には、火炎伝播が速くなる方向における燃焼室の部分で冷却損失が大きくなり易い。
【０００８】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、タンブル流生成手段を備えた自然吸気内燃機関の制御装置において、ノッキングの改善と冷却損失の低減とを図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の気筒内の縦方向にタンブル流を生成するタンブル流生成手段と、前記タンブル流の強度を調整するタンブル流調整手段と、前記内燃機関のピストンに対向する前記気筒の頂部に配置された点
火プラグと、を有し、自然吸気運転を行う前記内燃機関の制御装置であって、機関負荷に応じて前記点火プラグによる点火時期を調整する点火時期調整手段と、前記タンブル流調整手段を用いて、前記タンブル流生成手段によって生成される前記タンブル流の角速度を機関回転速度に基づくパラメータで除算した値である動的タンブル比を制御する制御手段と、を備え、機関回転速度が同一の場合において、現在の機関負荷と、前記点火プラグによる点火時期及び前記タンブル流の強度の変化と相関を有し且つ機関回転速度が高くなるほど小さくなる所定負荷と、を比較したときに、現在の機関負荷が前記所定負荷以上の場合には前記所定負荷未満の場合よりも、前記制御手段が前記動的タンブル比を低下させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、タンブル流生成手段を備えた自然吸気内燃機関の制御装置において、ノッキングの改善と冷却損失の低減とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】吸気の動的効果を説明するための、吸気弁と排気弁のバルブリフト量、および吸気ポート内の吸気圧力の時間推移を示す図である。
【図３】後半吸気割合と動的タンブル比との相関を示す図である。
【図４Ａ】本発明の実施例に係る内燃機関の燃焼室の排気側方向への点火時プラグ近傍気流を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例に係る内燃機関の燃焼室の吸気側方向への点火時プラグ近傍気流を示す図である。
【図５】高タンブル自然吸気内燃機関におけるノッキングの特性および点火時プラグ近傍気流の方向の変化についての機関回転速度と機関負荷との相関を該内燃機関の運転マップとともに示す図である。
【図６】高タンブル自然吸気内燃機関におけるプラグ近傍流速の時間推移を示す図である。
【図７】高タンブル自然吸気内燃機関における動的タンブル比と点火時プラグ近傍流速との相関を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係る気流制御を行う運転制御マップを示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置が実行する制御フローを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の変形例に係る内燃機関の制御装置が実行する制御フローを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の変形例に係る気流制御を行う運転制御マップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは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。
【００１３】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の、特に燃焼室と該燃焼室に接続されている吸排気のためのポート等の縦断面の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、気筒２内に燃料を直接噴射する火花点火式の自然吸気内燃機関である。内燃機関１において、気筒２には吸気ポート３および排気ポート４がつながれている。吸気ポート３は吸気弁５の開閉を通して吸気を気筒２内に送り込み、排気ポート４は排気弁６の開閉を通して燃焼ガス等を排気として内燃機関１の排気系へ送り出す。なお、図１に示す断面図には吸気弁５、排気弁６はそれぞれ一つしか記載されていないが、実際には二つの吸気弁５と二つの排気
