JP2018188998A

JP2018188998A - 内燃機関

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Publication number: JP2018188998A
Application number: JP2017090135A
Authority: JP
Inventors: 正章片山; Masaaki Katayama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2037-04-28
Also published as: US20180313278A1; JP6627820B2; US10273890B2

Abstract

【課題】内燃機関の過渡運転中においてもスワール流の強さを適切に制御して内燃機関の熱効率を高める。
【解決手段】内燃機関１は、燃焼室１５内に生じるスワールの強さを変更可能なスワール制御弁９５と、機関負荷を検出する負荷センサ８９と、スワール制御弁を制御する制御装置７０とを備える。制御装置は、負荷センサによって検出された機関負荷が予め定められた負荷よりも低いときには、吸入吸気ガス量が減少しているときに比べて増大しているときの方が、スワール比が高くなるようにスワール制御弁を制御する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、内燃機関に関する。

従来から、内燃機関の各燃焼室に連通する二つ通路のうち、一方の通路にその通路を開閉するスワール制御弁を設けると共に、このスワール制御弁の開閉を制御することによって燃焼室内に生じるスワール流の強さを変化させることが知られている。一般に内燃機関では機関回転速度が低いと吸気ガスの流量が少なく、よって燃料と空気が混ざりにくいことから、機関回転速度が低いときにスワール制御弁を閉じて燃焼室内に強いスワール流を生じさせることが知られている（例えば、特許文献１）。

加えて、機関回転速度が低いときであっても内燃機関の負荷（以下、「機関負荷」という）が高いときには、スワール制御弁を閉じて燃焼室内に強いスワール流を発生させると、オーバースワールとなって冷却損失の増大を招く。そこで、機関負荷が高いときには、スワール制御弁を開いて燃焼室内に生じるスワール流を抑制し、これによって冷却損失の増大を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平５−３４０２５８号公報

圧縮自着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）では、機関負荷に応じて燃料噴射弁からの燃料噴射量が制御されると共に、燃焼室内への吸気ガスの供給量（吸入吸気ガス量）が制御される。燃料噴射量は、機関負荷に相当する量とされ、機関負荷が高くなるほど燃料噴射量も増大せしめられる。また、吸入吸気ガス量は、機関負荷に相当する燃料噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射したときに燃焼室から排出される排気ガスのエミッションが低くなるように設定される。この吸入吸気ガス量も、機関負荷が高くなるほど増大せしめられる。

ところで、運転者がアクセルペダルを踏み込んで機関負荷が高くなるように変化した場合、これに伴って、燃料噴射弁からの燃料噴射量は、変化後の機関負荷に相当する燃料噴射量となるように即座に変更せしめられる。これに対して、吸入吸気ガス量は、機関負荷が変化してから、変化後の機関負荷に対応する量に到達するまでには或る程度の時間がかかる。この結果、機関負荷が変化した後の内燃機関の過渡運転中には、燃料噴射量は機関負荷に応じた適切な値になっているにも関わらず、吸入吸気ガス量が機関負荷に応じた適切な値になっていない状態となる。

このように内燃機関が過渡運転を行っているときには、内燃機関が定常運転を行っているときと同様にスワール流の強さを制御すると、必ずしも内燃機関の熱効率との観点から適切でない場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関の過渡運転中においてもスワール流の強さを適切に制御して内燃機関の熱効率を高めることにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）燃焼室内に生じるスワールの強さを変更可能なスワール制御弁と、機関負荷を検出する負荷検出装置と、該スワール制御弁を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記負荷検出装置によって検出された機関負荷が予め定められた負荷よりも低いときには、吸入吸気ガス量が減少しているときに比べて増大しているときの方が、スワール比が高くなるようにスワール制御弁を制御する、内燃機関。

（２）前記制御装置は、前記負荷検出装置によって検出された機関負荷が予め定められた負荷よりも高いときには、吸入吸気ガス量が減少しているときに比べて増大しているときの方が、スワール比が低くなるようにスワール制御弁を制御する、上記（１）に記載の内燃機関。

（３）前記制御装置は、前記負荷検出装置によって検出された機関負荷に基づいて前記スワール制御弁の基本目標開度を設定すると共に、吸入吸気ガス量が減少しているときには前記基本目標開度を補正し、吸入吸気ガス量の減少に伴って前記基本目標開度を補正するときには、前記負荷検出装置によって検出された機関負荷が相対的に低い場合に比べて高い場合の方が、スワール比を増大させる方向の補正量を大きくする、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関。

（４）前記制御装置は、吸入吸気ガス量が増大しているときには前記基本目標開度を補正し、吸入吸気ガス量の増大に伴って前記基本目標開度を補正するときには、前記負荷検出装置によって検出された機関負荷が相対的に低い場合に比べて高い場合の方が、スワール比を増大させる方向の補正量を小さくする、上記（３）に記載の内燃機関。

本発明によれば、内燃機関の過渡運転中においてもスワール流の強さが適切に制御され、よって内燃機関の熱効率を高めることができる。

図１は、内燃機関の概略的な構成図である。図２は、機関本体の概略的な断面図である。図３は、燃焼室の上壁面の底面図である。図４は、機関運転状態と、その機関運転状態におけるスワール比の目標値との関係を示す図である。図５Ａは、燃焼室１５内へ吸入される吸気ガスの流量と、冷却損失との関係を示す図である。図５Ｂは、燃焼室１５内へ吸入される吸気ガスの流量と、冷却損失との関係を示す図である。図６は、機関負荷が段階的に低下していくときの回転速度等の推移を示すタイムチャートである。図７は、機関負荷が段階的に上昇していくときの機関回転速度等の推移を示す、図６と同様なタイムチャートである。図８は、機関負荷が段階的に低下していくときの機関回転速度等の推移を示す、図６と同様なタイムチャートである。図９は、機関負荷が段階的に上昇していくときの機関回転速度等の推移を示す、図８と同様なタイムチャートである。図１０は、本実施形態の機関負荷及び吸入吸気ガス量と、スワール比の設定値との関係を示す図である。図１１は、スワール比の設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜内燃機関全体の説明＞
まず、図１及び図２を参照して本実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関１の構成について説明する。図１は、内燃機関１の概略的な構成図である。図２は、内燃機関１の機関本体１０の概略的な断面図である。本実施形態の内燃機関は、燃料として軽油を用いる。

図１及び図２に示したように、内燃機関１は、機関本体１０、燃料供給装置３０、吸気系４０、排気系５０、ＥＧＲ機構６０、及び制御装置７０を備える。

機関本体１０は、複数の気筒１１が形成されたシリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とを備える。各気筒１１内には、各気筒１１内を往復運動するピストン１４が配置されている。ピストン１４とシリンダヘッド１３との間の気筒１１内には混合気が燃焼する燃焼室１５が形成されている。ピストン１４の頂面には凹状に形成されたキャビティ１６が形成される。

