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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-22
(45)【発行日】2024-05-01
(54)【発明の名称】エンジンシステム
(51)【国際特許分類】
F02D 45/00 20060101AFI20240423BHJP
F02D 43/00 20060101ALI20240423BHJP
【ＦＩ】
F02D45/00 360Z
F02D43/00 301B
F02D43/00 301H
F02D43/00 301J
F02D43/00 301U
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020187390
(22)【出願日】2020-11-10
(65)【公開番号】P2022076802
(43)【公開日】2022-05-20
【審査請求日】2023-09-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】太田 統之
(72)【発明者】
【氏名】乃生 芳尚
【審査官】家喜 健太
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－２２５１８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１９６２０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－８５９１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１４５３０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１９０３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２０５２３２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｄ １３／００ － ４５／００
Ｆ０２Ｐ １５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ペントルーフ型の天井部を有するシリンダーと、該シリンダーの中央部に配置された点火プラグを含む点火装置と、前記シリンダーの中央部に配置された燃料噴射弁とを有するエンジンを備えたエンジンシステムであって、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出器と、
前記点火装置、前記燃料噴射弁、及び前記運転状態検出器に電気的に接続された制御器と、を更に備え、
前記制御器は、
前記運転状態検出器が検出するエンジン負荷に基づいて、主燃料の噴射量とその噴射時期である主燃料噴射時期を設定して、該主燃料噴射時期に設定した量の前記主燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御する主燃料噴射部と、
混合気が着火しない時期に、前記点火プラグの電極間に電圧を負荷しかつ該電極間に生じた放電経路の電流値に関するパラメータを検出するように前記点火装置を制御して、前記パラメータに基づいて吸気の流速の高低を推定する流速推定部と、
前記流速推定部により推定された推定流速が、所定値未満であるときに、前記主燃料噴射時期よりも遅角した時期で補助的な燃料噴射である補助燃料噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御する補助燃料噴射部と、
を有し、
前記補助燃料噴射部は、前記推定流速が、前記所定値よりも低い領域に設定されかつ前記エンジン負荷に対応して設定された比較値以下であるときには、前記推定流速が前記比較値よりも高いときと比較して、前記補助燃料噴射の噴射量を増大させることを特徴とするエンジンシステム。
【請求項2】
請求項１に記載のエンジンシステムにおいて、前記比較値は、前記エンジン負荷が低いほど前記所定値に近い値を有することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項3】
請求項１又は２に記載のエンジンシステムにおいて、前記流速推定部は、前記エンジンの吸気バルブが閉弁した時期以降に前記パラメータの検出を行うように前記点火装置を制御することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１つに記載のエンジンシステムにおいて、前記流速推定部は、圧縮行程中に前記パラメータの検出を行うように前記点火装置を制御することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１つに記載のエンジンシステムにおいて、前記補助燃料噴射部は、前記エンジン負荷が一定であるときにおいて、前記推定流速が、前記比較値以下であるときには、該推定流速が低いほど前記補助燃料噴射の噴射量を増大させることを特徴とするエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここに開示された技術は、エンジンシステムに関する技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
従来より、エンジンの燃費を向上させるために、燃焼速度を高めることが知られている。点火プラグを備えるエンジンでは、点火プラグが燃焼室内の混合気に点火することで点火プラグ周りに火炎が生成されて、この火炎が未燃混合気を反応させながら気筒内の全体に伝播することで１サイクルの燃焼が完了する。したがって、該火炎が未燃混合気を素早く反応させて燃焼速度を高めるためには、火炎と未燃混合気との火炎接触面積が大きい方が有利である。このために気筒内で多くの乱流を生成することが好ましい。
【0003】
未燃混合気の乱流は、圧縮行程中、ピストンが上死点に到達するまでに吸気流動が潰れて生成されることが知られている。しかし、吸気流動の状態はサイクル毎に変化する可能性がある。このため、従来から吸気流動を推定する手法が検討されている。
【0004】
例えば特許文献１には、燃焼室に配設された点火プラグで、点火時期よりも前の時期に複数回点火して点火プラグの放電経路の電流値を検出し、各電流値に応じて混合気の流動状態を推定して、該推定結果に基づいて点火時期を制御する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１４－１４５３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ここで、本願発明者らは、特許文献１に記載されたような放電経路の電流値に基づく吸気流動に応じた燃焼の改善について鋭意研究した結果、吸気流動によって気筒内に形成された渦中心の位置によって、圧縮行程の後半の気筒内の流動状態に差が生じ、火炎が気筒内の全体に均一に伝播しなくなって、燃焼変動の一要因となることが分かった。
【0007】
具体的には、吸気流動は縦渦成分と横渦成分とが合成されて、気筒内において斜め流動になる。気筒の筒軸方向及び筒軸に直交する方向から見て（以下、それぞれ平面視及び側面視という）、吸気流動の渦中心の位置が気筒中央付近に存在する場合は圧縮行程の後半でも旋回流が維持される結果、乱流度合いが気筒内全体において均一又は略均一となる。この場合、火炎は、気筒内の中央付近から周辺部へ均等又は略均等に伝播する。
【0008】
しかし、縦渦成分の渦中心の位置が、側面視でピストン側にずれて存在する場合は、圧縮行程の後半で渦中心がピストンの頂面に接触することにより縦渦の下半分が潰れて、気筒内の流動が、吸気側から排気側に向かう正一方向流動となることを、本願発明者らは見出した。気筒内の流動が前記正一方向流動になると、気筒内において排気側の領域は乱流度合いが強いが、吸気側の領域は乱流度合いが弱くなる。この場合には、火炎は、排気側の領域へは伝播しやすい一方で、吸気側の領域へは伝播しにくくなる。
【0009】
また、縦渦成分の渦中心の位置が、側面視でシリンダーの天井部側にずれて存在する場合は、圧縮行程の後半で、渦中心が天井部に接触することにより縦渦の上半分が潰れて、気筒内の流動が、排気側から吸気側に向かう反一方向流動となる。気筒内の流動が反一方向流動になると、気筒内において吸気側の領域は乱流度合いが強いが、排気側の領域は乱流度合いが弱くなる。この場合には、火炎は、吸気側の領域へは伝播しやすい一方で、排気側の領域へは伝播しにくくなる。
【0010】
また、吸気流量はエンジン負荷に応じて変動するため、エンジン負荷によっても気筒内の流動状態が変動する。このため、燃焼速度を安定させるためには、エンジン負荷も考慮した対策が必要となる。
【0011】
ここに開示された技術は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、気筒内の流動状態を推定し、該流動状態に応じて燃料噴射を行うことにより、燃焼速度を安定させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、吸気行程又は圧縮行程で、混合気の燃焼を開始する前に、点火プラグの電極間に発生させた放電経路の電気的パラメータを検出することで、気筒内の渦中心の位置が推定でき、圧縮行程の後半における吸気流動の状態を推定できることを見出した。
【0013】
そこで、ここに開示された技術では、ペントルーフ型の天井部を有するシリンダーと、該シリンダーの中央部に配置された点火プラグを含む点火装置と、前記シリンダーの中央部に配置された燃料噴射弁とを有するエンジンを備えたエンジンシステムを対象として、 前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出器と、前記点火装置、前記燃料噴射弁、及び前記運転状態検出器に電気的に接続された制御器と、を更に備え、前記制御器は、前記運転状態検出器が検出するエンジン負荷に基づいて、主燃料の噴射量とその噴射時期である主燃料噴射時期を設定して、該主燃料噴射時期に設定した量の前記主燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御する主燃料噴射部と、混合気が着火しない時期に、前記点火プラグの電極間に電圧を負荷しかつ該電極間に生じた放電経路の電流値に関するパラメータを検出するように前記点火装置を制御し、前記パラメータに基づいて吸気の流速の高低を推定する流速推定部と、前記流速推定部により推定された推定流速が、所定値未満であるときに、前記主燃料噴射時期よりも遅角した時期で補助的な燃料噴射である補助燃料噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御する補助燃料噴射部と、を有し、前記補助燃料噴射部は、前記推定流速が、前記所定値よりも低い領域に設定されかつ前記エンジン負荷に対応して設定された比較値以下であるときには、前記推定流速が前記比較値よりも高いときと比較して、前記補助燃料噴射の噴射量を増大させる、という構成とした。
