内燃機関の制御装置
【課題】タンブル流動の中心位置を推定し、その推定したタンブル流動の中心位置に基づいて内燃機関を制御できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の筒内に直接噴射される燃料を点火プラグの近傍に案内するキャビティを冠面に備えたピストンと、前記内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関の筒内にタンブル流動を形成させるタンブル流動制御手段と、前記内燃機関の吸気バルブを通過する吸気の流速を演算する吸気流速演算手段と、前記演算された吸気の流速に応じて、前記筒内のタンブル流動の中心位置を推定するタンブル流動中心位置推定手段とを備え、前記推定したタンブル流動の中心位置に基づいて前記内燃機関を制御するようにしたものである。
【解決手段】この発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の筒内に直接噴射される燃料を点火プラグの近傍に案内するキャビティを冠面に備えたピストンと、前記内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関の筒内にタンブル流動を形成させるタンブル流動制御手段と、前記内燃機関の吸気バルブを通過する吸気の流速を演算する吸気流速演算手段と、前記演算された吸気の流速に応じて、前記筒内のタンブル流動の中心位置を推定するタンブル流動中心位置推定手段とを備え、前記推定したタンブル流動の中心位置に基づいて前記内燃機関を制御するようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御装置、特に筒内噴射式内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年に於いて、大気汚染や石油事情の変動等に伴い、内燃機関（以下、エンジンと称する）の排気ガス、及び燃費の向上が強く要求されている。エンジンの排気ガス、及び燃費を向上させる方法として、エンジンに於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】
筒内噴射式エンジンに於ける混合気の燃焼状態を向上させるためには、点火時の混合気の形成状態が重要となることが知られている。更に、噴射された燃料を筒内の空気流動によって拡散させて混合気を形成するエアガイド式の燃料噴射手法や、筒内の上部に設けられた点火プラグ近傍に層状の混合気（以下、成層混合気と称する）を形成させて燃焼を行わせる成層燃焼モードの運転状態では、筒内の空気流動が混合気の形成や混合気の点火を実行するタイミングに強く影響を与えることが知られている。
【０００４】
周知のように、筒内の縦渦、即ち、筒（シリンダ）の軸線方向に下降、上昇する空気流動（以下、タンブル流動と称する）を形成させる方法として、吸気マニホールド内に設置されて吸気マニホールドの一部の領域を閉塞する制御バルブによって吸気バルブを通過する空気の流速を増加させる方法や、ピストンの頂面（冠面ともいうが、以下の説明では、頂面と称する）に皿状に窪んだキャビティを設ける方法等がある。
【０００５】
しかし、吸気マニホールドの一部の領域を閉塞する制御バルブの開度や、その他のエンジンの運転状態によって吸気バルブを通過する空気の流速が変化することで、筒内のタンブル流動の形成状態は変化する。従って、混合気の燃焼状態を向上するためには、筒内空気流動の状態を精度良く検出、又は推定することと、筒内空気流動に対応した燃料制御及び点火制御を行うことが非常に重要となってくる。
【０００６】
従来、混合気の燃焼状態を向上するために、吸気マニホールドの一部の領域を閉塞する制御バルブの開度に応じて筒内のタンブル流動の中心位置を推定し、推定された中心位置に応じて点火プラグ近傍の流速を推定し、その流速に応じて前述の制御バルブを制御することにより、タンブル流動の中心位置と筒内に設置された点火プラグの位置との間の距離を所望の距離に制御して、高い点火エネルギを必要とせずに混合気を燃焼させて、混合気の燃焼状態を向上させるようにした内燃機関の制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２００８−３０３７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、この発明の発明者等の研究の結果によると、タンブル流動を強くするために吸気バルブを通過する空気の流速を高めると、吸気バルブを通過した空気は筒内排気側の壁面に沿って流れ、その後、ピストン頂面の傾斜に沿って流れるものの、ピストンの頂面に皿状に窪んだキャビティに沿わずに筒内上部へと導かれるようになるため、タンブル流動が変形し、タンブル流動の中心位置が排気側へと移動することとなることが判明した。更に、吸気バルブを通過する空気が高流速である場合には、空気は勢い良く筒内排気側の壁面、及びピストン頂面の傾斜に沿って流れるため、より吸気側の筒内上部へと導かれることとなり、タンブル流動の中心位置はキャビティ中心位置よりも排気側に位置するものの、よりキャビティ中心位置に近づくこととなることが判明した。
【０００９】
しかし、特許文献１に示された従来の装置では、吸気バルブを通過する流速と相関関係があると知られている吸気マニホールドの一部の領域を閉塞する制御バルブの開度に応じて筒内のタンブル流動の中心位置を推定しているが、キャビティに沿わないタンブル流動を形成することや、タンブル流動が排気側に移動することは示唆していない。即ち、特許文献１に示された従来の装置では、タンブル流動はピストンのキャビティに沿って形成されていることを前提としており、筒内上部に設けられた点火プラグとピストン（キャビティ）との間に於ける筒内の縦方向に変化するタンブル流動の中心位置を推定しているため、タンブル流動がキャビティに沿わず、タンブル流動の中心位置が排気側へ移動したときのタンブル流動の中心位置を精度良く検出できず、混合気の燃焼状態が悪化してしまう可能性がある。
【００１０】
又、タンブル流動が排気側に移動したときに於いては、吸気バルブを通過する空気の流速を高めてタンブル流動が強化されているため、排気側に位置し且つ強化されたタンブル流動により筒内上部に設置された点火プラグへの燃料噴霧及び混合気の撒き上りが増加し、ピストンへの燃料付着が抑制されて、点火プラグ近傍への混合気形成を向上できる。そのため、混合気の燃焼状態を向上させてエンジンの排気ガス、燃費、ドライバビリティを向上させるためには、タンブル流動を弱めてタンブル流動の位置を元に戻すよう制御するよりも、タンブル流動の中心位置に応じた燃料制御及び点火制御が有効である。よって、タンブル流動の中心位置に応じて、燃料制御及び点火制御に対する補正を施すことが必要となる。
【００１１】
この発明は、前述の従来の装置に於ける課題に鑑みてなされたものであり、タンブル流動の中心位置を精度よく推定し、その推定したタンブル流動の中心位置に応じて内燃機関を制御できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の筒内に直接噴射される燃料を点火プラグの近傍に案内するキャビティを頂面に備えたピストンと、前記内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関の筒内にタンブル流動を形成させるタンブル流動制御手段と、前記内燃機関の吸気バルブを通過する吸気の流速を演算する吸気流速演算手段と、前記演算された吸気の流速に応じて前記筒内のタンブル流動の中心位置を推定するタンブル流動中心位置推定手段とを備え、前記推定したタンブル流動の中心位置に応じて前記内燃機関を制御するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、望ましくは、前記タンブル流動中心位置推定手段により推定したタンブル流動の中心位置に応じて、前記内燃機関の点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか１つを補正する筒内流動変化補正手段と、前記点火時期と前記燃料噴射時期のうちの少なくとも一方に応じて前記タンブル流動の中心位置の推定値を補正する中心位置補正手段と、前記タンブル流動の中心位置が前記キャビティの中心位置から所定値以上ずれている場合に、前記タンブル流動の主流がキャビティに沿わないと判定する筒内流動判定手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の筒内に直接噴射される燃料を点火プラグの近傍に案内するキャビティを頂面に備えたピストンと、前記内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関の筒内にタンブル流動を形成させるタンブル流動制御手段と、前記内燃機関の吸気バルブを通過する吸気の流速を演算する吸気流速演算手段と、前記演算された吸気の流速に応じて前記筒内のタンブル流動の中心位置を推定するタンブル流動中心位置推定手段とを備えているので、筒内のタンブル流動制御時の吸気バルブを通過する流速に応じて横方向に移動するタンブル流動の中心位置を精度良く検出することができ、タンブル流動形成状態の検出精度を向上することができる。又、そのタンブル流動の中心位置に応じて点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向の少なくとも何れか１つを補正することで混合気の燃焼状態を向上させ、エンジンの排気ガス、燃費、ドラビリを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。
【図３】吸気流速が変化した時のタンブル流動形成の変化を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於けるＥＣＵのタンブル流動制御手段、及び吸気流速演算手段の動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のＥＣＵのタンブル流動中心位置推定手段、中心位置補正手段、筒内流動判定手段、筒内流動変化補正手段の動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於ける吸気流速とタンブル流動推定中心位置の特性を示すマップである。
【００１６】
【図７】この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於けるタンブル流動推定中心位置、キャビティ中心位置、及びタンブル流動中心ずれの関係を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於けるクランク角と中心位置補正量の特性を示すマップである。
【図９】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於けるタンブル流動が制御されたときのタンブル流動推定中心位置及び推定中心位置に応じた点火時期補正の挙動を示すタイミングチャート図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於けるＥＣＵのタンブル流動中心位置推定手段、中心位置補正手段、筒内流動判定手段、筒内流動変化補正手段の動作を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於ける均質燃焼モード時にタンブル流動が制御されたときのタンブル流動推定中心位置及び推定中心位置に応じた燃料噴射時期補正及び点火時期補正の挙動を示すタイミングチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置について図面を参照して説明する。この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於いては、エンジンが成層混合気による燃焼モード（以下、成層燃焼モードと称する）で運転されており、燃料は圧縮行程で筒内に直接噴射され、成層燃焼モード運転時に於いて、吸気バルブが開弁している間にタンブル流動の中心位置を推定し、この推定したタンブル流動の中心位置（以下、タンブル流動推定中心位置と称する）に応じて、吸気バルブが閉弁している間に実行される燃料制御及び点火制御に関するパラメータの一つである点火時期を補正する実施例について説明する。
【００１８】
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示す制御装置を構成するタンブル流動制御手段２５、吸気流速演算手段２６、タンブル流動中心位置推定手段２７、中心位置補正手段２８、筒内流動判定手段２９、及び筒内流動変化補正手段３０は、後述するエンジン制御用電子コントロールユニット（以下、ＥＣＵと称する）のメモリに記憶されたソフトウェアにより構成されている。図１に示す夫々の手段の動作等の詳細については後述する。
【００１９】
図２は、この発明の実施の形態１、及び後述する実施の形態２に係る内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。尚、一般的にエンジンには、複数のシリンダが設けられているが、図２では、便宜上、そのうちの１つのシリンダについてのみ図示している。
【００２０】
図２に於いて、エンジン１には、筒状のシリンダ２が設けられている。シリンダ２内にはその軸線方向に自在に往復運動するピストン３が設けられており、ピストン３の頂面にはタンブル流動の案内やシリンダ２の上部への成層混合気を形成するために皿状に窪んだキャビティ４が形成されている。ここで、キャビティ４を形成すると後述する燃焼室５内の容積が増加して圧縮比が低下してしまうため、圧縮比を低下させること無くピストン３にキャビティ４を形成するために、ピストン３の頂面は山状に傾斜が形成されて盛り上った形状に形成され、その山状に形成された頂部にキャビティ４が形成されている。
【００２１】
シリンダ２とピストン３によって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室５が形成される。又、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）を検出するクランク角センサ７が設けられている。更に、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を出カする水温センサ８が設けられている。
【００２２】
シリンダ２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。又、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とが取り付けられている。適切な開弁タイミング及び適切なリフト量で吸気バルブ１１及び排気バルブ１２を制御するために、吸気カム１３及び排気カム１４が設けられている。
【００２３】
シリンダ２内の吸気バルブ１１の近傍には、適切なタイミングでシリンダ２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。更に、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と、この点火プラグ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。
【００２４】
吸気マニホールド９には、吸気マニホールド９の下部を閉塞するタンブル流動制御バルブ１８が取り付けられている。ここで、タンブル流動制御バルブ１８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に取り付けられている。タンブル流動制御バルブ１８の開度を小さくし、吸気マニホールド９に於ける閉塞領域が拡大した場合、吸気マニホールド９の図に於ける上部の偏流が増加することに伴い吸気バルブ１１の上方、即ちシリンダ２の中心方向から通過する吸気量が増加することで、シリンダ２内に形成されるタンブル流動が強化される。又、吸気バルブ１１の上方から通過する吸気量が増加したときに於いては、吸気バルブ１１を通過する全方向の平均的な流速、特に吸気バルブ１１の上方の流速、は増加する。
【００２５】
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溜めるサージタンク１９が接続されており、サージタンク１９の上流側には、スロットルバルブ２０が設けられている。又、スロットルバルブ２０の下流側には、ブースト圧に応じた電圧を出力するブースト圧センサ２１が設けられている。
【００２６】
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２２が接続されており、触媒装置２２の下流側には、排気ガスを外部に排気するテールパイプ２３が接続されている。又、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。
【００２７】
ＥＣＵ２４は、演算処理をするＣＰＵ、プログラムデータや固定値データを記憶する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、及びＥＣＵ２４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、燃料噴射用駆動装置のアクチュエータ（図示せず）を駆動するため駆動回路（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。
【００２８】
ＥＣＵ２４のメモリには、図１に示すタンブル流動制御手段２５、吸気流速演算手段２６、筒内流動判定手段２９、タンブル流動中心位置推定手段２７、中心位置補正手段２８、筒内流動変化補正手段３０、がソフトウェアとして記憶されている。又、ＥＣＵ２４には、水温センサ８、及びブースト圧センサ２１からの電圧出力値も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、夫々冷却水温ＴＷ、及びブースト圧Ｐｂとして前述のソフトウェアとして記憶されている夫々の手段での演算に用いられる。又、ＥＣＵ２４にはクランク角センサ７の信号が割り込み入力されて、ＥＣＵ２４に内蔵されたタイマーとクランク角センサ７の信号とからエンジン回転数ＮＥが演算される。
【００２９】
