JP2022076818A - エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷時の燃焼変動を抑制して、エンジンの燃焼を安定させる。【解決手段】ペントルーフ型の天井部を有するシリンダー１１内の中央部に燃料噴射弁６と点火プラグ２５とが設置されているエンジン１を備える。制御器１０は、主燃料を噴射するように燃料噴射弁６を制御する主燃料噴射部８１と、混合気が着火しないタイミングで、点火装置７を制御して混合気の流速を推定する流速推定部８３と、補助燃料噴射を実行する補助燃料噴射部８４とを有している。補助燃料噴射部８４は、推定流速が所定値Ｖｐ１未満であった場合に補助燃料噴射を実行し、更に、エンジン負荷が相対的に高い領域で、所定の比較値以下と判定されたときは、エンジン負荷が相対的に低い領域で、比較値よりも大きいと判定されたときよりも、補助燃料噴射の噴射量を増大させる。【選択図】図１６

Description

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。

エンジンの燃費を向上させるには、燃焼速度を高めるのが好ましい。エンジンが点火プラグを備える場合、シリンダー内の混合気は、点火プラグによって点火されることにより、点火プラグ周りに火炎が生成される。この火炎が伝播して未燃混合気を反応させることで、１サイクルの燃焼が完了する。したがって、このようなエンジンで燃焼速度を高めるためには、火炎と未燃混合気との接触面積が大きい方が、素早く反応するので有利である。このために、シリンダー内では、多くの乱流を生成しながら混合気の流動を安定化させることが好ましい。

シリンダー内での乱流は、圧縮行程中、ピストンが圧縮上死点に到達するまでに、混合気の流動がつぶれて生成されることが知られている。しかし、その流動の状態は、サイクル毎に変化する可能性がある。このため、従来から混合気の流動を推定する手法が検討されている。

例えば、特許文献１には、混合気の流動状態を推定し、その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。具体的には、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する。そして、その推定結果に基づいて点火時期を制御する。

特開２０１４－１４５３０６号公報

ところで、本願発明者らが鋭意研究した結果、シリンダーに形成される流動の渦中心の位置により、圧縮行程の後半でその流動の状態に差が生じ、その差が燃焼変動の一要因となっている、ということを見出した。

具体的には、混合気の流動は、縦渦を構成するタンブル流成分と横渦を構成するスワール流成分とが合成されることにより、斜めの流動になる場合がある。その場合、シリンダーの筒軸方向及び筒軸に直交する方向（以下、平面視及び側面視という）から見たとき、本来、その流動の渦中心は、シリンダーの中央付近に位置するように設定されている。

そして、その流動の渦中心がシリンダーの中央付近に位置する場合、圧縮行程の後半では、平面視および側面視の双方で、点火プラグ周りに旋回する旋回流となる。この場合、乱流度合いは、シリンダー内の全体で略均等になる。火炎もバランスよく伝播するので、所望する燃焼を実現できる。

しかし、サイクル毎のばらつきにより、混合気の流動のスワール流成分の渦中心が、傾いて、平面視でシリンダーの中央から径方向外側に偏って位置する場合がある。そうした場合、スワール流は旋回しにくくなり、その渦中心から離れたシリンダー内の部位では、壁面の影響を受けて流速が低下し、乱流度合いも弱くなってしまう。そのような部位では、火炎が伝播しにくい。そのため、局所的に燃焼が遅れて燃焼変動を生じてしまう。

従って、エンジンの燃費を向上させるためには、シリンダー内で燃焼が遅れるところが発生した場合、その部位の燃焼を速めて、火炎伝播を促進する必要がある。

特に、エンジン負荷が高くなるほど、シリンダーに導入される吸気量は増加する。吸気量が増えれば、それに伴ってシリンダー内での流動も強くなる。そうなると、混合気の流動のスワール流成分に作用する慣性力も高くなるので、そのスワール流成分の渦中心は、よりいっそうシリンダーの中央から離れて位置し易くなる。その結果、シリンダー内での流動のばらつきが大きくなり、燃焼変動が顕著になる。

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、高負荷時の燃焼変動を抑制して、エンジンの燃焼を安定させることにある。

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、混合気の燃焼が開始する前に、点火プラグの電極間に発生させた放電経路の電流値を検出することで、シリンダー内の渦中心の位置が推定でき、混合気への点火が行われる圧縮行程の後半での混合気の流動の状態を推定できることを見出した。開示する技術は、係る知見に基づくものである。

すなわち、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の中央部に燃料噴射弁と点火プラグとが設置されていて、前記天井部から前記シリンダーに吸気が導入されるエンジンと、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出器と、前記点火プラグを作動させる点火装置、前記燃料噴射弁、及び、前記運転状態検出器の各々と電気的に接続された制御器と、を備えるエンジンシステムに関する。

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とを設定し、設定した量の前記主燃料が前記主燃料噴射時期に噴射されるように、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所定のタイミングで、前記点火プラグの電極間に放電経路を生じさせて、当該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前記混合気の流速の高低を推定する流速推定部と、前記流速推定部が推定する推定流速に基づいて、前記燃料噴射弁を制御することにより、前記主燃料噴射時期よりも遅角した時期に補助燃料噴射を実行する補助燃料噴射部と、を有し、前記補助燃料噴射部は、前記推定流速が所定値未満であった場合に、前記補助燃料噴射を実行する。

そして、前記補助燃料噴射部は更に、エンジン負荷が相対的に高い領域で、前記推定流速が、前記所定値よりも小さくエンジン負荷の領域に対応して設定された所定の比較値以下と判定されたときは、エンジン負荷が相対的に低い領域で、前記比較値よりも大きいと判定されたときよりも、前記補助燃料噴射の噴射量を増大させる。

すなわち、このエンジンシステムによれば、エンジンは、ペントルーフ型の天井部を有するシリンダーを有し、その中央部に燃料噴射弁と点火プラグとが設置されている。そして、そのペントルーフ型の天井部からシリンダー内に吸気が導入されるので、シリンダー内には、縦渦（いわゆるタンブル流成分）及び横渦（いわゆるスワール流成分）を含む流動が形成される。その流動は、シリンダーの軸に対して傾いた斜めの流動となる。

制御器が有する流速推定部は、混合気が着火しないタイミングで、点火プラグの電極間に高電圧を印加して放電経路を生じさせ、その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点火装置を制御する。例えば、電極に流れる電流の放電時間を検出するように点火装置を制御する。

電極間に生じた放電経路は、点火プラグ付近の流動が強いほど伸びる。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。その結果、点火プラグに付与したエネルギが消費される時間、つまり放電時間が短くなる。点火装置が、電流の放電時間を検出することによって点火プラグ付近の混合気の流速が推定できる。

本発明者らは、その推定流速に基づいて、シリンダー内での流動のスワール流成分の渦中心の位置が推定可能であるとの知見を得た。そして、その知見に基づけば、混合気を点火する前に、火炎伝播し難い部位の発生及びその位置の推定が可能になることに着目した。そこで、このエンジンシステムでは、流速推定部によって混合気の流速を推定し、その推定流速に基づいて、補助燃料噴射部が補助燃料噴射を実行する。