図２に示したように、シリンダヘッド１３には、吸気ポート１７及び排気ポート１８が形成されている。これら吸気ポート１７及び排気ポート１８は各気筒１１の燃焼室１５に連通している。また、シリンダヘッド１３には、吸気ポート１７を開閉する吸気弁２１と、排気ポート１８を開閉する排気弁２２が配置される。

図１に示したように、燃料供給装置３０は、燃料噴射弁３１、コモンレール３２、燃料供給管３３、燃料ポンプ３４、及び燃料タンク３５を備える。燃料噴射弁３１は、各気筒１１の燃焼室１５内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッド１３に配置されている。特に、本実施形態では、各燃料噴射弁３１は各燃焼室１５の上壁面の中央に配置されており、燃料噴射弁３１からはピストン１４に形成されたキャビティ１６内の周辺部に向けて燃料Ｆが噴射されるように構成されている（図２）。

燃料噴射弁３１は、コモンレール３２及び燃料供給管３３を介して燃料タンク３５に連結されている。燃料供給管３３には、燃料タンク３５内の燃料を圧送する燃料ポンプ３４が配置される。燃料ポンプ３４によって圧送された燃料は、燃料供給管３３を介してコモンレール３２に供給され、燃料噴射弁３１が開弁されるのに伴って燃料噴射弁３１から燃焼室１５内に直接噴射される。

吸気系４０は、吸気マニホルド４１、吸気管４３、エアクリーナ４４、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａ、インタークーラ４５、及びスロットル弁４６を備える。各気筒１１の吸気ポート１７は吸気マニホルド４１に連通しており、吸気マニホルド４１は吸気管４３を介してエアクリーナ４４に連通している。吸気管４３には、吸気管４３内を流通する吸入空気を圧縮して吐出する排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａと、コンプレッサ５ａによって圧縮された空気を冷却するインタークーラ４５とが設けられている。インタークーラ４５は、吸入空気の流れ方向においてコンプレッサ５ａの下流側に配置されている。スロットル弁４６は、インタークーラ４５と吸気マニホルド４１との間の吸気管４３内に配置されている。スロットル弁４６は、スロットル弁駆動アクチュエータ４７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。なお、吸気ポート１７、吸気マニホルド４１、及び吸気管４３は、燃焼室１５に吸気ガスを供給する吸気通路を形成する。

排気系５０は、排気マニホルド５１、排気管５２、排気ターボチャージャ５のタービン５ｂ、及び排気後処理装置５３を備える。各気筒１１の排気ポート１８は、排気マニホルド５１に連通しており、排気マニホルド５１は排気管５２に連通している。排気管５２には、排気ターボチャージャ５のタービン５ｂが設けられている。タービン５ｂは、排気ガスのエネルギによって回転駆動せしめられる。排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａとタービン５ｂとは回転軸によって接続されており、タービン５ｂが回転駆動せしめられると、これに伴ってコンプレッサ５ａが回転し、よって吸入空気が圧縮せしめられる。また、排気管５２にはタービン５ｂの排気流れ方向下流側において排気後処理装置５３が設けられている。排気後処理装置５３は、排気ガスを浄化した上で外気中に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。なお、排気ポート１８、排気マニホルド５１、及び排気管５２は、燃焼室１５から排気ガスを排出する排気通路を形成する。

ＥＧＲ機構６０は、ＥＧＲ管６１と、ＥＧＲ制御弁６２と、ＥＧＲクーラ６３とを備える。ＥＧＲ管６１は、排気マニホルド５１と吸気マニホルド４１とに連結され、これらを互いに連通させる。ＥＧＲ管６１には、ＥＧＲ管６１内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ６３が設けられている。加えて、ＥＧＲ管６１には、ＥＧＲ管６１によって形成されるＥＧＲ通路の開口面積を変更することができるＥＧＲ制御弁６２が設けられている。ＥＧＲ制御弁６２の開度を制御することによって、排気マニホルド５１から吸気マニホルド４１へ還流せしめられるＥＧＲガスの流量が調整される。

制御装置７０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７１及び各種センサを備える。ＥＣＵ７１は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス７２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）７３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）７４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）７５、入力ポート７６、及び出力ポート７７を備える。

吸気管４３には、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａの吸気流れ方向上流側に、吸気管４３内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ８１が設けられている。加えて、吸気管４３には、インタークーラ４５の吸気流れ方向上流側に、吸気管４３内を流れる空気の温度を検出するための温度センサ８３が設けられている。スロットル弁４６には、その開度（スロットル開度）を検出するためのスロットル開度センサ８５が設けられている。加えて、吸気マニホルド４１には、吸気マニホルド４１内の吸気ガスの圧力、すなわち気筒１１内に吸入される吸気ガスの圧力（吸気圧）を検出するための圧力センサ８６が設けられている。さらに、吸気マニホルド４１には、吸気マニホルド４１内の吸気ガスの温度、すなわち気筒１１内に吸入される吸気ガスの温度（吸気温）を検出するための温度センサ８７が設けられている。これら、エアフロメータ８１、温度センサ８３、スロットル開度センサ８５、圧力センサ８６及び温度センサ８７の出力は、対応するＡＤ変換器７８を介して入力ポート７６に入力される。

また、アクセルペダル８８にはアクセルペダル８８の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ８９が接続され、負荷センサ８９の出力電圧は対応するＡＤ変換器７８を介して入力ポート７６に入力される。したがって、本実施形態では、アクセルペダル８８の踏み込み量が機関負荷として用いられる。クランク角センサ９０は例えば機関本体１０のクランクシャフトが例えば１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート７６に入力される。ＣＰＵ７５ではこのクランク角センサ９０の出力パルスから機関回転速度が計算される。

一方、ＥＣＵ７１の出力ポート７７は、対応する駆動回路７９を介して、内燃機関１の運転を制御する各アクチュエータに接続される。図１及び図２に示した例では、出力ポート７７は、燃料噴射弁３１、燃料ポンプ３４、スロットル弁駆動アクチュエータ４７、及びＥＧＲ制御弁６２に接続されている。ＥＣＵ７１は、これらアクチュエータを制御する制御信号を出力ポート７７から出力して、内燃機関１の運転を制御する。

＜スワール制御弁の説明＞
図３は、燃焼室１５の上壁面の底面図である。図３からわかるように、機関本体１０は、各気筒１１に連通する二つの吸気ポート１７のうち一方の吸気ポート内に配置されたスワール制御弁９５を備える。スワール制御弁９５は、スワール制御弁９５に接続されたスワール制御弁駆動アクチュエータ９６によって回動せしめられ、これに伴ってスワール制御弁９５が配置された吸気ポート１７の開口面積を変化させることができる。スワール制御弁駆動アクチュエータ９６は、出力ポート７７に接続されている。なお、スワール制御弁９５は、二つの吸気ポート１７のうち一方を流れる吸気ガスのみの流量を制御することができれば、吸気マニホルド４１内に設けられてもよい。