弁６が並列に設けられている。また、気筒２内にはピストン１０が配され、ピストン１０に対向する気筒２の頂部には点火プラグ７が、気筒２内の混合気に点火可能となるように配されている。また、内燃機関１には、燃料噴射弁８が吸気ポート３の下側の、二つの吸気弁５の間の近傍となる位置に設けられている。そして、燃料噴射弁８の噴射方向は、概略的には気筒２の内部において斜め下方向に設定されている。
【００１４】
また、内燃機関１の吸気ポート３には、その吸気行程において気筒２内へ導入される吸気によって、気筒２内壁の排気ポート４側に沿って下降し、気筒２内壁の吸気ポート３側、すなわち、燃料噴射弁８側に沿って上昇する縦方向の渦流であるタンブル流９を生成するタンブル流生成手段１１が、隔壁１１ａと閉鎖弁１１ｂとによって構成されている。隔壁１１ａは、吸気弁５近傍の吸気ポート３をその延在方向に沿って上下二分割しており、分割された吸気ポート３のうち下側の部分（以下、「下側吸気ポート部分」と称する場合もある。）に閉鎖弁１１ｂが設けられている。閉鎖弁１１ｂは、ＥＣＵ２０からの指示に従って下側吸気ポート部分の流れを閉塞し、またその流れを弱めることができる。このように閉鎖弁１１ｂによって下側吸気ポート部分における吸気の流れが弱められ又は閉塞されれば、前記分割された吸気ポート３のうち上側の部分（以下、「上側吸気ポート部分」と称する場合もある。）から気筒２内へ供給される吸気の勢いが強くなる。その結果、気筒２内にタンブル流９の生成が可能となる。なお、本実施例に係る内燃機関１の制御装置は、点火時期における点火プラグ７近傍の気流を燃焼室の排気側方向への気流に制御する後述の「気流制御」を行わない場合には、閉鎖弁１１ｂによって下側吸気ポート部分の流れを閉塞し、タンブル流９を利用して燃料と吸入空気との混合気を気筒２内で燃焼させる。そして、このときのタンブル流９の強度は、後述する動的タンブル比が比較的高くなる強度となっている。
【００１５】
さらに、気筒２内にタンブル流９を効果的に生成するためには、タンブル流９が生成される吸気行程においてタンブル流９が減衰することや、吸気行程で生成したタンブル流９が後の圧縮行程において減衰することは好ましくない。そこで、タンブル流９がピストン１０の頂面に沿って進行する際の通過抵抗を低減するために、図１に示すようにピストン１０の頂部にはタンブル流９の周方向に円弧形状となっている円弧状底壁を有するキャビティが形成されている。上記のとおり、内燃機関１には吸気弁５が二つ設けられていることから、これら二つの吸気弁５を介して気筒２内に生成されるタンブル流は、互いに合流して気筒２内を旋回し、この際の減衰を抑制するために当該キャビティの幅は十分に大きくされている。
【００１６】
そして、内燃機関１に併設されているＥＣＵ２０には、図示しないクランクポジションセンサ、図示しないアクセルポジションセンサ、および図示しないエアフローメータ等の各種センサが電気的に接続されている。クランクポジションセンサは、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサは、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。エアフローメータは、内燃機関１に接続されている吸気通路内を流れる空気の質量（以下、「吸入空気量」と称する場合もある。）に応じた電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサの出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ２０は、アクセルポジションセンサの出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。
【００１７】
また、ＥＣＵ２０には、点火プラグ７、燃料噴射弁８、および閉鎖弁１１ｂ等の各種装置が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によって、これら各種装置が制御される。
【００１８】
また、本実施例では、動的タンブル比が下記式１によって定義される。
Ｔｒ＝ｗ／（２π・Ｎｅ）  ・・・式１
Ｔｒ：動的タンブル比
ｗ：タンブル流９の角速度
Ｎｅ：機関回転速度
上記式１によって定義される動的タンブル比Ｔｒは、タンブル流９の角速度ｗを機関回転速度Ｎｅに基づくパラメータで除算することによって、機関回転速度によらない動的タンブル比を定義するものである。ただし、自然吸気運転を行う際に吸気の動的効果を用いて空気を吸入する本実施例に係る内燃機関１では、吸気の動的効果に起因してタンブル流９の強度が変化する。つまり、動的タンブル比は吸気の動的効果に関係する機関回転速度に応じて変化する。
【００１９】