すなわち、補助燃料噴射部は、推定流速が所定値未満であった場合に、補助燃料を噴射する。推定流速が所定値未満であった場合、混合気に着火する圧縮行程後半のタイミングにおいて、シリンダー内に火炎の伝播しにくい部位が発生する。それに対し、補助燃料を噴射することで、その火炎が伝播しにくい部位に、燃料濃度の濃い混合気を分布させることが可能になる。その結果、局所的な燃焼の遅れが改善され、燃焼変動を抑制できる。

そして、更にこのエンジンシステムでは、補助燃料噴射部は、エンジン負荷が相対的に高い領域で、推定流速が、所定値よりも小さくエンジン負荷の領域に対応して設定された所定の比較値以下と判定されたときは、エンジン負荷が相対的に低い領域で、その比較値よりも大きいと判定されたときよりも、補助燃料噴射の噴射量を増大させる。

すなわち、高負荷時は、低負荷時よりも吸気の導入量が増加するので、それに伴ってシリンダー内での流動も強くなる。そうなると、そのスワール流成分の渦中心は、よりいっそうシリンダーの中央から離れて位置し易くなって、燃焼変動が顕著になる。そこで、このエンジンシステムでは、エンジン負荷の高低の変化に応じて、補助燃料噴射の噴射量を調整し、高負荷になるほど補助燃料噴射の噴射量を増大させる領域が増えるように、前述した構成を採用した。

それにより、このエンジンシステムでは、エンジン負荷の高低の変化に対応した適切な状態で、補助燃料噴射により、シリンダー内での流動が弱い部分に、燃料の濃い混合気を偏在させることができる。それにより、エンジン負荷が高低に変化しても、燃焼時の火炎伝播を安定させることができる。その結果、燃焼変動が抑制されるので、エンジンの燃焼が安定化し、エンジンの燃費が向上する。

前記流速推定部は、前記エンジンの吸気バルブが開かれて前記シリンダーへの吸気の導入が開始された後、前記吸気バルブが閉じられて前記シリンダーへの吸気の導入が停止されるときまでに前記パラメータを検出するように、前記点火装置を制御する、としてもよい。

吸気流動のうち、スワール流成分の渦中心は、吸気がシリンダーに導入されている状態において、安定する。そこで、前述した期間に、点火装置がパラメータを検出することで、制御器は、シリンダー内でのスワール流成分の渦中心の位置を精度よく推定できる。

前記点火装置は、前記吸気バルブが開かれて所定の時定数を経過した後に前記パラメータを検出する、としてもよい。

吸気バルブが開いた瞬間から所定期間は吸気がばらつきやすい。従って、この所定期間、点火装置によるパラメータの検出を禁止することで、シリンダー内でのスワール流成分の渦中心の位置をさらに精度よく推定できる。

開示された技術を適用したエンジンシステムによれば、エンジン負荷が高低に変化しても、それに応じた適切な量で補助燃料噴射が行われる。それにより、シリンダー内に燃焼の遅れるところが発生しても、その部位の燃焼を速めて、火炎伝播を促進できる。その結果、燃焼変動が抑制されるので、エンジンの燃焼を安定化できる。

図１は、エンジンシステムを例示する図である。 図２の上図は、エンジンの燃焼室の構造を例示する平面図であり、下図は、上図のII－II断面図である。 図３は、エンジンシステムのブロック図である。 図４は、点火装置を例示する図である。 図５は、エンジンの制御に係る機能ブロックを示すブロック図である。 図６は、横渦の中心位置と、シリンダー内の火炎の伝播状態との関係を説明する図である。 図７は、点火プラグ付近の流動の強さが異なる場合における、点火プラグの電極間における電圧及び電流の時間変化を例示する図である。 図８は、点火プラグが検出する放電時間と、横渦の中心位置との関係を示す図である。 図９は、主燃料の噴射タイミング、放電のタイミング、補助燃料の噴射タイミング、及び、主点火のタイミングを例示するタイミングチャートである。 図１０は、横渦の中心位置が排気バルブ側に傾いた場合、及び、横渦の中心位置が吸気バルブ側に傾いた場合のそれぞれにおける、シリンダー内の流動の変化と補助燃料の分布とを説明する図である。 図１１は、ＥＣＵが実行する、エンジン制御の手順を例示するフローチャートである。 図１２Ａは、エンジン負荷の違いによる、横渦の流動状態を説明する図である。 図１２Ｂは、エンジン負荷の違いによる、横渦の流動状態を説明する図である。 図１３は、応用例のエンジンシステムにおける、推定流速とエンジン負荷とで形成される補助燃料噴射の噴射量を設定するためのマップである。 図１４は、エンジン負荷が一定のときに、推定流速と補助燃料噴射の噴射量との関係を示すグラフである。 図１５は、推定流速が一定のときに、補助燃料噴射の噴射量とエンジン負荷との関係を示すグラフである。 図１６は、応用例のエンジンシステムにおける、補助燃料噴射に関するタイミングを示すタイミングチャートである。 図１７は、補助燃料噴射制御のフローチャートの一部である。 図１８は、補助燃料噴射制御のフローチャートの残部である。

以下、開示する技術の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明では、まず、基本となるエンジンシステムについて説明する。そのうえで、開示する技術を適用したエンジンシステムを応用例として説明する。尚、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。

＜基本となるエンジンシステム＞
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。

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。

（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。

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。

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。

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の中にタンブル流を発生させる。

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。

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、シリンダー１１内に連通している。

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。

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。

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。

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。

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。

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、シリンダー１１内の混合気に点火する。点火装置７はまた、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。

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に導入される空気は、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、空気を濾過する。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。

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、バルブの開度を調節することによって、シリンダー１１の中への空気の導入量を調節する。

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。

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。

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るものではない。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。

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とサージタンク４２との間に接続されている。

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。

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。

ＥＣＵ１０には、図１及び図３に示すように、各種のセンサＳＷ１～ＳＷ９が接続されている。センサＳＷ１～ＳＷ９は、信号をＥＣＵ１０に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
エアフローセンサＳＷ１：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を流れる空気の流量を計測する。
吸気温度センサＳＷ２：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を流れる空気の温度を計測する。
吸気圧センサＳＷ３：サージタンク４２に取り付けられかつ、シリンダー１１に導入される空気の圧力を計測する
筒内圧センサＳＷ４：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：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：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：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：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：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。

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。

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。

各種のセンサ及び各種のデバイスに電気的に接続されたＥＣＵ１０は、後述するように、エンジン１を運転するための、複数の機能ブロックを構成する。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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、タンブル流を生成する。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、スワール流を生成する。タンブル流とスワール流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。

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。

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。

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の要求トルクに対応する主燃料の量及び噴射タイミングを設定すると共に、インジェクタ６に、主燃料の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、主燃料の噴射の後に、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。