【0014】
本願明細書では、便宜上、正一方向流動は吸気側から排気側に向かう吸気流動を示し、反一方向流動は排気側から吸気側に向かう吸気流動を示すが、これらを逆にしてもよい。
【0015】
前記の構成によると、エンジンは、ペントルーフ型の天井部の燃焼室を有するため、気筒内に導入された吸気は縦渦を形成しつつ横渦も形成する。気筒内の流動は、気筒軸に対して傾いた斜め流動となる。
【0016】
燃料噴射弁から主燃料噴射を実行すると気筒内に混合気が形成される。この混合気が着火しない時期に、点火プラグに電圧を印加して放電経路を発生させる。点火プラグに生じた放電経路は、点火プラグ周りの吸気流動が強いほど伸びる。放電経路が伸長すると、電極間の抵抗が増大して、電極間に生じた電圧降下が増加する。この結果、点火プラグに付与したエネルギが消費される時間、すなわち放電時間が短くなる。このことから、本願発明者らは、電流の放電時間を検出することによって、点火プラグ周りの吸気流動の流速を推定でき、その推定流速に基づいて、気筒内における渦中心の位置を推定できることを見出した。尚、パラメータから推定される「推定流速」は、流速の高低が推定できる値であればよく、流速値そのものである必要はない。例えば、「推定流速」として放電時間の逆数を採用することができる。また、流速を推定するパラメータとしては、流速の高低が推定できるのであれば、放電時間の他に、電流値、電圧値、放電時の電流値の傾き、放電時の電圧値の傾き等を採用してもよい。
【0017】
具体的には、吸気流動の縦渦の渦中心がシリンダーの天井部に近づくほど、点火プラグ周りの吸気流動が弱くなって、推定流速が低くなる。一方で、吸気流動の縦渦の渦中心がシリンダーのピストン側に近づくほど、点火プラグ周りの吸気流動が強くなって、推定流速が高くなる。これにより、気筒内の混合気を点火する前に、吸気流動が正一方向流動か、反一方向流動か推定でき、乱流度合いの弱い領域を推定することができる。
【0018】
吸気の流速を推定して、乱流度合いの弱い領域を推定できた後は、主燃料噴射よりも遅角した時期に、補助燃料噴射部により燃料噴射弁に補助燃料噴射をさせる。これにより、圧縮行程の後半では、火炎が伝播しやすい領域（乱流度合いの強い領域）には通常の混合気を配置し、火炎が伝播しにくい領域（乱流度合いの弱い領域、以下、特定領域という）には、補助燃料噴射で噴射された燃料により形成された、相対的に濃い混合気を配置させることができる。そして、点火装置により混合気に点火することで、特定領域への火炎伝播が促進されて、シリンダー内の全体に火炎が、均等又は略均等に伝播する。この結果、乱流度合いの弱い領域における燃焼速度を高くすることができる。
【0019】
さらに、推定流速が設定値以下のときには、エンジン負荷に応じて、補助燃料噴射の噴射量を調整する。すなわち、推定流速が低いときには、圧縮行程の後半における混合気の流れは排気側から吸気側への反一方向流動になる。また、エンジン負荷が低いときには、吸気量及び主燃料噴射の噴射量が少ない。このため、混合気の流れとは逆側に位置する排気側は、かなり火炎が伝播しにくくなる。一方で、エンジン負荷が高いときには、吸気量及び主燃料噴射の噴射量が多いため、点火プラグ周りの吸気の流速が低いときであっても、排気側にはある程度の燃料濃度の混合気が存在するため火炎伝播への影響は小さい。このように、推定流速が低いときには、エンジン負荷により火炎伝播への影響が異なる。
【0020】
そこで、この構成では、エンジン負荷に対応して設定された比較値を設け、推定流速が比較値以下のときには、推定流速が所定値未満でかつ比較値よりも高いときと比較して補助燃料噴射の噴射量を増大させる。これにより、エンジン負荷に応じて排気側の燃焼速度を適切に高くすることができる。この結果、燃焼速度を安定させることができる。
【0021】
前記エンジンシステムにおいて、前記比較値は、前記エンジン負荷が低いほど前記所定値に近い値を有する、という構成でもよい。
【0022】
この構成によると、エンジン負荷が低いほど補助燃料噴射の噴射量を増大させる条件が拡大される。これにより、燃焼速度をより安定させることができる。
【0023】
前記エンジンシステムにおいて、前記流速推定部は、前記エンジンの吸気バルブが閉弁した時期以降に前記パラメータの検出を行うように前記点火装置を制御する、という構成でもよい。
【0024】
すなわち、吸気バルブが閉弁したときには、燃焼室内への吸気の導入が完了しているため、シリンダー内に形成された渦の中心の位置が安定する。このため、吸気バルブが閉弁した時期以降にパラメータを検出することで、圧縮行程の後半における乱流度合いを精度良く推定することができる。この結果、燃焼速度を安定させることができる。
【0025】
前記エンジンシステムにおいて、前記流速推定部は、圧縮行程中に前記パラメータの検出を行うように前記点火装置を制御する、という構成でもよい。
【0026】
圧縮行程であれば、吸気流動の縦渦成分の渦中心が安定する。したがって、渦中心の位置が安定した段階でパラメータを検出することで、圧縮行程の後半の乱流度合いを精度よく推定することができる。この結果、燃焼速度を安定させることができる。
【0027】
前記エンジンシステムにおいて、前記補助燃料噴射部は、前記エンジン負荷が一定であるときにおいて、前記推定流速が、前記比較値以下であるときには、該推定流速が低いほど前記補助燃料噴射の噴射量を増大させる、という構成でもよい。
【0028】
すなわち、推定流速が低いほど、排気側から吸気側への正一方向流動が早い段階から生じる。したがって、推定流速が低いほど、補助燃料噴射の噴射量を増大させて排気側の広い範囲に燃料の濃い領域を形成する。これにより、排気側も燃焼が速くなるため、燃焼速度を安定させることができる。
【発明の効果】
【0029】
以上説明したように、ここに開示された技術によると、補助燃料噴射により、シリンダー内の乱流度合いの低い領域に燃料の割合の高い混合気を偏在させることができる。これにより、燃焼速度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下、エンジンシステムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジン、及び、エンジンシステムは例示である。
【0032】
図１は、エンジンシステムを例示する図である。図２は、エンジンの燃焼室の構造を例示する図である。図１における吸気側と排気側との位置と、図２における吸気側と排気側との位置とは、入れ替わっている。図３は、エンジンの制御装置を例示するブロック図である。
【0033】
エンジンシステムは、エンジン１を有している。エンジン１は、シリンダー１１を有している。シリンダー１１の中で、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程が繰り返される。エンジン１は、４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって自動車は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。
【0034】
（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダーブロック１２と、シリンダーヘッド１３とを備えている。シリンダーヘッド１３は、シリンダーブロック１２の上に載置される。シリンダーブロック１２に、複数のシリンダー１１が形成されている。エンジン１は、多気筒エンジンである。図１では、一つのシリンダー１１のみを示す。
エンジン１は、シリンダーブロック１２と、シリンダーヘッド１３とを備えている。シリンダーヘッド１３は、シリンダーブロック１２の上に載置される。シリンダーブロック１２に、複数のシリンダー１１が形成されている。エンジン１は、多気筒エンジンである。図１では、一つのシリンダー１１のみを示す。
【0035】
各シリンダー１１には、ピストン３が内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダー１１の内部を往復動する。ピストン３、シリンダー１１及びシリンダーヘッド１３は、燃焼室１７を形成する。
【0036】
シリンダーヘッド１３の下面、つまり、シリンダー１１の天井部は、図２の下図に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、後述する吸気バルブ２１側の傾斜面１３１１であり、シリンダー１１の中央部に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気バルブ２２側の傾斜面１３１２であり、シリンダー１１の中央部に向かって上り勾配となっている。シリンダー１１の天井部は、いわゆるペントルーフ型である。
【0037】
シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、シリンダー１１内に連通している。吸気ポート１８は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、シリンダー１１の中にタンブル流が発生するような形状を有している。ペントルーフ型のシリンダー１１の天井部と、タンブルポートとは、シリンダー１１の中に縦渦を発生させる。
【0038】
吸気ポート１８には、吸気バルブ２１が配設されている。吸気バルブ２１は、吸気ポート１８を開閉する。動弁機構は、吸気バルブ２１を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。図３に示すように、動弁機構は、吸気Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気Ｓ－ＶＴ２３は、電動式又は油圧式である。吸気Ｓ－ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気バルブ２１の開弁期間は変化しない。
【0039】
シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。