このように構成されたスワール制御弁９５が閉弁せしめられると、吸気ガスはスワール制御弁９５が配置されていない吸気ポート１７のみを介して燃焼室１５に流入する。この結果、燃焼室１５内には図３において矢印Ｗで示すようなスワール流が発生する。一方、スワール制御弁９５が全開になると、吸気ガスは両方の吸気ポート１７を介して燃焼室１５に流入する。この結果、燃焼室１５内にはほとんどスワール流Ｗが発生しない。このスワール流Ｗは、スワール制御弁９５の開度に応じて変化し、スワール制御弁９５の開度が小さくなるほど強くなる。したがって、スワール制御弁９５は、燃焼室１５内に生じるスワール流の強さを制御することができ、よってスワール比を制御することができる。なお、スワール比は、燃焼室１５内におけるスワール流の回転速度の機関回転速度に対する比を意味し、燃焼室１５内に生じるスワール流が強くなるほどスワール比が高くなる。

なお、本実施形態では、燃焼室１５内に生じるスワール流の強さを制御するスワール制御装置として、スワール制御弁９５を用いている。しかしながら、スワール流の強さを制御することができれば、スワール制御弁９５以外のスワール制御装置を用いてもよい。また、吸気管４３内にスロットル弁４６を設けずに、二つの吸気ポート１７の両方にこれら吸気ポート１７の開口面積を変化させる制御弁を設けてもよい。この場合、これら制御弁は、スロットル弁４６とスワール制御弁９５との両方の機能（すなわち、燃焼室１５内に供給される吸気ガス量の制御及びスワール比の制御）を果たすように制御される。

＜定常時におけるスワール制御＞
次に、図４を参照して、内燃機関が定常運転を行っているときにおけるスワール比の制御について説明する。図４は、機関回転速度及び機関負荷（すなわち、機関運転状態）と、その機関運転状態におけるスワール比の目標値との関係を示す図である。

なお、本明細書では、内燃機関が定常運転中であるときとは、機関運転状態（機関負荷及び機関回転速度）が変化せずに維持されているときであって、内燃機関の運転に関する他のパラメータがほとんど変化せずに収束しているときを意味する。したがって、機関負荷及び機関回転速度がほぼ一定に維持されていて、且つ吸入空気量、過給圧やＥＧＲ率の単位時間当たりの変化量が所定値以下の少量であるときは、内燃機関が定常運転中であるといえる。

これに対して、内燃機関が過渡運転中であるときとは、機関運転状態が変化しているとき、及び機関運転状態が変化した結果、内燃機関の運転に関する他のパラメータ（例えば、吸入吸気ガス量、過給圧、ＥＧＲ率等）が変動しているときを意味する。したがって、機関負荷が上昇した結果、機関回転速度が増大しているとき、吸入吸気ガス量が増大しているとき、過給圧が増大しているとき、及びＥＧＲ率が変化しているとき等は、内燃機関が過渡運転中であるといえる。

図４に示したように、本実施形態では、内燃機関が定常運転を行っている場合には、機関回転速度が低いほど、スワール比の目標値が高く設定される。ここで、機関回転速度が低いときには、燃焼室１５に流入する吸気ガスの流速は遅い。その結果、スワール比が同じであっても、機関回転速度が低いときには、燃焼室１５内に生じるスワール流の流速は遅い。このように燃焼室１５内に生じるスワール流の流速が遅いと、その結果、空気と燃料とが十分に混合できなくなってしまう。そこで、本実施形態では、機関回転速度が低いときには、スワール比の目標値が高く設定される。

一方、機関回転速度が高いときには、スワール比が同じであっても、燃焼室１５内に生じるスワール流の流速は速く、よって空気と燃料とが混合し易い。その一方で、スワール比が高くなってスワール流の流速が速くなるほど、燃焼室１５内の混合気とシリンダの壁面との間の対流熱伝達が大きくなる。すなわち、燃焼室１５内で発生した熱がシリンダの壁面に奪われやすくなり、結果的に熱効率の低下を招く。そこで、本実施形態では、機関回転速度が高いときには、スワール比の目標値が低く設定される。

加えて、図４に示したように、本実施形態では、内燃機関が定常運転を行っている場合には、機関負荷が低負荷であるときにはスワール比の目標値が中程度に設定され、機関負荷が中負荷であるときにはスワール比の目標値が低く設定され、機関負荷が高負荷であるときにはスワール比の目標値が高く設定される。したがって、機関負荷が中負荷であるときのスワール比の目標値は、機関負荷が低負荷及び高負荷であるときのスワール比の目標値よりも低く設定される。加えて、機関負荷が高負荷であるときのスワール比の目標値は、機関負荷が低負荷であるときのスワール比の目標値よりも平均的に高くなるように設定される。

なお、本明細書では、正味平均有効圧力が第１基準値（例えば、０．５ＭＰａ）未満であるときを機関負荷が低負荷であるときと称する。第１基準値は、機関負荷が最大（全負荷）であるときの正味平均有効圧力の半分未満の値とされる。また、本実施形態では、正味平均有効圧力が第１基準値以上であって第１基準値よりも大きい第２基準値（例えば、１．０ＭＰａ）未満であるときを機関負荷が中負荷であるときと称し、正味平均有効圧力が第２基準値以上であるときを機関負荷が高負荷であるときと称する。第２基準値は、機関負荷が最大（全負荷）であるときの正味平均有効圧力の半分以上の値とされるのが好ましい。

ここで、スモークの発生量は燃焼室１５内において燃焼したときの混合気の空燃比が高いほど（リーン度合いが高いであるほど）少なくなる。また、ＮＯｘの発生量はＥＧＲ率が高いほど少なくなる。したがって、スモークやＮＯｘを低減するという観点からは燃焼室１５内に吸入される吸気ガスの量（以下、「吸入吸気ガス量」という）は多いことが好ましい。したがって、本実施形態では、燃焼室１５内での混合気の燃焼に伴って発生するスモークやＮＯｘを低減すべく、吸入吸気ガス量が多くなるように且つＥＧＲ率が適切な値になるように制御される。具体的には、機関負荷が高くなるほど、すなわち燃料噴射弁３１からの燃料噴射量が多くなるほど、燃焼室１５内への吸入吸気ガス量が多くなる。これは、機関負荷が高くなるほど過給圧が高くなり、燃焼室１５内への吸入吸気ガス量が多くなることによるものである。

したがって、機関負荷が低負荷であるときには、燃焼室１５内への吸入吸気ガス量が少なくなる。このため、このときには燃焼室１５に流入する吸気ガスの流速は遅い。したがって、燃焼室１５内では混合気の乱れが生じにくく、よって空気と燃料とが十分に混合できなくなってしまう。そこで、本実施形態では、機関負荷が低負荷であるときには、スワール比の目標値が高くなるように設定される。