ここで、吸気の動的効果について図２に基づいて説明する。図２は、吸気弁５と排気弁６のバルブリフト量、および吸気ポート３内の吸気圧力の時間推移を示す図である。そして、図２において、機関回転速度が高い場合を実線で表し、機関回転速度が低い場合を破線で表している。図２に示すように、機関回転速度が高い場合には低い場合よりも、吸気弁５が閉弁する直前の吸気ポート３内の吸気圧力が高くなる。これは、吸気の動的効果によるものである。このことによって、機関回転速度が高い場合には低い場合よりも、気筒２内への全吸入空気量のうち吸気弁５が閉弁する直前に気筒２内へ吸入される空気量が占める割合（以下、「後半吸気割合」と称する場合もある。）が高くなる。そして、図３に示す後半吸気割合と動的タンブル比との相関から判るように、後半吸気割合が高くなるのに応じて動的タンブル比が高くなる。これは、機関回転速度が高い場合には低い場合よりも、動的タンブル比が高くなることを示している。
【００２０】
そして、上述したように、後述の「気流制御」を行わない場合には、タンブル流９の強度は動的タンブル比が比較的高くなる強度となっている。さらに、本実施例に係る内燃機関１の制御装置は、後述の「気流制御」を行う場合には、現在の機関負荷に応じて動的タンブル比を低下させる。
【００２１】
ここで、本発明の発明者は、自然吸気運転を行う際に吸気の動的効果を用いて空気を吸入するとともに、動的タンブル比が比較的高くなっているタンブル流９を生成する内燃機関１（以下、「高タンブル自然吸気内燃機関」と称する場合もある。）では、現在の機関負荷が所定負荷よりも小さいときに点火時期において点火プラグ７近傍に図４Ａに示す燃焼室の排気側方向への気流が生じ、現在の機関負荷が該所定負荷以上のときには点火時期の遅角化に起因して、点火時期において点火プラグ７近傍に図４Ｂに示す燃焼室の吸気側方向への気流が生じることを見出した。以下、点火プラグ７近傍に生じる燃焼室の排気側方向への気流を「排気側方向気流」と称し、点火プラグ７近傍に生じる燃焼室の吸気側方向への気流を「吸気側方向気流」と称するものとする。
【００２２】
そして、高タンブル自然吸気内燃機関における、ノッキングの特性および点火時期における点火プラグ７近傍の気流（以下、「点火時プラグ近傍気流」と称する場合もある。）の方向の変化についての機関回転速度と機関負荷との相関を該内燃機関の運転マップとともに図５に示す。図５において、線Ｌ１はノッキングが発生し易くなる高タンブル自然吸気内燃機関の運転領域（以下、「ノック領域」と称することもある。）の切替りについての機関回転速度と機関負荷との相関を示し、機関回転速度が同一の場合には、機関負荷が線Ｌ１が示す機関負荷よりも小さい領域はノッキングが発生し難くなる高タンブル自然吸気内燃機関の運転領域である非ノック領域を表し、機関負荷が線Ｌ１が示す機関負荷以上の領域はノック領域を表している。そして、図５における線Ｌ１が示す機関回転速度と機関負荷との相関では、機関回転速度が高くなるほど機関負荷が大きくなる。上述したように、機関回転速度が低い場合には機関回転速度が高い場合よりも火炎伝播の速度が遅くな
ることによりノッキングが発生し易くなる。つまり、言い換えれば、機関回転速度が高い場合には機関負荷を大きくしても、機関回転速度が低い場合よりもノッキングが発生し難くなる。
【００２３】
また、図５における線Ｌ２は点火時プラグ近傍気流の方向の切替りについての機関回転速度と機関負荷との相関を示している。線Ｌ２が示す相関では、機関回転速度が高くなるほど機関負荷が小さくなり、この特性については後述する吸気の動的効果に起因するタンブル流９の強度の変化の影響により説明される。また、図５における領域Ｒ１は、機関負荷が線Ｌ２が示す機関負荷以上で且つ全負荷以下の領域を表している。ここで、ノッキング抑制のために機関負荷が大きくなるのに応じて点火時期が遅角する。そして、点火時期の遅角化に起因して後述する図６により説明される点火時プラグ近傍気流の方向の変化が起こり、図５に示されるように、機関回転速度が同一の場合には、点火時プラグ近傍気流は、機関負荷が線Ｌ２が示す機関負荷よりも小さいときに排気側方向気流になり、機関負荷が線Ｌ２が示す機関負荷以上のときに吸気側方向気流になる。すなわち、線Ｌ２によって示される機関負荷は上記所定負荷を示し、この所定負荷は、後述するタンブル流９の強度の変化の影響に起因して、機関回転速度が高くなるほど小さくなる。また、以下の説明において、領域Ｒ１が示す運転領域を「所定負荷運転領域」と称する場合もある。
【００２４】