次に、図１に示すこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成について説明する。図１に於いて、タンブル流動制御手段２５は、入力されたクランク角センサ７の出力に基づく前述のエンジン回転数ＮＥとブースト圧センサ２１からのブースト圧Ｐｂとに基づいて、エンジン１の運転状態に応じたタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶを演算し、この演算したタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶに応じてタンブル流動制御バルブ１８を開閉してシリンダ２内のタンブル流動の強さを制御する。より具体的には、後述するように、エンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂの値により予め設定されたマップを参照して更新されるタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶに応じて、タンブル流動制御バルブ１８を開閉制御する。タンブル流動制御手段２５に於ける処理の詳細については後述する。
【００３０】
吸気流速演算手段２６は、吸気バルブ１１が開弁している間、タンブル流動制御手段２５により演算されたタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶと、吸入空気量Ｑａと、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬと、吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴとに基づいて、吸気マニホールド９から吸気バルブ１１を通過してシリンダ２内に吸入される空気の流速（バルブ通過流速）を表す吸気流速ＶＶを演算する。より具体的には、後述するように、タンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶ、吸入空気量Ｑａ、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬ、及び吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴから予め設定されたマップを参照した値、及び予め設定してある重み付け係数ＫＶを乗算して演算される。吸気流速演算手段２６に於ける処理の詳細については後述する。
【００３１】
タンブル流動中心位置推定手段２７は、吸気バルブ１１が開弁している間の所定のタイミングで、吸気流速演算手段２６により演算された吸気バルブ１１を通過する吸気流速ＶＶに応じて予め設定されて一意に決定するタンブル流動推定中心位置ＣＴの特性を用いてタンブル流動推定中心位置ＣＴを演算する。タンブル流動中心位置推定手段２７に於ける処理の詳細については後述する。
【００３２】
ここで、吸気バルブ１１を通過する吸気流速ＶＶと燃焼室５内のタンブル流動形成位置の関係を、図を用いて説明する。図３は、吸気流速が変化した時のタンブル流動形成の変化を示す説明図で、（ａ）はタンブル流動制御バルブ開度が大きく、吸気バルブ１１を通過する吸気流速が低いとき、（ｃ）はタンブル流動制御バルブ開度が小さく、吸気流速が高いとき、（ｂ）はタンブル流動制御バルブ開度が（ａ）と（ｃ）の開度の間であり、吸気流速が（ａ）と（ｃ）の間となるとき、のシリンダ２内のタンブル流動の主流を夫々図示している。
【００３３】
図３の（ａ）に於いて、吸気流速ＶＶが小さいときには、ピストン３頂面近傍のタンブル流動の主流Ａは、シリンダ２の上部へ向かうようにキャビティ４によって流動が案内されている。従って、形成されるタンブル流動の中心位置ＣＴは、キャビティ４の中心位置とほぼ同じ位置となる。
【００３４】
図３の（ｂ）では、（ａ）よりも吸気流速ＶＶが高くなっているため、吸気バルブ１１を通過した後、タンブル流動の主流Ａは、排気バルブ１２の近傍、シリンダ２の排気側壁面、ピストン３頂面の傾斜を通過し、キャビティ４に沿うことなくシリンダ２の上部へ向かう流動を形成する。そのため、形成されるタンブル流動の中心位置ＣＴは、キャビティ４の中心位置ＣＣから図の右横方向、即ち排気側方向にずれる。
【００３５】
又、図３の（ｃ）では、（ｂ）よりもさらに吸気流速ＶＶが高くなっていることから、タンブル流動の主流Ａは、（ｂ）と同様にキャビティ４に沿わず、（ｂ）よりもさらに吸気側のシリンダ２の上部へと向かう流動を形成する。そのため、形成されるタンブル流動Ｃの中心位置ＣＴは、キャビティ４の中心位置ＣＣから排気側へずれるが、（ｂ）に於けるタンブル流動Ａの中心位置ＣＴよりはキャビティ４の中心側に近づく。図３の（ａ）、（ｂ）に於けるＣｄは、キャビティ４の中心位置ＣＣからのタンブル流動Ｃの中心位置ＣＴのずれ（以下、タンブル流動中心ずれと称する）を示す。
【００３６】
図１に示すタンブル流動中心位置推定手段２７には、図３に示す現象に基づいて、吸気流速ＶＶに応じたタンブル流動推定中心位置ＣＴの特性が予め記憶されている。そして、入力される吸気流速ＶＶに対応するタンブル流動推定中心位置ＣＴを読み出して出力する。
【００３７】
次に、中心位置補正手段２８は、後述する筒内流動変化補正手段３０に於いて補正を行う基本点火時期ＳＡｂから、予め設定されたクランク角に応じて一意に決定する中心位置補正量ＣＨの特性を用いて演算される中心位置補正量ＣＨをタンブル流動中心位置推定手段２７から出力されたタンブル流動中心位置ＣＴに乗算することにより補正してタンブル流動中心位置ＣＴを更新する。中心位置補正手段２８に於ける処理の詳細については後述する。
【００３８】
筒内流動判定手段２９は、タンブル流動中心位置推定手段２７から出力されたタンブル流動推定中心位置ＣＴと予め設定してあるキャビティ中心位置ＣＣとの差に基づいて演算し、その差が予め設定してある判定値ＣｄＴよりも大きい場合には、キャビティ４に沿わないタンブル流動を形成すると判定されて、後述する筒内流動変化補正手段３０による制御を実行する。筒内流動判定手段２９に於ける処理の詳細については後述する。
【００３９】
筒内流動変化補正手段３０は、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値をエンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂとに基づいて演算される基本点火時期ＳＡｂから減算して補正を施す。筒内流動変化補正手段３０に於ける処理の詳細については後述する。
【００４０】
次に、前述のように構成されたこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於いて、タンブル流動が制御され、吸気流速を演算し、タンブル流動中心位置を推定し、タンブル流動推定中心位置を補正し、点火時期を補正する一連の動作について説明する。
【００４１】
先ず、タンブル流動が制御され、吸気流速を演算する動作について説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於けるＥＣＵのタンブル流動制御手段、及び吸気流速演算手段の動作を示すフローチャートである。尚、このフローチャートによる動作は、ＥＣＵ２４に於いてメインルーチンが所定時間周期で実行される中でサブルーチンとして実行される。又、この実施の形態１に於いては、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されるが、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ても良い。
【００４２】
図４に於いて、先ず、ステップＳ１０１に於いて、タンブル流動制御条件が成立しているか否かを判定する。タンブル流動制御条件は、例えばエンジン回転数ＮＥが予め設定された所定値以下であり、スロットル開度が予め設定された所定値以下であり、且つ水温ＴＷが予め設定された所定値以下である場合に条件が成立するものである。
【００４３】
ステップＳ１０１に於いてタンブル流動制御条件が成立していないと判定された場合（Ｎ）、ステップＳ１０２に進んで初期化処理が実行される。ステップＳ１０２での初期化処理は、吸気流速ＶＶ、タンブル流動推定中心位置ＣＴ、中心位置補正量ＣＨ、キャビティ４の中心位置ＣＣからのタンブル流動の中心位置ＣＴのずれであるタンブル流動中心ずれＣｄに、夫々「０」を入力することによる行われる。ステップＳ１０２の初期化処理が終了すると、そのまま何もせずにリターンしてメインルーチンに戻る。
【００４４】
次に、ステップＳ１０１に於いて、タンブル流動制御条件が成立していると判定された場合（Ｙ）、ステップＳ１０３に進んでタンブル流動制御が実行される。ステップＳ１０３によるタンブル流動制御は、タンブル流動を形成しタンブル流動の強さを制御するものであり、例えば次に示す式（１）により、エンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂの値により予め設定されたマップを参照して更新されるタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶに応じて、タンブル流動制御バルブ１８を開閉制御することにより行なわれる。
ＴＣＶ＝ｍａｐ（ＮＥ，Ｐｂ）・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１）
このステップＳ１０３が、タンブル流動制御手段２５に相当する。
【００４５】
ここで、この実施の形態１に於いては、エンジン運転状態に応じてタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶを変化させることのみでタンブル流動の強さを制御しているが、これに限ったものではない。即ち、タンブル流動制御バルブ１８が開弁している間、例えばエンジン回転数、吸気バルブ１１の位相（開弁タイミング）、及び吸気バルブ１１の最大リフト量の変化によってもタンブル流動の強さが変化することから、タンブル流動の制御は、エンジン回転数ＮＥ、後述する吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴ、及び後述する吸気バルブリフト量ＩＮＴＬのうちの少なくとも何れか一つと、タンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶとを組み合わせて、タンブル流動を制御するようにしても良い。
【００４６】
次に、ステップＳ１０４に於いて、吸気バルブ１１が開弁中であるか閉弁中であるかを判定する。例えば、後述する吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴ、及び後述する吸気バルブリフト量のプロフィールより、吸気バルブ１１が開弁するクランク角及び閉弁するクランク角を演算し、現在のクランク角が、吸気バルブ１１が開弁するクランク角以降であり且つ閉弁するクランク角よりも前であれば吸気バルブが開弁中であると判定する。
【００４７】
ステップＳ１０４に於ける判定の結果、吸気バルブ１１が閉弁中であれば（Ｎ）、そのまま何もせずにリターンしてメインルーチンに戻る。ステップＳ１０４に於いて、吸気バルブ１１が開弁中であると判定すれば（Ｙ）、吸気バルブ１１に於いて空気が通過しているため、ステップＳ１０５に於いて吸気バルブ１１を通過する流速を表す吸気流速ＶＶを演算する。
【００４８】
吸気流速ＶＶは、次に示す式（２）により、タンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶ、吸入空気量Ｑａ、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬ、及び吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴより予め設定されたマップを参照した値、及び予め設定してある重み付け係数ＫＶを乗算して演算される。
ＶＶ＝ＴＣＶ×Ｑａ×ｍａｐ（ＩＮＴＬ，ＩＮＴＴ）×ＫＶ・・・・・式（２）
このステップＳ１０５が、吸気流速演算手段２６に相当する。
【００４９】
ここで、吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴは、吸気バルブ１１の開弁動作の位相を制御するパラメータであり、例えばエンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂからマップを参照して更新され、吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴに応じて吸気カム１３の位相を変化させて制御される。又、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬは、例えば予め記憶している吸気バルブリフト量のプロフィール（マップ）に対して吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴを与え、現在のクランク角に於ける吸気バルブリフト量を参照するようにして演算される。但し、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬの演算方法はこれに限ったものではなく、吸気バルブ１１の開口面積を演算して吸気バルブリフト量を演算することや、吸気バルブ１１に取り付けて吸気バルブ１１のリフト量を検出するセンサの出力値により演算すること等でも求めることができる。
【００５０】
又、吸入空気量Ｑａは、次に示す式（３）により、エンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂを乗算することによって演算される。
Ｑａ＝ＮＥ×Ｐｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（３）
このステップＳ１０５が、吸気流速演算手段２６に相当する。
【００５１】
尚、吸入空気量Ｑａは式（３）のように演算されるものに限らず、例えば吸気マニホールド９を通過する空気量を検出するセンサの出力値を用いて演算しても良い。
【００５２】
又、この実施の形態１に於いては、タンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶ、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬ、吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴ、及びエンジン回転数ＮＥに基づいて吸気流速ＶＶを演算しているが、これに限ったものではない。即ち、吸気バルブ１１の近傍に設置してその領域を通過する流速を検出するセンサの出力値や、吸気バルブ１１を通過する前後の圧力差等によって、吸気流速ＶＶが得られるようにしても良い。
【００５３】
次にステップＳ１０６に於いて、タンブル流動中心位置推定ルーチンを実行する。図５は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のＥＣＵのタンブル流動中心位置推定手段、中心位置補正手段、筒内流動判定手段、筒内流動変化補正手段の動作を示すフローチャートであって、図４に於けるステップＳ１０６の処理内容の詳細である。次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、タンブル流動中心位置を推定し、タンブル流動推定中心位置を補正し、点火時期を補正する動作について説明する。
【００５４】
図５に於いて、先ず、ステップＳ２０１に於いて、現在のクランク角が、後述するタンブル流動推定中心位置ＣＴを演算するための予め設定された所定のタイミングとなるクランク角であるかどうかを判定する。この実施の形態１に於いては、予め設定された所定のタイミングは、吸気バルブ１１のリフト量が最大（ピーク）となるタイミング（バルブ開口面積が最大となるタイミング）としており、予め設定された所定のタイミングとなるクランク角は、予め記憶している吸気バルブリフト量のプロフィール（マップ）に対して吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴを与えることで、吸気バルブリフト量が最大値となるクランク角として求められる。
【００５５】
ここで、この実施の形態１に於いては、予め設定された所定のタイミングを吸気バルブ１１のリフト量が最大となるタイミングとしているが、これに限ったものではなく、例えば吸気バルブ１１の開弁途中における吸気流速が最大となる近傍のタイミングとしても良い。吸気流速が最大となる吸気バルブのリフト量を予め記憶しておくことで、吸気流速が最大となる吸気バルブのリフト量、予め記憶している吸気バルブリフト量のプロフィール（マップ）、及び吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴから、予め設定された所定のタイミングとなるクランク角を検出できる。但し、吸気バルブ１１が早開けや遅閉じなどに制御されている場合に発生するシリンダ２から吸気マニホールド９へ空気が戻る吹き戻し（吸気流速ＶＶが負の値）の期間や、吸気流速ＶＶが急速に増減しているタイミング等は予め設定される所定のタイミングとしない。
【００５６】
ステップＳ２０１に於ける判定の結果、吸気バルブ１１のリフト量が最大となるタイミングでない場合（Ｎ）には、そのまま何もせずリターンしてメインルーチンとしての図４に示すタンブル流動制御ルーチンに戻る。一方、ステップＳ２０１に於ける判定の結果、吸気バルブ１１のリフト量が最大となるタイミングである場合（Ｙ）には、ステップＳ２０２に進み、タンブル流動推定中心位置ＣＴを演算する。
【００５７】
図６は、この発明の実施の形態１及び後述する実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於ける吸気流速とタンブル流動推定中心位置の特性を示すマップである。ステップＳ２０２にて演算するタンブル流動推定中心位置ＣＴは、前述の図３に示した現象に基づいて予め設定された図６に示すような吸気流速ＶＶに応じたタンブル流動推定中心位置特性マップを参照して、次に示す式（４）により演算される。
ＣＴ＝ｍａｐ（ＶＶ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（４）
このステップＳ２０２が、タンブル流動中心位置推定手段２７に相当する。
【００５８】
図６に示すマップは、吸気流速ＶＶが低い場合にはタンブル流動の中心位置ＣＴはキャビティ中心位置ＣＣと同じ値となるが、吸気流速ＶＶが高くなるとタンブル流動の中心位置ＣＴは排気側に移動し、更に吸気流速ＶＶが高くなるとタンブル流動の中心位置ＣＴは除々にキャビティ中心位置ＣＣの方向に移動する特性となっている。図７は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於けるタンブル流動推定中心位置、キャビティ中心位置、及びタンブル流動中心ずれの関係を示す説明図である。図７に示すように、タンブル流動推定中心位置ＣＴ及びキャビティ中心位置ＣＣは、シリンダ２に対する横方向の位置を表している。尚、キャビティ中心位置ＣＣは、同一キャビティ形状である限り固定の値である。
【００５９】
