JP4075862B2 - Engine ignition timing control device - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン(内燃機関)の点火時期制御装置、特に最大の軸トルクを発生するのに必要な最小点火進角値(いわゆるMBT)となるように点火時期を制御するものに関する。   The present invention relates to an ignition timing control device for an engine (internal combustion engine), and more particularly to an ignition timing control device that controls a minimum ignition advance value (so-called MBT) necessary for generating a maximum shaft torque.

燃焼室内で混合気が燃焼する燃焼期間における燃焼速度を複数に分割し、その分割した各燃焼期間における乱流火炎速度を運転条件に基づいて算出し、これら複数の乱流火炎速度に基づいてMBTの得られる点火時期を基本点火時期として算出するものがある(特許文献1参照)。
特開2003−148236号公報
The combustion speed in the combustion period in which the air-fuel mixture burns in the combustion chamber is divided into a plurality of times, the turbulent flame speed in each divided combustion period is calculated based on the operating conditions, and the MBT is calculated based on the plurality of turbulent flame speeds. Is calculated as the basic ignition timing (see Patent Document 1).
JP 2003-148236 A

ところで、特許文献1に記載の技術によれば、気体の流れがない状態での火炎の伝播速度である層流火炎速度SL1、SL2に対して、燃焼期間における平均乱れ強さST1、ST2を乗算することによって気体の流れがある状態での火炎の伝播速度である乱流火炎速度FLAME1、FLAME2を算出している。   By the way, according to the technique described in Patent Document 1, the laminar flame speeds SL1 and SL2, which are flame propagation speeds in the absence of gas flow, are multiplied by the average turbulence strengths ST1 and ST2 during the combustion period. Thus, turbulent flame speeds FLAME1 and FLAME2, which are flame propagation speeds in a state where there is a gas flow, are calculated.

この場合に、燃焼期間における平均乱れ強さST1、ST2を算出するに際してはエンジンの回転速度NRPMに応じた値とするだけの構成であり、特にスキッシュの影響そのものを扱ってはいない。   In this case, when calculating the average turbulence strengths ST1 and ST2 during the combustion period, the configuration is merely a value corresponding to the rotational speed NRPM of the engine, and the influence of the squish is not dealt with in particular.

ここで、スキッシュとは、ピストン頭部とシリンダヘッド下面との間の狭い隙間に存在する混合気が、圧縮行程の終わり近くで燃焼室の主要空間に押し込まれることにより生じるシリンダ半径方向のガス流動のことで、このスキッシュは燃焼期間における平均乱れ強さに影響する。また、この影響はエンジンの機種毎に相違する。   Here, the squish is a gas flow in the radial direction of the cylinder caused by the air-fuel mixture existing in a narrow gap between the piston head and the cylinder head lower surface being pushed into the main space of the combustion chamber near the end of the compression stroke. Therefore, this squish affects the average turbulence intensity during the combustion period. In addition, this influence differs for each engine model.

このため、上記の特許文献1に記載の技術によれば、エンジンの機種が相違する毎に燃焼期間における平均乱れ強さを適合する必要があり、適合工数が増大することになっている。   For this reason, according to the technique described in Patent Document 1, it is necessary to adapt the average turbulence intensity during the combustion period every time the engine model is different, and the number of man-hours to be increased is increased.

このため本発明者らはエンジンの機種が相違してもなんとか適合工数を減らすことができないかとスキッシュと燃焼期間における平均乱れ強さの関係について各種実験を行い、新たな知見を得た。   For this reason, the present inventors conducted various experiments on the relationship between the squish and the average turbulence intensity during the combustion period, and gained new knowledge, whether the number of man-hours can be reduced even if the engine model is different.

そこで本発明は、この新たな知見に基づき、燃焼期間における平均乱れ強さを算出するに際して適合工数を最小限にした装置を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention is based on this new knowledge, and an object of the present invention is to provide an apparatus that minimizes the number of man-hours required for calculating the average turbulence intensity during the combustion period.

本発明は、燃焼室内で混合気が燃焼する燃焼期間を複数に分割し、その分割した各燃焼期間(BURN1、BURN2)における燃焼速度(FLAME1、FLAME2)を運転条件に基づいて算出し、これら複数の燃焼速度に基づいてMBTの得られる点火時期を基本点火時期として算出し、この基本点火時期で火花点火を行うようにしたエンジンの点火時期制御装置において、前記いずれか一つの燃焼期間がスキッシュの生じる期間を含み、このスキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における燃焼速度がこのスキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における乱流火炎速度であり、スキッシュによる火炎速度補正量(Kq)を少なくともエンジンの仕様に基づいて算出し、前記スキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における乱流火炎速度を、このスキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における層流火炎速度とエンジンの運転条件のうち少なくともいずれか一つと、前記スキッシュによる火炎速度補正量(Kq)に基づいて算出するように構成する。 The present invention divides the combustion period in which the air-fuel mixture burns in the combustion chamber into a plurality of parts, calculates the combustion speed (FLAME1, FLAME2) in each of the divided combustion periods (BURN1, BURN2) based on the operating conditions, An ignition timing control device for an engine that calculates the ignition timing at which MBT is obtained based on the combustion speed of the engine as a basic ignition timing and performs spark ignition at this basic ignition timing. The combustion speed in the combustion period including the squish generation period is the turbulent flame speed in the combustion period including the squish generation period, and the flame speed correction amount (Kq) by the squish is set to at least the engine specifications. based calculated, turbulent flame speed in the combustion period including the period of occurrence of the squish And configured to calculate, based on the at least one of the operating conditions of the laminar flame speed and the engine in the combustion period including the period of occurrence of the squish, the flame speed correction amount according to squish and (Kq).

また、本発明は、燃焼室内で混合気が燃焼する燃焼期間を初期燃焼期間(BURN1)と主燃焼期間(BURN2)の複数に分割し、その分割した各燃焼期間(BURN1、BURN2)における燃焼速度(FLAME1、FLAME2)を運転条件に基づいて算出し、これら複数の燃焼速度(FLAME1、FLAME2)に基づいてMBTの得られる点火時期を基本点火時期MBTCALとして算出し、この基本点火時期MBTCALで火花点火を行うようにしたエンジンの点火時期制御装置において、前記主燃焼期間がスキッシュの生じる期間を含み、前記主燃焼期間における燃焼速度が前記主燃焼期間における乱流火炎速度であり、スキッシュによる火炎速度補正量(Kq)を少なくともエンジンの仕様に基づいて算出し、前記主燃焼期間における乱流火炎速度(FLAME2)を、前記主燃焼期間における層流火炎速度とエンジンの運転条件のうち少なくともいずれか一つと、前記スキッシュによる火炎速度補正量(Kq)に基づいて算出するように構成する。 Further, according to the present invention, the combustion period in which the air-fuel mixture burns in the combustion chamber is divided into an initial combustion period (BURN1) and a main combustion period (BURN2), and the combustion speed in each of the divided combustion periods (BURN1, BURN2). (FLAME1, FLAME2) is calculated based on the operating conditions, and the ignition timing at which MBT is obtained is calculated as the basic ignition timing MBTCAL based on the plurality of combustion speeds (FLAME1, FLAME2), and spark ignition is performed at this basic ignition timing MBTCAL. In the engine ignition timing control apparatus, the main combustion period includes a period in which squish occurs, the combustion speed in the main combustion period is a turbulent flame speed in the main combustion period, and flame speed correction by squish The amount (Kq) is calculated based on at least the engine specifications, and the main fuel The turbulent flame speed (FLAME2) in the period, and at least one of the operating conditions of the laminar flame speed and the engine at the main combustion period, as calculated based on the flame speed correction amount and (Kq) by the squish Configure.