次に、高タンブル自然吸気内燃機関における、点火プラグ７近傍の流速の時間推移を図６に示す。図６において、横軸はクランク角度を表しており、縦軸は点火プラグ７近傍の流速（以下、「プラグ近傍流速」と称する場合もある。）を表している。そして、図６において、プラグ近傍流速が０より高い場合は、該流速は排気側方向気流の流速を表し、プラグ近傍流速が０より低い場合は、該流速は吸気側方向気流の流速を表している。このとき、図６に示すように、圧縮行程の後半の圧縮ＴＤＣに近い点火時期Ｔ０において、点火プラグ７近傍の気流が排気側方向気流から吸気側方向気流へと変化する。
【００２５】
ここで、図５と図６とに基づいて、図５における線Ｌ２によって示される上記所定負荷とそのときの点火時プラグ近傍気流の方向の変化について説明する。図５において、機関回転速度が同一の場合には、機関負荷が線Ｌ２によって示される上記所定負荷よりも小さい場合に点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流になり、機関負荷が線Ｌ２によって示される上記所定負荷以上の場合に点火時プラグ近傍気流が吸気側方向気流になる。そして、図６において、機関負荷が小さくて点火時期がＴ０よりも進角している場合に点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流になり、機関負荷が大きくて点火時期がＴ０よりも遅角している場合に点火時プラグ近傍気流が吸気側方向気流になる。そして、図５において機関回転速度が同一の場合には、点火時プラグ近傍気流が、機関負荷が線Ｌ２が示す機関負荷よりも小さいときに排気側方向気流になり機関負荷が線Ｌ２が示す機関負荷以上のときに吸気側方向気流になることは、図６に示す機関負荷に応じた点火時期の変化による点火時プラグ近傍気流の方向の変化に起因している。なお、本実施例においては、ＥＣＵ２０が、機関負荷に応じて点火時期を調整することで、本発明に係る点火時期調整手段として機能する。
【００２６】
また、高タンブル自然吸気内燃機関における、動的タンブル比と点火時プラグ近傍気流の流速（以下、「点火時プラグ近傍流速」と称する場合もある。）との相関を図７に示す。図７において、横軸は動的タンブル比を表しており、縦軸は点火時プラグ近傍流速を表している。また、図７では、動的タンブル比が比較的低い場合の該動的タンブル比をＴｒ１で示し、動的タンブル比が比較的高い場合の該動的タンブル比をＴｒ２で示している。そして、図７において、点火時プラグ近傍流速が０より高い場合は、該流速は排気側方向気流の流速を表し、点火時プラグ近傍流速が０より低い場合は、該流速は吸気側方向気流の流速を表している。
【００２７】
図７に示すように、点火時プラグ近傍流速は動的タンブル比に応じて変化する。そして、図７は、動的タンブル比が比較的高い場合（例えば、動的タンブル比がＴｒ２の場合）に点火時プラグ近傍気流が吸気側方向気流になることを示している。すなわち、点火時プラグ近傍気流の方向の変化は、上述した点火時期の影響のみならず動的タンブル比の影響も受ける。
【００２８】
そして、図７に基づいて、図５における線Ｌ２によって示される上記所定負荷が、機関回転速度が高くなるほど小さくなることについて説明する。高タンブル自然吸気内燃機関では、上述した吸気の動的効果に起因してタンブル流９の強度が変化することによって、機関回転速度が高い場合には低い場合よりも動的タンブル比が高くなる。ここで、図７は、動的タンブル比が高くなると点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流から吸気側方向気流に変化することを示しているので、機関回転速度が高い場合には低い場合よりも点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流から吸気側方向気流に変化し易くなる。その結果、機関回転速度が高い場合にはより小さな機関負荷で点火時プラグ近傍気流が吸気側方向気流に変化し易くなる。つまり、図５における線Ｌ２によって示される上記所定負荷は機関回転速度が高くなるほど小さくなることが、このことによって説明される。
【００２９】
これは、高タンブル自然吸気内燃機関では、点火時プラグ近傍気流に対する、吸気の動的効果に起因するタンブル流９の強度の変化の影響と、機関回転速度が高くなるほどノッキングが発生し難くなる影響と、を比較すると、吸気の動的効果に起因するタンブル流９の強度の変化の影響が大きくなることに関係している。すなわち、機関回転速度が高くなると点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流から吸気側方向気流に変化し易くなるというタンブル流９の強度の変化の影響が、機関回転速度が高くなると点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流から吸気側方向気流に変化し難くなるというノッキングの影響よりも大きくなるので、機関回転速度が高くなると点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流から吸気側方向気流に変化し易くなる。