次に、図５のステップＳ２０３に於いて、中心位置補正量ＣＨを演算する。中心位置補正量ＣＨは、ステップＳ２０２で演算されたタンブル流動推定中心位置ＣＴを補正して更新するものである。即ち、後述する筒内流動変化補正手段３０に於いてタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて補正する点火時期は、吸気バルブが閉弁している間に実行される点火制御のパラメータであることから、吸気バルブ１１が開弁している間にタンブル流動中心位置が若干移動することを鑑みて、タンブル流動推定中心位置ＣＴを補正して更新する。
【００６０】
ここで、吸気バルブ１１が閉弁している間のタンブル流動の中心位置について説明する。吸気行程の終了時（吸気バルブ１１が閉弁される近傍のタイミング）にはピストン３は下死点ＢＤＣ（Bottom Dead Center）となっており、次の圧縮行程に於いてピストン３は上死点ＴＤＣ（Top Dead Center）へと移動する。その間、燃焼室５の容積は減少し、吸気バルブ１１の開弁時に形成されたタンブル流動はピストン３に押し潰される。ここで、排気側に位置してキャビティ４に沿わないタンブル流動が押し潰されると、タンブル流動の中心位置はより排気側へ移動する傾向がある。又、圧縮行程が終了し、燃焼行程でピストン３がＴＤＣからＢＤＣへ移動する間、燃焼室５の容積は増加し、排気側に位置してキャビティ４に沿わないタンブル流動はピストン３による押し潰しから開放されて、タンブル流動の中心位置はキャビティ４の中心位置へ向けて移動する傾向がある。
【００６１】
このことを鑑みて、タンブル流動推定中心位置ＣＴを補正して更新する。即ち、次に示す式（５）のように基本点火時期ＳＡｂから予め設定された特性マップを用いて中心位置補正量ＣＨを演算し、中心位置補正量ＣＨを補正前のタンブル流動推定中心位置ＣＴに乗算してタンブル流動推定中心位置ＣＴを更新する。図８は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於けるクランク角と中心位置補正量の特性を示すマップである。
ＣＨ＝ｍａｐ（ＳＡｂ）・・・・・・・・・・・・・・・式（５）
ＣＴ←ＣＴ×ＣＨ
このステップＳ２０３が中心位置補正手段２８に相当する。
【００６２】
尚、この実施の形態１では、中心位置補正量ＣＨをタンブル流動中心位置ＣＴに乗算して補正しているが、これに限ったものではなく、中心位置補正量ＣＨをタンブル流動中心位置ＣＴに加算して補正するようにしても良い。
【００６３】
次に、ステップＳ２０４に於いて、次に示す式（６）により、ステップＳ２０３により補正されて更新されたタンブル流動中心位置ＣＴからキャビティ中心位置ＣＣを減算してタンブル流動中心ずれＣｄを演算する。
Ｃｄ＝ＣＴ−ＣＣ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（６）
ここで、タンブル流動中心ずれＣｄは、図７に示すように、タンブル流動中心位置ＣＴがキャビティ中心位置ＣＣに対してどれだけシリンダ２の横方向へ移動しているかを表している。タンブル流動中心ずれＣｄが正の値であれば、キャビティ中心位置ＣＣよりも排気側へタンブル流動の中心位置が移動していることを示し、負の値であればキャビティ中心位置ＣＣよりも吸気側へタンブル流動の中心位置が移動していることを示す。
【００６４】
更に、図５のステップＳ２０５に於いて、タンブル流動中心ずれＣｄが予め設定された判定値ＣｄＴ以上であるか否かを判定する。判定値ＣｄＴは、キャビティ４に沿わないタンブル流動となるときのタンブル流動中心位置として予め設定されている。
【００６５】
ステップＳ２０５に於いて、タンブル流動中心ずれＣｄが判定値ＣｄＴ以上でないと判定された場合（Ｎ）には、そのまま何もせずに図４に示すタンブル流動制御ルーチンであるメインルーチンに戻る。ステップＳ２０５に於いて、タンブル流動中心ずれＣｄが判定値ＣｄＴ以上であると判定された場合（Ｙ）には、ステップＳ２０６に進み、点火時期の補正を行う。
これらステップＳ２０４及びステップＳ２０５が、筒内流動判定手段２９に相当する。
【００６６】
ステップＳ２０６に於いて、タンブル流動中心位置ＣＴに応じて基本点火時期ＳＡｂを補正して点火時期ＳＡを演算する。点火時期ＳＡは、次に示す式（７）により、タンブル流動中心位置ＣＴが大きい程（排気側に位置している程）進角するように補正される。
ＳＡ＝ＳＡｂ−ＣＴ×ＫＩＧＮ・・・・・・・・・式（７）
尚、ＫＩＧＮは、点火時期補正用重み付け係数であり、タンブル流動中心位置ＣＴの変化量に対する点火時期変化量として「０」よりも大きい値が予め設定されている。
このステップＳ２０６が筒内流動変化補正手段３０に相当する。
【００６７】
ここで、タンブル流動中心位置が移動した際の点火時期の補正方向について説明する。一般にエアガイド式の燃料噴射手法で、且つ成層燃焼モードでは、圧縮行程で噴射される燃料を点火プラグ１６の近傍にのみ拡散させて成層混合気を形成し、成層混合気が点火プラグ１６の近傍に位置したときに点火を行うよう、燃料制御及び点火制御を行う必要がある。
【００６８】
タンブル流動の中心位置がキャビティ４の中心位置に一致する場合、圧縮行程で噴射される燃料噴霧は、タンブル流動のキャビティ４からシリンダ２上部への流動と正面衝突することで流動の勢いが低下し、除々に点火プラグ１６の近傍に拡散して成層混合気が形成される。
【００６９】
一方、タンブル流動の中心位置がキャビティ４の中心位置よりも排気側にずれている場合、圧縮行程で噴射される燃料噴霧は、排気側に位置したタンブル流動のピストン３の傾斜からシリンダ２上部へ流れる流動と正面衝突せず、流動によって噴霧がシリンダ２上部へと撒きあがるため、点火プラグ１６の近傍に拡散して成層混合気が形成されるタイミングが早まる。従って、タンブル流動中心位置が排気側に位置する程、点火時期を進角方向に補正をする必要がある。
【００７０】
図５に於けるステップＳ２０６が終了すれば、図４に示すタンブル流動制御ルーチンであるメインルーチンに戻る。
【００７１】
尚、この実施の形態１では、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値を基本点火時期ＳＡｂに減算して補正を施しているが、これに限ったものではなく、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値を基本点火時期ＳＡｂに乗算して補正を施すようにしても良い。
【００７２】
又、この実施の形態１では、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて点火時期を補正したが、これに限らず、燃料制御及び点火制御に関するパラメータである点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧（噴霧ペネトレーション）、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか一つを補正するようにしても良い。
【００７３】
ここで、圧縮行程で噴射されている燃料制御に関する燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか一つを補正する場合、タンブル流動中心位置推定手段２７、中心位置補正手段２８、筒内流動判定手段２９に於けるタンブル流動推定中心位置（燃料用）ＣＴＦ、中心位置補正量ＣＨＦ、補正後のタンブル流動推定中心位置（燃料用）ＣＴＦ、タンブル流動中心ずれＣｄＦは、夫々次に示す式（８）から式（１１）により演算され、点火時期を補正する場合のパラメータとは別に記憶する。これは、燃料が噴射されるタイミングに於けるタンブル流動中心位置と点火が実行されるタイミングに於けるタンブル流動中心位置が異なることから、点火時期とは異なったタンブル流動推定中心位置によって燃料制御を補正する必要があるからである。
ＣＴＦ＝ｍａｐ（ＶＶ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（８）
ＣＨＦ＝ｍａｐ（ＴＩＮＪｂ）・・・・・・・・・・・・・・・・式（９）
ＣＴＦ←ＣＴＦ×ＣＨＦ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１０）
ＣｄＦ＝ＣＴＦ−ＣＣ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１１）
【００７４】
更に、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか一つを補正する場合に於いて、燃料噴射時期ＴＩＮＪ、燃料噴射量ＭＩＮＪ、燃料噴射回数ＮＩＮＪ、燃圧ＰＩＮＪ、及び燃料噴射方向ＤＩＮＪは、筒内流動変化補正手段３０に於いて、夫々次に示す式（１２）から式（１６）により演算される。
ＴＩＮＪ＝ＴＩＮＪｂ＋ＣＴＦ×ＫＩＮＪ ・・・・・・・・・・・式（１２）
ＭＩＮＪ＝ＭＩＮＪｂ−ＣＴＦ×ＫＩＮＪＭ ・・・・・・・・・・式（１３）
ＮＩＮＪ＝ＮＩＮＪｂ−ＣＴＦ×ＫＩＮＪＮ ・・・・・・・・・・式（１４）
ＰＩＮＪ＝ＰＩＮＪｂ−ＣＴＦ×ＫＩＮＪＰ ・・・・・・・・・・式（１５）
ＤＩＮＪ＝ＤＩＮＪｂ−ＣＴＦ×ＫＩＮＪＤ ・・・・・・・・・・式（１６）
ここで、ＴＩＮＪｂ、ＭＩＮＪｂ、ＮＩＮＪｂ、ＰＩＮＪｂ、ＤＩＮＪｂは、夫々、エンジン回転数やブースト圧等のエンジン運転状態から得られる基本値であり、ＫＩＮＪ、ＫＩＮＪＭ、ＫＩＮＪＮ、ＫＩＮＪＰ、ＫＩＮＪＤは、夫々のパラメータに対する重み付け係数である。
【００７５】
式（１２）から式（１６）に於いて、タンブル流動推定中心位置（燃料用）ＣＴＦが大きくなる（排気側に位置している）程、燃料噴射時期は遅角側に、燃料噴射量は減少側に、燃料噴射回数は減少側に、燃圧は減少側に、燃料噴射方向は下方向に、夫々補正されることとなる。
【００７６】
以上説明したこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於いて、タンブル流動制御時に吸気流速を演算し、吸気流速に応じたタンブル流動中心位置を推定し、タンブル流動推定中心位置に基づいて点火時期を補正するように実行した実施例を図９のタイミングチャートを用いて説明する。図９は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於けるタンブル流動が制御されたときのタンブル流動推定中心位置及び推定中心位置に応じた点火時期補正の挙動を示すタイミングチャート図であり、（ａ）は吸気バルブリフト量、（ｂ）はタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶ、（ｃ）は吸気流速Ｖｖ、（ｄ）はタンブル流動推定中心位置ＣＴ、（ｅ）はタンブル流動中心ずれ、（ｆ）は点火時期ＳＡ、を夫々示している。尚、図９は、その説明を簡略化するために、一つのシリンダ２、即ち単気筒で動作している場合を示している。
【００７７】
図９に於いて、先ず、最初の時点に於いてはタンブル流動制御が成立していなく、（ｂ）のタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが最大値となっており、（ｃ）の吸気流速ＶＶ、（ｄ）のタンブル流動推定中心位置ＣＴ、（ｅ）のタンブル流動中心ずれＣｄは、夫々初期値の「０」となっている。
【００７８】
次に、あるタイミングでタンブル流動制御が成立し、（ｂ）のタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが最大値から開度（１）に小さくなると、（ｃ）の吸気流速ＶＶが吸気バルブ１１の開弁中、即ち現在のクランク角が、吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴ及び吸気バルブリフト量のプロフィールより得られる、吸気バルブ１１が開弁するクランク角から閉弁するクランク角の間にある間、に演算される。
【００７９】
次に、（ａ）の吸気バルブ１１のリフト量が最大となるタイミングｔ１に於いて、（ｃ）の吸気流速ＶＶに応じて（ｄ）のタンブル流動推定中心位置ＣＴが演算される。同時に、最終的に補正される点火時期は吸気バルブが閉弁している間に行われることから、（ｄ）のタンブル流動推定中心位置ＣＴを基本点火時期ＳＡｂに応じた値で補正して、補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴが演算される。補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴとキャビティ中心位置ＣＣとの差である（ｅ）のタンブル流動中心ずれＣｄは、（ｅ）に破線で示す予め設定された判定値ＣｄＴよりも小さいため、基本点火時期ＳＡｂは補正されずにそのまま（ｆ）の点火時期ＳＡとなる。この点火時期ＳＡに基づいて点火が実行される。
【００８０】
次に、別のあるタイミングで（ｂ）のタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが更に減少して開度（２）となった場合、吸気バルブ１１の開弁中に演算される吸気流速ＶＶが開度（１）のときよりも（ｃ）に示すように増加し、タンブル流動が強まったことが表される。吸気バルブ１１のリフト量が最大となるタイミングｔ２に於いて、吸気流速ＶＶに応じてタンブル流動推定中心位置ＣＴが演算され、タンブル流動推定中心位置ＣＴを基本点火時期ＳＡｂに応じた値で補正して、（ｄ）に示す補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴが演算される。
【００８１】
補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴから演算されるタンブル流動中心ずれＣｄは、（ｅ）に示すように予め設定された判定値ＣｄＴよりも大きいため、補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて基本点火時期ＳＡｂを補正して点火時期ＳＡが（ｆ）に示すように進角され、点火時期ＳＡに基づいて点火が実行される。
【００８２】
更に、タンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが開度（３）に減少された場合、（ｃ）の吸気流速ＶＶが更に増加する。しかし、開度（３）に於いては吸気流速ＶＶが非常に高いため、（ａ）の吸気バルブリフト量が最大となるタイミングｔ３で演算されるタンブル流動推定中心位置ＣＴは、前回のタイミングｔ２以降ｔ３までのタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶに於けるタンブル流動推定中心位置ＣＴよりも若干小さい値となり、タンブル流動の中心位置は排気側からキャビティ４へ近づく。しかし、補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴから演算されるタンブル流動中心ずれＣｄは、（ｅ）に示すようにまだ判定値ＣｄＴよりも大きいため、補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて基本点火時期ＳＡｂを補正して点火時期ＳＡが進角されて点火が実行される。
【００８３】
以上述べたように、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によれば、タンブル流動が制御されている場合に、吸気バルブを通過する吸気流速に基づいて横方向に移動するタンブル流動の中心位置を推定することで、タンブル流動形成状態を検出することができる。加えて、吸気バルブが開弁している所定のタイミングでタンブル流動の中心位置を推定することで、演算処理の負荷を軽減できる。
【００８４】
又、タンブル流動中心位置を推定することで、タンブル流動中心位置に応じて燃料制御及び点火制御に関するパラメータを補正することが可能となり、タンブル流動形成状態が変化してタンブル流動中心位置が変化してもエンジンの燃焼状態を悪化させず、排ガス、燃費、およびドラビリを向上することができる。
【００８５】
又、吸気バルブ閉弁中のピストン移動によるタンブル流動の押し潰しによって、タンブル流動の中心位置が移動するため、点火時期又は燃料噴射時期に応じてタンブル流動中心位置を補正することで、吸気バルブが閉弁しているときのタンブル流動中心位置の推定精度を向上することができる。更に、精度が向上したタンブル流動中心位置に応じて燃料制御及び点火制御に関するパラメータを補正することが可能となり、吸気バルブが閉弁しているときに実行される燃料制御および点火制御に対する補正の精度を向上することができる。
【００８６】
更に、タンブル流動推定中心位置が所定量ずれており、タンブル流動がキャビティに沿わない流動となるときのみに燃料制御及び点火制御に関するパラメータの補正を行うことで、燃料制御および点火制御に対する補正の精度を向上することができる。
【００８７】
実施の形態２．
前述の実施の形態１による内何機関の制御装置に於いては、エンジンが成層燃焼モードで運転されていたが、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置では、エンジンが燃焼室５内全体に均質な混合気を形成して点火を行うモードである均質燃焼モードで運転されている。
【００８８】
以下、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置について、燃料は吸気行程で噴射されている運転状態にあり、均質燃焼モード運転時に於いて、吸気バルブ１１が開弁している間にタンブル流動中心位置を推定し、吸気バルブ１１が開弁している間に実行される燃料制御に関するパラメータの一つである燃料噴射時期と、吸気バルブ１１が閉弁している間に実行される点火制御に関するパラメータの一つである点火時期とを組み合わせて、タンブル流動推定中心位置に応じて夫々補正する場合について説明する。
【００８９】
図１０は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図である。図１０に示す制御装置を構成するタンブル流動制御手段２５、吸気流速演算手段２６、タンブル流動中心位置推定手段２７、中心位置補正手段２８、筒内流動判定手段２９、及び筒内流動変化補正手段３０は、エンジン制御用電子コントロールユニット（ＥＣＵ）のメモリに記憶されたソフトウェアにより構成されている。尚、内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図は、前述の実施の形態１に於ける図２と同様である。又、図１０に示すタンブル流動制御手段２５、吸気流速演算手段２６、中心位置補正手段２８、筒内流動判定手段２９は、夫々、実施の形態１に於ける図１に示すタンブル流動制御手段２５、吸気流速演算手段２６、中心位置補正手段２８、筒内流動判定手段２９と同様である。