スキッシュの形状によりスキッシュが燃焼速度に影響する程度が定まる、という実験結果を新たに得ている。ということは、スキッシュの形状はエンジンの仕様により定まるのであるから、エンジンの仕様によりスキッシュがスキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における乱流火炎速度や主燃焼期間における乱流火炎速度に影響する程度をほぼ推定できることを意味する。すなわち、本発明によれば、いずれか一つの燃焼期間がスキッシュの生じる期間を含み、スキッシュによる火炎速度補正量(Kq)を少なくともエンジンの仕様に基づいて算出し、前記スキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における乱流火炎速度(FLAME2)を、このスキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における層流火炎速度とエンジンの運転条件のうち少なくともいずれか一つと、前記スキッシュによる火炎速度補正量(Kq)に基づいて算出するように、また本発明によれば主燃焼期間がスキッシュの生じる期間を含み、スキッシュによる火炎速度補正量(Kq)を少なくともエンジンの仕様に基づいて算出し、前記主燃焼期間における乱流火炎速度(FLAME2)を、前記主燃焼期間における層流火炎速度とエンジンの運転条件のうち少なくともいずれか一つと、前記スキッシュによる火炎速度補正量(Kq)に基づいて算出するように構成するので、エンジン機種が異なる毎に適合し直す必要が無くなり、適合工数を低減できる。 A new experimental result has been obtained that the extent to which the squish affects the combustion speed is determined by the shape of the squish. That is, since the shape of the squish is determined by the engine specifications, the degree to which the squish influences the turbulent flame speed during the combustion period including the squish generation period and the turbulent flame speed during the main combustion period, depending on the engine specifications. It means that it can be estimated almost. That is, according to the present invention, any one combustion period includes a period during which squish occurs, a flame speed correction amount (Kq) by squish is calculated based on at least engine specifications, and combustion including the period during which squish occurs The turbulent flame speed (FLAME2) in the period is based on at least one of a laminar flame speed and an engine operating condition in a combustion period including a period in which the squish is generated, and a flame speed correction amount (Kq) by the squish. In addition, according to the present invention, the main combustion period includes a period during which squish occurs, and the flame speed correction amount (Kq) by squish is calculated based on at least the engine specifications, and the turbulent flow during the main combustion period flame speed (FLAME2), luck laminar flame speed and the engine at the main combustion period And at least one of the conditions, so configured to calculate, based on the flame speed correction amount (Kq) by the squish, there is no need to engine models again adapted for different, it can be reduced man-hour for adaptation.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のシステムを説明するための概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the system of the present invention.

空気は吸気コレクタ2に蓄えられた後、吸気マニホールド3を介して各気筒の燃焼室5に導入される。燃料は各気筒の吸気ポート4に配置された燃料インジェクタ21より噴射供給される。空気中に噴射された燃料は気化しつつ空気と混合してガス(混合気)を作り、燃焼室5に流入する。この混合気は吸気弁15が閉じることで燃焼室5内に閉じこめられ、ピストン6の上昇によって圧縮される。   The air is stored in the intake collector 2 and then introduced into the combustion chamber 5 of each cylinder via the intake manifold 3. Fuel is injected and supplied from a fuel injector 21 disposed in the intake port 4 of each cylinder. The fuel injected into the air is vaporized and mixed with the air to form a gas (air mixture) and flows into the combustion chamber 5. This air-fuel mixture is confined in the combustion chamber 5 when the intake valve 15 is closed, and is compressed by the rise of the piston 6.

この圧縮混合気に対して高圧火花により点火を行うため、パワートランジスタ内蔵の点火コイルを各気筒に配した電子配電システムの点火装置11を備える。すなわち、点火装置11は、バッテリからの電気エネルギーを蓄える点火コイル13と、点火コイル13の一次側への通電、遮断を行うパワートランジスタと、燃焼室5の天井に設けられ点火コイル13の一次電流の遮断によって点火コイル13の二次側に発生する高電圧を受けて、火花放電を行う点火プラグ14とからなっている。   In order to ignite this compressed air-fuel mixture with a high-pressure spark, an ignition device 11 of an electronic power distribution system is provided in which an ignition coil with a built-in power transistor is arranged in each cylinder. That is, the ignition device 11 includes an ignition coil 13 that stores electrical energy from the battery, a power transistor that energizes and shuts off the primary side of the ignition coil 13, and a primary current of the ignition coil 13 that is provided on the ceiling of the combustion chamber 5. It includes a spark plug 14 that receives a high voltage generated on the secondary side of the ignition coil 13 due to interruption of the spark coil 13 and performs spark discharge.

圧縮上死点より少し手前で点火プラグ14により火花が飛ばされ圧縮混合気に着火されると、火炎が広がりやがて爆発的に燃焼し、この燃焼によるガス圧がピストン6を押し下げる仕事を行う。この仕事はクランクシャフト7の回転力として取り出される。燃焼後のガス(排気)は排気弁16が開いたとき排気通路8へと排出される。   When a spark is blown off by the spark plug 14 slightly before the compression top dead center and the compressed mixture is ignited, the flame spreads and then explosively burns, and the gas pressure by this combustion works to push down the piston 6. This work is taken out as the rotational force of the crankshaft 7. The combusted gas (exhaust gas) is discharged into the exhaust passage 8 when the exhaust valve 16 is opened.

排気通路8には三元触媒9を備える。三元触媒9は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲(ウインドウ)にあるとき、排気に含まれるHC、CO、NOxといった有害三成分を同時に効率よく除去できる。空燃比は吸入空気量と燃料量の比であるので、エンジンの1サイクル(4サイクルエンジンではクランク角で720°区間)当たりに燃焼室5に導入される吸入空気量と、燃料インジェクタ21からの燃料噴射量との比が理論空燃比となるように、エンジンコントローラ31ではエアフローメータ32からの吸入空気流量の信号とクランク角センサ(33、34)からの信号に基づいて燃料インジェクタ21からの燃料噴射量を定めると共に、三元触媒9の上流に設けたO2センサ35からの信号に基づいて空燃比をフィードバック制御している。 A three-way catalyst 9 is provided in the exhaust passage 8. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a narrow range (window) centered on the stoichiometric air-fuel ratio, the three-way catalyst 9 can efficiently remove harmful three components such as HC, CO, and NOx contained in the exhaust gas simultaneously. Since the air-fuel ratio is the ratio of the intake air amount and the fuel amount, the intake air amount introduced into the combustion chamber 5 per one cycle of the engine (crank angle 720 ° section in a four-cycle engine) and the fuel injector 21 The engine controller 31 uses the intake air flow rate signal from the air flow meter 32 and the fuel from the fuel injector 21 based on the signals from the crank angle sensors (33, 34) so that the ratio to the fuel injection amount becomes the stoichiometric air-fuel ratio. The injection amount is determined, and the air-fuel ratio is feedback controlled based on a signal from an O 2 sensor 35 provided upstream of the three-way catalyst 9.