ＥＣＵ１０はまた、判定部８３、及び、補助燃料噴射部８４を有している。判定部８３は、後述するように、点火装置７及び点火プラグ２５を用いて検出したパラメータに基づいて、シリンダー１１内の流動状態を判定する機能ブロックである。補助燃料噴射部８４は、判定部８３が判定したシリンダー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。

以下、図５に例示するエンジンの制御装置が実行する、シリンダー１１内の流動の状態推定を説明し、その後、推定した流動の状態に応じた、補助燃料の噴射制御を説明する。

（流動状態の推定）
図６は、吸気行程における横渦の中心位置と、圧縮行程後半のシリンダー１１内の流動状態との関係を示す図である。図６のチャート６０１は、吸気行程において横渦の中心の位置が、シリンダー１１内の排気バルブ側に傾いた場合の、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以降における、火炎の伝播状態を例示している。

同様に、チャート６０２は、吸気行程において横渦の中心の位置が、シリンダー１１内の中央部において、シリンダー１１の軸にほぼ沿っている場合の、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における、火炎の伝播状態を例示している。

また、チャート６０３は、吸気行程において縦渦の中心の位置が、シリンダー１１内の吸気バルブ側に傾いた場合の、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。

先ず、チャート６０２に示すように、シリンダー１１内の横渦の中心が、平面視でシリンダー１１の中央部において、シリンダー１１の軸に沿って存在する場合は、チャート６０５に示すように、圧縮行程後半でも横渦の中心が軸付近に位置する。シリンダー１１内における乱流度合いも、シリンダー１１内の全体において均等又は略均等である。シリンダー１１の中央部において、点火プラグ２５が混合気に点火すると、火炎は、チャート６０５に破線の矢印で示すように、横渦によって周方向に曲げられながら、シリンダー１１内の中央部から周辺部へと伝播する。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。

チャート６０１に示すように、横渦の中心の位置が、平面視で排気バルブ側に傾いている場合は、横渦の中心とシリンダー１１の中心とがずれる。シリンダー１１内における乱流度合いは、シリンダー１１内の全体において不均等になる。また、圧縮行程の後半の圧縮上死点付近において、シリンダー１１の中央部において、点火プラグ２５が混合気に点火すると、火炎は、チャート６０４に破線の矢印で示すように、横渦によって周方向に曲げられながら、シリンダー１１内の中央部から周辺部へと伝播する。このとき、横渦の中心から離れるほど、横渦の流速が速くなる（チャート６０４の同心円参照）。つまり、横渦の中心から遠い吸気バルブ側は相対的に横渦の流速が速い。シリンダー１１の中央部から排気バルブ側へと伝播する火炎は、周方向に曲げられながら径方向の外方へ伝播する一方、シリンダー１１の中央部から吸気バルブ側へと伝播する火炎は、横渦の速い流速によって強く曲げられる結果、径方向の外方へ伝播しにくくなる。その結果、チャート６０４に一点鎖線で示すように、吸気バルブ側の領域が、火炎伝播しにくい領域となる。この場合は、チャート６０５の場合と比較して、燃焼速度が遅くなる。

チャート６０３に示すように、横渦の中心の位置が、平面視で吸気バルブ側に傾いている場合も、横渦の中心と、シリンダー１１の中心とがずれる。シリンダー１１内における乱流度合いは、シリンダー１１内の全体において不均等になる。また、圧縮行程の後半の圧縮上死点付近において、シリンダー１１の中央部において、点火プラグ２５が混合気に点火すると、火炎は、チャート６０６に破線の矢印で示すように、横渦によって周方向に曲げられながら、シリンダー１１内の中央部から周辺部へと伝播する。このとき、実線の矢印で示すように、シリンダー１１の中央部から吸気バルブ側に向かう方向は、実線の矢印で示す反時計回りの横渦の流れに対向する方向となる。その結果、シリンダー１１の中央部から排気バルブ側へと伝播する火炎は、周方向に曲げられながら径方向の外方へ伝播する一方、シリンダー１１の中央部から吸気バルブ側へと伝播する火炎は、横渦の流れに押し戻される結果、径方向の外方へ伝播しにくくなる。チャート６０６に一点鎖線で示すように、吸気バルブ側の領域が、火炎伝播しにくい領域となる。この場合も、チャート６０５の場合と比較して、燃焼速度が遅くなる。

エンジンシステムにおいて、点火装置７は、シリンダー１１内の流動状態を検出する。具体的に点火装置７は、混合気が着火しない時期に、シリンダー１１内において放電を行い、その放電が継続する時間を検出する。判定部８３は、検出された放電時間に基づいて、点火プラグ２５付近の流動の強さを推定すると共に、推定した流動強さに基づいて、縦渦の中心位置を判断する。

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（チャート７０３、７０４参照）。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。

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、放電時間は長い（チャート７０３参照）。点火プラグ２５付近の流動が強くなるほど、図７に破線、及び、点線で示すように、放電時間が短くなる（チャート７０４参照）。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、判定部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。

図８は、点火装置７が検出する放電時間と、シリンダー１１内における横渦の中心位置との関係を示している。図８のチャート８００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。

スワール流の形成のため、吸気は、主に第１吸気通路１８ａからシリンダー１１内に流入する。図８のチャート８０２に示すように、主に第１吸気通路１８ａから流入する吸気によって、吸気行程におけるシリンダー１１内には流速分布が生じる。吸気行程における速度分布が同図に例示するような分布、つまり、シリンダー１１の中央部とライナーとの間の所定の径方向位置において流速最大となり、そこから中央部に向かうに従い流速が低下しかつ、ライナーに向かうに従い流速が低下するような分布であれば、横渦の中心はシリンダー１１の中央部付近において、軸に沿うようになる。この場合、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ３とＶ４との間になる。

一方、チャート８０１に示すように、吸気行程において、ライナー付近の流速が極端に高い流速分布になると、横渦の中心は、排気バルブ側へ傾く。この場合、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ４よりも遅くなる。

また、チャート８０３に示すように、吸気行程における流速分布において最大流速が比較的低く、流速分布の尖度が低い場合、横渦の中心は、吸気バルブ側へ傾く。この場合、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ３よりも速くなる。

主としてスワール流によりシリンダー１１内に形成される横渦は、吸気バルブ２１が開弁したのち、閉弁するまでの吸気行程において、安定化する。点火装置７は、吸気行程において、点火プラグ２５に放電させ、その放電時間を検出する。より詳細には、吸気バルブ２１が開弁した瞬間から所定期間は、吸気の流動は、ばらつきやすい。吸気バルブ２１の開弁から所定時間が経過したのち、吸気バルブ２１が閉弁するまでにおいて、横渦は安定化する。点火装置７は、吸気バルブ２１の開弁から所定時間（後述する時定数Δｔ）が経過したのち、点火プラグ２５に放電させ、その放電時間を検出する。