【００９０】
図１０に於いて、タンブル流動中心位置推定手段２７は、吸気バルブ１１が開弁している間、吸気流速ＶＶに応じて予め設定されて一意に決定するタンブル流動推定中心位置ＣＴの特性を用いてタンブル流動推定中心位置ＣＴを逐次演算する。
【００９１】
筒内流動変化補正手段３０は、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値をエンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂとに基づいて演算される基本点火時期ＳＡｂに加算して補正を施す。更に、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値をエンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂとに基づいて演算される基本燃料噴射時期ＴＩＮＪｂから減算して補正を施す。尚、図１０に示す構成の動作の詳細については後述する。
【００９２】
以下、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の動作について詳細に説明する。図１１は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於けるＥＣＵのタンブル流動中心位置推定手段、中心位置補正手段、筒内流動判定手段、筒内流動変化補正手段の動作を示すフローチャートである。図１１に示すフローチャートは、実施の形態１に於ける図５のフローチャートに替わるものである。尚、実施の形態１に於ける動作と同様の動作については、説明を省略する。
【００９３】
前述の図４のステップＳ１０１での判定の結果、タンブル流動制御条件中であり（Ｙ）、且つステップＳ１０４に於いて吸気バルブ１１が開弁中であると判定されて（Ｙ）、ステップＳ１０５にて吸気流速ＶＶが演算されると、図１１のタンブル流動中心位置推定ルーチンが開始される。
【００９４】
図１１に於いて、先ず、ステップＳ３０１に於いて、吸気バルブ１１が開弁中である間に逐次、前述の図６の特性マップを用いてタンブル流動推定中心位置ＣＴを、次に示す式（１７）により演算する。
ＣＴ＝ｍａｐ（ｍａｘ（ＶＶ，０））・・・・・・・・・・・・・式（１７）
ここで、吸気バルブ１１が早開けや遅閉じなどに制御されている場合に発生するシリンダ２から吸気マニホールド９へ空気が戻る吹き戻し（吸気流速ＶＶが負の値）の期間は、吸気流速ＶＶが「０」のときのタンブル流動推定中心位置ＣＴとするよう、吸気流速ＶＶと「０」との最大値を取ってタンブル流動推定中心位置ＣＴを演算している。
このステップＳ３０１がタンブル流動中心位置推定手段２７に相当する。
【００９５】
尚、実施の形態１の場合、点火時期と燃料噴射時期等、点火制御と燃料制御を組み合わせて補正する場合に於いては、点火制御用のタンブル流動推定中心位置と、燃料制御用のタンブル流動推定中心位置とを夫々個別に推定しなければならなかったが、この実施の形態２に於いては、逐次タンブル流動中心位置を推定しており、吸気バルブが開弁している間に実行される燃料噴射に関するパラメータに対してのタンブル流動推定中心位置の補正が必要ないことから、点火制御用及び燃料制御用のタンブル流動推定中心位置を夫々個別に推定にする必要はない。
【００９６】
筒内流動変化補正手段３０に於いて、吸気弁１１が開弁している間に燃料噴射が実行されるときの燃料噴射時期を補正することから、中心位置補正手段２８によるタンブル流動中心位置ＣＴに対する補正は必要なく、そのままのタンブル流動推定中心位置ＣＴを用いて、ステップＳ３０２により前述の式（６）によりタンブル流動中心位置ＣＴにキャビティ中心位置ＣＣを減算してタンブル流動中心ずれＣｄを演算する。
【００９７】
次に、ステップＳ３０３に於いて、タンブル流動中心ずれＣｄが予め設定された判定値ＣｄＴ以上であるか否かを判定し、判定値ＣｄＴ以上でないと判定された場合（Ｎ）には、そのまま何もせずに、ステップＳ３０６へ進む。ステップＳ３０３に於いて判定値ＣｄＴ以上であると判定された場合（Ｙ）には、更にステップＳ３０４に於いて吸気バルブ１１が開弁してから燃料噴射が未実行か実行後かを判定し、燃料噴射が実行後であると判定された場合（Ｎ）、次の吸気バルブ１１の開弁時まで燃料噴射時期を補正して更新する必要ないため、そのまま何もせずにステップＳ３０６へ進む。
【００９８】
ステップＳ３０４に於いて、燃料噴射が未実行であると判定された場合（Ｙ）は、ステップＳ３０５に進んで燃料噴射時期の補正を行う。即ち、ステップＳ３０５に於いて、タンブル流動中心位置ＣＴに応じて基本燃料噴射時期ＴＩＮＪｂを補正して燃料噴射時期ＴＩＮＪを演算する。燃料噴射時期ＴＩＮＪは、次に示す式（１８）によりタンブル流動中心位置ＣＴが大きい程（排気側に位置している程）進角するように補正される。
ＴＩＮＪ＝ＴＩＮＪｂ−ＣＴ×ＫＩＮＪ・・・・・・・・・・・・式（１８）
尚、ＫＩＮＪは燃料噴射時期補正用重み付け係数であり、タンブル流動中心位置ＣＴの変化量に対する燃料噴射時期変化量として０よりも大きい値が予め設定されている。
【００９９】
又、この実施の形態２のように燃料噴射時期と点火時期等、複数の燃料制御及び点火制御に関するパラメータに対してタンブル流動中心位置ＣＴに基づいて補正するときには、点火時期補正用重み付け係数ＫＩＧＮ及び燃料噴射時期補正用重み付け係数ＫＩＮＪを夫々小さな値に設定している。燃料制御及び点火制御は相互の制御状態に影響して混合気の燃焼状態が変化することから、仮に燃料噴射時期のみを補正するときに設定される大きな値の燃料噴射時期補正用重み付け係数ＫＩＮＪを用いると、燃料噴射時期は大きな値で補正されて混合気の燃焼状態を向上させるが、点火時期の補正は過剰な補正を施すこととなり、逆に混合気の燃焼状態を悪化させてしまう可能性がある。従って、燃料噴射時期と点火時期等、複数のパラメータを補正する場合には、夫々の重み付け係数を小さく設定し、夫々に対し小さな補正量を施すことで混合気の燃焼状態を向上することができる。
【０１００】
ここで、この実施の形態２に於ける燃料噴射時期の補正方向について説明する。この実施の形態２の均質燃焼モード実行時に於いては、吸気行程中に燃料を噴射して、燃焼室５内全体に均質な混合気を形成して、点火プラグ１６で点火を行うよう、燃料制御及び点火制御を行う必要がある。
【０１０１】
タンブル流動の中心位置がキャビティ４の中心位置と同じである場合、吸気行程で噴射される燃料噴霧は、タンブル流動によってキャビティ４の中心近傍から吸気側及び排気側にある程度バランスよく拡散して均質混合気が形成される。
【０１０２】
一方、タンブル流動の中心位置がキャビティ４の中心位置よりも排気側にある場合、吸気行程で噴射される燃料噴霧は、タンブル流動によって排気側への拡散は早いものの、吸気側への拡散が遅くなってしまい、燃焼室５に均質な混合気が形成されるまでの期間が長くなる。従って、タンブル流動中心位置が排気側に位置する程、燃料噴射時期を進角方向に補正を行い、早いタイミングで燃料噴射を実行する必要がある。
【０１０３】
ステップＳ３０６以降は、吸気バルブ１１が閉弁している間に実行される制御パラメータの点火時期をタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて補正する動作である。ここで、図１１のステップＳ３０６、ステップＳ３０７からステップＳ３０９は、図５のステップＳ２０１、ステップＳ２０３からステップＳ２０５と同様の動作である。
【０１０４】
次に、ステップＳ３１０に於いて、吸気バルブ開弁時の所定のタイミングであるバルブリフト量最大タイミングでのタンブル流動中心位置ＣＴに対し中心位置補正量ＣＨで更新したタンブル流動中心位置ＣＴを用いて点火時期を補正する。ここで、この実施の形態２に於ける点火時期の補正方向は、前述の均質燃焼モードの燃料噴射時期補正方向の説明で述べた通り、タンブル流動の中心位置がキャビティ４の中心位置よりも排気側にある場合、燃焼室５に均質な混合気が形成されるまでの期間が長くなるため、点火時期を遅角方向に補正をする必要がある。
【０１０５】
従って、ステップＳ３１０に於いて、次に示す式（１９）により基本点火時期ＳＡｂを補正して点火時期ＳＡを演算する。
ＳＡ＝ＳＡｂ＋ＣＴ×ＫＩＧＮ・・・・・・・・式（１９）
前述のように、燃料噴射時期と点火時期との複数の燃料制御及び点火制御に関するパラメータに対してタンブル流動中心位置ＣＴに応じて補正する時等は、点火時期のみを補正する場合の点火時期補正用重み付け係数ＫＩＧＮよりも小さな値としている。
尚、ステップＳ３０５及びステップＳ３１０が筒内流動変化補正手段３０に相当する。
【０１０６】
ステップＳ３１０が終了すれば、図４のタンブル流動制御ルーチンであるメインルーチンに戻る。
【０１０７】
尚、この実施の形態２では、タンブル流動推定中心位置ＣＴに基づいて燃料噴射時期と点火時期を組み合わせて補正したが、これに限らず、燃料制御及び点火制御に関するパラメータである点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧（噴霧ペネトレーション）、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか一つを補正するようにしても良い。
【０１０８】
ここで、吸気行程で噴射されているときの燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか一つを補正する場合において、燃料噴射量ＭＩＮＪ、燃料噴射回数ＮＩＮＪ、燃圧ＰＩＮＪ、及び燃料噴射方向ＤＩＮＪは、筒内流動変化補正手段３０に於いて夫々次に示す式（２０）乃至式（２３）により演算される。
ＭＩＮＪ＝ＭＩＮＪｂ＋ＣＴ×ＫＩＮＪＭ・・・・・・・・・・・式（２０）
ＮＩＮＪ＝ＮＩＮＪｂ＋ＣＴ×ＫＩＮＪＮ・・・・・・・・・・・式（２１）
ＰＩＮＪ＝ＰＩＮＪｂ＋ＣＴ×ＫＩＮＪＰ・・・・・・・・・・・式（２２）
ＤＩＮＪ＝ＤＩＮＪｂ＋ＣＴ×ＫＩＮＪＤ・・・・・・・・・・・式（２３）
【０１０９】
ここで、ＭＩＮＪｂ、ＮＩＮＪｂ、ＰＩＮＪｂ、ＤＩＮＪｂは、夫々エンジン回転数やブースト圧等のエンジン運転状態から得られる燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向の基本値であり、ＫＩＮＪＭ、ＫＩＮＪＮ、ＫＩＮＪＰ、ＫＩＮＪＤは、夫々のパラメータに対する重み付け係数である。式（２０）乃至式（２３）に於いて、タンブル流動推定中心位置ＣＴが大きくなる程、つまり排気側に位置している程、燃料噴射量ＭＩＮＪは増加、燃料噴射回数ＮＩＮＪは増加、燃圧ＰＩＮＪは増加、燃料噴射方向ＤＩＮＪは上方向に補正されることとなる。
【０１１０】
次に、以上説明したこの発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の均質燃焼モードに於いて、タンブル流動制御時に吸気流速を演算し、吸気流速に基づいてタンブル流動中心位置を推定し、タンブル流動推定中心位置に基づいて燃料噴射時期及び点火時期を補正する実施例を、タイミングチャートを用いて説明する。
【０１１１】
図１２は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於ける均質燃焼モード時にタンブル流動が制御されたときのタンブル流動推定中心位置及び推定中心位置に応じた燃料噴射時期補正及び点火時期補正の挙動を示すタイミングチャート図であり、（ａ）は吸気バルブリフト量、（ｂ）はタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶ、（ｃ）は吸気流速Ｖｖ、（ｄ）はタンブル流動推定中心位置ＣＴ、（ｅ）はタンブル流動中心ずれＣｄ、（ｆ）は噴射時期ＴＩＮＪ、（ｇ）は点火時期ＳＡ、を夫々示している。尚、図１２は、その説明を簡略化するために、一つのシリンダ２、即ち単気筒で動作している場合を示している。
【０１１２】
又、図１２は、タンブル流動推定中心位置ＣＴ補正後の値は、吸気バルブリフト量が最大となるタイミングでしか演算及び記憶されないが、図１２に於いてはその値を確認し易いよう、補正後の値が吸気バルブリフト量最大タイミング以外に於いてもその値を保持すると仮定して、タンブル流動推定中心位置ＣＴ補正後の値及びタンブル流動推定中心位置ＣＴ補正後の値によるタンブル流動中心ずれＣｄを図示している。
【０１１３】
先ず、燃料噴射時期の補正に関して説明する。図１２に於いて、あるタイミングでタンブル流動制御が成立し、（ａ）のタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが最大値よりも小さい開度（１）になると、（ｃ）の吸気流速ＶＶが演算され、同時に吸気流速ＶＶに応じたタンブル流動推定中心位置ＣＴが吸気バルブ１１の開弁中、逐次演算される。しかし、開度（１）に於けるタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶでは、（ｅ）のタンブル流動中心ずれＣｄが予め設定された判定値ＣｄＴを越えることがないため、タンブル流動推定中心位置ＣＴで燃料噴射時期ＴＩＮＪｂを補正することはなく、燃料噴射時期ＴＩＮＪは変化しない。
【０１１４】
次に、（ｂ）に示すタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶがさらに減少して開度（２）になった場合、逐次演算される補正前のタンブル流動推定中心位置ＣＴは、（ｄ）に示すように大きな値となるため、（ｅ）のタンブル流動中心ずれＣｄは判定値ＣｄＴを越え、補正前のタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値で燃料噴射時期ＴＩＮＪｂを補正して燃料噴射時期ＴＩＮＪが（ｆ）に示すように進角される。ここで、燃料噴射が実行された後は、次の吸気バルブ開弁時（次回の吸気行程となる）まで燃料噴射は実行されなく、燃料噴射時期ＴＩＮＪの更新が必要ないため、燃料噴射実行時の燃料噴射時期ＴＩＮＪが保持される。
【０１１５】
更にタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが減少して開度（３）になると、逐次演算される補正前のタンブル流動推定中心位置ＣＴは、ある吸気流速ＶＶに達すると減少し始めるが、タンブル流動中心ずれＣｄは判定値ＣｄＴを越えているため、補正前のタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値で燃料噴射時期ＴＩＮＪｂを補正して燃料噴射時期ＴＩＮＪが進角される。但し、開度（２）に於ける燃料噴射時期ＴＩＮＪよりも進角されない。燃料噴射実行後、燃料噴射時期ＴＩＮＪが保持される。
【０１１６】
次に、点火時期の補正に関して説明する。開度（１）〜（３）に於ける（ｄ）に示すタンブル流動推定中心位置ＣＴ及び（ｅ）に示すタンブル流動中心ずれＣｄの挙動は、実施の形態１と同様であるため省略する。
【０１１７】
開度（２）及び（３）に於いて、タンブル流動中心ずれＣｄが判定値ＣｄＴを越えると、補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて（ｇ）に示すように基本点火時期ＳＡｂを補正して点火時期ＳＡが遅角されて点火が実行される。
【０１１８】
以上述べたこの発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置によれば、タンブル流動が制御されている場合に、吸気バルブを通過する吸気流速に応じてタンブル流動の中心位置を、吸気バルブが開弁している間逐次推定することで、均質燃焼モード時など吸気バルブが開弁している間に実行される燃料制御に関するパラメータに於いても、タンブル流動中心位置に応じて補正することが可能となり、タンブル流動中心位置が変化してもエンジンの燃焼状態を悪化させず、排ガス、燃費、及びドラビリを向上することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
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 ６ クランク軸
７ クランク角センサ ８ 水温センサ
９ 吸気マニホールド １０ 排気マニホールド
１１ 吸気バルブ １２ 排気バルブ
１３ 吸気カム １４ 排気カム
１５ 燃料噴射弁 １６ 点火プラグ
１７ 点火コイル １８ タンブル流動制御バルブ
１９ サージタンク ２０ スロットルバルブ
２１ ブースト圧センサ ２２ 触媒装置
２３ テールパイプ ２４ ＥＣＵ
２５ タンブル流動制御手段 ２６ 吸気流速演算手段
２７ タンブル流動中心位置推定手段 ２８ 中心位置補正手段
２９ 筒内流動判定手段 ３０ 筒内流動変化補正手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御装置、特に筒内噴射式内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年に於いて、大気汚染や石油事情の変動等に伴い、内燃機関（以下、エンジンと称する）の排気ガス、及び燃費の向上が強く要求されている。エンジンの排気ガス、及び燃費を向上させる方法として、エンジンに於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】
筒内噴射式エンジンに於ける混合気の燃焼状態を向上させるためには、点火時の混合気の形成状態が重要となることが知られている。更に、噴射された燃料を筒内の空気流動によって拡散させて混合気を形成するエアガイド式の燃料噴射手法や、筒内の上部に設けられた点火プラグ近傍に層状の混合気（以下、成層混合気と称する）を形成させて燃焼を行わせる成層燃焼モードの運転状態では、筒内の空気流動が混合気の形成や混合気の点火を実行するタイミングに強く影響を与えることが知られている。
【０００４】
周知のように、筒内の縦渦、即ち、筒（シリンダ）の軸線方向に下降、上昇する空気流動（以下、タンブル流動と称する）を形成させる方法として、吸気マニホールド内に設置されて吸気マニホールドの一部の領域を閉塞する制御バルブによって吸気バルブを通過する空気の流速を増加させる方法や、ピストンの頂面（冠面ともいうが、以下の説明では、頂面と称する）に皿状に窪んだキャビティを設ける方法等がある。
【０００５】
しかし、吸気マニホールドの一部の領域を閉塞する制御バルブの開度や、その他のエンジンの運転状態によって吸気バルブを通過する空気の流速が変化することで、筒内のタンブル流動の形成状態は変化する。従って、混合気の燃焼状態を向上するためには、筒内空気流動の状態を精度良く検出、又は推定することと、筒内空気流動に対応した燃料制御及び点火制御を行うことが非常に重要となってくる。
【０００６】