吸気コレクタ2の上流には絞り弁23がスロットルモータ24により駆動される、いわゆる電子制御スロットル22を備える。運転者が要求するトルクはアクセルペダル41の踏み込み量(アクセル開度)に現れるので、エンジンコントローラ31ではアクセルセンサ42からの信号に基づいて目標トルクを定め、この目標トルクを実現するための目標空気量を定め、この目標空気量が得られるようにスロットルモータ24を介して絞り弁23の開度を制御する。   A so-called electronically controlled throttle 22 in which a throttle valve 23 is driven by a throttle motor 24 is provided upstream of the intake collector 2. Since the torque required by the driver appears in the amount of depression of the accelerator pedal 41 (accelerator opening), the engine controller 31 determines a target torque based on a signal from the accelerator sensor 42, and a target air for realizing this target torque. The amount is determined, and the opening degree of the throttle valve 23 is controlled via the throttle motor 24 so as to obtain this target air amount.

吸気弁用カムシャフト25、排気弁用カムシャフト26及びクランクシャフト7の各前部にはそれぞれカムスプロケット、クランクスプロケットが取り付けられ、これらスプロケットにタイミングチェーン(図示しない)を掛け回すことで、カムシャフト25、26がエンジンのクランクシャフト7により駆動されるのであるが、このカムスプロケットと吸気弁用カムシャフト25との間に介在して、作動角一定のまま吸気弁用カムの位相を連続的に制御し得る吸気バルブタイミングコントロール機構(以下、「吸気VTC機構」という。)27と、カムスプロケットと排気弁用カムシャフト26との間に介在して、作動角一定のまま排気弁用カムの位相を連続的に制御し得る排気バルブタイミングコントロール機構(以下、「排気VTC機構」という。)28とを備える。吸気弁15の開閉時期や排気弁16の開閉時期を変えると燃焼室5に残留する不活性ガスの量が変化する。燃焼室5内の不活性ガスの量が増えるほどポンピングロスが減って燃費がよくなるので、運転条件によりどのくらいの不活性ガスが燃焼室5内に残留したらよいかを目標吸気弁閉時期や目標排気弁閉時期にして予め定めており、エンジンコントローラ31ではそのときの運転条件(エンジンの負荷と回転速度)より目標吸気弁閉時期と目標排気弁閉時期を定め、それら目標値が得られるように吸気VTC機構27、排気VTC機構28の各アクチュエータを介して吸気弁閉時期と排気弁閉時期を制御する。   Cam sprockets and crank sprockets are attached to the front portions of the intake valve camshaft 25, the exhaust valve camshaft 26 and the crankshaft 7, respectively, and a timing chain (not shown) is hung around these sprockets so that the camshaft 25 and 26 are driven by the crankshaft 7 of the engine, and are interposed between the cam sprocket and the intake valve camshaft 25 to continuously adjust the phase of the intake valve cam with a constant operating angle. An exhaust valve cam control phase (hereinafter referred to as an “intake VTC mechanism”) 27 that can be controlled, and a cam sprocket and an exhaust valve camshaft 26 are interposed between the camshaft 26 and the exhaust valve cam. Exhaust valve timing control mechanism (hereinafter referred to as “exhaust VTC machine”) "I referred to.) And a 28. When the opening / closing timing of the intake valve 15 and the opening / closing timing of the exhaust valve 16 are changed, the amount of the inert gas remaining in the combustion chamber 5 changes. As the amount of the inert gas in the combustion chamber 5 increases, the pumping loss decreases and the fuel consumption improves. Therefore, the target intake valve closing timing and the target exhaust gas indicate how much inert gas should remain in the combustion chamber 5 depending on the operating conditions. The valve closing timing is determined in advance, and the engine controller 31 determines the target intake valve closing timing and the target exhaust valve closing timing from the operating conditions (engine load and rotation speed) at that time, so that these target values can be obtained. The intake valve closing timing and the exhaust valve closing timing are controlled via the actuators of the intake VTC mechanism 27 and the exhaust VTC mechanism 28.

さらに、吸気弁15の弁リフト量及び作動角を連続的に可変制御する多節リンク状の機構で構成される可変バルブ機構(以下「VEL機構」という。)51を備える。このVEL機構51及び上記吸気VTC機構27の具体的な構成は特開2003−3872号公報により公知であるのでその詳しい説明は省略する。   Furthermore, a variable valve mechanism (hereinafter referred to as “VEL mechanism”) 51 configured by a multi-node link-like mechanism that continuously and variably controls the valve lift amount and the operating angle of the intake valve 15 is provided. Since specific configurations of the VEL mechanism 51 and the intake VTC mechanism 27 are known from Japanese Patent Laid-Open No. 2003-3872, detailed description thereof is omitted.

弁リフト量を小さくすると吸気弁15の周囲を通過して燃焼室5に流入する吸入空気の流速が増大するためこの吸入空気の流速増大で噴射燃料の霧化が改善されることから、エンジンコントローラ31ではエンジンより排出されるHCが増える傾向にある始動直後からしばらくは噴射燃料の霧化を促進してHCを低減するため、VEL機構51のアクチュエータを介しVEL機構51を作動させて吸気弁15の弁リフト量を小さくする。そして、その後はVEL機構51を非作動として吸気弁15の弁リフト量を元に戻し大量の吸入空気を燃焼室5へと流入させる。   If the valve lift is reduced, the flow rate of the intake air that passes through the periphery of the intake valve 15 and flows into the combustion chamber 5 is increased. Therefore, the increase in the flow rate of the intake air improves the atomization of the injected fuel. In 31, since the HC discharged from the engine tends to increase, the atomization of the injected fuel is promoted for a while from the start and the HC is reduced. Therefore, the intake valve 15 is operated by operating the VEL mechanism 51 via the actuator of the VEL mechanism 51. Reduce the amount of valve lift. Thereafter, the VEL mechanism 51 is deactivated, the valve lift amount of the intake valve 15 is restored, and a large amount of intake air is caused to flow into the combustion chamber 5.

吸気温度センサ43からの吸気温度の信号、吸気圧力センサ44からの吸気圧力の信号、排気温度センサ45からの排気温度の信号、排気圧力センサ46からの排気圧力の信号が、水温センサ37からの冷却水温の信号と共に入力されるエンジンコントローラ31では、パワートランジスタ13を介して点火プラグ14の一次側電流の遮断時期である点火時期を制御する。   An intake air temperature signal from the intake air temperature sensor 43, an intake air pressure signal from the intake air pressure sensor 44, an exhaust gas temperature signal from the exhaust air temperature sensor 45, and an exhaust gas pressure signal from the exhaust air pressure sensor 46 are output from the water temperature sensor 37. The engine controller 31 that is input together with the coolant temperature signal controls the ignition timing that is the primary current cutoff timing of the spark plug 14 via the power transistor 13.

図2はエンジンコントローラ31内で行われる点火時期制御のブロック図で、大きくは点火時期演算部51と点火時期制御部61とからなる。点火時期演算部51はさらに初期燃焼期間算出部52、主燃焼期間算出部53、燃焼期間算出部54、基本点火時期算出部55及び前回燃焼開始時期算出部56からなる。   FIG. 2 is a block diagram of the ignition timing control performed in the engine controller 31. The ignition timing control section 51 and the ignition timing control section 61 are mainly composed. The ignition timing calculator 51 further includes an initial combustion period calculator 52, a main combustion period calculator 53, a combustion period calculator 54, a basic ignition timing calculator 55, and a previous combustion start timing calculator 56.