判定部８３は、放電時間が、速度Ｖ３に対応する第１閾値よりも短い場合は、横渦の中心位置が吸気バルブ側へ傾いていると推定でき、放電時間が、速度Ｖ４に対応する第２閾値よりも長い場合は、横渦の中心位置が排気バルブ側へ傾いていると推定でき、放電時間が第１閾値と第２閾値との間の場合は、横渦の中心位置が、シリンダー１１の中央部において、シリンダー１１の軸に沿っていると推定できる。

（補助燃料の噴射制御）
図９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、放電及び点火のタイミングを例示するタイミングチャートである。図９の左から右にクランク角は進む。

前述したように、吸気流動のばらつきによって、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が発生する。補助燃料は、こうした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、当該領域への火炎伝播を促進させる。

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、インジェクタ６を通じて主燃料をシリンダー１１内に噴射させる（主燃料噴射９０４参照）。主燃料は、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。

チャート９０２に示すように、判定部８３は、点火装置７及び点火プラグ２５に、吸気バルブ２１が開弁してから、所定の時定数Δｔが経過した後の吸気行程期間において、検査用の放電９０５を実行させる。放電９０５は、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、放電に対応する放電時間を検出する。判定部８３は、放電９０５の際に検出された放電時間から、横渦の中心位置を推定する。

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、横渦の中心位置がシリンダー１１の中央部において、シリンダー１１の軸に沿っている。この場合、補助燃料の噴射が不要である。図９のチャート９０２に示すように、補助燃料噴射部８４は、補助燃料の噴射を中止し、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程後半の、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９０７参照）。この場合、横渦の中心位置が、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。

次に、点火装置７が検出した放電時間が第１閾値よりも小さい（放電時間が第１閾値よりも短い）場合について説明する。この場合、横渦の中心位置は、シリンダー１１における吸気バルブ側に傾いている。図９のチャート９０１に示すように、補助燃料噴射部８４は、インジェクタ６に、所定量の補助燃料、つまり、第１補助燃料９０８を噴射させる。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９０８を噴射する。

図１０のＰ１００１及びＰ１００２は、横渦の中心位置が吸気バルブ側に傾いている場合における、シリンダー１１内の流動の変化と、第１補助燃料の分布とを説明する図である。横渦の中心が吸気バルブ側に傾いている場合、Ｐ１００１に例示するように、圧縮行程におけるシリンダー１１内の速度分布は、流速分布の尖度が低いため、極端に速い流速の箇所は存在しない。

圧縮行程の前半又は後半において、シリンダー１１内の中央部から放射状に噴射された第１補助燃料は、流れに乗って周方向に搬送される。補助燃料の噴射のタイミングが相対的に進角しているが、そのうち吸気バルブ側に噴射された補助燃料の噴霧は、遅い流速の流れに乗ることで移動量が少なく、一方、排気バルブ側へ噴射された補助燃料の噴霧は、早い流速の流れに乗ることで、点火タイミング（Ｐ１００２）において、補助燃料の噴霧が重なり合い、吸気バルブ側の混合気の燃料濃度が高まる。

第１補助燃料の噴射後、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程後半の、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９０１の主点火９０７参照）。前述したように、火炎は、中心位置がずれた横渦によって、径方向の外方への伝播が妨げられる結果、吸気バルブ側へ伝播しにくいが、吸気バルブ側の混合気の燃料濃度が高いため、吸気バルブ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と同程度に高まる。エンジン１の燃焼変動が抑制される。

次に、点火装置７が検出した放電時間が第２閾値よりも大きい（放電時間が第２閾値よりも長い）場合について説明する。この場合、横渦の中心位置は、シリンダー１１における排気バルブ側に傾いている。図９のチャート９０３に示すように、補助燃料噴射部８４は、インジェクタ６に、所定量の補助燃料、つまり、第２補助燃料９０９を噴射させる。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９０９を噴射する。第２補助燃料９０９の噴射時期は、第１補助燃料９０８の噴射時期よりも遅い。

図１０のＰ１００３及びＰ１００４は、横渦の中心位置が排気バルブ側に傾いている場合における、シリンダー１１内の流動の変化と、第２補助燃料の分布とを説明する図である。横渦の中心が排気バルブ側に傾いている場合、Ｐ１００３に例示するように、圧縮行程後半におけるシリンダー１１内の速度分布は、ライナー付近において極端に速い流速が存在する。

圧縮行程の後半の遅いタイミングにおいて、シリンダー１１内の中央部から放射状に噴射された第２補助燃料の内、吸気バルブ側に噴射された補助燃料は、遅い流速の流れに乗ることで移動量が少なく、吸気バルブ側に留まる。一方、排気バルブ側に噴射された補助燃料は、速い流速の流れに乗ることで、周方向に、速やかに吸気バルブ側まで運ばれる。その結果、点火タイミング（Ｐ１００４）において、補助燃料の噴霧が重なり合い、吸気バルブ側の混合気の燃料濃度が高まる。

第２補助燃料９０９の噴射後、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程後半の、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９０３の主点火９０７参照）。前述したように、火炎は、中心位置がずれた横渦によって伝播方向が曲げられる結果、吸気バルブ側へ伝播しにくいが、吸気バルブ側の混合気の燃料濃度が高いため、吸気バルブ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。

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、横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、エンジン１の燃焼変動が抑制できる。

尚、放電、及び主点火のそれぞれにおいて、点火プラグ２５に付与されるエネルギは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

（エンジンの制御装置の制御手順）
次に、図１１のフローチャートを参照しながら、前述したエンジン１の制御装置の制御手順を説明する。先ずステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１～ＳＷ９のセンサ値を取得する。続くステップＳ２において、取得したセンサ値に基づいて、ＥＣＵ１０は、エンジン１の要求トルクを算出する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ３において、要求トルクを満たすための、主噴射の噴射量及びその噴射時期を決定する。また、ＥＣＵ１０は、ステップ４において、主点火時期を決定する。

ステップＳ５においてＥＣＵ１０は、放電の時期を決定する。このステップにおいてＥＣＵ１０は、放電を実行する際の時定数Δｔも定める。ＥＣＵ１０は、例えばエンジン１の運転状態、つまりエンジン１の負荷、及び／又は、回転数に応じて、時定数Δｔを調整してもよい。

続くステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３において決定した噴射量、及び、噴射タイミングに従って、インジェクタ６に、主噴射９０４を実行させる。図９に例示したように、インジェクタ６は、吸気行程の期間中に、主噴射９０４を行う。

ステップＳ７においてＥＣＵ１０は、点火装置７に放電９０５を実行させる。点火装置７は、吸気行程の期間に、放電９０５を実行すると共に、その放電時間を検出する。

ステップＳ８においてＥＣＵ１０は、放電時間が第１閾値よりも小さいか、を判断する。ステップＳ８の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ１０に進む。ステップＳ８の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ９に進む。