一方、機関負荷が高負荷であるときには、燃焼室１５内への吸入吸気ガス量が低負荷時に比べて多くなる。このため、このときには燃焼室１５に流入する吸気ガスの流速は速く、空気と燃料とを十分に混合させることができる。その一方で、スワール比が高くなり過ぎると、燃焼室１５内で発生した熱がシリンダの壁面に奪われ易くなる。そこで、本実施形態では、機関負荷が高負荷であるときには、スワール比の目標値が低くなるように設定される。

＜過渡時における冷却損失＞
ところで、本願の発明者の研究によれば、内燃機関が過渡運転を行っている場合には、過渡運転における運転状態に応じて最適なスワール比が異なることがわかった。図５Ａ及び図５Ｂは、燃焼室１５内への吸入吸気ガス量と、冷却損失との関係を示す図である。特に、図５Ａは、機関負荷が低負荷であって燃料噴射弁３１からの燃料噴射量が比較的少ない場合の関係を示しており、図５Ｂは、機関負荷が高負荷であって燃料噴射弁３１からの燃料噴射量が比較的多い場合の関係を示している。なお、図中の丸印はスワール比が高い場合（２．１程度）を示しており、図中の四角印はスワール比が低い場合（１．１程度）を示している。

ここで、上述したように、排気エミッションを考慮すると、機関負荷が高くなるほど、すなわち燃料噴射弁３１からの燃料噴射量が多くなるほど、燃焼室１５内への最適な吸入吸気ガス量が多くなる。したがって、本実施形態では、機関負荷が高くなるほど、燃焼室１５内への吸入吸気ガス量が多くなる。

内燃機関が定常運転を行っているときには、燃料噴射弁３１からの燃料噴射量及び燃焼室１５内への吸入吸気ガス量は、機関負荷に応じた適切な値となっている。ところが、内燃機関が過渡運転を行っているときには、燃焼室１５内への吸入吸気ガス量は、必ずしも機関負荷に応じた適切な値となっていない。

すなわち、燃料噴射弁３１からの燃料噴射量は応答速度が速く瞬時に変更可能であるため、機関負荷が変化したような場合には変更後の機関負荷に対応した燃料噴射量にすぐに変更せしめられる。これに対して、燃焼室１５内への吸入吸気ガス量は応答速度が遅く、よって迅速に変更することができない。このため、機関負荷が変化したような場合には、変更後の機関負荷に対応した吸入吸気ガス量へは徐々に変更されることになる。この結果、内燃機関が過渡運転を行っているときには、燃料噴射弁３１からの燃料噴射量は機関負荷に対応した量になっているが、燃焼室１５内への吸入吸気ガス量が機関負荷に対応した量になっていないことがある。

図５Ａに示した例は、機関負荷が低く、よって燃料噴射弁３１からの燃料噴射量が比較的少ない場合（例えば、１３ｍｍ³／ｓｔ）を示している。加えて、図５Ａに示した例は、機関回転速度が８００ｒｐｍに維持された場合を示している。

図５Ａの吸入吸気ガス量が最適値よりも少ない領域は、内燃機関が過渡運転を行っている場合であって、変更前の機関負荷が現在の機関負荷よりも低かった場合を示している。このような場合には、機関負荷の変更前における吸入吸気ガス量は現在の機関負荷における最適な吸入吸気ガス量よりも少なく、よって過渡運転中に徐々に吸入吸気ガス量が増大していくことになる。

一方、図５Ａの吸入吸気ガス量が最適値よりも多い領域は、内燃機関が過渡運転を行っている場合であって、変更前の機関負荷が現在の機関負荷よりも高かった場合を示している。このような場合には、機関負荷の変更前における吸入吸気ガス量は現在の機関負荷における最適な吸入吸気ガス量よりも多く、よって過渡運転中に徐々に吸入吸気ガス量が減少していくことになる。

図５Ａからわかるように、機関負荷が低負荷である場合、吸入吸気ガス量が最適値よりも少ないときには、スワール比が高い方が冷却損失は低くなる。一方、機関負荷が低負荷である場合、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いときには、スワール比が低い方が冷却損失は低くなる。このような現象が生じる理由は必ずしも明確ではないが、吸入吸気ガス量が最適値よりも少ないときにはスワール比が低い方が混合気の燃焼が緩慢になり、燃焼後期における熱発生率が高くなる後燃えが生じ易いことがわかっている。同様に、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いときにはスワール比が高い方が混合気の燃焼が緩慢になり、後燃えが生じ易いことがわかっている。

一方、図５Ｂに示した例は、機関負荷が高く、よって燃料噴射弁３１からの燃料噴射量が比較的少ない場合（例えば、６３ｍｍ³／ｓｔ）を示している。加えて、図５Ｂに示した例は、機関回転速度が２０００ｒｐｍに維持された場合を示している。

図５Ｂからわかるように、機関負荷が高負荷である場合、吸入吸気ガス量が最適値よりも少ないときには、スワール比が低い方が冷却損失は低くなる。一方、機関負荷が高負荷である場合、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いときには、スワール比が高い方が冷却損失は低くなる。このような現象が生じる理由は必ずしも明確ではないが、吸入吸気ガス量が最適値よりも少ないときにはスワール比が高い方が混合気の燃焼が緩慢になり、後燃えが生じ易いことがわかっている。同様に、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いときにはスワール比が低い方が混合気の燃焼が緩慢になり、後燃えが生じ易いことがわかっている。

なお、機関負荷が中負荷である場合、図５Ａに示した例と図５Ｂに示した例との中間の傾向を示すことがわかっている。したがって、冷却損失と吸入吸気ガス量との関係は、スワール比に関わらず同じような関係となる。すなわち、機関負荷が中負荷である場合には、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いか少ないかにかかわらず、スワール比が変化しても冷却損失は大きくは変わらない。

＜過渡時におけるスワール比の制御＞
そこで、本実施形態では、機関負荷が予め定められた負荷よりも低いときには、吸入吸気ガス量が減少しているときに比べて増大しているときの方が、スワール比が高くなるようにスワール制御弁９５を制御するようにしている。すなわち、本実施形態では、図５Ａにおいて、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いときに比べて吸入吸気ガス量が最適値よりも少ないときの方が、スワール比が高くなるようにスワール制御弁９５を制御するようにしている。

特に、本実施形態では、機関負荷が予め定められた負荷よりも低い場合、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いときには、機関負荷Ｌ等に基づいて図４に示したようなマップを用いて設定されるスワール比の目標値（すなわち、定常運転を行っているときのスワール比の目標値。以下、「スワール比の定常時目標値」という）よりもスワール比が低くなるようにスワール制御弁９５が制御される。具体的には、スワール制御弁９５の開度が、スワール比の定常時目標値に対応する基本目標開度よりも大きくなるように補正される。