【0040】
排気ポート１９には、排気バルブ２２が配設されている。排気バルブ２２は、排気ポート１９を開閉する。動弁機構は、排気バルブ２２を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。図３に示すように、動弁機構は、排気Ｓ－ＶＴ２４を有している。排気Ｓ－ＶＴ２４は、電動式又は油圧式である。排気Ｓ－ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気バルブ２２の開弁期間は変化しない。
【0041】
シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。図２に示すように、インジェクタ６は、シリンダー１１の中央部に配設されている。より詳細に、インジェクタ６は、傾斜面１３１１と傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。
【0042】
インジェクタ６は、シリンダー１１の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ６は、燃料噴射弁の一例である。インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型である。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、シリンダー１１の中央部から周辺部に向かって、放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ６は、図例では、周方向に等角度に配置された十個の噴孔を有しているが、噴孔の数、及び、配置は特に制限されない。
【0043】
インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口からシリンダー１１の中に噴射される。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。
【0044】
シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、シリンダー１１の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５の中心電極及び接地電極は、詳細な図示は省略するが、シリンダー１１の中央部において、シリンダー１１の天井部の付近に位置している。
【0045】
図１又は図３に示すように、点火プラグ２５は、点火装置７に対して電気的に接続されている。点火装置７は、点火プラグ２５の電極間に電圧を印加することによって放電（アーク放電）を実行させて、シリンダー１１内の混合気に点火する。点火装置７は、詳細は後述するが、混合気が着火しない時期に、点火プラグ２５に放電を実行させ、その時に電極間に生じた放電経路の電流値に関するパラメータを検出する。検出したパラメータは、シリンダー１１内の流動状態の推定に用いられる。点火装置７の構成は後述する。
【0046】
エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダー１１の吸気ポート１８に連通している。シリンダー１１に導入される吸気は、吸気通路４０を流れる。吸気通路４０の上流端部には、エアクリーナー４１が配設されている。エアクリーナー４１は、吸気を濾過する。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、シリンダー１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダー１１の吸気ポート１８に接続されている。
【0047】
吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットルバルブ４３が配設されている。スロットルバルブ４３は、バルブの開度を調整することによって、シリンダー１１の中への新気の導入量を調節する。
【0048】
エンジン１は、シリンダー１１内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、詳細な図示は省略するが、吸気通路４０に取り付けられたスワールコントロールバルブ５６を有している。スワールコントロールバルブ５６は、サージタンク４２よりも下流において、互いに平行な第１吸気通路１８ａ及び第２吸気通路１８ｂ（図２参照）のうちの、第２吸気通路１８ｂに配設されている。スワールコントロールバルブ５６は、第２吸気通路１８ｂの断面を絞ることができる開度調節バルブである。スワールコントロールバルブ５６の開度が小さいと、図２に示す第１吸気通路１８ａからシリンダー１１に流入する吸気流量が相対的に多くかつ、第２吸気通路１８ｂからシリンダー１１に流入する吸気流量が相対的に少ないから、シリンダー１１内のスワール流が強くなる。スワールコントロールバルブ５６の開度が大きいと、第１吸気通路１８ａ及び第２吸気通路１８ｂのそれぞれからシリンダー１１に流入する吸気流量が、略均等になるから、シリンダー１１内のスワール流が弱くなる。スワールコントロールバルブ５６を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図２における反時計回り方向に周回する。
【0049】
尚、スワールコントロールバルブ５６によってスワール流を発生させる代わりに、エンジン１の吸気ポート１８を、スワール流を生成可能なヘリカルポートに構成してもよい。
【0050】
エンジン１の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各シリンダー１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、シリンダー１１から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダー１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダー１１の排気ポート１９に接続されている。
【0051】
排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、例えば三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。
【0052】
吸気通路４０と排気通路５０との間には、ＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０におけるスロットルバルブ４３の下流部に接続されている。
【0053】
ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、排気ガスを冷却する。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲバルブ５４が配設されている。ＥＧＲバルブ５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスの流量を調節する。ＥＧＲバルブ５４の開度を調節することによって、冷却した排気ガスの還流量を調節することができる。
【0054】
（エンジンの制御装置の構成）
エンジン１の制御装置は、図３に示すように、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号の入出力をするＩ／Ｆ回路１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、制御器の一例である。
エンジン１の制御装置は、図３に示すように、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号の入出力をするＩ／Ｆ回路１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、制御器の一例である。
【0055】
【0056】
エアフローセンサＳＷ１は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量を計測する、
吸気温度センサＳＷ２は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の温度を計測する、
吸気圧センサＳＷ３は、サージタンク４２に取り付けられかつ、シリンダー１１に導入される吸気の圧力を計測する、
筒内圧センサＳＷ４は各シリンダー１１に対応してシリンダーヘッド１３に取り付けられかつ、各シリンダー１１内の圧力を計測する、
水温センサＳＷ５は、エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する、
クランク角センサＳＷ６は、エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を計測する、
アクセル開度センサＳＷ７は、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する、
吸気カム角センサＳＷ８は、エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する、
排気カム角センサＳＷ９は、エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を計測する。
吸気温度センサＳＷ２は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の温度を計測する、
吸気圧センサＳＷ３は、サージタンク４２に取り付けられかつ、シリンダー１１に導入される吸気の圧力を計測する、
筒内圧センサＳＷ４は各シリンダー１１に対応してシリンダーヘッド１３に取り付けられかつ、各シリンダー１１内の圧力を計測する、
水温センサＳＷ５は、エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する、
クランク角センサＳＷ６は、エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を計測する、
アクセル開度センサＳＷ７は、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する、
吸気カム角センサＳＷ８は、エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する、
排気カム角センサＳＷ９は、エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を計測する。