ステップＳ９においてＥＣＵ１０は、放電時間が第２閾値よりも大きいか、判断する。ステップＳ９の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ１１に進む。ステップＳ９の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ１３に進む。つまり、ステップＳ９の判断がＮＯの場合、補助燃料は噴射されない。

ステップＳ１０においてＥＣＵ１０は、第１補助燃料９０８の噴射量、及び、噴射時期を決定する。第１補助燃料９０８の噴射時期は、前述したように、第２補助燃料９０９の噴射時期よりも進角側である。ステップＳ１１においてＥＣＵ１０は、第２補助燃料９０９の噴射量、及び、噴射時期を決定する。第２補助燃料９０９の噴射時期は、第１補助燃料９０８の噴射時期よりも遅角側である。第１補助燃料９０８の噴射量及び噴射時期、並びに、第２補助燃料９０９の噴射量及び噴射時期は、エンジン１の運転状態に応じて決定すればよい。

補助燃料の噴射量及び噴射時期を決定すれば、ＥＣＵ１０は、次のステップＳ１２において、補助燃料の噴射を、圧縮行程の前半又は後半（第１補助燃料９０８の場合）、又は、圧縮行程の後半（第２補助燃料９０９の場合）に実行し、ステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、点火プラグ２５を用いて混合気に点火する。

＜エンジンシステムの応用例＞
次に、上述したエンジンシステムに関し、エンジン負荷の変化に応じて、エンジン１の燃焼安定性を向上できる応用例について説明する。ここで開示する技術は、このエンジンシステムに係るものである。

高負荷時、つまり、エンジン１に出力が要求されるトルク（エンジン負荷）が高くなると、その要求に応じてシリンダー１１に導入される吸気量及び燃料量は増加する。特に、吸気量が増えると、シリンダー１１に導入される吸気の流速も高くなるので、それに伴って、シリンダー１１内での流動（以下、筒内流動ともいう）も強くなる。

そうなると、その筒内流動のうち、横渦を構成しているスワール流成分の渦中心は、慣性力の作用により、更にいっそう傾いて、シリンダー１１の中央から離れて位置し易くなる。その結果、シリンダー１１内での筒内流動のばらつきが大きくなり、燃焼変動が顕著になる。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、平面視で渦中心が偏って位置する場合での、吸気行程における筒内流動のスワール流成分の状態を例示している。ただし、二点鎖線Ａ１，Ａ２は、圧縮行程後半に発生する、火炎が伝播し難い部位を示している。図１２Ａは、シリンダー１１の中央付近での混合気の流速が低くて渦中心が偏っている場合である（図８においてＶ４より低速の状態に相当）。図１２Ｂは、シリンダー１１の中央付近での混合気の流速が高くて渦中心が偏っている場合である（図８においてＶ３より高速の状態に相当）。破線が、低負荷時の状態を示している。実線が、高負荷時の状態を示している。尚、Ｅｘ側は排気側、Ｉｎ側の吸気側、Ｒ側はリア側、Ｆ側はフロント側を示している。

前述したように、吸気は、吸気側の主にリア側から、シリンダー１１の周方向に沿って流入するよう、シリンダー１１に導入される。低負荷時に比べて高負荷時は、強い勢いで吸気がシリンダー１１に導入される。従って、高負荷時には、シリンダー１１の径方向外側の部分で、吸気の流速が増加する。尚、シリンダー１１の内壁を構成しているライナーの近傍では、ライナーに近づくほど、その壁面との接触抵抗により、吸気の流速は急速に低下する。

一方、シリンダー１１の中央付近では、エンジン負荷の高低によって吸気の流速は大きく変化しない。従って、点火プラグ２５により、シリンダー１１の中央付近における混合気の流速を安定して推定できる。スワール流成分の渦中心の位置も安定して推定できる。

そして、このような筒内流動の状態変化に伴い、スワール流成分の渦中心の位置は、Ｃ１の位置からＣ２の位置へと、シリンダー１１の径方向外側にシフトする。また、図１２Ａに示すように、渦中心が排気側に偏っている場合には、スワール流成分の渦中心の位置は、更に、シリンダー１１の排気側にシフトする。図１２Ｂに示すように、渦中心が吸気側に偏っている場合には、スワール流成分の渦中心の位置は、更に、シリンダー１１の吸気側にシフトする。

このように、高負荷時には、低負荷時に比べて、筒内流動のスワール流成分の渦中心は、ばらつき易くなるとともに、より偏在し易くなる。その結果、圧縮行程後半に発生する火炎伝播し難い部位は、Ａ１の状態からＡ２の状態に拡大し、また、シリンダー１１内での筒内流動のばらつきも、より大きくなり易い。その結果、燃焼変動が、より顕著になるおそれがある。

そこで、この応用例では、そのような場合においても、燃焼変動を抑制でき、高負荷時においてもエンジン１の燃焼を安定化できるように工夫した。以下、そのエンジンシステムの具体的な内容について説明する。

本応用例のエンジンシステムでは、前述したエンジンシステムから更に、エンジン負荷の高低に応じて、補助燃料噴射の噴射量が調整されるように構成されている。

具体的には、前述したエンジンシステムでは、判定部８３が、点火装置７が検出する放電時間から、スワール流成分の渦中心の位置を推定する。そして、その推定結果に基づいて、所定のタイミングで補助燃料噴射部８４が補助燃料を噴射するように構成されている。

それに対し、このエンジンシステムでは、判定部８３が、更に、点火装置７が検出する放電時間から、混合気の流速に関する推定流速、詳細には、シリンダー１１の中央付近での推定流速を推定する。つまり、このエンジンシステムの判定部８３は、流速推定部を構成している（以下、判定部８３を流速推定部８３ともいう）。

補助燃料噴射部８４は、流速推定部８３によって推定される推定流速に基づいて、負荷の高低に応じた噴射量で、補助燃料噴射の噴射を行う。すなわち、補助燃料噴射部８４は、エンジン負荷が相対的に高い領域で、推定流速が、所定値よりも小さくエンジン負荷の領域に対応して設定された所定の比較値以下と判定されたときは、エンジン負荷が相対的に低い領域で、比較値よりも大きいと判定されたときよりも、補助燃料噴射の噴射量を増大させる。

（補助燃料噴射の噴射量の設定）
図１３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、つまり流速推定部８３によって推定される、点火プラグ２５付近における混合気の流速である。横軸は、判定負荷、つまりアクセル開度センサＳＷ７（運転状態検出器の一例）によって判定されるエンジン負荷である。この図１３のマップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。

ここで、推定流速は、前述したように、放電時間の逆数に対応している。放電時間が短いほど、点火プラグ２５の電極周りでの混合気の流速は高い（図８参照）。そのため、図１３の縦軸は、放電時間の逆数ともいえる。このエンジンシステムの場合、補助燃料噴射部８４が、流速推定部８３の推定結果に基づいて補助燃料噴射を実行する。尚、推定流速、又は放電時間の逆数の代わりに、電極に印加する電圧の傾きを用いることもできる。すなわち、これらが電流値に関するパラメータに相当する。