初期燃焼期間算出部52では、混合気が着火してから火炎核が形成されるまでの期間を初期燃焼期間BURN1として算出する。主燃焼期間算出部53では、火炎核が形成されてから燃焼圧力が最大値Pmaxに達するまでの期間を主燃焼期間BURN2として算出する。燃焼期間算出部54では、これら初期燃焼期間BURN1と主燃焼期間BURN2との合計を、燃焼開始より最大燃焼圧力Pmaxに至るまでの燃焼期間BURNとして算出する。基本点火時期算出部55では、この燃焼期間BURNに基づいてMBTの得られる点火時期(この点火時期を「基本点火時期」という。)MBTCALを算出する。   The initial combustion period calculation unit 52 calculates a period from when the air-fuel mixture is ignited until flame nuclei are formed as the initial combustion period BURN1. The main combustion period calculation unit 53 calculates a period from when the flame kernel is formed until the combustion pressure reaches the maximum value Pmax as the main combustion period BURN2. The combustion period calculation unit 54 calculates the sum of the initial combustion period BURN1 and the main combustion period BURN2 as the combustion period BURN from the start of combustion to the maximum combustion pressure Pmax. The basic ignition timing calculation unit 55 calculates an ignition timing (this ignition timing is referred to as “basic ignition timing”) MBTCAL from which MBT is obtained based on the combustion period BURN.

点火時期制御部61ではこのようにして算出された基本点火時期を点火時期指令値とし、この指令値で点火プラグ14が燃焼室5内の混合気に対して着火するように、イグニッションコイル13への通電角と非通電角を制御する。   The ignition timing control unit 61 uses the basic ignition timing calculated in this way as an ignition timing command value, and the ignition plug 14 is ignited to the ignition coil 13 so that the ignition plug 14 ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 5 with this command value. The energization angle and the non-energization angle are controlled.

上記のように燃焼期間BURNを初期燃焼期間BURN1と主燃焼期間BURN2に分けて算出し、燃焼期間BURNに応じて基本点火時期MBTCALを求めるようにしたのは、燃焼解析より得られた結果に基づくものである。以下、燃焼解析に基づくこの点火時期制御をさらに説明する。   As described above, the combustion period BURN is calculated by dividing the combustion period BURN into the initial combustion period BURN1 and the main combustion period BURN2, and the basic ignition timing MBTCAL is obtained according to the combustion period BURN, based on the result obtained from the combustion analysis. Is. Hereinafter, the ignition timing control based on the combustion analysis will be further described.

図3に示すようにMBT(最大トルクの得られる最小進角値)で混合気に点火した場合に混合気の燃焼圧力が最大値Pmaxとなるクランク角を基準クランク角θPMAX[degATDC]とする。基準クランク角θPMAXは燃焼方式によらずほぼ一定であり、一般に圧縮上死点後12〜15度、最大で圧縮上死点後10〜20度の範囲にある。   As shown in FIG. 3, the crank angle at which the combustion pressure of the air-fuel mixture reaches the maximum value Pmax when the air-fuel mixture is ignited with MBT (minimum advance angle value at which maximum torque is obtained) is defined as a reference crank angle θPMAX [degATDC]. The reference crank angle θPMAX is substantially constant regardless of the combustion method, and is generally in the range of 12 to 15 degrees after compression top dead center, and at most 10 to 20 degrees after compression top dead center.

図4に火花点火エンジンにおける燃焼室内の燃焼解析により得られた燃焼質量割合BR(燃焼ガス質量割合)の変化を示す。燃焼室に供給された燃料に対する燃焼質量の比率を表す燃焼質量割合BRは、点火時に0%であり、完全燃焼によって100%に達する。基準クランク角θPMAXにおける燃焼質量割合は一定で約60%であることが実験により確かめられている。   FIG. 4 shows changes in the combustion mass ratio BR (combustion gas mass ratio) obtained by the combustion analysis in the combustion chamber in the spark ignition engine. The combustion mass ratio BR representing the ratio of the combustion mass to the fuel supplied to the combustion chamber is 0% at the time of ignition, and reaches 100% by complete combustion. Experiments have confirmed that the combustion mass ratio at the reference crank angle θPMAX is constant and about 60%.

燃焼質量割合BRが0%から基準クランク角θPMAX相当の約60%に達するまでの変化代に相当する燃焼期間は、燃焼開始直後で燃焼質量割合にも燃焼圧力にもほとんど変化のない期間である初期燃焼期間と、燃焼質量割合と燃焼圧力が急激に増加する主燃焼期間とに分けられる。初期燃焼期間は、燃焼開始から火炎核が形成されるまでの段階であり、火炎核が形成されるのは燃焼質量割合が0%から2%〜10%まで変化したときである。この初期燃焼期間中は、燃焼圧力や燃焼温度の上昇速度が小さく、燃焼質量割合の変化に対して初期燃焼期間は長い。初期燃焼期間の長さは燃焼室内の温度や圧力の変化の影響を受けやすい。   The combustion period corresponding to the change allowance until the combustion mass ratio BR reaches about 60% corresponding to the reference crank angle θPMAX from 0% is a period in which there is almost no change in both the combustion mass ratio and the combustion pressure immediately after the start of combustion. It is divided into an initial combustion period and a main combustion period in which the combustion mass ratio and the combustion pressure increase rapidly. The initial combustion period is a stage from the start of combustion until flame nuclei are formed, and the flame nuclei are formed when the combustion mass ratio changes from 0% to 2% to 10%. During this initial combustion period, the rate of increase in combustion pressure and combustion temperature is small, and the initial combustion period is long with respect to changes in the combustion mass ratio. The length of the initial combustion period is susceptible to changes in temperature and pressure in the combustion chamber.

一方、主燃焼期間においては、火炎核から外側へと火炎が伝播するのであり、その火炎速度(つまり燃焼速度)が急上昇する。そのため、主燃焼期間の燃焼質量割合の変化は初期燃焼期間の燃焼質量割合の変化に比べて大きい。   On the other hand, in the main combustion period, the flame propagates from the flame kernel to the outside, and the flame speed (that is, the combustion speed) increases rapidly. Therefore, the change in the combustion mass ratio during the main combustion period is larger than the change in the combustion mass ratio during the initial combustion period.

エンジンコントローラ31では、燃焼質量割合が2%に達する(変化する)までを初期燃焼期間BURN1[deg]とし、初期燃焼期間BURN1の終了後、基準クランク角θPMAXに至るまでの区間(燃焼室量割合でいえば2%より約60%に達するまでの間)を主燃焼期間BURN2[deg]として区別する。そして、初期燃焼期間BURN1に主燃焼期間BURN2を加えた合計である燃焼期間BURN[deg]を算出し、この燃焼期間BURNから基準クランク角θPMAX[degATDC]を差し引き、さらに後述する点火無駄時間相当クランク角IGNDEAD[deg]を加えたクランク角位置を、MBTの得られる点火時期である基本点火時期MBTCAL[degBTDC]として設定する。   In the engine controller 31, the period until the combustion mass ratio reaches 2% (changes) is set as the initial combustion period BURN1 [deg], and the period from the end of the initial combustion period BURN1 to the reference crank angle θPMAX (combustion chamber volume ratio) In other words, the main combustion period BURN2 [deg] is distinguished from 2% to about 60%. Then, a combustion period BURN [deg] that is the sum of the initial combustion period BURN1 and the main combustion period BURN2 is calculated, a reference crank angle θPMAX [degATDC] is subtracted from the combustion period BURN, and an ignition dead time equivalent crank described later is further calculated. The crank angle position to which the angle IGNDEAD [deg] is added is set as the basic ignition timing MBTCAL [degBTDC], which is the ignition timing at which MBT is obtained.