一方、機関負荷が予め定められた負荷よりも低い場合、吸入吸気ガス量が最適値よりも少ないときには、機関負荷等に基づくスワール比の定常時目標値よりもスワール比が高くなるようにスワール制御弁９５が制御される。具体的には、スワール制御弁９５の開度が、スワール比の定常時目標値に対応する基本目標開度よりも小さくなるように補正される。

また、本実施形態では、機関負荷が予め定められた負荷よりも低い場合、現在の吸入吸気ガス量と最適値との差が大きくなるにつれてスワール比の定常時目標値からの偏差が大きくなるようにスワール制御弁９５が制御される。加えて、機関負荷が予め定められた負荷よりも低い場合、機関負荷が低くなるにつれて（すなわち、機関負荷が予め定められた負荷から離れるにつれて）スワール比の定常時目標値からの偏差が大きくなるようにスワール制御弁９５が制御される。

加えて、本実施形態では、機関負荷が予め定められた負荷よりも高いときには、吸入吸気ガス量が減少しているときに比べて増大しているときの方が、スワール比が低くなるようにスワール制御弁９５を制御するようにしている。すなわち、本実施形態では、図５Ｂにおいて、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いときに比べて最適値よりも少ないときの方が、スワール比が低くなるようにスワール制御弁９５を制御するようにしている。

特に、本実施形態では、機関負荷が予め定められた負荷よりも高い場合、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いときには、機関負荷等に基づくスワール比の定常時目標値よりもスワール比が高くなるようにスワール制御弁９５が制御される。具体的には、スワール制御弁９５の開度が、スワール比の定常時目標値に対応する基本目標開度よりも小さくなるように補正される。

一方、機関負荷が予め定められた負荷よりも高い場合、吸入吸気ガス量が最適値よりも少ないときには、機関負荷等に基づくスワール比の定常時目標値よりもスワール比が低くなるようにスワール制御弁９５が制御される。具体的には、スワール制御弁９５の開度が、スワール比の定常時目標値に対応する基本目標開度よりも大きくなるように補正される。

また、本実施形態では、機関負荷が予め定められた負荷よりも高い場合においても、現在の吸入吸気ガス量と最適値との差が大きくなるにつれてスワール比の定常時目標値からの偏差が大きくなるようにスワール制御弁９５が制御される。加えて、機関負荷が予め定められた負荷よりも高い場合、機関負荷が高くなるにつれて（すなわち、機関負荷が予め定められた負荷から離れるにつれて）スワール比の定常時目標値からの偏差が大きくなるようにスワール制御弁９５が制御される。

図６は、機関負荷が段階的に低下していくときの、機関回転速度ＮＥ、機関負荷Ｌ、燃料噴射弁３１からの燃料噴射量Ｑ、燃焼室１５内に吸入される吸入吸気ガス量Ｇｃ、及びスワール比ＳＲの推移を示すタイムチャートである。図６に示した例では、時刻ｔ１において機関負荷Ｌが高負荷Ｌ１から中負荷Ｌ２へステップ的に低下し、時刻ｔ３において機関負荷Ｌが中負荷Ｌ２から低負荷Ｌ３へステップ的に低下した場合を示している。また、図６に示した例では、機関回転速度ＮＥは中程度の回転速度ＮＥ２に維持されている。

図６に示したように、時刻ｔ１以前においては、機関負荷Ｌが高負荷Ｌ１に設定されており、これに伴って燃料噴射量Ｑも比較的多いＱ１に設定されている。また、燃焼室１５への吸入吸気ガス量Ｇｃも比較的多いＧｃ１となっている。加えてこのとき、スワール比が、機関負荷Ｌ等に基づいて図４に示したようなマップを用いて設定される目標値（スワール比の定常時目標値）に等しいＳＲ３になるようにスワール制御弁９５が制御されている。

そして、図６に示した例では、時刻ｔ１において、機関負荷Ｌが高負荷Ｌ１から中負荷のＬ２に変更される。これに伴って、燃料噴射量ＱもＱ１よりも少ないＱ２へ変更せしめられる。加えて、時刻ｔ１において、機関負荷Ｌ２に対応する吸入吸気ガス量Ｇｃ２に向けて吸入吸気ガス量が減少する。しかしながら、上述したように吸入吸気ガス量Ｇｃの応答速度は遅いため、吸入吸気ガス量Ｇｃは時刻ｔ１において燃料噴射量Ｑが変更されてから徐々に減少していく。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、吸入吸気ガス量Ｇｃは最適値（図中の破線）よりも多い状態となっている過渡運転中であるといえる。

加えて、図示した例では、時刻ｔ１において機関負荷Ｌが中負荷Ｌ２になると、機関負荷に基づくスワール比の定常時目標値がＳＲ２へ上昇する。このとき、吸入吸気ガス量Ｇｃは最適値よりも多い状態となっているが、機関負荷Ｌは中負荷Ｌ２であるため、スワール比ＳＲは定常時目標値にほぼ等しい値とされる。

次いで、図６に示した例では、時刻ｔ３において、機関負荷Ｌが中負荷Ｌ２から低負荷Ｌ３に変更される。この場合も、吸入吸気ガス量Ｇｃの応答速度は遅いため、吸入吸気ガス量Ｇｃは時刻ｔ３から徐々に減少していく。このため、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間も、吸入吸気ガス量Ｇｃは最適値（図中の破線）よりも多い状態となっている過渡運転中であるといえる。

時刻ｔ３において機関負荷Ｌが低負荷Ｌ３になると、機関負荷に基づくスワール比の定常時目標値が比較的高い値であるＳＲ１へ変化する。しかしながら、このとき吸入吸気ガス量Ｇｃは最適値よりも多い状態となっており、且つ、機関負荷Ｌは低負荷Ｌ３となっている。したがって、本実施形態では、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間において、スワール比ＳＲが、スワール比の定常時目標値ＳＲ１よりも低い値になるようにスワール制御弁９５が制御される。そして、吸入吸気ガス量Ｇｃが最適値に近づくにつれて、スワール比ＳＲが徐々にスワール比の定常時目標値ＳＲ１に近づくようにスワール制御弁９５が制御される。図６に示した例では、時刻ｔ４において吸入吸気ガス量Ｇｃが機関負荷Ｌ３に対応する吸入吸気ガス量Ｇｃ３に到達し、これと同時にスワール比ＳＲもスワール比の定常時目標値ＳＲ１に到達するようにスワール制御弁９５が制御される。