図１３に示す第１所定値Ｖｐ１は、前述した第２閾値に対応したシリンダー１１の中央付近での混合気の流速Ｖ４に相当する。図１３に示す第２所定値Ｖｐ２は、前述した第１閾値に対応したシリンダー１１の中央付近での混合気の流速Ｖ３に相当する。従って、補助燃料噴射は、推定流速がその第１所定値Ｖｐ１未満の領域（低速側補助噴射領域）と、推定流速がその第２所定値Ｖｐ２より大きい領域（高速側補助噴射領域）との、それぞれで実行される。

（低速側補助噴射領域）
低速側補助噴射領域は、第１境界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、第２領域Ｒ２よりも推定流速が低い領域である。第１境界Ｂ１は、負荷が高くなるほど推定流速が高くなるように、傾斜している。

尚、詳細は後述するが、エンジンの状態が第１領域Ｒ１に属するか、第２領域Ｒ２に属するかは、補助燃料噴射部８４が、そのエンジン１の状態量を、第１境界Ｂ１に相当する所定の比較値と比較することによって判定される。後述する第３領域Ｒ３、第４領域Ｒ４、及び、第５領域Ｒ５の各々に属するかについても、補助燃料噴射部８４が、そのエンジン１の状態量を、第２境界Ｂ２又は第３境界Ｂ３に相当する所定の比較値と比較することによって判定される。

第１領域Ｒ１は、補助燃料噴射の噴射量が相対的に多く設定されている領域であり、第２領域Ｒ２は、補助燃料噴射の噴射量が相対的に少なく設定されている領域である。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噴射量とすると、第１噴射量の方が第２噴射量よりも多い。

前述したように、筒内流動でのスワール流成分の渦中心の位置は、吸気行程において検出される、シリンダー１１の中央付近での混合気の流速との間で相関が認められる（図８参照）。そして、その流速が、第１所定値Ｖｐ１と第２所定値Ｖｐ２との間に有る場合には、筒内流動のスワール流成分の渦中心は、シリンダー１１の中央付近に位置し、点火プラグ２５周りに旋回する適切な旋回流が形成される。従って、燃焼は安定する。燃焼速度も比較的速い。

それに対し、その流速が、第１所定値Ｖｐ１未満又は第２所定値Ｖｐ２より高い場合には、筒内流動のスワール流成分の渦中心は、平面視で、排気側または吸気側において、シリンダー１１の中央から外周側に離れて位置する。中心軸が傾くことにより、シリンダー１１の中心に対して偏った旋回流が形成される。そのため、混合気の着火が行われる圧縮行程の後半には、シリンダー１１内の吸気側に、燃焼し難い部位（以下、難燃焼部位ともいう）が発生してしまう。

難燃焼部位は、点火プラグ２５によって混合気が着火しても、その火炎が伝播しにくい。すなわち、燃焼の遅れが局所的に発生する。そのため、燃焼変動が生じ易くなり、燃焼速度が低下して、燃費が悪化してしまう。

推定流速が低くなって第１所定値Ｖｐ１から離れるほど、又は、推定流速が高くなって第２所定値Ｖｐ２から離れるほど、渦中心の位置ずれの影響は大きくなる。つまり、難燃焼部位において、燃焼がより遅れるようになる。更に、前述したように、高負荷では、低負荷よりも、その影響は、よりいっそう大きくなる（図１２Ａ、１２Ｂ参照）。つまり、難燃焼部位において、燃焼が、よりいっそう遅れるようになる。

そこで、このエンジンシステムでは、エンジン負荷に応じて補助燃料噴射の噴射量を調整し、エンジン負荷が高いときには、エンジン負荷が低いときと比較して、補助燃料噴射の噴射量を多くする領域が増えるように設定している。それにより、渦中心の位置ずれの影響が大きくなり、かつ、エンジン負荷の変化によってその影響が強化されても、燃焼変動を抑制できるようにしている。

具体的には、前述したように、推定流速が第１所定値Ｖｐ１より低い領域は、第１境界Ｂ１により、補助燃料噴射の噴射量が多い第１領域Ｒ１と、補助燃料噴射の噴射量が少ない第２領域Ｒ２とに分られている。

第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２よりも、推定流速が第１所定値Ｖｐ１から離れた領域である。つまり、第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２よりも、難燃焼部位で燃焼が遅れ易い。従って、第１領域Ｒ１を、第２領域Ｒ２よりも、補助燃料噴射の噴射量を多く設定することで、難燃焼部位での燃焼の遅れを抑制できる。

更に、第１境界Ｂ１は、エンジン負荷の領域に対応して、負荷が高くなるほど推定流速が高くなるように傾斜している。それにより、エンジン負荷が高くなるほど、第１領域Ｒ１が相対的に増えて、第２領域Ｒ２が相対的に減るように設定されている。従って、高負荷時には、低負荷時よりも、補助燃料噴射の噴射量が多くなる比率が高まる、つまり噴射量が増大されるので、エンジン負荷が高低に変化しても、燃焼変動を効果的に抑制できる。

（高速側補助噴射領域）
高速側補助噴射領域は、第２境界Ｂ２と第３境界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４領域Ｒ４は、第３領域Ｒ３よりも推定流速が高い領域であり、第５領域Ｒ５は、第４領域Ｒ４よりも推定流速が高い領域である。第２境界Ｂ２および第３境界Ｂ３は、負荷が高くなるほど推定流速が低くなるように、傾斜している。この例では、第２境界Ｂ２よりも第３境界Ｂ３の方が、傾斜角度は小さい。

第３領域Ｒ３は、第２領域Ｒ２と同様に、補助燃料噴射の噴射量が相対的に少なく設定されている領域であり、第４領域Ｒ４は、第１領域Ｒ１と同様に、補助燃料噴射の噴射量が相対的に多く設定されている領域である。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噴射量とすると、第４噴射量の方が第３噴射量よりも多い。尚、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。

第４領域Ｒ４は、第３領域Ｒ３よりも、推定流速が第２所定値Ｖｐ２から離れた領域である。つまり、第４領域Ｒ４は、第３領域Ｒ３よりも、難燃焼部位で燃焼が遅れ易い。従って、第４領域Ｒ４を、第３領域Ｒ３よりも、補助燃料噴射の噴射量を多く設定することで、燃焼の遅れを抑制できる。

更に、第４境界Ｂ４は、エンジン負荷の領域に対応して、負荷が高くなるほど推定流速が低くなるように傾斜している。それにより、エンジン負荷が高くなるほど、第４領域Ｒ４が相対的に増えて、第３領域Ｒ３が相対的に減るように設定されている。従って、高負荷時には、低負荷時よりも、補助燃料噴射の噴射量が多くなる比率が高まる、つまり噴射量が増大されるので、エンジン負荷が高低に変化しても、燃焼速度の遅延が抑制できる。

図１４のグラフは、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、推定流速の高低に対する補助燃料噴射の噴射量の変化を示している。図１４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。