火炎核の形成される初期燃焼期間での燃焼室5内の圧力、温度は、点火時の圧力、温度とほぼ等価になるが、これから点火時期を算出しようとしているのに、最初から正確な点火時期を設定することはできない。そこで、図2に示したように前回燃焼開始時期算出部56で基本点火時期の前回値を前回燃焼開始時期MBTCYCL[degBTDC]として算出し、この値を初期燃焼期間算出部52に対して与えるようにし、初期燃焼期間算出部52において初期燃焼期間の算出をサイクリックに繰り返すことで、精度の高い結果を時間遅れなしに出すようにしている。   The pressure and temperature in the combustion chamber 5 during the initial combustion period in which flame nuclei are formed are almost equivalent to the pressure and temperature at the time of ignition, but the ignition timing is calculated from this, but accurate ignition is performed from the beginning. The time cannot be set. Therefore, as shown in FIG. 2, the previous combustion start timing calculation unit 56 calculates the previous value of the basic ignition timing as the previous combustion start timing MBTCYCL [degBTDC], and gives this value to the initial combustion period calculation unit 52. In addition, the initial combustion period calculation unit 52 cyclically repeats the calculation of the initial combustion period so as to obtain a highly accurate result without a time delay.

次に、エンジンコントローラ31で実行される上記の基本点火時期MBTCALの算出を以下のフローチャートを参照しながら詳述する。   Next, the calculation of the basic ignition timing MBTCAL executed by the engine controller 31 will be described in detail with reference to the following flowchart.

図5は点火時期の算出に必要な各種の物理量を算出するためのもので、一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。   FIG. 5 is for calculating various physical quantities necessary for calculating the ignition timing, and is executed at regular time intervals (for example, every 10 msec).

まずステップ11では、吸気弁閉時期IVC[degBTDC]、温度センサ43により検出されるコレクタ内温度TCOL[K]、圧力センサ44により検出されるコレクタ内圧力PCOL[Pa]、温度センサ45により検出される排気温度TEXH[K]、内部不活性ガス率MRESFR[%]、温度センサ37により検出される冷却水温TWK[K]、目標当量比TFBYA、クランク角センサにより検出されるエンジン回転速度NRPM[rpm]、点火無駄時間DEADTIME[μsec]を読み込む。   First, in step 11, the intake valve closing timing IVC [degBTDC], the collector internal temperature TCOL [K] detected by the temperature sensor 43, the collector internal pressure PCOL [Pa] detected by the pressure sensor 44, and the temperature sensor 45 are detected. Exhaust temperature TEXH [K], internal inert gas rate MRESFR [%], cooling water temperature TWK [K] detected by temperature sensor 37, target equivalent ratio TFBYA, engine rotational speed NRPM [rpm] detected by crank angle sensor ], Dead ignition time DEADTIME [μsec] is read.

ここで、クランク角センサはクランクシャフト7のポジションを検出するポジションセンサ33と、吸気用カムシャフト25ポジションを検出するフェーズセンサ34とからなり、これら2つのセンサ33、34からの信号に基づいてエンジン回転速度NRPM[rpm]が算出されている。   Here, the crank angle sensor includes a position sensor 33 for detecting the position of the crankshaft 7 and a phase sensor 34 for detecting the position of the intake camshaft 25. The engine is based on signals from the two sensors 33 and 34. The rotational speed NRPM [rpm] is calculated.

吸気弁閉時期IVCは吸気VTC機構27に与える指令値から既知である。あるいはフェーズセンサ34により実際の吸気弁閉時期を検出してもかまわない。   The intake valve closing timing IVC is known from the command value given to the intake VTC mechanism 27. Alternatively, the actual intake valve closing timing may be detected by the phase sensor 34.

内部不活性ガス率MRESFRは燃焼室内に残留する不活性ガス量を燃焼室内の総ガス量で除した値で、その算出については後述する。点火無駄時間DEADTIMEは一定値である。   The internal inert gas ratio MRESFR is a value obtained by dividing the amount of inert gas remaining in the combustion chamber by the total amount of gas in the combustion chamber, and the calculation thereof will be described later. The ignition dead time DEADTIME is a constant value.

目標当量比TFBYAは図示しない燃料噴射量の算出フローにおいて算出されている。目標当量比TFBYAは無名数であり、理論空燃比を14.7とすると、次式により表される値である。   The target equivalent ratio TFBYA is calculated in a fuel injection amount calculation flow (not shown). The target equivalent ratio TFBYA is an unnamed number, and is a value represented by the following expression when the theoretical air-fuel ratio is 14.7.

TFBYA=14.7/目標空燃比 …(1)
例えば(1)式より目標空燃比が理論空燃比のときTFBYA=1.0となり、目標空燃比が例えば22.0といったリーン側の値であるとき、TFBYAは1.0未満の正の値である。
TFBYA = 14.7 / target air-fuel ratio (1)
For example, from equation (1), when the target air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, TFBYA = 1.0, and when the target air-fuel ratio is a lean value such as 22.0, TFBYA is a positive value less than 1.0. is there.

ステップ12では、燃焼室5の吸気弁閉時期IVCにおける容積(つまり圧縮開始時期での容積)VIVC[m3]を算出する。燃焼室5の吸気弁閉時期における容積VIVCは、ピストン6のストローク位置によって決まる。ピストン6のストローク位置はエンジンのクランク角位置によって決まる。 In step 12, the volume of the combustion chamber 5 at the intake valve closing timing IVC (that is, the volume at the compression start timing) VIVC [m 3 ] is calculated. The volume VIVC of the combustion chamber 5 when the intake valve is closed is determined by the stroke position of the piston 6. The stroke position of the piston 6 is determined by the crank angle position of the engine.

図6を参照して、エンジンのクランクシャフト71の回転中心72がシリンダの中心軸73からオフセットしている場合を考える。コネクティングロッド74、コネクティングロッド74とクランクシャフト71との結節点75、コネクティングロッド74とピストンをつなぐピストンピン76が図に示す関係にあるとする。このときの、燃焼室5の吸気弁閉時期における容積VIVCは次式(2)〜(6)で表すことができる。   Referring to FIG. 6, consider a case where the rotation center 72 of the crankshaft 71 of the engine is offset from the center axis 73 of the cylinder. Assume that the connecting rod 74, the joint point 75 between the connecting rod 74 and the crankshaft 71, and the piston pin 76 that connects the connecting rod 74 and the piston are in the relationship shown in the figure. At this time, the volume VIVC of the combustion chamber 5 at the closing timing of the intake valve can be expressed by the following equations (2) to (6).