従来、混合気の燃焼状態を向上するために、吸気マニホールドの一部の領域を閉塞する制御バルブの開度に応じて筒内のタンブル流動の中心位置を推定し、推定された中心位置に応じて点火プラグ近傍の流速を推定し、その流速に応じて前述の制御バルブを制御することにより、タンブル流動の中心位置と筒内に設置された点火プラグの位置との間の距離を所望の距離に制御して、高い点火エネルギを必要とせずに混合気を燃焼させて、混合気の燃焼状態を向上させるようにした内燃機関の制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２００８−３０３７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、この発明の発明者等の研究の結果によると、タンブル流動を強くするために吸気バルブを通過する空気の流速を高めると、吸気バルブを通過した空気は筒内排気側の壁面に沿って流れ、その後、ピストン頂面の傾斜に沿って流れるものの、ピストンの頂面に皿状に窪んだキャビティに沿わずに筒内上部へと導かれるようになるため、タンブル流動が変形し、タンブル流動の中心位置が排気側へと移動することとなることが判明した。更に、吸気バルブを通過する空気が高流速である場合には、空気は勢い良く筒内排気側の壁面、及びピストン頂面の傾斜に沿って流れるため、より吸気側の筒内上部へと導かれることとなり、タンブル流動の中心位置はキャビティ中心位置よりも排気側に位置するものの、よりキャビティ中心位置に近づくこととなることが判明した。
【０００９】
しかし、特許文献１に示された従来の装置では、吸気バルブを通過する流速と相関関係があると知られている吸気マニホールドの一部の領域を閉塞する制御バルブの開度に応じて筒内のタンブル流動の中心位置を推定しているが、キャビティに沿わないタンブル流動を形成することや、タンブル流動が排気側に移動することは示唆していない。即ち、特許文献１に示された従来の装置では、タンブル流動はピストンのキャビティに沿って形成されていることを前提としており、筒内上部に設けられた点火プラグとピストン（キャビティ）との間に於ける筒内の縦方向に変化するタンブル流動の中心位置を推定しているため、タンブル流動がキャビティに沿わず、タンブル流動の中心位置が排気側へ移動したときのタンブル流動の中心位置を精度良く検出できず、混合気の燃焼状態が悪化してしまう可能性がある。
【００１０】
又、タンブル流動が排気側に移動したときに於いては、吸気バルブを通過する空気の流速を高めてタンブル流動が強化されているため、排気側に位置し且つ強化されたタンブル流動により筒内上部に設置された点火プラグへの燃料噴霧及び混合気の撒き上りが増加し、ピストンへの燃料付着が抑制されて、点火プラグ近傍への混合気形成を向上できる。そのため、混合気の燃焼状態を向上させてエンジンの排気ガス、燃費、ドライバビリティを向上させるためには、タンブル流動を弱めてタンブル流動の位置を元に戻すよう制御するよりも、タンブル流動の中心位置に応じた燃料制御及び点火制御が有効である。よって、タンブル流動の中心位置に応じて、燃料制御及び点火制御に対する補正を施すことが必要となる。
【００１１】
この発明は、前述の従来の装置に於ける課題に鑑みてなされたものであり、タンブル流動の中心位置を精度よく推定し、その推定したタンブル流動の中心位置に応じて内燃機関を制御できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の筒内に直接噴射される燃料を点火プラグの近傍に案内するキャビティを頂面に備えたピストンと、前記内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関の筒内にタンブル流動を形成させるタンブル流動制御手段と、前記内燃機関の吸気バルブを通過する吸気の流速を演算する吸気流速演算手段と、前記演算された吸気の流速に応じて前記筒内のタンブル流動の中心位置を推定するタンブル流動中心位置推定手段とを備え、前記推定したタンブル流動の中心位置に応じて前記内燃機関を制御するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、望ましくは、前記タンブル流動中心位置推定手段により推定したタンブル流動の中心位置に応じて、前記内燃機関の点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか１つを補正する筒内流動変化補正手段と、前記点火時期と前記燃料噴射時期のうちの少なくとも一方に応じて前記タンブル流動の中心位置の推定値を補正する中心位置補正手段と、前記タンブル流動の中心位置が前記キャビティの中心位置から所定値以上ずれている場合に、前記タンブル流動の主流がキャビティに沿わないと判定する筒内流動判定手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の筒内に直接噴射される燃料を点火プラグの近傍に案内するキャビティを頂面に備えたピストンと、前記内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関の筒内にタンブル流動を形成させるタンブル流動制御手段と、前記内燃機関の吸気バルブを通過する吸気の流速を演算する吸気流速演算手段と、前記演算された吸気の流速に応じて前記筒内のタンブル流動の中心位置を推定するタンブル流動中心位置推定手段とを備えているので、筒内のタンブル流動制御時の吸気バルブを通過する流速に応じて横方向に移動するタンブル流動の中心位置を精度良く検出することができ、タンブル流動形成状態の検出精度を向上することができる。又、そのタンブル流動の中心位置に応じて点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向の少なくとも何れか１つを補正することで混合気の燃焼状態を向上させ、エンジンの排気ガス、燃費、ドラビリを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。
【図３】吸気流速が変化した時のタンブル流動形成の変化を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於けるＥＣＵのタンブル流動制御手段、及び吸気流速演算手段の動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のＥＣＵのタンブル流動中心位置推定手段、中心位置補正手段、筒内流動判定手段、筒内流動変化補正手段の動作を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於ける吸気流速とタンブル流動推定中心位置の特性を示すマップである。
【００１６】
【図７】この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於けるタンブル流動推定中心位置、キャビティ中心位置、及びタンブル流動中心ずれの関係を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於けるクランク角と中心位置補正量の特性を示すマップである。
【図９】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於けるタンブル流動が制御されたときのタンブル流動推定中心位置及び推定中心位置に応じた点火時期補正の挙動を示すタイミングチャート図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於けるＥＣＵのタンブル流動中心位置推定手段、中心位置補正手段、筒内流動判定手段、筒内流動変化補正手段の動作を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於ける均質燃焼モード時にタンブル流動が制御されたときのタンブル流動推定中心位置及び推定中心位置に応じた燃料噴射時期補正及び点火時期補正の挙動を示すタイミングチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置について図面を参照して説明する。この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於いては、エンジンが成層混合気による燃焼モード（以下、成層燃焼モードと称する）で運転されており、燃料は圧縮行程で筒内に直接噴射され、成層燃焼モード運転時に於いて、吸気バルブが開弁している間にタンブル流動の中心位置を推定し、この推定したタンブル流動の中心位置（以下、タンブル流動推定中心位置と称する）に応じて、吸気バルブが閉弁している間に実行される燃料制御及び点火制御に関するパラメータの一つである点火時期を補正する実施例について説明する。
【００１８】
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示す制御装置を構成するタンブル流動制御手段２５、吸気流速演算手段２６、タンブル流動中心位置推定手段２７、中心位置補正手段２８、筒内流動判定手段２９、及び筒内流動変化補正手段３０は、後述するエンジン制御用電子コントロールユニット（以下、ＥＣＵと称する）のメモリに記憶されたソフトウェアにより構成されている。図１に示す夫々の手段の動作等の詳細については後述する。
【００１９】
図２は、この発明の実施の形態１、及び後述する実施の形態２に係る内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。尚、一般的にエンジンには、複数のシリンダが設けられているが、図２では、便宜上、そのうちの１つのシリンダについてのみ図示している。
【００２０】
図２に於いて、エンジン１には、筒状のシリンダ２が設けられている。シリンダ２内にはその軸線方向に自在に往復運動するピストン３が設けられており、ピストン３の頂面にはタンブル流動の案内やシリンダ２の上部への成層混合気を形成するために皿状に窪んだキャビティ４が形成されている。ここで、キャビティ４を形成すると後述する燃焼室５内の容積が増加して圧縮比が低下してしまうため、圧縮比を低下させること無くピストン３にキャビティ４を形成するために、ピストン３の頂面は山状に傾斜が形成されて盛り上った形状に形成され、その山状に形成された頂部にキャビティ４が形成されている。
【００２１】
シリンダ２とピストン３によって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室５が形成される。又、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）を検出するクランク角センサ７が設けられている。更に、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を出カする水温センサ８が設けられている。
【００２２】
シリンダ２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。又、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とが取り付けられている。適切な開弁タイミング及び適切なリフト量で吸気バルブ１１及び排気バルブ１２を制御するために、吸気カム１３及び排気カム１４が設けられている。
【００２３】
シリンダ２内の吸気バルブ１１の近傍には、適切なタイミングでシリンダ２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。更に、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と、この点火プラグ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。
【００２４】
吸気マニホールド９には、吸気マニホールド９の下部を閉塞するタンブル流動制御バルブ１８が取り付けられている。ここで、タンブル流動制御バルブ１８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に取り付けられている。タンブル流動制御バルブ１８の開度を小さくし、吸気マニホールド９に於ける閉塞領域が拡大した場合、吸気マニホールド９の図に於ける上部の偏流が増加することに伴い吸気バルブ１１の上方、即ちシリンダ２の中心方向から通過する吸気量が増加することで、シリンダ２内に形成されるタンブル流動が強化される。又、吸気バルブ１１の上方から通過する吸気量が増加したときに於いては、吸気バルブ１１を通過する全方向の平均的な流速、特に吸気バルブ１１の上方の流速、は増加する。
【００２５】
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溜めるサージタンク１９が接続されており、サージタンク１９の上流側には、スロットルバルブ２０が設けられている。又、スロットルバルブ２０の下流側には、ブースト圧に応じた電圧を出力するブースト圧センサ２１が設けられている。
【００２６】
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２２が接続されており、触媒装置２２の下流側には、排気ガスを外部に排気するテールパイプ２３が接続されている。又、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。
【００２７】
ＥＣＵ２４は、演算処理をするＣＰＵ、プログラムデータや固定値データを記憶する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、及びＥＣＵ２４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、燃料噴射用駆動装置のアクチュエータ（図示せず）を駆動するため駆動回路（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。
【００２８】
ＥＣＵ２４のメモリには、図１に示すタンブル流動制御手段２５、吸気流速演算手段２６、筒内流動判定手段２９、タンブル流動中心位置推定手段２７、中心位置補正手段２８、筒内流動変化補正手段３０、がソフトウェアとして記憶されている。又、ＥＣＵ２４には、水温センサ８、及びブースト圧センサ２１からの電圧出力値も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、夫々冷却水温ＴＷ、及びブースト圧Ｐｂとして前述のソフトウェアとして記憶されている夫々の手段での演算に用いられる。又、ＥＣＵ２４にはクランク角センサ７の信号が割り込み入力されて、ＥＣＵ２４に内蔵されたタイマーとクランク角センサ７の信号とからエンジン回転数ＮＥが演算される。
【００２９】
次に、図１に示すこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成について説明する。図１に於いて、タンブル流動制御手段２５は、入力されたクランク角センサ７の出力に基づく前述のエンジン回転数ＮＥとブースト圧センサ２１からのブースト圧Ｐｂとに基づいて、エンジン１の運転状態に応じたタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶを演算し、この演算したタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶに応じてタンブル流動制御バルブ１８を開閉してシリンダ２内のタンブル流動の強さを制御する。より具体的には、後述するように、エンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂの値により予め設定されたマップを参照して更新されるタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶに応じて、タンブル流動制御バルブ１８を開閉制御する。タンブル流動制御手段２５に於ける処理の詳細については後述する。
【００３０】
吸気流速演算手段２６は、吸気バルブ１１が開弁している間、タンブル流動制御手段２５により演算されたタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶと、吸入空気量Ｑａと、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬと、吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴとに基づいて、吸気マニホールド９から吸気バルブ１１を通過してシリンダ２内に吸入される空気の流速（バルブ通過流速）を表す吸気流速ＶＶを演算する。より具体的には、後述するように、タンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶ、吸入空気量Ｑａ、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬ、及び吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴから予め設定されたマップを参照した値、及び予め設定してある重み付け係数ＫＶを乗算して演算される。吸気流速演算手段２６に於ける処理の詳細については後述する。
【００３１】
タンブル流動中心位置推定手段２７は、吸気バルブ１１が開弁している間の所定のタイミングで、吸気流速演算手段２６により演算された吸気バルブ１１を通過する吸気流速ＶＶに応じて予め設定されて一意に決定するタンブル流動推定中心位置ＣＴの特性を用いてタンブル流動推定中心位置ＣＴを演算する。タンブル流動中心位置推定手段２７に於ける処理の詳細については後述する。
【００３２】
ここで、吸気バルブ１１を通過する吸気流速ＶＶと燃焼室５内のタンブル流動形成位置の関係を、図を用いて説明する。図３は、吸気流速が変化した時のタンブル流動形成の変化を示す説明図で、（ａ）はタンブル流動制御バルブ開度が大きく、吸気バルブ１１を通過する吸気流速が低いとき、（ｃ）はタンブル流動制御バルブ開度が小さく、吸気流速が高いとき、（ｂ）はタンブル流動制御バルブ開度が（ａ）と（ｃ）の開度の間であり、吸気流速が（ａ）と（ｃ）の間となるとき、のシリンダ２内のタンブル流動の主流を夫々図示している。
【００３３】
図３の（ａ）に於いて、吸気流速ＶＶが小さいときには、ピストン３頂面近傍のタンブル流動の主流Ａは、シリンダ２の上部へ向かうようにキャビティ４によって流動が案内されている。従って、形成されるタンブル流動の中心位置ＣＴは、キャビティ４の中心位置とほぼ同じ位置となる。
【００３４】
図３の（ｂ）では、（ａ）よりも吸気流速ＶＶが高くなっているため、吸気バルブ１１を通過した後、タンブル流動の主流Ａは、排気バルブ１２の近傍、シリンダ２の排気側壁面、ピストン３頂面の傾斜を通過し、キャビティ４に沿うことなくシリンダ２の上部へ向かう流動を形成する。そのため、形成されるタンブル流動の中心位置ＣＴは、キャビティ４の中心位置ＣＣから図の右横方向、即ち排気側方向にずれる。