図６に示した例では、吸入吸気ガス量が最適値よりも多い時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間において、スワール比ＳＲがスワール比の定常時目標値よりも低い値になるようにスワール制御弁９５が制御される。すなわち、この間、スワール制御弁９５の開度がスワール比の定常時目標値に対応する基準目標開度よりも大きくなるように補正される。これにより、図５Ａで説明したように冷却損失を低減することができ、よって内燃機関が過渡運転を行っているときの熱効率を高く維持することができる。

図７は、機関負荷が段階的に上昇していくときの機関回転速度ＮＥ等の推移を示す、図６と同様なタイムチャートである。図７に示した例では、時刻ｔ１において機関負荷Ｌが低負荷Ｌ３から中負荷Ｌ２へステップ的に上昇し、時刻ｔ３において機関負荷Ｌが中負荷Ｌ２から高負荷Ｌ１へステップ的に上昇した場合を示している。

図７に示したように、時刻ｔ１以前においては、機関負荷Ｌが低負荷Ｌ３に設定されており、燃焼室１５への吸入吸気ガス量Ｇｃも比較的少ないＧｃ３となっている。加えてこのとき、スワール比が機関負荷Ｌ等に基づくスワール比の定常時目標値に等しいＳＲ１になるようにスワール制御弁９５が制御されている。

そして、図７に示した例では、時刻ｔ１において、機関負荷Ｌが低負荷Ｌ３から中負荷Ｌ２に変更される。これに伴って、機関負荷Ｌ２に対応する吸入吸気ガス量Ｇｃ２になるように、吸入吸気ガス量Ｇｃが徐々に増大していく。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、吸入吸気ガス量Ｇｃが最適値よりも少ない状態となっている過渡運転中であるといえる。

加えて、図示した例では、時刻ｔ１において機関負荷Ｌが中負荷Ｌ２になると、機関負荷に基づくスワール比の定常時目標値がＳＲ２へと低下する。この場合、上述したように時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、吸入吸気ガス量Ｇｃは最適値よりも少ない状態となっているが、機関負荷Ｌは中負荷Ｌ２であるため、スワール比ＳＲは定常時目標値にほぼ等しい値とされる。

次いで、時刻ｔ３において、機関負荷Ｌが中負荷Ｌ２から高負荷Ｌ１に変更される。この場合も、吸入吸気ガス量Ｇｃの応答速度は遅いため、吸入吸気ガス量Ｇｃは徐々に増大していく。時刻ｔ３において機関負荷Ｌが高負荷Ｌ１になると、この機関負荷に基づくスワール比の定常時目標値が比較的低い値であるＳＲ３へ変化する。このとき、吸入吸気ガス量Ｇｃは最適値よりも少ない状態となっており、且つ、機関負荷Ｌは高負荷Ｌ１となっている。したがって、本実施形態では、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間において、スワール比ＳＲが、スワール比の定常時目標値ＳＲ３よりも高い値となるようにスワール制御弁９５が制御される。そして、吸入吸気ガス量Ｇｃが最適値に近づくにつれて、スワール比ＳＲが徐々にスワール比の定常時目標値ＳＲ３に近づくようにスワール制御弁９５が制御される。

図７に示した例では、吸入吸気ガス量が最適値よりも少ない時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間において、スワール比ＳＲが、スワール比の定常時目標値よりも高い値になるようにスワール制御弁９５が制御される。すなわち、この間、スワール制御弁９５の開度がスワール比の定常時目標値に対応する基準目標開度よりも小さくなるように補正される。これにより、図５Ｂで説明したように冷却損失を低減することができ、よって内燃機関が過渡運転を行っているときの熱効率を高く維持することができる。

図８は、機関負荷が段階的に低下していくときの機関回転速度ＮＥ等の推移を示す、図６と同様なタイムチャートである。図８に示した例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて機関回転速度ＮＥが徐々に上昇し、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて機関回転速度ＮＥが徐々に上昇している。

図８に示した例では、時刻ｔ１において機関負荷が高負荷Ｌ１から中負荷Ｌ２に低下せしめられると、これに伴って、機関負荷Ｌ２に対応する吸入吸気ガス量Ｇｃ２に向けて吸入吸気ガス量が徐々に減少していく。

加えて、図示した例では、時刻ｔ１において機関負荷がＬ２になると、機関負荷に基づくスワール比の定常時目標値がＳＲ１へ上昇する。このとき、吸入吸気ガス量Ｇｃは最適値よりも多い状態となっているが、機関負荷Ｌは中負荷Ｌ２であるため、スワール比ＳＲは定常時目標値にほぼ等しい値とされる。その後、図８に示した例では、機関回転速度ＮＥがＮＥ３からＮＥ２へ徐々に上昇し、これに伴ってスワール比ＳＲも徐々に低下せしめられる。

次いで、時刻ｔ３において機関負荷Ｌが中負荷Ｌ２から低負荷Ｌ３に変更され、これに伴って吸入吸気ガス量ＧｃがＧｃ３に向けて徐々に減少する。時刻ｔ３において機関負荷Ｌが低負荷Ｌ３になると、機関負荷に基づくスワール比の定常時目標値が比較的高い値であるＳＲ１へ変化する。しかしながら、このとき吸入吸気ガス量Ｇｃは最適値よりも多い状態となっており、且つ、機関負荷Ｌは低負荷Ｌ３となっている。したがって、本実施形態では、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間において、スワール比ＳＲが、スワール比の定常時目標値ＳＲ１よりも低い値になるようにスワール制御弁９５が制御される。加えて、図８に示した例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで機関回転速度ＮＥがＮＥ２からＮＥ１へ徐々に上昇し、これに伴ってスワール比の定常時目標値がＳＲ１からＳＲ２へ徐々に低下する。この結果、図８に示した例では、スワール比ＳＲは時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、ＳＲ２にほぼ一定に維持されることになる。このような制御を行うことにより、冷却損失を低減することができる。

図９は、機関負荷が段階的に上昇していくときの機関回転速度ＮＥ等の推移を示す、図７と同様なタイムチャートである。図９に示した例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて機関回転速度ＮＥが徐々に低下し、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて機関回転速度ＮＥが徐々に低下している場合を示している。

図９に示した例では、時刻ｔ１において機関負荷が低負荷Ｌ３から中負荷Ｌ２に上昇せしめられると、これに伴って機関負荷Ｌ２に対応する吸入吸気ガス量Ｇｃ２に向けて吸入吸気ガス量Ｇｃが徐々に増加していく。

加えて、図示した例では、時刻ｔ１において機関負荷がＬ２になると、機関負荷に基づくスワール比の定常時目標値がＳＲ３へと低下する。このとき、吸入吸気ガス量Ｇｃは最適値よりも少ない状態となっているが、機関負荷Ｌは中負荷Ｌ２であるため、スワール比ＳＲは定常時目標値にほぼ等しい値とされる。その後、図９に示した例では、機関回転速度ＮＥがＮＥ１からＮＥ２へ徐々に低下し、これに伴ってスワール比ＳＲも徐々に上昇せしめられる。