VIVC=f1(θivc)
=Vc+(π/4)D2・Hivc …(2)
Vc=(π/4)D2・Hx/(ε−1) …(3)
Hivc={(CND+ST2/2)−(CRoff−PISoff)21/2
−{(ST/2)・cos(θivc+θoff)}+(CND2−X21/2
…(4)
X =(ST/2)・sin(θivc+θoff)−CRoff+PISoff
…(5)
θoff=arcsin{(CRoff−PISoff)/(CND・(ST/2))}
…(6)
ただし、Vc:隙間容積[m3]、
ε :圧縮比、
D :シリンダボア径[m]、
ST :ピストンの全ストローク[m]、
Hivc :吸気弁閉時期におけるピストンピン76のTDCからの
距離[m]、
Hx :ピストンピン76のTDCからの距離の最大値と最小値
の差[m]、
CND :コネクティングロッド74の長さ[m]、
CRoff :結節点75のシリンダ中心軸73からのオフセット距離 [m]、
PISoff:クランクシャフト回転中心72のシリンダ中心軸73から のオフセット距離[m]、
θivc :吸気弁閉時期のクランク角[degATDC]、
θoff :ピストンピン76とクランクシャフト回転中心72と
を結ぶ線がTDCにおいて垂直線となす角度[deg]、
X :結節点75とピストンピン76との水平距離[m]、
吸気弁閉時期のクランク角θivcは前述のように、エンジンコントローラ31から吸気VTC機構27への指令信号によって決まるので、既知である。式(2)〜(6)にこのときのクランク角θivc(=IVC)を代入すれば、燃焼室5の吸気弁閉時期における容積VIVCを算出することができる。したがって、実用上は燃焼室5の吸気弁閉時期における容積VIVCは吸気弁閉時期IVCをパラメータとするテーブルで設定したものを用いる。吸気VTC機構27を備えないときには定数で与えることができる。
VIVC = f1 (θivc)
= Vc + (π / 4) D 2 · Hivc (2)
Vc = (π / 4) D 2 · Hx / (ε−1) (3)
Hivc = {(CND + ST 2 /2) - (CRoff-PISoff) 2} 1/2
− {(ST / 2) · cos (θivc + θoff)} + (CND 2 −X 2 ) 1/2
(4)
X = (ST / 2) · sin (θivc + θoff) −CRoff + PISoff
... (5)
θoff = arcsin {(CRoff−PISoff) / (CND · (ST / 2))}
(6)
Where Vc: gap volume [m 3 ],
ε: compression ratio,
D: cylinder bore diameter [m],
ST: Full piston stroke [m],
Hivc: From the TDC of the piston pin 76 when the intake valve is closed
Distance [m],
Hx: Maximum value and minimum value of the distance from the TDC of the piston pin 76
Difference [m],
CND: length of connecting rod 74 [m],
CRoff: offset distance of the nodal point 75 from the cylinder center axis 73 [m],
PISoff: offset distance [m] of the crankshaft rotation center 72 from the cylinder center axis 73,
θivc: Intake valve closing timing crank angle [degATDC],
θoff: piston pin 76 and crankshaft rotation center 72
The angle [deg] between the line connecting the two and the vertical line in TDC,
X: horizontal distance [m] between the nodal point 75 and the piston pin 76,
As described above, the crank angle θivc at the time of closing the intake valve is known because it is determined by the command signal from the engine controller 31 to the intake VTC mechanism 27. By substituting the crank angle θivc (= IVC) at this time into the equations (2) to (6), the volume VIVC of the combustion chamber 5 at the closing timing of the intake valve can be calculated. Therefore, in practice, the volume VIVC of the combustion chamber 5 at the intake valve closing timing is set by a table using the intake valve closing timing IVC as a parameter. When the intake VTC mechanism 27 is not provided, a constant value can be given.

ステップ13では、燃焼室5の吸気弁閉時期IVCにおける温度(つまり圧縮開始時期温度)TINI[K]を算出する。燃焼室5に流入するガスの温度は、燃焼室5に流入する新気と燃焼室5に残留する不活性ガスとが混じったガスの温度であり、燃焼室5に流入する新気の温度は吸気コレクタ2内の新気温度TCOLに等しく、また燃焼室5内に残留する不活性ガスの温度は排気ポート部近傍の排気温度TEXHで近似できるので、燃焼室5の吸気弁閉時期IVCにおける温度TINIは吸気弁閉時期IVCになったタイミングでの、吸気コレクタ2内の新気温度TCOL、排気温度TEXH、燃焼室5内に残留する不活性ガスの割合である内部不活性ガス率MRESFRから次式により求めることができる。   In step 13, the temperature (that is, the compression start timing temperature) TINI [K] of the combustion chamber 5 at the intake valve closing timing IVC is calculated. The temperature of the gas flowing into the combustion chamber 5 is a temperature of a gas in which the fresh air flowing into the combustion chamber 5 and the inert gas remaining in the combustion chamber 5 are mixed. The temperature of the fresh air flowing into the combustion chamber 5 is Since the temperature of the inert gas equal to the fresh air temperature TCOL in the intake collector 2 and remaining in the combustion chamber 5 can be approximated by the exhaust temperature TEXH in the vicinity of the exhaust port, the temperature of the combustion chamber 5 at the intake valve closing timing IVC. TINI is the following from the fresh air temperature TCOL in the intake collector 2, the exhaust gas temperature TEXH, and the internal inert gas ratio MRESFR that is the ratio of the inert gas remaining in the combustion chamber 5 at the timing when the intake valve closing timing IVC is reached. It can be obtained by an expression.

TINI=TEXH×MRESFR+TCOL×(1−MRESFR)
…(7)
ステップ14では燃焼室5の吸気弁閉時期IVCにおける圧力(つまり圧縮開始時期圧力)PINI[Pa]を算出する。すなわち、吸気弁閉時期IVCになったタイミングでのコレクタ内圧力PCOLを吸気弁閉時期IVCにおける圧力PINIとして取り込む。
TINI = TEXH × MRESFR + TCOL × (1−MRESFR)
... (7)
In step 14, the pressure (that is, compression start timing pressure) PINI [Pa] at the intake valve closing timing IVC of the combustion chamber 5 is calculated. That is, the collector internal pressure PCOL at the timing when the intake valve closing timing IVC is reached is taken in as the pressure PINI at the intake valve closing timing IVC.

ステップ15では、燃焼室5内の混合気の燃えやすさを表す反応確率RPROBA[%]を算出する。反応確率RPROBAは無次元の値であり、残留不活性ガス率MRESFR、冷却水温TWK[K]、目標当量比TFBYAの3つのパラメータに依存するので、次式により表すことができる。   In step 15, a reaction probability RPROBA [%] representing the flammability of the air-fuel mixture in the combustion chamber 5 is calculated. The reaction probability RPROBA is a dimensionless value and depends on the three parameters of the residual inert gas ratio MRESFR, the cooling water temperature TWK [K], and the target equivalent ratio TFBYA, and can be expressed by the following equation.

RPROBA=f3(MRESFR、TWK、TFBYA) …(8)
具体的に説明すると、MRESFR、TWK、TFBYAの3つのパラメータの組み合わせによって得られる反応確率の最大値を100%とし、これらのパラメータと反応確率RPROBAの関係を実験的に求め、求めた反応確率RPROBAをパラメータに応じたテーブルとしてエンジンコントローラ31のメモリに予め格納しておく。ステップ15ではパラメータに応じてこのテーブルを検索することにより反応確率RPROBAを求める。
RPROBA = f3 (MRESFR, TWK, TFBYA) (8)
More specifically, the maximum value of the reaction probability obtained by the combination of the three parameters MRESFR, TWK, and TFBYA is set to 100%, the relationship between these parameters and the reaction probability RPROBA is experimentally obtained, and the obtained reaction probability RPROBA is obtained. Are stored in advance in the memory of the engine controller 31 as a table corresponding to the parameters. In step 15, the reaction probability RPROBA is obtained by searching this table according to the parameters.