【0057】
ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１～ＳＷ９の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶されている。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶しているマップを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。
【0058】
ＥＣＵ１００は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気Ｓ－ＶＴ２３、排気Ｓ－ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットルバルブ４３、ＥＧＲバルブ５４、及び、スワールコントロールバルブ５６に出力する。
【0059】
（点火装置の構成）
図４は、点火装置７の構成を例示している。点火装置７は、点火プラグ２５の中心電極２５１と接地電極２５２との間に電圧を印加し、シリンダー１１内において放電させる。点火装置７は点火コイル７０を有している。点火コイル７０は、１次コイル７０ａ、２次コイル７０ｃ、及び、鉄芯７０ｂを有している。点火装置７はまた、コンデンサ７２と、トランジスタ７３と、エネルギ発生装置７４と、点火制御器７５と、を備えている。
図４は、点火装置７の構成を例示している。点火装置７は、点火プラグ２５の中心電極２５１と接地電極２５２との間に電圧を印加し、シリンダー１１内において放電させる。点火装置７は点火コイル７０を有している。点火コイル７０は、１次コイル７０ａ、２次コイル７０ｃ、及び、鉄芯７０ｂを有している。点火装置７はまた、コンデンサ７２と、トランジスタ７３と、エネルギ発生装置７４と、点火制御器７５と、を備えている。
【0060】
中心電極２５１は、点火コイル７０の２次コイル７０ｃに接続されている。接地電極２５２は、接地されている。２次コイル７０ｃによって、電極間に印加された２次電圧が、絶縁破壊に要求される電圧に達すると、中心電極２５１と接地電極２５２との間にある空隙に放電が生じる。
【0061】
１次コイル７０ａの一端はコンデンサ７２に接続されている。コンデンサ７２は、１次コイル７０ａに１次電流を流すための電気エネルギを蓄える。エネルギ発生装置７４は、電源を含んでいる。エネルギ発生装置７４は、コンデンサ７２を充電する。
【0062】
１次コイル７０ａの一端はトランジスタ７３のコレクタに接続されている。トランジスタ７３は、点火コイル７０の１次電流を断続する。
【0063】
２次コイル７０ｃの一端は、前述したように、中心電極２５１に接続されており、他端は、点火制御器７５に接続されている。
【0064】
点火制御器７５は、エネルギ発生装置７４及びトランジスタ７３を制御し、所定のタイミングで、点火プラグ２５を用いて、シリンダー１１内の混合気に点火する。
【0065】
点火制御器７５はまた、２次コイル７０ｃが点火プラグ２５の電極間に印加する２次電圧と、２次コイル７０ｃから点火プラグ２５に流れる２次電流とを計測できる。前述の通り、点火装置７は、混合気が着火しない時期に、点火プラグ２５に放電を実行させ、その時に電流値に関するパラメータを検出する。
【0066】
（エンジンの運転制御）
次に、ＥＣＵ１０によるエンジン１の運転制御について説明する。このエンジン１は、火花点火式のエンジンである。インジェクタ６は、エンジン１の運転状態に対応する量の燃料を、吸気行程又は圧縮行程中に、シリンダー１１内に噴射する。シリンダー１１の中に、混合気が設けられる。点火プラグ２５は、圧縮上死点付近の所定のタイミングで、混合気に点火し、混合気が燃焼する。
次に、ＥＣＵ１０によるエンジン１の運転制御について説明する。このエンジン１は、火花点火式のエンジンである。インジェクタ６は、エンジン１の運転状態に対応する量の燃料を、吸気行程又は圧縮行程中に、シリンダー１１内に噴射する。シリンダー１１の中に、混合気が設けられる。点火プラグ２５は、圧縮上死点付近の所定のタイミングで、混合気に点火し、混合気が燃焼する。
【0067】
燃費を向上させるために、このエンジン１は、シリンダー１１内に乱流を発生させる。シリンダー１１内に乱流が発生すると、燃焼速度が高まる。具体的にエンジン１は、シリンダー１１の天井部がペントルーフ型であると共に、吸気ポート１８がタンブルポートである。シリンダー１１の中に導入された吸気は、縦渦を生成する。エンジン１はまた、スワールコントロールバルブ５６を有している。スワールコントロールバルブ５６を閉じることによって、シリンダー１１の中に導入された吸気は、横渦を生成する。縦渦と横渦とが組み合わさることで、シリンダー１１内には、縦渦と横渦とが合成された斜め流動が形成される。
【0068】
ここで、シリンダー１１内の吸気流動の状態は、毎サイクルで同じではなく、様々な要因によってサイクル毎に変わる可能性がある。シリンダー１１内の吸気流動の状態が変わると、燃焼速度が変わる場合がある。燃焼速度がサイクル毎に変わってしまうと、エンジン１の燃焼変動を招いてしまう。ここに開示するエンジンシステム、及び、エンジン１の制御方法は、サイクル毎に燃焼速度が変わることを抑制することにより、エンジン１の燃焼変動を抑制する。
【0069】
より具体的に、このエンジンシステムは、サイクル毎に、シリンダー１１内の流動の状態を推定すると共に、推定した流動の状態に基づいて、必要に応じて、シリンダー１１内に補助燃料を噴射する。
【0070】
図５は、燃焼変動の抑制制御を実行するエンジン１の制御装置の構成を例示するブロック図である。図５は、ＥＣＵ１０が有する機能ブロックを図示している。ＥＣＵ１０は、機能ブロックとして、主燃料噴射部８１、及び、主点火制御部８２を有している。主燃料噴射部８１は、エンジン１の要求トルク（エンジン負荷）に基づいて、主となる燃料噴射の時期である主燃料噴射の噴射量及び噴射時期を設定するとともに、インジェクタ６に、設定した噴射時期に主燃料噴射を実行させる機能ブロックである。主点火制御部８２は、主燃料噴射の後に、点火プラグ２５を用いて、シリンダー１１内に設けられた混合気に、所定のタイミングで点火させる機能ブロックである。
【0071】
ＥＣＵ１０は、流速推定部８３、及び、補助燃料噴射部８４を有している。流速推定部８３は、シリンダー１１内の流動状態を検査するために、混合気が着火しない時期に、点火プラグ２５に検査用の放電（以下、検査放電という）を実行させる機能ブロックである。また、流速推定部８３は、前記検査放電において、点火装置７及び点火プラグ２５を用いて検出した検査放電の電気的なパラメータに基づいて、シリンダー１１内の流動状態、特に点火プラグ２５周りの吸気の流速の高低を推定する機能ブロックである。補助燃料噴射部８４は、流速推定部８３が推定したシリンダー１１内の流動状態に基づき、点火プラグ２５が混合気に点火する前に、必要に応じてシリンダー１１内に補助燃料を噴射する機能ブロックである。
【0072】
以下、図５に例示するエンジンシステムが実行する、シリンダー１１内の吸気流動の状態推定を説明し、その後、推定した吸気流動の状態に応じた、補助燃料の噴射制御を説明する。
【0073】
（吸気流動の状態推定）
図６は、圧縮行程の前半における縦渦の中心位置と、圧縮行程の後半におけるシリンダー１１内の流動状態とを示す図である。図６のチャート６０１は、圧縮行程の前半において縦渦の中心の位置が、シリンダー１１内のピストン３に近い位置である場合の、シリンダー１１内の流動状態を例示し、チャート６０４は、チャート６０１の状態からクランク角が進行した圧縮行程の後半での、シリンダー１１内の流動状態を例示している。
図６は、圧縮行程の前半における縦渦の中心位置と、圧縮行程の後半におけるシリンダー１１内の流動状態とを示す図である。図６のチャート６０１は、圧縮行程の前半において縦渦の中心の位置が、シリンダー１１内のピストン３に近い位置である場合の、シリンダー１１内の流動状態を例示し、チャート６０４は、チャート６０１の状態からクランク角が進行した圧縮行程の後半での、シリンダー１１内の流動状態を例示している。
【0074】
同様に、チャート６０２は、圧縮行程の前半において縦渦の中心の位置が、シリンダー１１内のピストン３と天井部との中間位置である場合の、シリンダー１１内の流動状態を例示し、チャート６０５は、チャート６０２の状態からクランク角が進行した圧縮行程の後半での、シリンダー１１内の流動状態を例示している。
【0075】
また、チャート６０３は、圧縮行程の前半において縦渦の中心の位置が、シリンダー１１内の天井部に近い位置である場合の、シリンダー１１内の流動状態を例示し、チャート６０６は、チャート６０３の状態からクランク角が進行した圧縮行程の後半での、シリンダー１１内の流動状態を例示している。
【0076】
尚、圧縮行程の前半とは、圧縮行程を前半と後半とに二等分した場合の前半であり、圧縮行程の後半とは、圧縮行程を前半と後半とに二等分した場合の後半である。
【0077】
先ず、チャート６０２に示すように、シリンダー１１内の縦渦の中心が、側面視でシリンダー１１の中央付近に存在する場合は、チャート６０５に示すように、圧縮行程の後半でも旋回流が維持される。その結果、乱流度合いが、シリンダー１１内の全体において均等又は略均等となる。この場合、火炎は、シリンダー１１内の中央付近から周辺部へ、均等又は略均等に伝播する。火炎の伝播はシリンダー１１内の乱流によって促進されるから、燃焼速度は比較的速い。
【0078】
チャート６０１に示すように、縦渦の中心の位置が、ピストン３側（ここではシリンダー１１の下方側）付近にずれて存在する場合は、チャート６０４に示すように、圧縮行程の後半で、渦中心がピストン３の頂面に接触することにより縦渦の下半分が潰れる。これにより、チャート６０４に矢印で示すように、シリンダー１１内の流動が、吸気バルブ２１から排気バルブ２２に向かう方向に流れる一方向の流動（以下、正一方向流動という）になる。シリンダー１１内の流動が正一方向流動となると、シリンダー１１内の乱流度合いが不均等になる。具体的には、シリンダー１１内において、排気バルブ２２側の領域の乱流度合いは強いが、吸気バルブ２１側の領域の乱流度合いは弱くなる（同図の一点鎖線で囲んだ領域を参照）。このときには、シリンダー１１の中央部において混合気に着火したことにより発生した火炎は、排気バルブ２２側の領域へは伝播しやすい一方、吸気バルブ２１側の領域へは伝播しにくい。チャート６０４の場合、チャート６０５の場合と比べて燃焼速度が遅くなる。