【００３５】
又、図３の（ｃ）では、（ｂ）よりもさらに吸気流速ＶＶが高くなっていることから、タンブル流動の主流Ａは、（ｂ）と同様にキャビティ４に沿わず、（ｂ）よりもさらに吸気側のシリンダ２の上部へと向かう流動を形成する。そのため、形成されるタンブル流動Ｃの中心位置ＣＴは、キャビティ４の中心位置ＣＣから排気側へずれるが、（ｂ）に於けるタンブル流動Ａの中心位置ＣＴよりはキャビティ４の中心側に近づく。図３の（ａ）、（ｂ）に於けるＣｄは、キャビティ４の中心位置ＣＣからのタンブル流動Ｃの中心位置ＣＴのずれ（以下、タンブル流動中心ずれと称する）を示す。
【００３６】
図１に示すタンブル流動中心位置推定手段２７には、図３に示す現象に基づいて、吸気流速ＶＶに応じたタンブル流動推定中心位置ＣＴの特性が予め記憶されている。そして、入力される吸気流速ＶＶに対応するタンブル流動推定中心位置ＣＴを読み出して出力する。
【００３７】
次に、中心位置補正手段２８は、後述する筒内流動変化補正手段３０に於いて補正を行う基本点火時期ＳＡｂから、予め設定されたクランク角に応じて一意に決定する中心位置補正量ＣＨの特性を用いて演算される中心位置補正量ＣＨをタンブル流動中心位置推定手段２７から出力されたタンブル流動中心位置ＣＴに乗算することにより補正してタンブル流動中心位置ＣＴを更新する。中心位置補正手段２８に於ける処理の詳細については後述する。
【００３８】
筒内流動判定手段２９は、タンブル流動中心位置推定手段２７から出力されたタンブル流動推定中心位置ＣＴと予め設定してあるキャビティ中心位置ＣＣとの差に基づいて演算し、その差が予め設定してある判定値ＣｄＴよりも大きい場合には、キャビティ４に沿わないタンブル流動を形成すると判定されて、後述する筒内流動変化補正手段３０による制御を実行する。筒内流動判定手段２９に於ける処理の詳細については後述する。
【００３９】
筒内流動変化補正手段３０は、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値をエンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂとに基づいて演算される基本点火時期ＳＡｂから減算して補正を施す。筒内流動変化補正手段３０に於ける処理の詳細については後述する。
【００４０】
次に、前述のように構成されたこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於いて、タンブル流動が制御され、吸気流速を演算し、タンブル流動中心位置を推定し、タンブル流動推定中心位置を補正し、点火時期を補正する一連の動作について説明する。
【００４１】
先ず、タンブル流動が制御され、吸気流速を演算する動作について説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於けるＥＣＵのタンブル流動制御手段、及び吸気流速演算手段の動作を示すフローチャートである。尚、このフローチャートによる動作は、ＥＣＵ２４に於いてメインルーチンが所定時間周期で実行される中でサブルーチンとして実行される。又、この実施の形態１に於いては、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されるが、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ても良い。
【００４２】
図４に於いて、先ず、ステップＳ１０１に於いて、タンブル流動制御条件が成立しているか否かを判定する。タンブル流動制御条件は、例えばエンジン回転数ＮＥが予め設定された所定値以下であり、スロットル開度が予め設定された所定値以下であり、且つ水温ＴＷが予め設定された所定値以下である場合に条件が成立するものである。
【００４３】
ステップＳ１０１に於いてタンブル流動制御条件が成立していないと判定された場合（Ｎ）、ステップＳ１０２に進んで初期化処理が実行される。ステップＳ１０２での初期化処理は、吸気流速ＶＶ、タンブル流動推定中心位置ＣＴ、中心位置補正量ＣＨ、キャビティ４の中心位置ＣＣからのタンブル流動の中心位置ＣＴのずれであるタンブル流動中心ずれＣｄに、夫々「０」を入力することによる行われる。ステップＳ１０２の初期化処理が終了すると、そのまま何もせずにリターンしてメインルーチンに戻る。
【００４４】
次に、ステップＳ１０１に於いて、タンブル流動制御条件が成立していると判定された場合（Ｙ）、ステップＳ１０３に進んでタンブル流動制御が実行される。ステップＳ１０３によるタンブル流動制御は、タンブル流動を形成しタンブル流動の強さを制御するものであり、例えば次に示す式（１）により、エンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂの値により予め設定されたマップを参照して更新されるタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶに応じて、タンブル流動制御バルブ１８を開閉制御することにより行なわれる。
ＴＣＶ＝ｍａｐ（ＮＥ，Ｐｂ）・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１）
このステップＳ１０３が、タンブル流動制御手段２５に相当する。
【００４５】
ここで、この実施の形態１に於いては、エンジン運転状態に応じてタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶを変化させることのみでタンブル流動の強さを制御しているが、これに限ったものではない。即ち、タンブル流動制御バルブ１８が開弁している間、例えばエンジン回転数、吸気バルブ１１の位相（開弁タイミング）、及び吸気バルブ１１の最大リフト量の変化によってもタンブル流動の強さが変化することから、タンブル流動の制御は、エンジン回転数ＮＥ、後述する吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴ、及び後述する吸気バルブリフト量ＩＮＴＬのうちの少なくとも何れか一つと、タンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶとを組み合わせて、タンブル流動を制御するようにしても良い。
【００４６】
次に、ステップＳ１０４に於いて、吸気バルブ１１が開弁中であるか閉弁中であるかを判定する。例えば、後述する吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴ、及び後述する吸気バルブリフト量のプロフィールより、吸気バルブ１１が開弁するクランク角及び閉弁するクランク角を演算し、現在のクランク角が、吸気バルブ１１が開弁するクランク角以降であり且つ閉弁するクランク角よりも前であれば吸気バルブが開弁中であると判定する。
【００４７】
ステップＳ１０４に於ける判定の結果、吸気バルブ１１が閉弁中であれば（Ｎ）、そのまま何もせずにリターンしてメインルーチンに戻る。ステップＳ１０４に於いて、吸気バルブ１１が開弁中であると判定すれば（Ｙ）、吸気バルブ１１に於いて空気が通過しているため、ステップＳ１０５に於いて吸気バルブ１１を通過する流速を表す吸気流速ＶＶを演算する。
【００４８】
吸気流速ＶＶは、次に示す式（２）により、タンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶ、吸入空気量Ｑａ、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬ、及び吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴより予め設定されたマップを参照した値、及び予め設定してある重み付け係数ＫＶを乗算して演算される。
ＶＶ＝ＴＣＶ×Ｑａ×ｍａｐ（ＩＮＴＬ，ＩＮＴＴ）×ＫＶ・・・・・式（２）
このステップＳ１０５が、吸気流速演算手段２６に相当する。
【００４９】
ここで、吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴは、吸気バルブ１１の開弁動作の位相を制御するパラメータであり、例えばエンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂからマップを参照して更新され、吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴに応じて吸気カム１３の位相を変化させて制御される。又、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬは、例えば予め記憶している吸気バルブリフト量のプロフィール（マップ）に対して吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴを与え、現在のクランク角に於ける吸気バルブリフト量を参照するようにして演算される。但し、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬの演算方法はこれに限ったものではなく、吸気バルブ１１の開口面積を演算して吸気バルブリフト量を演算することや、吸気バルブ１１に取り付けて吸気バルブ１１のリフト量を検出するセンサの出力値により演算すること等でも求めることができる。
【００５０】
又、吸入空気量Ｑａは、次に示す式（３）により、エンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂを乗算することによって演算される。
Ｑａ＝ＮＥ×Ｐｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（３）
このステップＳ１０５が、吸気流速演算手段２６に相当する。
【００５１】
尚、吸入空気量Ｑａは式（３）のように演算されるものに限らず、例えば吸気マニホールド９を通過する空気量を検出するセンサの出力値を用いて演算しても良い。
【００５２】
又、この実施の形態１に於いては、タンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶ、吸気バルブリフト量ＩＮＴＬ、吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴ、及びエンジン回転数ＮＥに基づいて吸気流速ＶＶを演算しているが、これに限ったものではない。即ち、吸気バルブ１１の近傍に設置してその領域を通過する流速を検出するセンサの出力値や、吸気バルブ１１を通過する前後の圧力差等によって、吸気流速ＶＶが得られるようにしても良い。
【００５３】
次にステップＳ１０６に於いて、タンブル流動中心位置推定ルーチンを実行する。図５は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置のＥＣＵのタンブル流動中心位置推定手段、中心位置補正手段、筒内流動判定手段、筒内流動変化補正手段の動作を示すフローチャートであって、図４に於けるステップＳ１０６の処理内容の詳細である。次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、タンブル流動中心位置を推定し、タンブル流動推定中心位置を補正し、点火時期を補正する動作について説明する。
【００５４】
図５に於いて、先ず、ステップＳ２０１に於いて、現在のクランク角が、後述するタンブル流動推定中心位置ＣＴを演算するための予め設定された所定のタイミングとなるクランク角であるかどうかを判定する。この実施の形態１に於いては、予め設定された所定のタイミングは、吸気バルブ１１のリフト量が最大（ピーク）となるタイミング（バルブ開口面積が最大となるタイミング）としており、予め設定された所定のタイミングとなるクランク角は、予め記憶している吸気バルブリフト量のプロフィール（マップ）に対して吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴを与えることで、吸気バルブリフト量が最大値となるクランク角として求められる。
【００５５】
ここで、この実施の形態１に於いては、予め設定された所定のタイミングを吸気バルブ１１のリフト量が最大となるタイミングとしているが、これに限ったものではなく、例えば吸気バルブ１１の開弁途中における吸気流速が最大となる近傍のタイミングとしても良い。吸気流速が最大となる吸気バルブのリフト量を予め記憶しておくことで、吸気流速が最大となる吸気バルブのリフト量、予め記憶している吸気バルブリフト量のプロフィール（マップ）、及び吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴから、予め設定された所定のタイミングとなるクランク角を検出できる。但し、吸気バルブ１１が早開けや遅閉じなどに制御されている場合に発生するシリンダ２から吸気マニホールド９へ空気が戻る吹き戻し（吸気流速ＶＶが負の値）の期間や、吸気流速ＶＶが急速に増減しているタイミング等は予め設定される所定のタイミングとしない。
【００５６】
ステップＳ２０１に於ける判定の結果、吸気バルブ１１のリフト量が最大となるタイミングでない場合（Ｎ）には、そのまま何もせずリターンしてメインルーチンとしての図４に示すタンブル流動制御ルーチンに戻る。一方、ステップＳ２０１に於ける判定の結果、吸気バルブ１１のリフト量が最大となるタイミングである場合（Ｙ）には、ステップＳ２０２に進み、タンブル流動推定中心位置ＣＴを演算する。
【００５７】
図６は、この発明の実施の形態１及び後述する実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於ける吸気流速とタンブル流動推定中心位置の特性を示すマップである。ステップＳ２０２にて演算するタンブル流動推定中心位置ＣＴは、前述の図３に示した現象に基づいて予め設定された図６に示すような吸気流速ＶＶに応じたタンブル流動推定中心位置特性マップを参照して、次に示す式（４）により演算される。
ＣＴ＝ｍａｐ（ＶＶ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（４）
このステップＳ２０２が、タンブル流動中心位置推定手段２７に相当する。
【００５８】
図６に示すマップは、吸気流速ＶＶが低い場合にはタンブル流動の中心位置ＣＴはキャビティ中心位置ＣＣと同じ値となるが、吸気流速ＶＶが高くなるとタンブル流動の中心位置ＣＴは排気側に移動し、更に吸気流速ＶＶが高くなるとタンブル流動の中心位置ＣＴは除々にキャビティ中心位置ＣＣの方向に移動する特性となっている。図７は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於けるタンブル流動推定中心位置、キャビティ中心位置、及びタンブル流動中心ずれの関係を示す説明図である。図７に示すように、タンブル流動推定中心位置ＣＴ及びキャビティ中心位置ＣＣは、シリンダ２に対する横方向の位置を表している。尚、キャビティ中心位置ＣＣは、同一キャビティ形状である限り固定の値である。
【００５９】
次に、図５のステップＳ２０３に於いて、中心位置補正量ＣＨを演算する。中心位置補正量ＣＨは、ステップＳ２０２で演算されたタンブル流動推定中心位置ＣＴを補正して更新するものである。即ち、後述する筒内流動変化補正手段３０に於いてタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて補正する点火時期は、吸気バルブが閉弁している間に実行される点火制御のパラメータであることから、吸気バルブ１１が開弁している間にタンブル流動中心位置が若干移動することを鑑みて、タンブル流動推定中心位置ＣＴを補正して更新する。
【００６０】
ここで、吸気バルブ１１が閉弁している間のタンブル流動の中心位置について説明する。吸気行程の終了時（吸気バルブ１１が閉弁される近傍のタイミング）にはピストン３は下死点ＢＤＣ（Bottom Dead Center）となっており、次の圧縮行程に於いてピストン３は上死点ＴＤＣ（Top Dead Center）へと移動する。その間、燃焼室５の容積は減少し、吸気バルブ１１の開弁時に形成されたタンブル流動はピストン３に押し潰される。ここで、排気側に位置してキャビティ４に沿わないタンブル流動が押し潰されると、タンブル流動の中心位置はより排気側へ移動する傾向がある。又、圧縮行程が終了し、燃焼行程でピストン３がＴＤＣからＢＤＣへ移動する間、燃焼室５の容積は増加し、排気側に位置してキャビティ４に沿わないタンブル流動はピストン３による押し潰しから開放されて、タンブル流動の中心位置はキャビティ４の中心位置へ向けて移動する傾向がある。
【００６１】
このことを鑑みて、タンブル流動推定中心位置ＣＴを補正して更新する。即ち、次に示す式（５）のように基本点火時期ＳＡｂから予め設定された特性マップを用いて中心位置補正量ＣＨを演算し、中心位置補正量ＣＨを補正前のタンブル流動推定中心位置ＣＴに乗算してタンブル流動推定中心位置ＣＴを更新する。図８は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於けるクランク角と中心位置補正量の特性を示すマップである。
ＣＨ＝ｍａｐ（ＳＡｂ）・・・・・・・・・・・・・・・式（５）
ＣＴ←ＣＴ×ＣＨ
このステップＳ２０３が中心位置補正手段２８に相当する。
【００６２】
尚、この実施の形態１では、中心位置補正量ＣＨをタンブル流動中心位置ＣＴに乗算して補正しているが、これに限ったものではなく、中心位置補正量ＣＨをタンブル流動中心位置ＣＴに加算して補正するようにしても良い。
【００６３】
次に、ステップＳ２０４に於いて、次に示す式（６）により、ステップＳ２０３により補正されて更新されたタンブル流動中心位置ＣＴからキャビティ中心位置ＣＣを減算してタンブル流動中心ずれＣｄを演算する。
Ｃｄ＝ＣＴ−ＣＣ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（６）
ここで、タンブル流動中心ずれＣｄは、図７に示すように、タンブル流動中心位置ＣＴがキャビティ中心位置ＣＣに対してどれだけシリンダ２の横方向へ移動しているかを表している。タンブル流動中心ずれＣｄが正の値であれば、キャビティ中心位置ＣＣよりも排気側へタンブル流動の中心位置が移動していることを示し、負の値であればキャビティ中心位置ＣＣよりも吸気側へタンブル流動の中心位置が移動していることを示す。
【００６４】
更に、図５のステップＳ２０５に於いて、タンブル流動中心ずれＣｄが予め設定された判定値ＣｄＴ以上であるか否かを判定する。判定値ＣｄＴは、キャビティ４に沿わないタンブル流動となるときのタンブル流動中心位置として予め設定されている。
【００６５】