【００３０】
以上に述べたように、機関負荷に応じて点火時期は変化し、点火時期の変化によって点火時プラグ近傍気流の方向が変化する。したがって、点火時プラグ近傍気流の方向が変化するときの機関負荷を示している上記所定負荷は、点火時期と相関を有することになる。そして、機関回転速度が高くなるほど、動的タンブル比が高くなり点火時プラグ近傍気流の方向の変化が起こり易くなるため、上記所定負荷は機関回転速度が高くなるほど小さくなる。これは、動的タンブル比が高くなるのに応じて上記所定負荷が小さくなることを示している。また、動的タンブル比はタンブル流９の強度の変化と相関を有する。したがって、上記所定負荷は、タンブル流９の強度の変化と相関を有することになる。
【００３１】
ところで、ノッキングが発生し易くなる内燃機関１の運転状態においては、燃焼室の排気側の部分は該吸気側の部分と比べて燃焼室の壁温が高くなっているため、該排気側の部分では該吸気側の部分よりもノッキングが発生し易くなる。また、上述した燃焼室の壁温の影響により、燃焼室の排気側の部分で発生するノッキングは該吸気側の部分で発生するノッキングよりも大きくなり易い。さらに、火炎伝播が速くなる方向における燃焼室の側の部分では、ノッキングが発生し難くなるとともに冷却損失が大きくなる。以上に鑑みると、燃焼室の排気側方向への火炎伝播を速くすることによって、ノッキングの改善を図ることができる。なぜなら、このときには燃焼室の排気側の部分で発生するノッキングの頻度を減らすことができ、特に燃焼室の排気側の部分で発生する大きなノッキングを回避することができるからである。また、燃焼室の排気側方向への火炎伝播を速くすることによって、冷却損失の低減を図ることもできる。なぜなら、火炎伝播の速さによらず燃焼室の排気側の部分は、該吸気側の部分と比べて燃焼室の壁温が高くなっているため、該排気側の部分における火炎伝播に起因する冷却損失の増加は、燃焼室の吸気側方向への火炎伝播が速くなるときの該吸気側の部分における冷却損失の増加よりも小さくなるからである。
【００３２】
本発明の発明者は、高タンブル自然吸気内燃機関において、機関回転速度が同一の場合には、現在の機関負荷が上記所定負荷よりも小さいときに点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流になり、現在の機関負荷が該所定負荷以上のときに点火時プラグ近傍気流が吸気側方向気流になり、該所定負荷は機関回転速度が高くなるほど小さくなることを見出した。そして、図５から明らかなように、領域Ｒ１において点火時プラグ近傍気流が吸気側方向気流になる。上述したように点火時プラグ近傍気流によって火炎伝播が促進または阻害されるので、このことは、領域Ｒ１において燃焼室の吸気側方向への火炎伝播が相対的に速くなることを示している。これは、ノッキングおよび冷却損失の観点で好ましくない。
【００３３】
そこで、本実施例に係る内燃機関１の制御装置では、機関回転速度が同一の場合において現在の機関負荷と所定負荷とを比較したときに、現在の機関負荷が所定負荷以上の場合には該所定負荷未満の場合よりも動的タンブル比を低下させることによって、点火時プラグ近傍気流を排気側方向気流に制御する。その結果、燃焼室の排気側方向への火炎伝播が相対的に速くなり、以て、ノッキングの改善と冷却損失の低減とを図ることができる。以下、上記制御を「気流制御」と称するものとする。また、気流制御の詳細について以下に説明する。
【００３４】
上述したように、図７は、動的タンブル比が高い場合に点火時プラグ近傍気流が吸気側方向気流になることを示している。そして、動的タンブル比を低下させることによって、点火時プラグ近傍気流を吸気側方向気流から排気側方向気流に変化させることができることを示している。
【００３５】