【0079】
チャート６０３に示すように、縦渦の渦中心の位置が、側面視で天井部側（ここではシリンダー１１の上方側）付近にずれて存在する場合は、チャート６０６に示すように、圧縮行程の後半で、渦中心がシリンダー１１の天井部に接触することにより縦渦の上半分が潰れる。これにより、チャート６０６に矢印で示すように、シリンダー１１内の流動が、排気バルブ２２から吸気バルブ２１へ向かう方向に流れる一方向の流動（以下、反一方向流動という）になる。シリンダー１１内の流動が反一方向流動となると、シリンダー１１内の乱流度合いが不均等になる。具体的には、シリンダー１１内において、吸気バルブ２１側の領域の乱流度合いは強いが、排気バルブ２２側の領域の乱流度合いが弱くなる（同図の一点鎖線で囲んだ領域を参照）。この場合、火炎は、吸気バルブ２１側の領域へは伝播しやすい一方、排気バルブ２２側の領域へは伝播しにくい。チャート６０６の場合、チャート６０５の場合と比べて燃焼速度が遅くなる。
【0080】
エンジンシステムにおいて、シリンダー１１内の流動状態は、点火装置７を用いて検出される。具体的には、点火装置７は、流速推定部８３からの制御信号により、混合気が着火しない時期に、シリンダー１１内において放電（検査放電）を行い、そのときの放電時間を検出する。そして、流速推定部８３は、検出された放電時間に基づいて、点火プラグ２５付近の流速を推定するとともに、推定した流速に基づいて縦渦の中心位置を判断する。
【0081】
図７は、点火プラグ２５付近の流動の強さが異なる場合における、点火プラグ２５の電極間における電圧の時間変化７０１、及び、電流の時間変化７０２を例示している。点火プラグ２５にエネルギを付与することによって、その電極間に電圧を印加すれば、中心電極２５１と接地電極２５２との間に放電経路が形成される。放電経路は、点火プラグ２５付近の流動が強いほど、その流動に流されて伸びる。放電経路が伸長することで、電極間の抵抗が増大し、電極間に印加した電圧の降下が促進する。点火プラグ２５付近の流動の強さが強くなるほど、点火プラグ２５に付与したエネルギが消費される時間、つまり放電時間が短くなる。
【0082】
より詳細に、図７に実線で示すように、点火プラグ２５付近の流動がない場合、放電経路があまり伸長しないので、放電時間は長い。点火プラグ２５付近の流動が強くなるほど、放電経路が伸長するので、チャート７０１，７０２に破線で示すように、放電時間が短くなる。つまり、点火プラグ２５の電極間における電流の放電時間と、点火プラグ２５付近の流動の強さとは、比例する。点火装置７が放電時間を検出すれば、流速推定部８３は、点火プラグ２５付近の流動の強さ（つまり、流速）を推定できる。
【0083】
図８は、点火装置７が検出する放電時間と、シリンダー１１内における縦渦の中心位置との関係を示している。図８は、放電時間と、点火プラグ２５付近の流速との関係を示している。前述したように、放電時間と流速とは比例関係を有しており、放電時間が短いほど流速が速く、放電時間が長いほど流速が遅い。
【0084】
図８のチャート８０２に示すように、縦渦の中心位置が、圧縮行程の前半において、シリンダー１１内のピストン３と天井部との中間位置である場合、点火プラグ２５と渦の中心位置とが、ある程度離れるため、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ１とＶ２との間になる。
【0085】
一方、チャート８０１に示すように、縦渦の中心位置が、圧縮行程の前半において、ピストン３に近い位置である場合、点火プラグ２５と渦の中心とが大きく離れるため、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ１よりも高くなる。
【0086】
また、チャート８０３に示すように、縦渦の中心位置が、圧縮行程の前半において、天井部に近い位置である場合、点火プラグ２５と渦の中心とが近いため、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ２よりも低くなる。
【0087】
主としてタンブル流によりシリンダー１１内に形成される縦渦は、吸気バルブ２１が閉じた後の圧縮行程において安定になり、その中心位置が定まる。従って、圧縮行程の前半において、点火プラグ２５が放電を行いかつ、点火装置７が検出した放電時間から推定される推定流速が、速度Ｖ１に対応する第２所定値Ｖｐ２よりも高い場合（図８では、放電時間が第１閾値よりも短い場合）は、縦渦の中心位置が、ピストン３に近い位置であると推定でき、推定流速が速度Ｖ２に対応する第１所定値Ｖｐ１よりも低い場合（図８では、放電時間が第２閾値よりも長い場合）は、縦渦の中心位置が、天井部に近い位置であると推定できる。推定流速が第１所定値Ｖｐ１と第２所定値Ｖｐ２との間の場合は、縦渦の中心位置が、シリンダー１１の中間位置であると推定できる。
【0088】
尚、ここでいう「推定流速」は、吸気の流速の高低を推定できるものであればよく、流速そのものである必要はない。例えば、放電時間の逆数を推定流速として採用してもよい。
【0089】
【0090】
前述したように、吸気流動のばらつきによって、縦渦、及び／又は、横渦の中心位置がずれると、シリンダー１１内において、乱流度合いが弱くなる領域、及び／又は、火炎が伝播しにくい領域（以下、特定領域という）が発生する。補助燃料噴射は、こうした特定領域に、局所的に燃料濃度の高い混合気を配置し、それによって、当該特定領域への火炎伝播を促進させる。
【0091】
先ず、主燃料噴射部８１は、吸気バルブ２１が開弁した後、吸気バルブ２１が閉弁するまでの吸気行程の期間において主燃料噴射を実行して、インジェクタ６を通じてシリンダー１１内に燃料を噴射させる（図９の主燃料噴射１１０４参照）。噴射された燃料は、流動によってシリンダー１１内に拡散し、シリンダー１１内に混合気を形成する。
【0092】
流速推定部８３は、点火装置７及び点火プラグ２５に、吸気バルブ２１が閉弁したのちの、圧縮行程における、例えば前半に検査放電１１０６を実行させる。検査放電１１０６は、主燃料噴射の後で、混合気が着火しない期間に行われる放電である。点火装置７は、検査放電１１０６の放電時間を検出する。流速推定部８３は、検査放電１１０６の際に検出された放電時間から、点火プラグ２５周りの縦渦の流速を推定して、縦渦の中心位置を推定する。
【0093】
点火装置７が検出した放電時間が、第１閾値と第２閾値との間である場合（つまり、流速推定部８３により推定された流速が第１所定値Ｖｐ１と第２所定値Ｖｐ２との間である場合）、縦渦の中心位置がシリンダー１１におけるピストン３と天井部との中間に位置している。この場合、補助燃料の噴射が不要である。図９のチャート１１０２に示すように、補助燃料噴射部８４は、補助燃料噴射を中止し、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程の後半における、圧縮上死点付近における所定のタイミングで、混合気に点火する（図９の主点火１１０７参照）。この場合、縦渦の中心位置が、シリンダー１１の中央部に位置しているから、乱流度合いは、シリンダー１１内の全体において均等又は略均等である。火炎は、シリンダー１１の中央部から周辺部に向かって均等又は略均等に伝播する。燃焼速度は比較的速い。
【0094】
次に、点火装置７が検出した放電時間が第１閾値よりも短い場合（すなわち、流速推定部８３で推定される流速が第２所定値Ｖｐ２よりも高い場合）について説明する。この場合、縦渦の中心位置は、シリンダー１１におけるピストン３に近い位置であり、圧縮行程の後半には、シリンダー１１内に正一方向流動が生じる。図９のチャート１１０１に示すように、補助燃料噴射部８４は、第１補助燃料噴射を実行するように、インジェクタ６を制御する。インジェクタ６は、例えば圧縮行程の前半又は圧縮行程の後半の第１噴射時期において、第１補助燃料１１０８を噴射する。
【0095】
図１０は、縦渦の中心位置が、シリンダー１１におけるピストン３に近い位置にある場合における、シリンダー１１内の流動の変化と第１補助燃料噴射で噴射された第１補助燃料１１０８の分布とを説明する図である。前述したように、縦渦の中心位置がピストン３の付近に位置している場合、Ｐ１２０１、Ｐ１２０２、Ｐ１２０３、Ｐ１２０４とピストン３が上昇するに従い、渦の中心がピストン３の頂面に当たることにより縦渦の下半分が潰れ、Ｐ１２０５に黒色矢印で示すように、圧縮行程の後半におけるシリンダー１１内の流動が、吸気バルブ２１から排気バルブ２２に向かう方向の正一方向流動となる。
【0096】
圧縮行程の相対的に早いタイミング（Ｐ１３０３）でシリンダー１１内に噴射された第１補助燃料１１０８は、シリンダー１１内の圧力がそれほど高くないため、渦が潰れる前に、縦渦に乗って、排気バルブ２２側から吸気バルブ２１側へと運ばれる（Ｐ１２０４、Ｐ１２０５のハッチングを付した箇所を参照）。その結果、吸気バルブ２１付近に濃い混合気を配置することができる。
【0097】
第１補助燃料１１０８の噴射後、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程の後半における、圧縮上死点付近における所定のタイミングで、混合気に点火する（チャート１１０１の主点火１１０７参照）。正一方向流動によって、火炎は、吸気バルブ２１側へ伝播しにくいが、吸気バルブ２１側の混合気の燃料濃度が高いため、吸気バルブ２１側への火炎伝播が促進される。その分、燃焼速度が高くなり、燃焼速度は、放電時間が第１閾値と第２閾値との間である場合（推定流速が第１所定値Ｖｐ１と第２所定値Ｖｐ２との間である場合）と同程度に高まる。よって、エンジン１の燃焼変動が抑制される。
【0098】
次に、点火装置７が検出した第２放電時間が第２閾値よりも長い場合（すなわち、流速推定部８３により推定された流速が第１所定値Ｖｐ１未満である場合）について説明する。この場合、縦渦の中心位置は、シリンダー１１における天井部に近い位置であり、圧縮行程の後半には、シリンダー１１内に反一方向流動が生じる。図９のチャート１１０３に示すように、補助燃料噴射部８４は、第２補助燃料噴射を実行するように、インジェクタ６を制御する。インジェクタ６は、圧縮行程の後半の第２噴射時期において、第２補助燃料１１０９を噴射する。第２補助燃料１１０９の噴射時期は、第１補助燃料１１０８の噴射時期よりも遅い。
【0099】