第１噴射量と第２噴射量とは、第１境界Ｂ１を境に大きく変化し、不連続になっている。つまり第１噴射量と第２噴射量との間には、量的な所定の差が設けられている。補助燃料噴射の噴射量は、第１境界Ｂ１を境に、ステップ状に切り替わる。尚、推定流速に対する第１噴射量の変化、つまりそのグラフの傾きと、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。

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。従って、その噴射量は「０」となる。

第３領域Ｒ３では、推定流速が高いほど第３噴射量を多くする。また、第４領域Ｒ４でも、第３領域Ｒ３と同様に、推定流速が高いほど第４噴射量を多くする。また、第３噴射量と第４噴射量もまた、第２境界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。

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、第４噴射量の最大値と同量である。すなわち、第５領域Ｒ５は、混合気の流速が非常に高い領域である。従って、筒内流動に非常に強い慣性力が働く。そのため、混合気は、よりいっそうシリンダー１１の中央から離れた位置に分布して流動し易い。そのため、補助燃料の噴射量を多くしてしまうと、シリンダー１１の径方向外側の部分に、燃料濃度が非常に高い、濃い混合気が形成される。

その結果、点火が行われる圧縮行程の後半に至るまでの間に、混合気が着火してしまうおそれがある。また、濃い混合気が燃焼すると、燃焼不良によって大量の煤が発生するおそれもある。そのため、第５領域Ｒ５における第５噴射量は、そのような不具合を抑制するため、推定流速の値が高くなっても噴射量を増やさずに、一定の値に設定されている。

尚、第３境界Ｂ３が、エンジン負荷が高いほど推定流速が低くなるように傾斜しているのは、エンジン負荷が高くなるほど、主燃料噴射の噴射量が大きく、濃い混合気が形成されやすいためである。

図１５のグラフは、図１３に示す推定流速の値がＶＡ又はＶＢのときにおける、エンジン負荷の高低に対する補助燃料噴射の噴射量の変化を示している。図１５に示すように、推定流速が同じ値である場合には、第１噴射量及び第２噴射量ともに、エンジン負荷の高低にかかわらず一定である。第３噴射量及び第４噴射量も、推定流速が同じ値である場合には、エンジン負荷の高低にかかわらず一定である。

このように、このエンジンシステムでは、吸気行程において検出される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。そうすることで、エンジン負荷が高くなることで顕著になる燃焼変動を抑制でき、エンジン負荷が高低に変化しても、エンジン１の燃焼を安定化できる。

図１６に、エンジン負荷の高低に対する燃焼制御の具体例を示す。図１６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している。図１６の（ａ）は、第２領域Ｒ２での燃焼制御のタイミングチャートである。その一例を、図１３に符号Ｐ２で示す（第２エンジン状態Ｐ２）。図１６の（ｂ）は、第１領域Ｒ１での燃焼制御のタイミングチャートである。その一例を、図１３に符号Ｐ１で示す（第１エンジン状態Ｐ１）。

第１エンジン状態Ｐ１は、エンジン負荷が相対的に高い領域で、推定流速が、第１境界Ｂ１によって示される比較値以下と判定されたときに相当する。第２エンジン状態Ｐ２は、エンジン負荷が相対的に低い領域で、第１境界Ｂ１によって示される比較値よりも大きいと判定されたときに相当する。

図１６に示すように、エンジン１の状態が低負荷側及び高負荷側のいずれであっても、インジェクタ６により吸気行程での主燃料噴射時期において主燃料噴射が実行される。主燃料の噴射量は、エンジン負荷に応じて設定されるので、高負荷側に位置する第１エンジン状態Ｐ１の方が、低負荷側に位置する第２エンジン状態Ｐ２よりも多い。

主燃料噴射の後、点火装置７により検査放電が実行される。この検査放電は、吸気行程で実行される。すなわち、ここでいう検査放電は、前述したエンジンシステムにおける、吸気行程で実行される放電に相当する。従って、検査放電では、点火プラグ２５の電極間における電流に関するパラメータとして放電時間が検出される。そして、その放電時間の長短に基づいて、筒内流動のスワール流成分の渦中心の位置の推定と共に、流速推定部８３により、シリンダー１１の中央付近での混合気の流速の推定が行われる。

検査放電は、吸気バルブが開かれてシリンダー１１への吸気の供給が開始された後、吸気バルブが閉じられてシリンダー１１への吸気の供給が停止されるときまでに実行される。具体的には、吸気上死点よりも後、かつ、圧縮下死点よりも前の期間に、検査放電が実行される。前述したように、筒内流動のスワール流成分は、吸気がシリンダー１１に導入されているときに、その流動状態が安定するので、精度高くその流速を推定できるからである。

ただし、前述したように、検査放電は、吸気の開始直後には実行されない。所定期間、検査放電の実行を禁止する時定数Δｔが設定されており、吸気バルブが開かれてその時定数Δｔを経過するまでは、検査放電の実行は禁止される。吸気の開始直後は、スワール流成分の流動状態が不安定だからである。

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。このとき、前述したように、このエンジンシステムでは、第１領域Ｒ１の第１噴射量の方が、第２領域Ｒ２の第２噴射量よりも多く設定されている。更には、第１エンジン状態Ｐ１のように、第１領域Ｒ１の高負荷側の第１噴射量の方が、第２エンジン状態Ｐ２のように、第２領域Ｒ２の低負荷側の第２噴射量よりも多く設定されている。

補助燃料噴射の後、ピストン３が圧縮上死点に至る直前のタイミングで、点火プラグ２５が作動される。それにより、シリンダー１１内の混合気は着火される。このとき、前述したように、補助燃料噴射により、難燃焼部位には、燃料の濃い混合気が形成されている。

特に、高負荷側では、補助燃料噴射の噴射量が多い第１領域Ｒ１が推定流速の高い側に相対的に拡大されていて、低負荷側では、補助燃料噴射の噴射量が少ない第２領域Ｒ２が推定流速の低い側に相対的に拡大されている。それにより、高負荷側の領域に位置する場合には、第１エンジン状態Ｐ１のように、推定流速が相対的に第１所定値Ｖｐ１の近くに位置していても、補助燃料噴射の噴射量は多くなる。一方、低負荷側の領域に位置する場合には、第２エンジン状態Ｐ２のように、推定流速が相対的に第１所定値Ｖｐ１から離れて位置していても、補助燃料噴射の噴射量は少なくなる。

換言すれば、高負荷側は、低負荷側よりも、全体的に補助燃料噴射の噴射量が増大されていて、点火時の難燃焼部位に、よりいっそう燃料の濃い混合気が形成され易いように設定されている。従って、エンジン負荷が高くなり、難燃焼部位での燃焼の遅れが顕著になっても、火炎伝播を促進できる。すなわち、燃焼変動を抑制できるので、高負荷時においてもエンジン１の燃焼を安定化できる。