そこで、本実施例では、ＥＣＵ２０が閉鎖弁１１ｂを用いて気流制御を実行する。より詳しくは、ＥＣＵ２０は、機関回転速度が同一の場合において現在の機関負荷と所定負荷とを比較したときに、現在の機関負荷が所定負荷未満の場合には閉鎖弁１１ｂの弁体を全閉にし、現在の機関負荷が所定負荷以上の場合には閉鎖弁１１ｂの弁体を開弁させる。その結果、閉塞していた下側吸気ポート部分に吸気が流れ、以て、タンブル流９の強度、すなわち動的タンブル比が低下し、点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流に制御される。なお、本実施例においては、タンブル流９の強度を調整する閉鎖弁１１ｂが、本発明におけるタンブル流調整手段に相当する。また、本実施例においては、ＥＣＵ２０が、閉鎖弁１１ｂを用いて動的タンブル比を制御することで、本発明に係る制御手段として機能する。
【００３６】
そして、本実施例に係る気流制御を行う運転制御マップを図８に示す。本実施例では、図８に示すように、機関回転速度が同一の場合には、現在の機関負荷が線Ｌ２によって示される所定負荷よりも小さいときに閉鎖弁１１ｂの弁体は全閉状態にされ、現在の機関負荷が線Ｌ２によって示される所定負荷以上のときに閉鎖弁１１ｂの弁体は開弁される。このとき、領域Ｒ１の全域で点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流になるように、ＥＣＵ２０によって閉鎖弁１１ｂの弁体の開度が制御される。その結果、燃焼室の排気側方向への火炎伝播が相対的に速くなり、以て、ノッキングの改善と冷却損失の低減とを図ることができる。なお、図８に示すような運転制御マップは、実験等に基づき予め設定され、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている。そして、閉鎖弁１１ｂの弁体の目標開度が、機関回転速度と機関負荷とに基づくマップとしてＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている。
【００３７】
本実施例に係る内燃機関１の制御装置が実行する制御フローについて図９に基づいて説明する。図９は、本実施例に係る内燃機関１の制御装置における、制御フローを示すフローチャートである。本実施例では、ＥＣＵ２０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、内燃機関１の機関停止時に閉鎖弁１１ｂの弁体が開いている場合には、ＥＣＵ２０によって閉鎖弁１１ｂの弁体を全閉にする制御
が行われることで、内燃機関１の機関始動時には閉鎖弁１１ｂの弁体は全閉状態にされている。
【００３８】
本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、ＥＣＵ２０が、クランクポジションセンサの出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を取得し、アクセルポジションセンサの出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を取得する。
【００３９】
次に、Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０がＳ１０１で取得した機関回転速度および機関負荷に基づいて、内燃機関１の運転要求が所定負荷運転領域にあるか否かが判別される。ＥＣＵ２０のＲＯＭには、上述した図８に示すような運転制御マップと、該運転制御マップに基づく閉鎖弁１１ｂの弁体の目標開度のマップ（以下、「目標開度マップ」と称する場合もある。）と、が予め記憶されている。Ｓ１０２では、この運転制御マップまたは該運転制御マップに基づく関数を用いて前記運転要求が所定負荷運転領域にあるか否かが判別される。Ｓ１０２において肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３の処理へ進み、Ｓ１０２において否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０４の処理へ進む。
【００４０】
Ｓ１０２において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０３において、閉鎖弁１１ｂの弁体の開度の制御が実行される。Ｓ１０３では、閉鎖弁１１ｂの弁体の開度が制御されることによって、閉鎖弁１１ｂの弁体が全閉状態にされているときよりも動的タンブル比が低下する。このとき、動的タンブル比は、例えば図７に示したＴｒ２からＴｒ１に低下する。このように閉鎖弁１１ｂの弁体の開度を制御することによって、所定負荷運転領域の全域で点火時プラグ近傍気流を排気側方向気流にすることができる。言い換えれば、Ｓ１０３では、所定負荷運転領域の全域で点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流になるように予め設定されＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている目標開度マップまたは該目標開度マップに基づく関数を用いて、閉鎖弁１１ｂの弁体の開度が目標開度になるように制御される。そして、Ｓ１０３の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００４１】