ステップＳ２０５に於いて、タンブル流動中心ずれＣｄが判定値ＣｄＴ以上でないと判定された場合（Ｎ）には、そのまま何もせずに図４に示すタンブル流動制御ルーチンであるメインルーチンに戻る。ステップＳ２０５に於いて、タンブル流動中心ずれＣｄが判定値ＣｄＴ以上であると判定された場合（Ｙ）には、ステップＳ２０６に進み、点火時期の補正を行う。
これらステップＳ２０４及びステップＳ２０５が、筒内流動判定手段２９に相当する。
【００６６】
ステップＳ２０６に於いて、タンブル流動中心位置ＣＴに応じて基本点火時期ＳＡｂを補正して点火時期ＳＡを演算する。点火時期ＳＡは、次に示す式（７）により、タンブル流動中心位置ＣＴが大きい程（排気側に位置している程）進角するように補正される。
ＳＡ＝ＳＡｂ−ＣＴ×ＫＩＧＮ・・・・・・・・・式（７）
尚、ＫＩＧＮは、点火時期補正用重み付け係数であり、タンブル流動中心位置ＣＴの変化量に対する点火時期変化量として「０」よりも大きい値が予め設定されている。
このステップＳ２０６が筒内流動変化補正手段３０に相当する。
【００６７】
ここで、タンブル流動中心位置が移動した際の点火時期の補正方向について説明する。一般にエアガイド式の燃料噴射手法で、且つ成層燃焼モードでは、圧縮行程で噴射される燃料を点火プラグ１６の近傍にのみ拡散させて成層混合気を形成し、成層混合気が点火プラグ１６の近傍に位置したときに点火を行うよう、燃料制御及び点火制御を行う必要がある。
【００６８】
タンブル流動の中心位置がキャビティ４の中心位置に一致する場合、圧縮行程で噴射される燃料噴霧は、タンブル流動のキャビティ４からシリンダ２上部への流動と正面衝突することで流動の勢いが低下し、除々に点火プラグ１６の近傍に拡散して成層混合気が形成される。
【００６９】
一方、タンブル流動の中心位置がキャビティ４の中心位置よりも排気側にずれている場合、圧縮行程で噴射される燃料噴霧は、排気側に位置したタンブル流動のピストン３の傾斜からシリンダ２上部へ流れる流動と正面衝突せず、流動によって噴霧がシリンダ２上部へと撒きあがるため、点火プラグ１６の近傍に拡散して成層混合気が形成されるタイミングが早まる。従って、タンブル流動中心位置が排気側に位置する程、点火時期を進角方向に補正をする必要がある。
【００７０】
図５に於けるステップＳ２０６が終了すれば、図４に示すタンブル流動制御ルーチンであるメインルーチンに戻る。
【００７１】
尚、この実施の形態１では、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値を基本点火時期ＳＡｂに減算して補正を施しているが、これに限ったものではなく、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値を基本点火時期ＳＡｂに乗算して補正を施すようにしても良い。
【００７２】
又、この実施の形態１では、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて点火時期を補正したが、これに限らず、燃料制御及び点火制御に関するパラメータである点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧（噴霧ペネトレーション）、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか一つを補正するようにしても良い。
【００７３】
ここで、圧縮行程で噴射されている燃料制御に関する燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか一つを補正する場合、タンブル流動中心位置推定手段２７、中心位置補正手段２８、筒内流動判定手段２９に於けるタンブル流動推定中心位置（燃料用）ＣＴＦ、中心位置補正量ＣＨＦ、補正後のタンブル流動推定中心位置（燃料用）ＣＴＦ、タンブル流動中心ずれＣｄＦは、夫々次に示す式（８）から式（１１）により演算され、点火時期を補正する場合のパラメータとは別に記憶する。これは、燃料が噴射されるタイミングに於けるタンブル流動中心位置と点火が実行されるタイミングに於けるタンブル流動中心位置が異なることから、点火時期とは異なったタンブル流動推定中心位置によって燃料制御を補正する必要があるからである。
ＣＴＦ＝ｍａｐ（ＶＶ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（８）
ＣＨＦ＝ｍａｐ（ＴＩＮＪｂ）・・・・・・・・・・・・・・・・式（９）
ＣＴＦ←ＣＴＦ×ＣＨＦ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１０）
ＣｄＦ＝ＣＴＦ−ＣＣ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１１）
【００７４】
更に、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか一つを補正する場合に於いて、燃料噴射時期ＴＩＮＪ、燃料噴射量ＭＩＮＪ、燃料噴射回数ＮＩＮＪ、燃圧ＰＩＮＪ、及び燃料噴射方向ＤＩＮＪは、筒内流動変化補正手段３０に於いて、夫々次に示す式（１２）から式（１６）により演算される。
ＴＩＮＪ＝ＴＩＮＪｂ＋ＣＴＦ×ＫＩＮＪ ・・・・・・・・・・・式（１２）
ＭＩＮＪ＝ＭＩＮＪｂ−ＣＴＦ×ＫＩＮＪＭ ・・・・・・・・・・式（１３）
ＮＩＮＪ＝ＮＩＮＪｂ−ＣＴＦ×ＫＩＮＪＮ ・・・・・・・・・・式（１４）
ＰＩＮＪ＝ＰＩＮＪｂ−ＣＴＦ×ＫＩＮＪＰ ・・・・・・・・・・式（１５）
ＤＩＮＪ＝ＤＩＮＪｂ−ＣＴＦ×ＫＩＮＪＤ ・・・・・・・・・・式（１６）
ここで、ＴＩＮＪｂ、ＭＩＮＪｂ、ＮＩＮＪｂ、ＰＩＮＪｂ、ＤＩＮＪｂは、夫々、エンジン回転数やブースト圧等のエンジン運転状態から得られる基本値であり、ＫＩＮＪ、ＫＩＮＪＭ、ＫＩＮＪＮ、ＫＩＮＪＰ、ＫＩＮＪＤは、夫々のパラメータに対する重み付け係数である。
【００７５】
式（１２）から式（１６）に於いて、タンブル流動推定中心位置（燃料用）ＣＴＦが大きくなる（排気側に位置している）程、燃料噴射時期は遅角側に、燃料噴射量は減少側に、燃料噴射回数は減少側に、燃圧は減少側に、燃料噴射方向は下方向に、夫々補正されることとなる。
【００７６】
以上説明したこの発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於いて、タンブル流動制御時に吸気流速を演算し、吸気流速に応じたタンブル流動中心位置を推定し、タンブル流動推定中心位置に基づいて点火時期を補正するように実行した実施例を図９のタイミングチャートを用いて説明する。図９は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置に於けるタンブル流動が制御されたときのタンブル流動推定中心位置及び推定中心位置に応じた点火時期補正の挙動を示すタイミングチャート図であり、（ａ）は吸気バルブリフト量、（ｂ）はタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶ、（ｃ）は吸気流速Ｖｖ、（ｄ）はタンブル流動推定中心位置ＣＴ、（ｅ）はタンブル流動中心ずれ、（ｆ）は点火時期ＳＡ、を夫々示している。尚、図９は、その説明を簡略化するために、一つのシリンダ２、即ち単気筒で動作している場合を示している。
【００７７】
図９に於いて、先ず、最初の時点に於いてはタンブル流動制御が成立していなく、（ｂ）のタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが最大値となっており、（ｃ）の吸気流速ＶＶ、（ｄ）のタンブル流動推定中心位置ＣＴ、（ｅ）のタンブル流動中心ずれＣｄは、夫々初期値の「０」となっている。
【００７８】
次に、あるタイミングでタンブル流動制御が成立し、（ｂ）のタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが最大値から開度（１）に小さくなると、（ｃ）の吸気流速ＶＶが吸気バルブ１１の開弁中、即ち現在のクランク角が、吸気バルブ開弁タイミングＩＮＴＴ及び吸気バルブリフト量のプロフィールより得られる、吸気バルブ１１が開弁するクランク角から閉弁するクランク角の間にある間、に演算される。
【００７９】
次に、（ａ）の吸気バルブ１１のリフト量が最大となるタイミングｔ１に於いて、（ｃ）の吸気流速ＶＶに応じて（ｄ）のタンブル流動推定中心位置ＣＴが演算される。同時に、最終的に補正される点火時期は吸気バルブが閉弁している間に行われることから、（ｄ）のタンブル流動推定中心位置ＣＴを基本点火時期ＳＡｂに応じた値で補正して、補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴが演算される。補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴとキャビティ中心位置ＣＣとの差である（ｅ）のタンブル流動中心ずれＣｄは、（ｅ）に破線で示す予め設定された判定値ＣｄＴよりも小さいため、基本点火時期ＳＡｂは補正されずにそのまま（ｆ）の点火時期ＳＡとなる。この点火時期ＳＡに基づいて点火が実行される。
【００８０】
次に、別のあるタイミングで（ｂ）のタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが更に減少して開度（２）となった場合、吸気バルブ１１の開弁中に演算される吸気流速ＶＶが開度（１）のときよりも（ｃ）に示すように増加し、タンブル流動が強まったことが表される。吸気バルブ１１のリフト量が最大となるタイミングｔ２に於いて、吸気流速ＶＶに応じてタンブル流動推定中心位置ＣＴが演算され、タンブル流動推定中心位置ＣＴを基本点火時期ＳＡｂに応じた値で補正して、（ｄ）に示す補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴが演算される。
【００８１】
補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴから演算されるタンブル流動中心ずれＣｄは、（ｅ）に示すように予め設定された判定値ＣｄＴよりも大きいため、補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて基本点火時期ＳＡｂを補正して点火時期ＳＡが（ｆ）に示すように進角され、点火時期ＳＡに基づいて点火が実行される。
【００８２】
更に、タンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが開度（３）に減少された場合、（ｃ）の吸気流速ＶＶが更に増加する。しかし、開度（３）に於いては吸気流速ＶＶが非常に高いため、（ａ）の吸気バルブリフト量が最大となるタイミングｔ３で演算されるタンブル流動推定中心位置ＣＴは、前回のタイミングｔ２以降ｔ３までのタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶに於けるタンブル流動推定中心位置ＣＴよりも若干小さい値となり、タンブル流動の中心位置は排気側からキャビティ４へ近づく。しかし、補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴから演算されるタンブル流動中心ずれＣｄは、（ｅ）に示すようにまだ判定値ＣｄＴよりも大きいため、補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて基本点火時期ＳＡｂを補正して点火時期ＳＡが進角されて点火が実行される。
【００８３】
以上述べたように、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によれば、タンブル流動が制御されている場合に、吸気バルブを通過する吸気流速に基づいて横方向に移動するタンブル流動の中心位置を推定することで、タンブル流動形成状態を検出することができる。加えて、吸気バルブが開弁している所定のタイミングでタンブル流動の中心位置を推定することで、演算処理の負荷を軽減できる。
【００８４】
又、タンブル流動中心位置を推定することで、タンブル流動中心位置に応じて燃料制御及び点火制御に関するパラメータを補正することが可能となり、タンブル流動形成状態が変化してタンブル流動中心位置が変化してもエンジンの燃焼状態を悪化させず、排ガス、燃費、およびドラビリを向上することができる。
【００８５】
又、吸気バルブ閉弁中のピストン移動によるタンブル流動の押し潰しによって、タンブル流動の中心位置が移動するため、点火時期又は燃料噴射時期に応じてタンブル流動中心位置を補正することで、吸気バルブが閉弁しているときのタンブル流動中心位置の推定精度を向上することができる。更に、精度が向上したタンブル流動中心位置に応じて燃料制御及び点火制御に関するパラメータを補正することが可能となり、吸気バルブが閉弁しているときに実行される燃料制御および点火制御に対する補正の精度を向上することができる。
【００８６】
更に、タンブル流動推定中心位置が所定量ずれており、タンブル流動がキャビティに沿わない流動となるときのみに燃料制御及び点火制御に関するパラメータの補正を行うことで、燃料制御および点火制御に対する補正の精度を向上することができる。
【００８７】
実施の形態２．
前述の実施の形態１による内何機関の制御装置に於いては、エンジンが成層燃焼モードで運転されていたが、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置では、エンジンが燃焼室５内全体に均質な混合気を形成して点火を行うモードである均質燃焼モードで運転されている。
【００８８】
以下、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置について、燃料は吸気行程で噴射されている運転状態にあり、均質燃焼モード運転時に於いて、吸気バルブ１１が開弁している間にタンブル流動中心位置を推定し、吸気バルブ１１が開弁している間に実行される燃料制御に関するパラメータの一つである燃料噴射時期と、吸気バルブ１１が閉弁している間に実行される点火制御に関するパラメータの一つである点火時期とを組み合わせて、タンブル流動推定中心位置に応じて夫々補正する場合について説明する。
【００８９】
図１０は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図である。図１０に示す制御装置を構成するタンブル流動制御手段２５、吸気流速演算手段２６、タンブル流動中心位置推定手段２７、中心位置補正手段２８、筒内流動判定手段２９、及び筒内流動変化補正手段３０は、エンジン制御用電子コントロールユニット（ＥＣＵ）のメモリに記憶されたソフトウェアにより構成されている。尚、内燃機関の制御装置を含むシステム全体を示す構成図は、前述の実施の形態１に於ける図２と同様である。又、図１０に示すタンブル流動制御手段２５、吸気流速演算手段２６、中心位置補正手段２８、筒内流動判定手段２９は、夫々、実施の形態１に於ける図１に示すタンブル流動制御手段２５、吸気流速演算手段２６、中心位置補正手段２８、筒内流動判定手段２９と同様である。
【００９０】
図１０に於いて、タンブル流動中心位置推定手段２７は、吸気バルブ１１が開弁している間、吸気流速ＶＶに応じて予め設定されて一意に決定するタンブル流動推定中心位置ＣＴの特性を用いてタンブル流動推定中心位置ＣＴを逐次演算する。
【００９１】
筒内流動変化補正手段３０は、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値をエンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂとに基づいて演算される基本点火時期ＳＡｂに加算して補正を施す。更に、タンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値をエンジン回転数ＮＥとブースト圧Ｐｂとに基づいて演算される基本燃料噴射時期ＴＩＮＪｂから減算して補正を施す。尚、図１０に示す構成の動作の詳細については後述する。
【００９２】
以下、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の動作について詳細に説明する。図１１は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於けるＥＣＵのタンブル流動中心位置推定手段、中心位置補正手段、筒内流動判定手段、筒内流動変化補正手段の動作を示すフローチャートである。図１１に示すフローチャートは、実施の形態１に於ける図５のフローチャートに替わるものである。尚、実施の形態１に於ける動作と同様の動作については、説明を省略する。
【００９３】
前述の図４のステップＳ１０１での判定の結果、タンブル流動制御条件中であり（Ｙ）、且つステップＳ１０４に於いて吸気バルブ１１が開弁中であると判定されて（Ｙ）、ステップＳ１０５にて吸気流速ＶＶが演算されると、図１１のタンブル流動中心位置推定ルーチンが開始される。
【００９４】
図１１に於いて、先ず、ステップＳ３０１に於いて、吸気バルブ１１が開弁中である間に逐次、前述の図６の特性マップを用いてタンブル流動推定中心位置ＣＴを、次に示す式（１７）により演算する。
ＣＴ＝ｍａｐ（ｍａｘ（ＶＶ，０））・・・・・・・・・・・・・式（１７）
ここで、吸気バルブ１１が早開けや遅閉じなどに制御されている場合に発生するシリンダ２から吸気マニホールド９へ空気が戻る吹き戻し（吸気流速ＶＶが負の値）の期間は、吸気流速ＶＶが「０」のときのタンブル流動推定中心位置ＣＴとするよう、吸気流速ＶＶと「０」との最大値を取ってタンブル流動推定中心位置ＣＴを演算している。
このステップＳ３０１がタンブル流動中心位置推定手段２７に相当する。
【００９５】
尚、実施の形態１の場合、点火時期と燃料噴射時期等、点火制御と燃料制御を組み合わせて補正する場合に於いては、点火制御用のタンブル流動推定中心位置と、燃料制御用のタンブル流動推定中心位置とを夫々個別に推定しなければならなかったが、この実施の形態２に於いては、逐次タンブル流動中心位置を推定しており、吸気バルブが開弁している間に実行される燃料噴射に関するパラメータに対してのタンブル流動推定中心位置の補正が必要ないことから、点火制御用及び燃料制御用のタンブル流動推定中心位置を夫々個別に推定にする必要はない。
【００９６】
筒内流動変化補正手段３０に於いて、吸気弁１１が開弁している間に燃料噴射が実行されるときの燃料噴射時期を補正することから、中心位置補正手段２８によるタンブル流動中心位置ＣＴに対する補正は必要なく、そのままのタンブル流動推定中心位置ＣＴを用いて、ステップＳ３０２により前述の式（６）によりタンブル流動中心位置ＣＴにキャビティ中心位置ＣＣを減算してタンブル流動中心ずれＣｄを演算する。
【００９７】