（フローチャート）
次に、図１７及び図１８を参照しながら、このエンジンシステムにおけるＥＣＵ１０の補助噴射制御の処理動作について説明する。

まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１～９が検出する情報を取得する。ＥＣＵ１０は、これら情報から、エンジンの運転状態を判定する。各センサＳＷ１～９は、運転状態検出器に相当する。

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。

次いで、ステップＳ３において、ＥＣＵ１０は、要求トルクに基づいて、主燃料噴射の噴射量と噴射時期とを設定する。主燃料噴射は、検査放電が実行されるタイミングよりも前の、吸気行程の所定の期間内に行われる。

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、混合気に実際に着火させるためのタイミング（主点火時期）である。

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。検査放電の時期は、前述したように、吸気行程の期間内における時定数Δｔを考慮した所定のタイミングである。

次いで、ステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、点火装置７を制御することにより、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。

続いて、ステップＳ７において、ＥＣＵ１０、詳細には流速推定部８３は、シリンダー１１内の混合気の流速を推定する。ここでは、ＥＣＵ１０は、検査放電の放電時間の逆数を推定流速として算出する。

続いて、ステップＳ８において、ＥＣＵ１０は、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未満であると判定したときには、ステップＳ９に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、推定流速が第１所定値Ｖｐ１未満でないと判定したときには、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ９では、ＥＣＵ１０は、算出されたエンジン負荷（判定負荷）と、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を判定する。具体的には、ＥＣＵ１０は、図６に示したマップを読み込んで判定を行う。

ＥＣＵ１０は、算出された判定負荷を基準にして、推定流速が、第１境界Ｂ１によって示されている値（第１比較値）以下か否かを判定する。第１比較値は、判定負荷と同じエンジン負荷における第１境界Ｂ１上の値（推定流速に相当する値）である。ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第１領域Ｒ１に属している、つまり第１比較値以下と判定したときには、ステップＳ１０に進む。

一方、ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第２領域Ｒ２に属している、つまり第１比較値よりも大きいと判定したときには、ステップＳ１１に進む。

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。尚、このときＥＣＵ１０は、推定流速の高低に応じて、第１噴射量を大小に設定する（図１４参照）。

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。尚、このときＥＣＵ１０は、推定流速の高低に応じて、第２噴射量を大小に設定する（図１４参照）。

ステップＳ１０の後は、ステップＳ１９に進む。ステップＳ１１の後は、ステップＳ１９に進む。

一方、図１８に示すように、ステップＳ１２では、ＥＣＵ１０は、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よりも高いと判定したときには、ステップＳ１４に進む。

一方、ＥＣＵ１０は、推定流速が第２所定値Ｖｐ２より高くないと判定したときには、ステップＳ１３に進み、補助燃料噴射は行わない。シリンダー１１内に、渦中心がシリンダー１１の中央付近に位置する適切な筒内流動が形成されるからである。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３の後はリターンする。

ステップＳ１４では、ＥＣＵ１０は、判定負荷と推定流速とから、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１３に示したマップを読み込んで判定を行う。

ＥＣＵ１０は、判定負荷を基準にして、推定流速が、第２境界Ｂ２によって示されている値（第２比較値）以下か否かを判定する。ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第３領域Ｒ３に属している、つまり第２比較値以下と判定したときには、ステップＳ１５に進む。

一方、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、つまり第２比較値よりも大きいと判定したときには、ステップＳ１６に進む。

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。尚、このときＥＣＵ１０は、推定流速の高低に応じて、第３噴射量を大小に設定する。ステップＳ１５の後はステップＳ１９に進む。

一方、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、判定負荷を基準にして、推定流速が、第３境界Ｂ３によって示されている値（第３比較値）以下か否かを判定する。ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第４領域Ｒ４に属している、つまり第３比較値以下と判定したときには、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、つまり第３比較値よりも大きいと判定したときには、ステップＳ１８に進む。

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、推定流速の高低に応じて、第４噴射量を大小に設定する。ステップＳ１７の後はステップＳ１９に進む。

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。ステップＳ１８の後はステップＳ１９に進む。

図１７に示すように、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、ステップＳ４で設定した主点火時期よりも前の進角側の時期に、補助燃料噴射の噴射時期を設定する。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ１９の後はリターンする。このような補助噴射制御の後、ＥＣＵ１０は、インジェクタ６を作動させて、補助燃料噴射を実行する。

このように、このエンジンシステムによれば、エンジン負荷が高くなった場合にも、シリンダー１１内での火炎が伝播しにくい部位に、燃料の濃い混合気を適切に分布させることができる。従って、エンジン１の燃焼を安定化でき、燃費を向上できる。

開示する技術にかかるエンジンシステムは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、インジェクタ６は、吸気行程中に主噴射を行うことに限らず、圧縮行程中に主噴射を行ってもよい。主噴射は、１回に限らず複数回に分けて行ってもよい。スワール発生部は必須でなく、シリンダー１１内に横渦が形成されるのであればよい。

また、ここに開示する技術が適用可能なエンジン１は、前述した構成に限らず、様々な構成のエンジンに、ここに開示する技術は適用可能である。

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（判定部）
８４ 補助燃料噴射部
Ｂ１ 第１比較値（比較値）
ＳＷ７ アクセル開度センサ（運転状態検出器）
Ｖｐ１ 第１所定値

Claims (3)

1. ペントルーフ型の天井部を有するシリンダーの中央部に燃料噴射弁と点火プラグとが設置されていて、前記天井部から前記シリンダーに吸気が導入されるエンジンと、
   前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出器と、
   前記点火プラグを作動させる点火装置、前記燃料噴射弁、及び、前記運転状態検出器の各々と電気的に接続された制御器と、
   を備えるエンジンシステムであって、
   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とを設定し、設定した量の前記主燃料が前記主燃料噴射時期に噴射されるように、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所定のタイミングで、前記点火プラグの電極間に放電経路を生じさせて、当該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前記混合気の流速の高低を推定する流速推定部と、
   前記流速推定部が推定する推定流速に基づいて、前記燃料噴射弁を制御することにより、前記主燃料噴射時期よりも遅角した時期に補助燃料噴射を実行する補助燃料噴射部と、
   を有し、
   前記補助燃料噴射部は、前記推定流速が所定値未満であった場合に、前記補助燃料噴射を実行し、
   前記補助燃料噴射部は更に、エンジン負荷が相対的に高い領域で、前記推定流速が、前記所定値よりも小さくエンジン負荷の領域に対応して設定された所定の比較値以下と判定されたときは、エンジン負荷が相対的に低い領域で、前記比較値よりも大きいと判定されたときよりも、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。
2. 請求項１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開かれて前記シリンダーへの吸気の導入が開始された後、前記吸気バルブが閉じられて前記シリンダーへの吸気の導入が停止されるときまでに前記パラメータを検出するように、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。
3. 請求項２に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記点火装置は、前記吸気バルブが開かれて所定の時定数を経過した後に前記パラメータを検出する、ことを特徴とするエンジンシステム。

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