具体的には、冷却水温TWKに応じて図7に示すような特性を有する水温補正係数のテーブルと、同様に設定された内部不活性ガス率補正係数のテーブル(図示しない)と、目標当量比TFBYAに応じて図8に示すような特性を有する当量比補正係数のテーブルを予めメモリに格納しておく。各補正係数の最大値はそれぞれ1.0であり、3種類の補正係数の積に反応確率の最大値100%を掛け合わせることで、反応確率RPROBAを算出する。   Specifically, a table of water temperature correction coefficients having characteristics as shown in FIG. 7 according to the cooling water temperature TWK, a table of internal inert gas rate correction coefficients (not shown) set similarly, and a target equivalent ratio A table of equivalence ratio correction coefficients having characteristics as shown in FIG. 8 according to TFBYA is stored in the memory in advance. The maximum value of each correction coefficient is 1.0, and the reaction probability RPROBA is calculated by multiplying the product of the three types of correction coefficients by the maximum value of 100% of the reaction probability.

各テーブルを説明すると、図7に示す水温補正係数は冷却水温TWKが高いほど大きく、冷却水温TWKが80℃以上では1.0になる。図8に示す当量比補正係数は目標当量比TFBYAが1.0のとき、つまり理論空燃比のときに最大値の1.0となり、目標当量比が1.0より大きくても小さくても当量比補正係数は減少する。内部不活性ガス率補正係数は図示しないが、内部不活性ガス率MRESFRがゼロの場合に1.0となる。   Explaining each table, the water temperature correction coefficient shown in FIG. 7 becomes larger as the cooling water temperature TWK is higher, and becomes 1.0 when the cooling water temperature TWK is 80 ° C. or higher. The equivalence ratio correction coefficient shown in FIG. 8 is the maximum value of 1.0 when the target equivalence ratio TFBYA is 1.0, that is, the stoichiometric air-fuel ratio. The ratio correction factor decreases. Although the internal inert gas rate correction coefficient is not shown, it is 1.0 when the internal inert gas rate MRESFR is zero.

ステップ16では、基準クランク角θPMAX[degATDC]を算出する。前述のように基準クランク角θPMAXはあまり変動しないが、それでもエンジン回転速度NRPMの上昇に応じて進角する傾向があるため、基準クランク角θPMAXはエンジン回転速度NRPMの関数として次式で表すことができる。   In step 16, a reference crank angle θPMAX [degATDC] is calculated. As described above, the reference crank angle θPMAX does not fluctuate very much, but it still tends to advance as the engine speed NRPM increases. Therefore, the reference crank angle θPMAX can be expressed by the following equation as a function of the engine speed NRPM. it can.

θPMAX=f4(NRPM) …(9)
具体的にはエンジン回転速度NRPMから、エンジンコントローラ31のメモリに予め格納された図9に示す特性のテーブルを検索することにより基準クランク角θPMAXを求める。算出を容易にするために、基準クランク角θPMAXを一定とみなすことも可能である。
θPMAX = f4 (NRPM) (9)
Specifically, the reference crank angle θPMAX is obtained by searching a table of characteristics shown in FIG. 9 stored in advance in the memory of the engine controller 31 from the engine speed NRPM. In order to facilitate calculation, the reference crank angle θPMAX can be regarded as constant.

最後にステップ17では、点火無駄時間相当クランク角IGNDEAD[deg]を算出する。点火無駄時間相当クランク角IGNDEADは、エンジンコントローラ31から点火コイル13の一次電流を遮断する信号を出力したタイミングから点火プラグ14が実際に点火するまでのクランク角区間で、次式により表すことができる。   Finally, in step 17, the ignition dead time equivalent crank angle IGNDEAD [deg] is calculated. The ignition dead time equivalent crank angle IGNDEAD is a crank angle section from the timing at which the engine controller 31 outputs a signal for cutting off the primary current of the ignition coil 13 until the ignition plug 14 actually ignites, and can be expressed by the following equation. .

IGNDEAD=f5(DEADTIME、NRPM) …(10)
ここでは、点火無駄時間DEADTIMEを200μsecとする。(10)式は、エンジン回転速度NRPMから点火無駄時間DEADTIMEに相当するクランク角である点火無駄時間相当クランク角IGNDEADを算出するためのものである。
IGNDEAD = f5 (DEADTIME, NRPM) (10)
Here, the ignition dead time DEADTIME is set to 200 μsec. Equation (10) is for calculating the ignition dead time equivalent crank angle IGNDEAD that is the crank angle corresponding to the ignition dead time DEADTIME from the engine speed NRPM.

図10は初期燃焼期間BURN1[deg]を算出するためのもの、また図12は主燃焼期間BURN2[deg]を算出するためのもので、一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。図10、図12は図5に続けて実行する。図10、図12はどちらを先に実行してもかまわない。   FIG. 10 is for calculating the initial combustion period BURN1 [deg], and FIG. 12 is for calculating the main combustion period BURN2 [deg], which is executed at regular intervals (for example, every 10 msec). 10 and 12 are executed following FIG. Either of FIGS. 10 and 12 may be executed first.

まず図10から説明すると、ステップ161では、前回燃焼開始時期MBTCYCL[degBTDC]、図5のステップ12で算出されている燃焼室5の吸気弁閉時期における容積VIVC[m3]、図5のステップ13で算出されている燃焼室5の吸気弁閉時期における温度TINI[K]、図5のステップ14で算出されている燃焼室5の吸気弁閉時期における圧力PINI[Pa]、エンジン回転速度NRPM[rpm]、図5のステップ15で算出されている反応確率RPROBA[%]を読み込む。 First, referring to FIG. 10, in step 161, the previous combustion start timing MBTCYCL [degBTDC], the volume VIVC [m 3 ] at the intake valve closing timing of the combustion chamber 5 calculated in step 12 of FIG. 5, and the step of FIG. The temperature TINI [K] at the intake valve closing timing of the combustion chamber 5 calculated in 13, the pressure PINI [Pa] at the intake valve closing timing of the combustion chamber 5 calculated in Step 14 of FIG. 5, and the engine speed NRPM [Rpm], the reaction probability RPROBA [%] calculated in step 15 of FIG. 5 is read.

ここで、前回燃焼開始時期MBTCYCLは、基本点火時期MBTCALの[degBTDC]の1サイクル前の値であり、その算出については図13により後述する。   Here, the previous combustion start timing MBTCYCL is a value one cycle before [degBTDC] of the basic ignition timing MBTCAL, and the calculation thereof will be described later with reference to FIG.

ステップ162では燃焼室5の燃焼開始時期における容積V0[m3]を算出する。前述したように、ここでの点火時期(燃焼開始時期)は今回のサイクルで演算する基本点火時期MBTCALではなく基本点火時期の1サイクル前の値である。すなわち、基本点火時期の1サイクル前の値であるMBTCYCLから次式により燃焼室5の燃焼開始時期における容積V0を算出する。 In step 162, the volume V0 [m 3 ] at the combustion start timing of the combustion chamber 5 is calculated. As described above, the ignition timing (combustion start timing) here is not the basic ignition timing MBTCAL calculated in the current cycle but a value one cycle before the basic ignition timing. That is, the volume V0 at the combustion start timing of the combustion chamber 5 is calculated from MBTCYCL, which is a value one cycle before the basic ignition timing, by the following equation.