図１１は、縦渦の中心位置が、シリンダー１１における天井部に近い位置にある場合における、シリンダー１１内の流動の変化と第２補助燃料１１０９の分布とを説明する図である。前述したように、縦渦の中心位置が天井部付近に位置している場合、Ｐ１３０１、Ｐ１３０２、Ｐ１３０３、Ｐ１３０４とピストン３が上昇するに従い、渦の中心が天井部に当たることにより縦渦の上半分が潰れ、Ｐ１３０５に黒色の矢印で示すように、圧縮行程の後半におけるシリンダー１１内の流動が、排気バルブ２２から吸気バルブ２１に向かう方向の反一方向流動となる。
【0100】
インジェクタ６は、圧縮行程の後半に第２補助燃料１１０９を噴射する（Ｐ１３０４参照）。圧縮行程の後半はシリンダー１１内の圧力が高いため、シリンダー１１内に噴射された第２補助燃料１１０９は、その強い圧縮圧を受けて、シリンダー１１内の中央部に留まるとともに、相対的に流動が弱い排気バルブ２２側へ流れる（Ｐ１３０４、Ｐ１３０５のハッチングを付した箇所を参照）。その結果、排気バルブ２２付近に濃い混合気を配置することができる。
【0101】
第２補助燃料１１０９の噴射後、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程の後半における、圧縮上死点付近における所定のタイミングで、混合気に点火する（チャート１１０３の主点火１１０７参照）。反一方向流動によって、火炎は、排気バルブ２２側へ伝播しにくいが、排気バルブ２２側の混合気の燃料濃度が高いため、排気バルブ２２側への火炎伝播が促進される。その分、燃焼速度が高くなり、燃焼速度は、燃焼速度は、放電時間が第１閾値と第２閾値との間である場合（推定流速が第１所定値Ｖｐ１と第２所定値Ｖｐ２との間である場合）と同程度に高まる。よって、エンジン１の燃焼変動が抑制される。
【0102】
従って、シリンダー１１内における流動状態に応じて、補助燃料の噴射を行うことにより、吸気流動の状態がサイクル毎にばらついて、縦渦の中心位置がばらついても、ＥＣＵ１０は、燃焼速度を同じ、又は、略同じにすることができるから、燃焼変動が抑制できる。
【0103】
（補助燃料噴射の噴射量の設定）
前述のように、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、圧縮行程において検査放電を実行し、推定された流速に応じて補助燃料噴射を行う。
前述のように、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、圧縮行程において検査放電を実行し、推定された流速に応じて補助燃料噴射を行う。
【0104】
ここで、推定流速が低いとき、すなわち、縦渦の渦中心がシリンダー１１の天井部側に位置しているときには、圧縮行程の後半でも、シリンダー１１内の吸気の流速が低い。さらに、エンジン負荷が低いときには更に吸気流量及び主燃料噴射の噴射が少ない。このため、縦渦の渦中心がシリンダー１１の天井部側に位置しているときには、圧縮行程の後半において、混合気の流れとは逆側に位置する排気バルブ２２側は、乱流度合いが弱く、かなり火炎伝播しにくくなる。この結果、燃焼速度が不安定になってしまう。そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１０（厳密には、補助燃料噴射部８４）を、補助燃料噴射制御において、推定流速とエンジン負荷とに応じて、補助燃料噴射の噴射量を調整するように構成した。尚、以下の説明では、前述の第１補助燃料噴射と第２補助燃料噴射とを区別せずに、単に補助燃料噴射ということがある。
【0105】
図１２は、推定流速とエンジン負荷とに基づいて、補助燃料噴射の噴射量を設定するためのマップである。縦軸は推定流速であり、横軸はエンジン負荷である。この図１２のマップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。尚、ここでは、推定流速の値として放電時間の逆数を採用している。前述したように、放電時間が短いほど、点火プラグ２５周りの吸気の流速は高いため、図１２の縦軸はシリンダー１１内における吸気の流速の高低を反映しているといえる。尚、推定流速の値として、図８の上図に示すようなグラフに基づいて放電時間等から算出した流速値を用いてもよい。
【0106】
図１２に示すように、補助燃料噴射は、推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満の領域と、推定流速が第１所定値Ｖｐ１よりも高い第２所定値Ｖｐ２よりも高い領域とのそれぞれで実行される。ここでは、第１所定値Ｖｐ１は、速度Ｖ１に相当する放電時間の逆数であり、第２所定値Ｖｐ２は、速度Ｖ２に相当する放電時間の逆数である。
【0107】
推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満の領域、すなわち、縦渦の中心がシリンダー１１の天井部に偏る領域は、第１比較値Ｂ１により、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との２つの領域に分けられている。第１領域Ｒ１は、推定流速が第１比較値Ｂ１以下の領域であり、第２領域Ｒ２は、推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満でかつ第１比較値Ｂ１よりも高い領域である。第１比較値Ｂ１は、エンジン負荷に対応して設定されていて、エンジン負荷が低いほど第１所定値Ｖｐ１に近い値を有する。これにより、第１領域Ｒ１は、相対的にエンジン負荷の低い範囲が多い領域となり、第２領域Ｒ２は、相対的にエンジン負荷が高い範囲が多い領域となっている。
【0108】
図１２に示すように、推定流速が第２所定値Ｖｐ２よりも高い領域、すなわち、縦渦の中心がピストン３側に偏る領域は、第２比較値Ｂ２と第３比較値Ｂ３とにより、第３領域Ｒ３、第４領域Ｒ４、及び第５領域Ｒ５の３つの領域に分けられている。第３領域Ｒ３は、推定流速が第２所定値Ｖｐ２よりも高くかつ第２比較値Ｂ２以下の領域であり、第４領域Ｒ４は、推定流速が第２比較値Ｂ２よりも高くかつ第３比較値Ｂ３以下の領域であり、第５領域Ｒ５は、推定流速が第３閾値エンジン負荷よりも高い領域である。第２比較値Ｂ２は、エンジン負荷に対応して設定されていて、エンジン負荷が高いほど第２所定値Ｖｐ２に近い値を有する。一方で、第３比較値Ｂ３は、エンジン負荷に対応して設定されていて、エンジン負荷が高いほど僅かに推定流速が低い値を有している。これにより、第３領域Ｒ３は、相対的にエンジン負荷の低い範囲が多い領域となり、第４領域Ｒ４は、相対的にエンジン負荷が高い範囲が多い領域となっている。第５領域Ｒ５は、エンジン負荷が低い領域から高い領域まで全体的に広がっている。
【0109】
推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満の領域では、補助燃料噴射の噴射量は、第１領域Ｒ１における噴射量を第１噴射量とし、第２領域Ｒ２における噴射量を第２噴射量としたときに、第１噴射量の方が第２噴射量よりも多い。すなわち、エンジン負荷が低いときには、吸気流量及び主燃料噴射の噴射量が少なく、乱流度合いの弱い排気側はかなり火炎伝播しにくくなる。一方で、エンジン負荷が高いときには、吸気流量及び主燃料噴射の噴射量が多く、乱流度合いの弱い排気側にもある程度の燃料濃度の混合気が存在するため、排気側への火炎伝播に対する影響が小さい。このため、エンジン負荷が低くかつ推定流速が低いときには、エンジン負荷が高いときと比較して、補助燃料噴射の噴射量を多くしてシリンダー１１内の排気バルブ２２側に燃料濃度の高い領域を広く形成する。
【0110】
図１２に示すように、第１領域Ｒ１、すなわち、補助燃料噴射の噴射量を増大させる領域は推定流速が低いほど高負荷側に広がっている。推定流速が低いほど、縦渦の渦中心はシリンダー１１の天井部に偏っていることを表す。このため、推定流速が低いほど、排気バルブ２２側から吸気バルブ２１側への反一方向流動が早く生じる。排気バルブ２２側から吸気バルブ２１側への反一方向流動が早期に生じると、混合気が吸気バルブ２１側に長い期間押し付けられるようになる。このため、推定流速が低いときには、エンジン負荷が高いときでも排気バルブ２２側の燃料の濃度が低くなりやすい。したがって、推定流速が低いときには、エンジン負荷が高いときでも補助燃料噴射の噴射量を増大させるようにしている。
【0111】
一方で、推定流速が第２所定値Ｖｐ２よりも高い領域では、補助燃料噴射の噴射量は、第３領域Ｒ３における噴射量を第３噴射量とし、第４領域Ｒ４における噴射量を第４噴射量としたときに、第４噴射量の方が第３噴射量よりも多い。吸気の流速が高いときには、縦渦の慣性力及び遠心力が大きくなる。前述したように、吸気の流速が高いとき、すなわち、縦渦の渦中心がピストン側に偏っているときには、圧縮行程の後半における吸気の流れは、吸気バルブ２１側から排気バルブ２２側への正一方向流動になる。このため、吸気バルブ２１側は火炎伝播しにくくなる。エンジン負荷が高いときには、吸気流量及び主燃料噴射の噴射量が多く、縦渦の慣性力及び遠心力が大きいため、圧縮行程の後半には混合気が排気バルブ２２側に大きく偏る。一方で、エンジン負荷が低いときには、縦渦の慣性力及び遠心力が小さいため、圧縮行程の後半における混合気の偏りが小さくなる。したがって、推定流速が高いときには、エンジン負荷が高いときの方が、エンジン負荷が低いときよりも吸気バルブ２１側に燃料の濃い領域が形成されるように、第４噴射量を第３噴射量よりも多くしている。
【0112】
図１２に示すように、第３領域Ｒ３、すなわち、補助燃料噴射の噴射量が相対的に少ない領域は推定流速が低いほど高負荷側に広がっている。推定流速が高いほど、縦渦の渦中心はピストン３側に偏っていることを表す。このため、推定流速が第２所定値Ｖｐ２に近いほど、吸気バルブ２１側から排気バルブ２２側への正一方向流動が生じるまでに時間がかかる。このため、推定流速が第２所定値Ｖｐ２に近いときには、エンジン負荷が高いときでも混合気の偏りが小さくなる。したがって、推定流速が第２所定値Ｖｐ２に近いときには、エンジン負荷が高いときでも補助燃料噴射の噴射量が少なくてもよいようになる。
【0113】
第５領域Ｒ５における噴射量である第５噴射量については後述する。
【0114】
尚、図１２のマップは、推定流速として用いる値によって、各比較値Ｂ１～Ｂ３の形状が多少変形するが、各領域Ｒ１～Ｒ５における補助燃料噴射の噴射量の関係は変化しない。
【0115】