次いで、時刻ｔ３において機関負荷Ｌが中負荷Ｌ２から高負荷Ｌ１に変更され、これに伴って吸入吸気ガス量ＧｃがＧｃ１に向けて徐々に増大する。時刻ｔ３において機関負荷Ｌが高負荷Ｌ１になると、機関負荷に基づくスワール比の定常時目標値が比較的低い値であるＳＲ３へ変化する。しかしながら、このとき吸入吸気ガス量Ｇｃは最適値よりも少ない状態となっており、且つ、機関負荷Ｌは高負荷Ｌ１となっている。したがって、本実施形態では、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間において、スワール比ＳＲが、スワール比の定常時目標値ＳＲ３よりも高い値になるようにスワール制御弁９５が制御される。加えて、図９に示した例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで機関回転速度ＮＥがＮＥ２からＮＥ３へ徐々に低下し、これに伴ってスワール比の定常時目標値がＳＲ３からＳＲ２へ徐々に上昇する。この結果、図９に示した例では、スワール比ＳＲは時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、ＳＲ２にほぼ一定に維持されることになる。このような制御を行うことにより、冷却損失を低減することができる。

図１０は、本実施形態の機関負荷及び吸入吸気ガス量と、スワール比の設定値との関係を示す図であり、上述した各状態におけるスワール比の設定値をまとめたものである。図１０に示したように、機関負荷が低負荷から中負荷の中程度（例えば、正味平均有効圧が０．７５ＭＰａ）である場合には、吸入吸気ガス量が最適値よりも少ないときにはスワール比は定常時目標値よりも高い値に設定される。したがって、スワール制御弁９５の開度は基準目標開度よりも小さい開度に制御される。一方、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いときにはスワール比は定常時目標値よりも低い値に設定される。したがって、スワール制御弁９５の開度は基準目標開度よりも大きい開度に制御される。

特に、本実施形態では、機関負荷が低負荷から中負荷の中程度である場合、現在の吸入吸気ガス量と最適値との差が大きくなるにつれてスワール比の定常時目標値からの偏差が大きくなるようにしている。したがって、本実施形態では、現在の吸入吸気ガス量と最適値との差が大きくなるにつれて、スワール制御弁９５の開度の基準目標開度からの偏差が大きくなるように（すなわち、スワール制御弁９５の開度がより大きくなるように）制御される。

また、本実施形態では、機関負荷が低負荷から中負荷の中程度である場合、機関負荷が低くなるにつれて、スワール比の定常時目標値からの偏差が大きくなるようにしている。したがって、本実施形態では、この場合、機関負荷が低くなるにつれて、スワール制御弁９５の開度の基準目標開度からの偏差が大きくなるようにスワール制御弁９５が制御される。

一方、図１０に示したように、機関負荷が中負荷の中程度（例えば、正味平均有効圧が０．７５ＭＰａ）から高負荷である場合には、吸入吸気ガス量が最適値よりも少ないときにはスワール比は定常時目標値よりも低い値に設定される。したがって、スワール制御弁９５の開度は基準目標開度よりも大きい開度に制御される。一方、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いときにはスワール比は定常時目標値よりも高い値に設定される。したがって、スワール制御弁９５の開度は基準目標開度よりも小さい開度に制御される。

特に、本実施形態では、機関負荷が中負荷の中程度から高負荷である場合にも、現在の吸入吸気ガス量と最適値との差が大きくなるにつれてスワール比の定常時目標値からの偏差が大きくなるようにしている。したがって、本実施形態では、現在の吸入吸気ガス量と最適値との差が大きくなるにつれて、スワール制御弁９５の開度の基準目標開度からの偏差が大きくなるように（すなわち、スワール制御弁９５の開度がより小さくなるように）制御される。

また、本実施形態では、機関負荷が中負荷の中程度から高負荷である場合、機関負荷が高くなるにつれて、スワール比の定常時目標値からの偏差が大きくなるようにしている。したがって、本実施形態では、この場合、機関負荷が高くなるにつれて、スワール制御弁９５の開度の基準目標開度からの偏差が大きくなるようにスワール制御弁９５が制御される。

見方を変えると、図１０に示したように、本実施形態では、吸入吸気ガス量が最適値よりも少ないとき、すなわち吸入吸気ガス量が増加しているときには、機関負荷が低い場合、スワール比は定常時目標値よりも高い値に設定され、よってスワール制御弁９５の開度は基本目標開度よりも小さくされる。逆に、このとき、機関負荷が高い場合、スワール比は定常時目標値よりも低い値に設定され、よってスワール制御弁９５の開度は基本目標開度よりも大きくされる。このため、本実施形態では、吸入吸気ガス量の増加に伴ってスワール制御弁９５の基本目標開度を補正するときには、機関負荷が相対的に低い場合に比べて高い場合の方が、スワール比を増大させる方向の補正量が小さくされるといえる。

一方、図１０に示したように、本実施形態では、吸入吸気ガス量が最適値よりも多いとき、すなわち吸入吸気ガス量が減少しているときには、機関負荷が低い場合、スワール比は定常時目標値よりも低い値に設定され、よってスワール制御弁９５の開度は基本目標開度よりも大きくされる。逆に、このとき、機関負荷が高い場合、スワール比は定常時目標値よりも高い値に設定され、よってスワール制御弁９５の開度は基本目標開度よりも小さくされる。このため、本実施形態では、吸入吸気ガス量の減少に伴ってスワール制御弁９５の基本目標開度を補正するときには、機関負荷が相対的に低い場合に比べて高い場合の方が、スワール比を増大させる方向の補正量が大きくされるといえる。

＜フローチャート＞
図１１は、スワール比の設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔で実行される。

まず、ステップＳ１１において、負荷センサ８９及びクランク角センサ９０の出力に基づいて、機関負荷Ｌ及び機関回転速度ＮＥが算出される。次いで、ステップＳ１２では、燃焼室１５への吸入吸気ガス量Ｇｃが算出される。燃焼室１５への吸入吸気ガス量Ｇｃは様々な方法で算出される。

一つ目の算出方法では、吸気マニホルド４１に設けられた圧力センサ８６及び温度センサ８７によって検出された吸気ガスの圧力及び温度に基づいて、燃焼室１５内への吸入吸気ガス量が算出される。この場合、吸気弁２１が閉弁されるときの燃焼室１５内の容積並びに吸気ガスの圧力及び温度から燃焼室１５内への吸入吸気ガス量が算出される。

二つ目の方法では、燃焼室１５内へ吸入される空気（新気）の量をエアフロメータ８１の出力に基づいて算出すると共に、燃焼室１５内へ吸入されるＥＧＲガスの量を圧力センサ８６及び温度センサ８７によって検出された吸気ガスの圧力及び温度に基づいて収束計算により算出する。そしてこのようにして算出された燃焼室１５内へ吸入される空気の量とＥＧＲガスの量と和として吸入吸気ガス量が算出される。