Ｓ１０２において否定判定された場合、次に、Ｓ１０４において、閉鎖弁１１ｂの弁体が開いているか否かが判別される。そして、Ｓ１０４において肯定判定された場合、Ｓ１０５において閉鎖弁１１ｂの弁体を全閉にする制御が実行される。そして、Ｓ１０５において閉鎖弁１１ｂの弁体を全閉にする制御が実行された後、または、Ｓ１０４において否定判定された後、本フローの実行が終了される。
【００４２】
本実施例によれば、上述した制御フローにおいて気流制御が実行されることによって、所定負荷運転領域の全域で点火時プラグ近傍気流が排気側方向気流に制御され、以て、ノッキングの改善と冷却損失の低減とを図ることができる。
【００４３】
＜変形例１＞
実施例１は、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている運転制御マップおよび目標開度マップをそのまま用いて気流制御を実行する例である。これに対し、本変形例は、内燃機関１を冷却する冷却水の温度（以下、単に「冷却水温」と称する場合もある。）と、内燃機関１が吸入する空気の温度（以下、単に「吸気温」と称する場合もある。）と、に基づいてＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている運転制御マップおよび目標開度マップを補正し、該補正した運転制御マップおよび目標開度マップを用いて気流制御を実行する例である。本変形例において、上記実施例１と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
本変形例に係る内燃機関１の制御装置が実行する制御フローについて図１０に基づいて説明する。図１０は、本変形例に係る内燃機関１の制御装置における、制御フローを示すフローチャートである。本変形例では、ＥＣＵ２０によって、本フローが内燃機関１の運
転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、上記実施例１と実質的に同一の処理については、同一の処理番号を付している。
【００４５】
図１０に示すフローでは、Ｓ１０１の処理の後に、Ｓ２０１において、ＥＣＵ２０が冷却水温および吸気温を取得する。Ｓ２０１では、ＥＣＵ２０に電気的に接続されている水温センサおよび吸気温センサによって冷却水温および吸気温が検出される。
【００４６】
そして、Ｓ２０１の処理の後に、Ｓ２０２において、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている運転制御マップおよび目標開度マップが、Ｓ２０１で取得した冷却水温および吸気温に基づいて補正される。Ｓ２０２では、冷却水温または吸気温が低下した場合には、運転制御マップは、図１１に示すように線Ｌ１（上述したノック領域の切替りを表す線）および線Ｌ２（上述した点火時プラグ近傍気流の方向の切替りを表す線）が高負荷側に移動するように補正される。より詳しくは、冷却水温または吸気温が低下した場合には、ノッキングが改善し図１１に示す線Ｌ１が線Ｌ１’に移動する。そして、ノッキングが改善することによって相対的に点火時期を進角することができるので、図１１に示す線Ｌ２が線Ｌ２’に移動する。一方、冷却水温または吸気温が上昇した場合には、運転制御マップは、図１１に示す線Ｌ１および線Ｌ２が低負荷側に移動するように補正される。このＳ２０２の処理の後、ＥＣＵ２０はＳ１０２の処理へ進む。
【００４７】
本変形例によれば、気流制御をより精度良く行うことができ、以て、ノッキングの改善と冷却損失の低減とを図ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・吸気ポート
４・・・排気ポート
５・・・吸気弁
６・・・排気弁
７・・・点火プラグ
８・・・燃料噴射弁
９・・・タンブル流
１０・・ピストン
１１・・タンブル流生成手段
１１ａ・隔壁
１１ｂ・閉鎖弁
２０・・ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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