図１３は、エンジン負荷が図１３に示すエンジン負荷Ｔｑ１のときにおける、推定流速に対する補助燃料噴射の噴射量を示している。つまり、図１３は、エンジン負荷が一定のときにおける、補助燃料噴射の噴射量と推定速度との関係を示す。図１３に示すように、第１領域Ｒ１では、推定流速が低いほど第１噴射量を多くする。また、第２領域Ｒ２でも、第１領域Ｒ１と同様に、推定流速が低いほど第２噴射量を多くする。推定流速が低いほど、縦渦の渦中心は天井部側に偏っている。このため、排気バルブ２２側から吸気バルブ２１側への反一方向流動が早期に生じて、排気バルブ２２側に火炎伝播しにくくなる。したがって、推定流速が低いほど、補助燃料噴射の噴射量を増大させて排気バルブ２２側の広い範囲に燃料の濃い領域を形成する。また、第１噴射量と第２噴射量とは、第１比較値Ｂ１を境に大きく変化し、不連続になっている。尚、推定流速に対する第１噴射量の傾きと、推定流速に対する第２噴射量の傾きとは、同じでもよく、異なっていてもよい。
【0116】
図１３に示すように、推定流速が第１所定値Ｖｐ１と第２所定値Ｖｐ２との間にあるときには、補助燃料噴射を実行しないため、噴射量は０となる。
【0117】
図１３に示すように、第３領域Ｒ３及び第４領域Ｒ４では、推定流速が高いほど第３及び第４噴射量を多くする。前述したように、推定流速が高いほど、すなわち、点火プラグ２５周りにおける吸気の流速が高いほど、圧縮行程の後半における縦渦の慣性力及び遠心力が高くなって、混合気が排気バルブ２２側に偏りやすくなる。そこで、推定流速が高いほど、補助燃料噴射の噴射量を大きくして、シリンダー１１内の吸気バルブ２１側に燃料の濃い領域を適切に形成する。また、第３噴射量と第４噴射量は、第２比較値Ｂ２を境に大きく変化し、不連続になっている。尚、推定流速に対する第３噴射量の傾きと、推定流速に対する第４噴射量の傾きとは、同じでもよく、異なっていてもよい。
【0118】
図１３に示すように、第５噴射量は、推定流速の値にかかわらず一定である。第５噴射量は、同じエンジン負荷における第４噴射量の最大値と同じである。すなわち、第５領域Ｒ５は、吸気の流速が非常に高い領域であり、縦渦の遠心力がかなり大きく、混合気がシリンダー１１の壁面側に偏りやすい。このため、補助燃料の噴射量を多くしてしまうと、吸気バルブ２１側の壁面付近に燃料濃度がかなり高い領域が形成される。過濃度の混合気が燃焼すると大量の煤が発生してしまう。したがって、第５領域Ｒ５における第５噴射量を一定の値にして、煤の発生を抑制している。
【0119】
一方で、図１４は、推定流速が図１２に示す推定値ＶＡのときにおける、エンジン負荷に対する補助燃料噴射の噴射量を示している。図１４に示すように、推定流速が一定の場合には、第１噴射量及び第２噴射量ともに、エンジン負荷にかかわらず一定である。尚、図示は省略しているが、第３噴射量及び第４噴射量も、推定流速が一定である場合には、エンジン負荷にかかわらず一定である。
【0120】
このように、前記検査放電における放電経路のパラメータから推定される推定流速と、エンジン負荷とに基づいて、補助燃料噴射の噴射量を調整することで、シリンダー１１内における火炎伝播がしにくい領域に適切に燃料の濃い領域を形成することができる。この結果、シリンダー１１全体に火炎伝播しやすくなり、燃焼速度を安定させることができる。
【0121】
図１５は、インジェクタ６による燃料噴射及び点火プラグ２５による点火のタイミングを示す。図１５（ａ）はエンジンの状態が第１領域Ｒ１に属するときの各タイミングであり、（ｂ）はエンジンの状態が第２領域Ｒ２に属するときの各タイミングである。尚、図１５では、推定流速が同じ場合を示している。
【0122】
図１５に示すように、エンジンの状態が第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２のいずれに属しているときでも、インジェクタ６により吸気行程において主燃料噴射が実行される。このときの噴射量は、相対的にエンジン負荷の高い第２領域Ｒ２に属しているときの方が多い。主燃料噴射部８１は、インジェクタ６の開弁期間を長くすることで、主燃料噴射の噴射量を多くする。
【0123】
主燃料噴射の後、点火プラグ２５により検査放電が実行される。この検査放電は、吸気バルブ２１が閉弁した後、特に圧縮行程の前半に実行される。
【0124】
検査放電の後、圧縮行程の後半において、混合気に着火させる前に、インジェクタ６により補助燃料噴射が実行される。前述したように、第１噴射量の方が第２噴射量よりも多く設定されている。このため、補助燃料噴射部８４が、エンジンの状態が第１領域Ｒ１のときの方が、第２領域Ｒ２のときよりも、インジェクタ６の開弁期間を長くする。
【0125】
そして、補助燃料噴射の後、ピストン３が圧縮上死点に至る前に、主点火制御部８２により点火プラグ２５が作動されて、シリンダー１１内の混合気に着火される。このときには、補助燃料噴射により、シリンダー１１内の乱流度合いの低い部分に、燃料の濃い領域が形成されているため、シリンダー１１全体に火炎が速やかに伝播する。
【0126】
【0127】
まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１～ＳＷ９からの情報を取得する。
【0128】
次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ１０は、要求トルクを算出する。ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷ７の検出結果に基づいて要求トルクを算出する。このステップＳ２で算出される要求トルクは、補助燃料噴射の噴射量を算出する際の判定負荷に相当する。
【0129】
次いで、ステップＳ３において、ＥＣＵ１０は、主燃料噴射の噴射量と噴射時期とを設定する。
【0130】
続いて、ステップＳ４において、ＥＣＵ１０は、点火時期を設定する。この点火時期は、混合気を実際に燃焼させるための主点火の点火時期である。
【0131】
次に、ステップＳ５において、ＥＣＵ１０は、検査放電の時期を設定する。ＥＣＵ１０は、検査放電の時期を、吸気バルブ２１が閉じた後の時期であって、シリンダー１１内の混合気が着火しない時期に設定する。
【0132】
次いで、ステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ５で設定した時期に検査放電を実行する。ＥＣＵ１０は、点火装置７から、検査放電において点火プラグ２５に発生した放電経路の放電時間を取得する。尚、フローチャートには示していないが、検査放電を実行する前に、前記ステップＳ３で設定した噴射時期に主噴射が実行されている。
【0133】
続いて、ステップＳ７において、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の吸気の流速を推定する。ここでは、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ６の検査放電の放電時間の逆数を推定流速として算出する。
【0134】
続いて、ステップＳ８において、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７で算出した推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満であるＹＥＳのときには、ステップＳ９に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、推定流速が第１所定値Ｖｐ１以上であるＮＯのときには、ステップＳ１２に進む。
【0135】
前記ステップＳ９では、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ２において算出されたエンジン負荷と、前記ステップＳ７において算出された推定流速とから、エンジンの状態が第１領域Ｒ１に属しているか否か、すなわち第１比較値Ｂ１以下の領域に属するか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、図１２に示したマップを読み込んで判定を行う。ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第１領域Ｒ１に属しているＹＥＳのときには、ステップＳ１０に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第２領域Ｒ２に属しているＮＯのときには、ステップＳ１１に進む。
【0136】
前記ステップＳ１０では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射量を第１噴射量に設定する。このときＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７において推定した推定流速に応じて、第１噴射量を調整する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０の後は前記ステップＳ１９に進む。
【0137】
前記ステップＳ１１では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射量を第２噴射量に設定する。このときＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７において推定した推定流速に応じて、第２噴射量を調整する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１１の後は前記ステップＳ１９に進む。
【0138】
一方で、前記ステップＳ８においてＮＯのときに進むステップＳ１２では、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７で算出された推定流速が第２所定値Ｖｐ２よりも高いか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、推定流速が第２所定値Ｖｐ２よりも高いＹＥＳのときには、ステップＳ１４に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、推定流速が第２所定値Ｖｐ２以下であるＮＯのときには、ステップＳ１３に進む。
【0139】
前記ステップＳ１３では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射なしと判断する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３の後はリターンする。
【0140】