次に、ステップＳ３０３に於いて、タンブル流動中心ずれＣｄが予め設定された判定値ＣｄＴ以上であるか否かを判定し、判定値ＣｄＴ以上でないと判定された場合（Ｎ）には、そのまま何もせずに、ステップＳ３０６へ進む。ステップＳ３０３に於いて判定値ＣｄＴ以上であると判定された場合（Ｙ）には、更にステップＳ３０４に於いて吸気バルブ１１が開弁してから燃料噴射が未実行か実行後かを判定し、燃料噴射が実行後であると判定された場合（Ｎ）、次の吸気バルブ１１の開弁時まで燃料噴射時期を補正して更新する必要ないため、そのまま何もせずにステップＳ３０６へ進む。
【００９８】
ステップＳ３０４に於いて、燃料噴射が未実行であると判定された場合（Ｙ）は、ステップＳ３０５に進んで燃料噴射時期の補正を行う。即ち、ステップＳ３０５に於いて、タンブル流動中心位置ＣＴに応じて基本燃料噴射時期ＴＩＮＪｂを補正して燃料噴射時期ＴＩＮＪを演算する。燃料噴射時期ＴＩＮＪは、次に示す式（１８）によりタンブル流動中心位置ＣＴが大きい程（排気側に位置している程）進角するように補正される。
ＴＩＮＪ＝ＴＩＮＪｂ−ＣＴ×ＫＩＮＪ・・・・・・・・・・・・式（１８）
尚、ＫＩＮＪは燃料噴射時期補正用重み付け係数であり、タンブル流動中心位置ＣＴの変化量に対する燃料噴射時期変化量として０よりも大きい値が予め設定されている。
【００９９】
又、この実施の形態２のように燃料噴射時期と点火時期等、複数の燃料制御及び点火制御に関するパラメータに対してタンブル流動中心位置ＣＴに基づいて補正するときには、点火時期補正用重み付け係数ＫＩＧＮ及び燃料噴射時期補正用重み付け係数ＫＩＮＪを夫々小さな値に設定している。燃料制御及び点火制御は相互の制御状態に影響して混合気の燃焼状態が変化することから、仮に燃料噴射時期のみを補正するときに設定される大きな値の燃料噴射時期補正用重み付け係数ＫＩＮＪを用いると、燃料噴射時期は大きな値で補正されて混合気の燃焼状態を向上させるが、点火時期の補正は過剰な補正を施すこととなり、逆に混合気の燃焼状態を悪化させてしまう可能性がある。従って、燃料噴射時期と点火時期等、複数のパラメータを補正する場合には、夫々の重み付け係数を小さく設定し、夫々に対し小さな補正量を施すことで混合気の燃焼状態を向上することができる。
【０１００】
ここで、この実施の形態２に於ける燃料噴射時期の補正方向について説明する。この実施の形態２の均質燃焼モード実行時に於いては、吸気行程中に燃料を噴射して、燃焼室５内全体に均質な混合気を形成して、点火プラグ１６で点火を行うよう、燃料制御及び点火制御を行う必要がある。
【０１０１】
タンブル流動の中心位置がキャビティ４の中心位置と同じである場合、吸気行程で噴射される燃料噴霧は、タンブル流動によってキャビティ４の中心近傍から吸気側及び排気側にある程度バランスよく拡散して均質混合気が形成される。
【０１０２】
一方、タンブル流動の中心位置がキャビティ４の中心位置よりも排気側にある場合、吸気行程で噴射される燃料噴霧は、タンブル流動によって排気側への拡散は早いものの、吸気側への拡散が遅くなってしまい、燃焼室５に均質な混合気が形成されるまでの期間が長くなる。従って、タンブル流動中心位置が排気側に位置する程、燃料噴射時期を進角方向に補正を行い、早いタイミングで燃料噴射を実行する必要がある。
【０１０３】
ステップＳ３０６以降は、吸気バルブ１１が閉弁している間に実行される制御パラメータの点火時期をタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて補正する動作である。ここで、図１１のステップＳ３０６、ステップＳ３０７からステップＳ３０９は、図５のステップＳ２０１、ステップＳ２０３からステップＳ２０５と同様の動作である。
【０１０４】
次に、ステップＳ３１０に於いて、吸気バルブ開弁時の所定のタイミングであるバルブリフト量最大タイミングでのタンブル流動中心位置ＣＴに対し中心位置補正量ＣＨで更新したタンブル流動中心位置ＣＴを用いて点火時期を補正する。ここで、この実施の形態２に於ける点火時期の補正方向は、前述の均質燃焼モードの燃料噴射時期補正方向の説明で述べた通り、タンブル流動の中心位置がキャビティ４の中心位置よりも排気側にある場合、燃焼室５に均質な混合気が形成されるまでの期間が長くなるため、点火時期を遅角方向に補正をする必要がある。
【０１０５】
従って、ステップＳ３１０に於いて、次に示す式（１９）により基本点火時期ＳＡｂを補正して点火時期ＳＡを演算する。
ＳＡ＝ＳＡｂ＋ＣＴ×ＫＩＧＮ・・・・・・・・式（１９）
前述のように、燃料噴射時期と点火時期との複数の燃料制御及び点火制御に関するパラメータに対してタンブル流動中心位置ＣＴに応じて補正する時等は、点火時期のみを補正する場合の点火時期補正用重み付け係数ＫＩＧＮよりも小さな値としている。
尚、ステップＳ３０５及びステップＳ３１０が筒内流動変化補正手段３０に相当する。
【０１０６】
ステップＳ３１０が終了すれば、図４のタンブル流動制御ルーチンであるメインルーチンに戻る。
【０１０７】
尚、この実施の形態２では、タンブル流動推定中心位置ＣＴに基づいて燃料噴射時期と点火時期を組み合わせて補正したが、これに限らず、燃料制御及び点火制御に関するパラメータである点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧（噴霧ペネトレーション）、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか一つを補正するようにしても良い。
【０１０８】
ここで、吸気行程で噴射されているときの燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか一つを補正する場合において、燃料噴射量ＭＩＮＪ、燃料噴射回数ＮＩＮＪ、燃圧ＰＩＮＪ、及び燃料噴射方向ＤＩＮＪは、筒内流動変化補正手段３０に於いて夫々次に示す式（２０）乃至式（２３）により演算される。
ＭＩＮＪ＝ＭＩＮＪｂ＋ＣＴ×ＫＩＮＪＭ・・・・・・・・・・・式（２０）
ＮＩＮＪ＝ＮＩＮＪｂ＋ＣＴ×ＫＩＮＪＮ・・・・・・・・・・・式（２１）
ＰＩＮＪ＝ＰＩＮＪｂ＋ＣＴ×ＫＩＮＪＰ・・・・・・・・・・・式（２２）
ＤＩＮＪ＝ＤＩＮＪｂ＋ＣＴ×ＫＩＮＪＤ・・・・・・・・・・・式（２３）
【０１０９】
ここで、ＭＩＮＪｂ、ＮＩＮＪｂ、ＰＩＮＪｂ、ＤＩＮＪｂは、夫々エンジン回転数やブースト圧等のエンジン運転状態から得られる燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向の基本値であり、ＫＩＮＪＭ、ＫＩＮＪＮ、ＫＩＮＪＰ、ＫＩＮＪＤは、夫々のパラメータに対する重み付け係数である。式（２０）乃至式（２３）に於いて、タンブル流動推定中心位置ＣＴが大きくなる程、つまり排気側に位置している程、燃料噴射量ＭＩＮＪは増加、燃料噴射回数ＮＩＮＪは増加、燃圧ＰＩＮＪは増加、燃料噴射方向ＤＩＮＪは上方向に補正されることとなる。
【０１１０】
次に、以上説明したこの発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の均質燃焼モードに於いて、タンブル流動制御時に吸気流速を演算し、吸気流速に基づいてタンブル流動中心位置を推定し、タンブル流動推定中心位置に基づいて燃料噴射時期及び点火時期を補正する実施例を、タイミングチャートを用いて説明する。
【０１１１】
図１２は、この発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置に於ける均質燃焼モード時にタンブル流動が制御されたときのタンブル流動推定中心位置及び推定中心位置に応じた燃料噴射時期補正及び点火時期補正の挙動を示すタイミングチャート図であり、（ａ）は吸気バルブリフト量、（ｂ）はタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶ、（ｃ）は吸気流速Ｖｖ、（ｄ）はタンブル流動推定中心位置ＣＴ、（ｅ）はタンブル流動中心ずれＣｄ、（ｆ）は噴射時期ＴＩＮＪ、（ｇ）は点火時期ＳＡ、を夫々示している。尚、図１２は、その説明を簡略化するために、一つのシリンダ２、即ち単気筒で動作している場合を示している。
【０１１２】
又、図１２は、タンブル流動推定中心位置ＣＴ補正後の値は、吸気バルブリフト量が最大となるタイミングでしか演算及び記憶されないが、図１２に於いてはその値を確認し易いよう、補正後の値が吸気バルブリフト量最大タイミング以外に於いてもその値を保持すると仮定して、タンブル流動推定中心位置ＣＴ補正後の値及びタンブル流動推定中心位置ＣＴ補正後の値によるタンブル流動中心ずれＣｄを図示している。
【０１１３】
先ず、燃料噴射時期の補正に関して説明する。図１２に於いて、あるタイミングでタンブル流動制御が成立し、（ａ）のタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが最大値よりも小さい開度（１）になると、（ｃ）の吸気流速ＶＶが演算され、同時に吸気流速ＶＶに応じたタンブル流動推定中心位置ＣＴが吸気バルブ１１の開弁中、逐次演算される。しかし、開度（１）に於けるタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶでは、（ｅ）のタンブル流動中心ずれＣｄが予め設定された判定値ＣｄＴを越えることがないため、タンブル流動推定中心位置ＣＴで燃料噴射時期ＴＩＮＪｂを補正することはなく、燃料噴射時期ＴＩＮＪは変化しない。
【０１１４】
次に、（ｂ）に示すタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶがさらに減少して開度（２）になった場合、逐次演算される補正前のタンブル流動推定中心位置ＣＴは、（ｄ）に示すように大きな値となるため、（ｅ）のタンブル流動中心ずれＣｄは判定値ＣｄＴを越え、補正前のタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値で燃料噴射時期ＴＩＮＪｂを補正して燃料噴射時期ＴＩＮＪが（ｆ）に示すように進角される。ここで、燃料噴射が実行された後は、次の吸気バルブ開弁時（次回の吸気行程となる）まで燃料噴射は実行されなく、燃料噴射時期ＴＩＮＪの更新が必要ないため、燃料噴射実行時の燃料噴射時期ＴＩＮＪが保持される。
【０１１５】
更にタンブル流動制御バルブ開度ＴＣＶが減少して開度（３）になると、逐次演算される補正前のタンブル流動推定中心位置ＣＴは、ある吸気流速ＶＶに達すると減少し始めるが、タンブル流動中心ずれＣｄは判定値ＣｄＴを越えているため、補正前のタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じた値で燃料噴射時期ＴＩＮＪｂを補正して燃料噴射時期ＴＩＮＪが進角される。但し、開度（２）に於ける燃料噴射時期ＴＩＮＪよりも進角されない。燃料噴射実行後、燃料噴射時期ＴＩＮＪが保持される。
【０１１６】
次に、点火時期の補正に関して説明する。開度（１）〜（３）に於ける（ｄ）に示すタンブル流動推定中心位置ＣＴ及び（ｅ）に示すタンブル流動中心ずれＣｄの挙動は、実施の形態１と同様であるため省略する。
【０１１７】
開度（２）及び（３）に於いて、タンブル流動中心ずれＣｄが判定値ＣｄＴを越えると、補正後のタンブル流動推定中心位置ＣＴに応じて（ｇ）に示すように基本点火時期ＳＡｂを補正して点火時期ＳＡが遅角されて点火が実行される。
【０１１８】
以上述べたこの発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置によれば、タンブル流動が制御されている場合に、吸気バルブを通過する吸気流速に応じてタンブル流動の中心位置を、吸気バルブが開弁している間逐次推定することで、均質燃焼モード時など吸気バルブが開弁している間に実行される燃料制御に関するパラメータに於いても、タンブル流動中心位置に応じて補正することが可能となり、タンブル流動中心位置が変化してもエンジンの燃焼状態を悪化させず、排ガス、燃費、及びドラビリを向上することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
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 ６ クランク軸
７ クランク角センサ ８ 水温センサ
９ 吸気マニホールド １０ 排気マニホールド
１１ 吸気バルブ １２ 排気バルブ
１３ 吸気カム １４ 排気カム
１５ 燃料噴射弁 １６ 点火プラグ
１７ 点火コイル １８ タンブル流動制御バルブ
１９ サージタンク ２０ スロットルバルブ
２１ ブースト圧センサ ２２ 触媒装置
２３ テールパイプ ２４ ＥＣＵ
２５ タンブル流動制御手段 ２６ 吸気流速演算手段
２７ タンブル流動中心位置推定手段 ２８ 中心位置補正手段
２９ 筒内流動判定手段 ３０ 筒内流動変化補正手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内に直接噴射される燃料を点火プラグの近傍に案内するキャビティを頂面に備えたピストンと、
前記内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の筒内にタンブル流動を形成させるタンブル流動制御手段と、
前記内燃機関の吸気バルブを通過する吸気の流速を演算する吸気流速演算手段と、
前記演算された吸気の流速に応じて前記筒内のタンブル流動の中心位置を推定するタンブル流動中心位置推定手段と、
を備え、
前記推定したタンブル流動の中心位置に応じて前記内燃機関を制御するようにしたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記タンブル流動中心位置推定手段により推定したタンブル流動の中心位置に応じて、前記内燃機関の点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか１つを補正する筒内流動変化補正手段を備えた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】
前記推定したタンブル流動の中心位置が前記キャビティの中心位置から所定値以上ずれていた場合に、前記タンブル流動の主流が前記キャビティに沿わないと判定する筒内流動判定手段を備え、
前記筒内流動判定手段によりキャビティに沿わないタンブル流動であると判定された場合にのみ、前記筒内流動変化補正手段による前記補正を実行することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記タンブル流動中心位置推定手段は、前記内燃機関の吸気バルブが開弁している間の予め設定された所定のタイミングに於いて前記タンブル流動の中心位置を推定することを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記タンブル流動中心位置推定手段は、前記吸気バルブが開弁している間、前記タンブル流動の中心位置を逐次推定することを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記筒内流動変化補正手段は、前記吸気バルブが開弁している間に前記燃料噴射弁による燃料噴射が実行される場合に、前記内燃機関の燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか１つを、前記逐次推定しているタンブル流動中心位置推定値に応じて補正することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の点火時期と燃料噴射時期とのうちの少なくとも一方に基づいて、前記推定したタンブル流動の中心位置を補正する中心位置補正手段を備えることを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の筒内に直接噴射される燃料を点火プラグの近傍に案内するキャビティを頂面に備えたピストンと、
前記内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の筒内にタンブル流動を形成させるタンブル流動制御手段と、
前記内燃機関の吸気バルブを通過する吸気の流速を演算する吸気流速演算手段と、
前記演算された吸気の流速に応じて前記筒内のタンブル流動の中心位置を推定するタンブル流動中心位置推定手段と、
を備え、
前記推定したタンブル流動の中心位置に応じて前記内燃機関を制御するようにしたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記タンブル流動中心位置推定手段により推定したタンブル流動の中心位置に応じて、前記内燃機関の点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか１つを補正する筒内流動変化補正手段を備えた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】
前記推定したタンブル流動の中心位置が前記キャビティの中心位置から所定値以上ずれていた場合に、前記タンブル流動の主流が前記キャビティに沿わないと判定する筒内流動判定手段を備え、
前記筒内流動判定手段によりキャビティに沿わないタンブル流動であると判定された場合にのみ、前記筒内流動変化補正手段による前記補正を実行することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記タンブル流動中心位置推定手段は、前記内燃機関の吸気バルブが開弁している間の予め設定された所定のタイミングに於いて前記タンブル流動の中心位置を推定することを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記タンブル流動中心位置推定手段は、前記吸気バルブが開弁している間、前記タンブル流動の中心位置を逐次推定することを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記筒内流動変化補正手段は、前記吸気バルブが開弁している間に前記燃料噴射弁による燃料噴射が実行される場合に、前記内燃機関の燃料噴射時期、燃料噴射量、燃料噴射回数、燃圧、及び燃料噴射方向のうちの少なくとも何れか１つを、前記逐次推定しているタンブル流動中心位置推定値に応じて補正することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の点火時期と燃料噴射時期とのうちの少なくとも一方に基づいて、前記推定したタンブル流動の中心位置を補正する中心位置補正手段を備えることを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１９６２０８（Ｐ２０１１−１９６２０８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６２２８２（Ｐ２０１０−６２２８２）
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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