次いで、ステップＳ１３では、ステップＳ１１で検出された機関負荷Ｌ及び機関回転速度ＮＥに基づいて、図４に示したようなマップを用いて、スワール比の定常時目標値ＳＲｎが算出される。

次いで、ステップＳ１４では、ステップＳ１２で算出された現在の吸入吸気ガス量Ｇｃが吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔとほぼ同一であるか否かが判定される。ここで、吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔは、機関負荷Ｌ及び機関回転速度ＮＥに基づいてマップを用いて算出される。このマップは、機関負荷Ｌ及び機関回転速度ＮＥから排気エミッションが最適になるような吸入吸気ガス量（上述した最適値）を算出することができるように予め実験的に又は計算によって求められる。

ステップＳ１４において、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃが吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔとほぼ同一であると判定された場合、すなわち内燃機関が定常運転を行っている場合には、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、ステップＳ１３で算出されたスワール比の定常時目標値ＳＲｎが最終的なスワール比の目標値ＳＲｔとして設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。スワール制御弁９５は、燃焼室１５内に供給される吸気ガスのスワール比が最終的なスワール比の目標値ＳＲｔとなるように制御される。

一方、ステップＳ１４において、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃが吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔとは異なると判定された場合、すなわち内燃機関が過渡運転を行っている場合には、ステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、機関負荷が予め定められた基準負荷（上述した中負荷の中程度）Ｌｒｅｆ以上であるか否かが判定される。ステップＳ１６において機関負荷Ｌが基準負荷Ｌｒｅｆ以上であると判定された場合にはステップＳ１７へと進む。

ステップＳ１７では、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃが吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔ以上であるか否かが判定される。ステップＳ１７において、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃが吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔ以上であると判定された場合には、ステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８では、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃと吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔとの差及び機関負荷に基づいてスワール比の補正量ΔＳＲが算出される。スワール比の補正量ΔＳＲは、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃと吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔとの差が大きいほど大きくなるように算出される。加えて、スワール比の補正量ΔＳＲは、機関負荷が高いほど大きくなるように算出される。次いで、ステップＳ１９では、ステップＳ１３で算出されたスワール比の定常時目標値ＳＲｎにステップＳ１８で算出された補正量ΔＳＲを加算した値が最終的なスワール比の目標値ＳＲｔとして設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ１７において、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃが吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔよりも少ないと判定された場合には、ステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、ステップＳ１８と同様に、スワール比の補正量ΔＳＲが算出される。次いで、ステップＳ２１では、ステップＳ１３で算出されたスワール比の定常時目標値ＳＲｎからステップＳ２０で算出された補正量ΔＳＲを減算した値が最終的なスワール比の目標値ＳＲｔとして設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

ステップＳ１６において、機関負荷Ｌが基準負荷Ｌｒｅｆ未満であると判定された場合にはステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２では、ステップＳ１７と同様に、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃが吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔ以上であるか否かが判定される。ステップＳ２２において、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃが吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔ以上であると判定された場合には、ステップＳ２３へと進む。ステップＳ２３では、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃと吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔとの差及び機関負荷に基づいてスワール比の補正量ΔＳＲが算出される。スワール比の補正量ΔＳＲは、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃと吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔとの差が大きいほど大きくなるように算出される。加えて、スワール比の補正量ΔＳＲは、機関負荷が低いほど大きくなるように算出される。次いで、ステップＳ２４では、ステップＳ１３で算出されたスワール比の定常時目標値ＳＲｎからステップＳ２３で算出された補正量ΔＳＲを減算した値が最終的なスワール比の目標値ＳＲｔとして設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ２２において、現在の吸入吸気ガス量Ｇｃが吸入吸気ガス量の目標値Ｇｃｔよりも少ないと判定された場合には、ステップＳ２５へと進む。ステップＳ２５では、ステップＳ１８と同様に、スワール比の補正量ΔＳＲが算出される。次いで、ステップＳ２６では、ステップＳ１３で算出されたスワール比の定常時目標値ＳＲｎからステップＳ２５で算出された補正量ΔＳＲを加算した値が最終的なスワール比の目標値ＳＲｔとして設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。スワール制御弁９５は、燃焼室１５内に供給される吸気ガスのスワール比が最終的なスワール比の目標値ＳＲｔとなるように制御される。

なお、上記実施形態では、ステップＳ１３において、機関運転状態に基づいてスワール比の定常時目標値ＳＲｎを算出している。しかしながら、ステップＳ１３では、スワール比の定常時目標値の代わりに、これに対応するスワール制御弁９５の基本目標開度を算出してもよい。この場合には、ステップＳ１８、Ｓ２０、Ｓ２３及びＳ２５ではスワール制御弁９５の開度の補正量が算出されると共に、ステップＳ１９、Ｓ２１、Ｓ２４及びＳ２６では基本目標開度に補正量が加算又は減算される（なお、スワール制御弁９５の開度を用いる場合、ステップＳ１９、Ｓ２１、Ｓ２４及びＳ２６とは加算と減算とが逆になる）。

１内燃機関
１０機関本体
３１燃料噴射弁
４６スロットル弁
６２ＥＧＲ制御弁
７０制御装置
８１エアフロメータ
８６圧力センサ
８７温度センサ
９５スワール制御弁

Claims

燃焼室内に生じるスワールの強さを変更可能なスワール制御弁と、機関負荷を検出する負荷検出装置と、該スワール制御弁を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記負荷検出装置によって検出された機関負荷が予め定められた負荷よりも低いときには、吸入吸気ガス量が減少しているときに比べて増大しているときの方が、スワール比が高くなるようにスワール制御弁を制御する、内燃機関。
前記制御装置は、前記負荷検出装置によって検出された機関負荷が予め定められた負荷よりも高いときには、吸入吸気ガス量が減少しているときに比べて増大しているときの方が、スワール比が低くなるようにスワール制御弁を制御する、請求項１に記載の内燃機関。
前記制御装置は、前記負荷検出装置によって検出された機関負荷に基づいて前記スワール制御弁の基本目標開度を設定すると共に、吸入吸気ガス量が減少しているときには前記基本目標開度を補正し、
吸入吸気ガス量の減少に伴って前記基本目標開度を補正するときには、前記負荷検出装置によって検出された機関負荷が相対的に低い場合に比べて高い場合の方が、スワール比を増大させる方向の補正量を大きくする、請求項１又は２に記載の内燃機関。
前記制御装置は、吸入吸気ガス量が増大しているときには前記基本目標開度を補正し、
吸入吸気ガス量の増大に伴って前記基本目標開度を補正するときには、前記負荷検出装置によって検出された機関負荷が相対的に低い場合に比べて高い場合の方が、スワール比を増大させる方向の補正量を小さくする、請求項３に記載の内燃機関。