前記ステップＳ１４では、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ２において算出されたエンジン負荷と、前記ステップＳ７において算出された推定流速とから、エンジンの状態が第３領域Ｒ３に属しているか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、図１２に示したマップを読み込んで判定を行う。ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第３領域Ｒ３に属しているＹＥＳのときには、ステップＳ１５に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第４領域Ｒ４又は第５領域Ｒ５に属しているＮＯのときには、ステップＳ１６に進む。
【0141】
前記ステップＳ１５では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射量を第３噴射量に設定する。このときＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７において推定した推定流速に応じて、第３噴射量を調整する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１５の後は前記ステップＳ１９に進む。
【0142】
一方で、前記ステップＳ１６では、ＥＣＵ１０は、エンジン状態が第４領域Ｒ４に属しているか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第４領域Ｒ４に属しているＹＥＳのときには、ステップＳ１７に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第５領域Ｒ５に属しているＮＯのときには、ステップＳ１８に進む。
【0143】
前記ステップＳ１７では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射量を第４噴射量に設定する。このときＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７において推定した推定流速に応じて、第４噴射量を調整する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１７の後は前記ステップＳ１９に進む。
【0144】
前記ステップＳ１８では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射量を第５噴射量に設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１８の後は前記ステップＳ１９に進む。
【0145】
そして、図１６に示すように、前記ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１５，Ｓ１７，Ｓ１８の後に進むステップＳ１９では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射時期を設定する。ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ４で設定した点火時期よりも進角させた時期に、補助燃料噴射の噴射時期を設定する。ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７で算出した推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満であるときには、補助燃料噴射の噴射時期を圧縮行程の後半の時期に設定する（前述の第２補助燃料噴射の時期）一方で、前記ステップＳ７で算出した推定流速が第２所定値Ｖｐ２よりも高いときには、補助燃料噴射の噴射時期を圧縮行程の前半又は後半の時期に設定する（前述の第１補助燃料噴射の時期）。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１９の後はリターンする。
【0146】
ＥＣＵ１０は、フローチャートの後、補助燃料噴射及び主点火を実行する。これにより、シリンダー１１内の縦渦の状態に応じて、乱流度合いの低い領域に燃料の濃い領域を形成することができ、シリンダー１１全体の燃焼速度を安定させることができる。
【0147】
（まとめ）
したがって、本実施形態では、エンジン１の運転状態を検出する運転状態検出器（センサＳＷ１～ＳＷ９）と、点火装置７、インジェクタ６、及び前記運転状態検出器に電気的に接続されたＥＣＵ１０とを備える。ＥＣＵ１０は、前記運転状態検出器（特に、アクセル開度センサＳＷ７）で検出されたエンジン負荷に基づいて、主燃料の噴射量とその噴射時期である主燃料噴射時期を設定して、該主燃料噴射時期に設定した量の前記主燃料を噴射するようにインジェクタ６を制御する主燃料噴射部８１と、混合気が着火しない時期に、点火プラグ２５の電極間に電圧を負荷しかつ該電極間に生じた放電経路の電流値に関するパラメータを検出するための放電を実行するように点火装置７を制御して、該放電におけるパラメータからシリンダー１１内における吸気の流速の高低を推定する流速推定部８３と、流速推定部８３により推定された推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満であるときに、主燃料噴射時期よりも遅角した時期で補助的な燃料噴射である補助燃料噴射を行うようにインジェクタ６を制御する補助燃料噴射部８４とを有する。補助燃料噴射部８４は、推定流速が、第１所定値Ｖｐ１よりも低い領域に設定されかつエンジン負荷に応じて変化する第１比較値Ｂ１以下であるときには、推定流速が第１比較値Ｂ１よりも高いときと比較して、補助燃料噴射の噴射量を増大させる。これにより、エンジン負荷に応じて補助燃料噴射の噴射量が調整されて、補助燃料噴射により形成される燃料濃度の高い領域が、エンジン負荷に応じて適切に形成される。この結果、燃焼速度を安定させることができる。
したがって、本実施形態では、エンジン１の運転状態を検出する運転状態検出器（センサＳＷ１～ＳＷ９）と、点火装置７、インジェクタ６、及び前記運転状態検出器に電気的に接続されたＥＣＵ１０とを備える。ＥＣＵ１０は、前記運転状態検出器（特に、アクセル開度センサＳＷ７）で検出されたエンジン負荷に基づいて、主燃料の噴射量とその噴射時期である主燃料噴射時期を設定して、該主燃料噴射時期に設定した量の前記主燃料を噴射するようにインジェクタ６を制御する主燃料噴射部８１と、混合気が着火しない時期に、点火プラグ２５の電極間に電圧を負荷しかつ該電極間に生じた放電経路の電流値に関するパラメータを検出するための放電を実行するように点火装置７を制御して、該放電におけるパラメータからシリンダー１１内における吸気の流速の高低を推定する流速推定部８３と、流速推定部８３により推定された推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満であるときに、主燃料噴射時期よりも遅角した時期で補助的な燃料噴射である補助燃料噴射を行うようにインジェクタ６を制御する補助燃料噴射部８４とを有する。補助燃料噴射部８４は、推定流速が、第１所定値Ｖｐ１よりも低い領域に設定されかつエンジン負荷に応じて変化する第１比較値Ｂ１以下であるときには、推定流速が第１比較値Ｂ１よりも高いときと比較して、補助燃料噴射の噴射量を増大させる。これにより、エンジン負荷に応じて補助燃料噴射の噴射量が調整されて、補助燃料噴射により形成される燃料濃度の高い領域が、エンジン負荷に応じて適切に形成される。この結果、燃焼速度を安定させることができる。
【0148】
特に、本実施形態では、第１比較値Ｂ１は、エンジン負荷が低いほど第１所定値Ｖｐ１に近い値を有する。推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満のときには、圧縮行程の後半における混合気の流れは排気側から吸気側への反一方向流動になる。また、エンジン負荷が低いときには、吸気量及び主燃料噴射の噴射量が少ない。このため、混合気の流れとは逆側に位置する排気バルブ２２側は、かなり火炎が伝播しにくくなる。第１比較値Ｂ１が、エンジン負荷が低いほど第１所定値Ｖｐ１に近い値を有することで、エンジン負荷が低いときに補助燃料噴射の噴射量を多くすることができる。これにより、燃焼速度をより安定させることができる。
【0149】
また、本実施形態では、補助燃料噴射部８４は、エンジン負荷が一定であるときにおいて、推定流速が、第１比較値Ｂ１以下であるときには、該推定流速が低いほど補助燃料噴射の噴射量を増大させる。すなわち、推定流速が低いほど、排気バルブ２２側から吸気バルブ２１側への正一方向流動が早い段階から生じる。したがって、推定流速が低いほど、補助燃料噴射の噴射量を増大させて排気バルブ２２側の広い範囲に燃料の濃い領域を形成する。これにより、燃焼速度をより安定させることができる。
【0150】
（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【0151】
例えば、前述の実施形態では、エンジン１の吸気バルブ２１が閉弁した時期以降にパラメータを検出して、縦渦の渦中心を推定するようにしていた。これに限らず、吸気行程中にも検査放電を実行することで、横渦の中心についても推定するようにしてもよい。横渦の中心が推定された後は、横渦と縦渦のそれぞれの中心位置に応じて、補助燃料噴射の噴射時期を設定するようにすればよい。
【0152】
また、前述の実施形態では、インジェクタ６は、吸気行程中に主燃料噴射を実行していた。これに限らず、インジェクタ６は、圧縮行程中に主燃料噴射を実行してもよい。また、点火プラグ２５は、パラメータの検出を、主燃料噴射よりも前に行ってもよい。
【0153】
前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【0154】
ここに開示された技術は、ペントルーフ型の天井部を有するシリンダーと、シリンダーの中央部に配置された点火プラグを含む点火装置と、シリンダーの中央部に配置された燃料噴射弁とを有するエンジンを備えたエンジンシステムとして有用である。
【符号の説明】
【0155】
１ エンジン
６ インジェクタ（燃料噴射弁）
７ 点火装置
１０ ＥＣＵ（制御器）
１１ シリンダー
２１ 吸気バルブ
２５ 点火プラグ
８１ 主燃料噴射部
８３ 流速推定部
８４ 補助燃料噴射部
ＳＷ７ アクセル開度センサ（運転状態検出器）
６ インジェクタ（燃料噴射弁）
７ 点火装置
１０ ＥＣＵ（制御器）
１１ シリンダー
２１ 吸気バルブ
２５ 点火プラグ
８１ 主燃料噴射部
８３ 流速推定部
８４ 補助燃料噴射部
ＳＷ７ アクセル開度センサ（運転状態検出器）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】