V0=f6(MBTCYCL) …(11)
具体的には前回燃焼開始時期MBTCYCLにおけるピストン6のストローク位置と、燃焼室5のボア径から、燃焼室5のMBTCYCLにおける容積V0を算出する。図5のステップ12では、燃焼室5の吸気弁閉時期IVCにおける容積VIVCを、吸気弁閉時期をパラメータとする吸気弁閉時期容積のテーブルを検索することにより求めたが、ここではMBTCYCLをパラメータとする前回燃焼開始時期容積のテーブルを検索することにより、燃焼室5の前回燃焼開始時期MBTCYCLにおける容積V0を求めればよい。
V0 = f6 (MBTCYCL) (11)
Specifically, the volume V0 of MBTCYCL in the combustion chamber 5 is calculated from the stroke position of the piston 6 at the previous combustion start timing MBTCYCL and the bore diameter of the combustion chamber 5. In step 12 of FIG. 5, the volume VIVC of the combustion chamber 5 at the intake valve closing timing IVC is obtained by searching a table of intake valve closing timing volumes using the intake valve closing timing as a parameter. Here, MBTCYCL is set as a parameter. The volume V0 of the combustion chamber 5 at the previous combustion start time MBTCYCL may be obtained by searching the table of the previous combustion start time volume.

ステップ163では燃焼開始時期における有効圧縮比Ecを算出する。有効圧縮比Ecは無次元の値であり、次式に示すように燃焼室5の燃焼開始時期における容積V0を燃焼室5の吸気弁閉時期における容積VIVCで除した値である。   In step 163, an effective compression ratio Ec at the combustion start timing is calculated. The effective compression ratio Ec is a dimensionless value, and is a value obtained by dividing the volume V0 of the combustion chamber 5 at the combustion start timing by the volume VIVC of the combustion chamber 5 at the intake valve closing timing, as shown in the following equation.

Ec=f7(V0、VIVC)=V0/VIVC …(12)
ステップ164では吸気弁閉時期IVCから燃焼開始時期に至る間の燃焼室5内の温度上昇率TCOMPを次式に示すように有効圧縮比Ecに基づいて算出する。
Ec = f7 (V0, VIVC) = V0 / VIVC (12)
In step 164, the temperature increase rate TCOMP in the combustion chamber 5 from the intake valve closing timing IVC to the combustion start timing is calculated based on the effective compression ratio Ec as shown in the following equation.

TCOMP=f8(Ec)=Ec^(κ−1) …(13)
ただし、κ:比熱比、
(13)式は断熱圧縮されるガスの温度上昇率の式である。なお、(13)式右辺の「^」は累乗計算を表している。この記号は後述する式でも使用する。
TCOMP = f8 (Ec) = Ec ^ (κ−1) (13)
Where κ: specific heat ratio,
Equation (13) is an equation for the rate of temperature rise of the adiabatic compressed gas. Note that “^” on the right side of the equation (13) represents power calculation. This symbol is also used in the formula described later.

κは断熱圧縮されるガスの定圧比熱を定容比熱で除した値で、断熱圧縮されるガスが空気であればκ=1.4であり、簡単にはこの値を用いればよい。ただし、混合気に対してκの値を実験的に求めることで、一層の算出精度の向上が可能である。   κ is a value obtained by dividing the constant pressure specific heat of the gas adiabatically compressed by the constant volume specific heat. If the gas adiabatically compressed is air, κ = 1.4, and this value may be used simply. However, the calculation accuracy can be further improved by experimentally determining the value of κ for the air-fuel mixture.

図11は(13)式を図示したものである。従って、このような特性のテーブルを予めエンジンコントローラ31のメモリに格納しておき、有効圧縮比Ecに基づき当該テーブルを検索することにより温度上昇率TCOMPを求めることも可能である。   FIG. 11 illustrates equation (13). Therefore, it is possible to obtain the temperature increase rate TCOMP by storing a table of such characteristics in advance in the memory of the engine controller 31 and searching the table based on the effective compression ratio Ec.

ステップ165では、燃焼室5の燃焼開始時期における温度T0[K]を、燃焼室5の吸気弁閉時期における温度TINIに温度上昇率TCOMPを乗じることで、つまり
T0=TINI×TCOMP …(14)
の式により算出する。
In step 165, the temperature T0 [K] at the combustion start timing of the combustion chamber 5 is multiplied by the temperature TINI at the intake valve closing timing of the combustion chamber 5 by the temperature increase rate TCOMP, that is, T0 = TINI × TCOMP (14)
It is calculated by the following formula.

ステップ166、167はステップ164、165と同様である。すなわち、ステップ166では吸気弁閉時期IVCから燃焼開始時期に至る間の燃焼室5内の圧力上昇率PCOMPを次式に示すように有効圧縮比Ecに基づいて算出する。   Steps 166 and 167 are the same as steps 164 and 165. That is, at step 166, the pressure increase rate PCOMP in the combustion chamber 5 from the intake valve closing timing IVC to the combustion start timing is calculated based on the effective compression ratio Ec as shown in the following equation.

PCOMP=f9(Ec)=Ec^κ …(41)
ただし、κ:比熱比、
(41)式も(13)式と同じに断熱圧縮されるガスの圧力上昇率の式である。(41)式右辺の「^」も(13)式と同じに累乗計算を表している。
PCOMP = f9 (Ec) = Ec ^ κ (41)
Where κ: specific heat ratio,
The equation (41) is also an equation for the rate of increase in pressure of gas that is adiabatically compressed in the same manner as the equation (13). “^” On the right side of the equation (41) represents power calculation as in the equation (13).

κは上記(13)式で用いている値と同じで、断熱圧縮されるガスが空気であればκ=1.4であり、簡単にはこの値を用いればよい。ただし、混合気に対してその組成、温度からκの値を求めることで、一層の算出精度の向上が可能である。   κ is the same as the value used in the above equation (13). If the gas to be adiabatically compressed is air, κ = 1.4, and this value may be used simply. However, the calculation accuracy can be further improved by obtaining the value of κ from the composition and temperature of the air-fuel mixture.

図11と同様の特性のテーブルを予めエンジンコントローラ31のメモリに格納しておき、有効圧縮比Ecに基づき当該テーブルを検索することにより圧力上昇率PCOMPを求めることも可能である。   It is also possible to obtain a pressure increase rate PCOMP by storing a table having the same characteristics as in FIG. 11 in advance in the memory of the engine controller 31 and searching the table based on the effective compression ratio Ec.

ステップ167では、燃焼室5の燃焼開始時期における圧力P0[Pa]を、燃焼室5の吸気弁閉時期における圧力PINIに圧力上昇率PCOMPを乗じることで、つまり
P0=PINI×PCOMP …(42)
の式により算出する。
In step 167, the pressure P0 [Pa] at the combustion start timing of the combustion chamber 5 is multiplied by the pressure PINI at the intake valve closing timing of the combustion chamber 5 by the pressure increase rate PCOMP, that is, P0 = PINI × PCOMP (42)
It is calculated by the following formula.

ステップ168では、初期燃焼期間における層流火炎速度SL1[m/sec]を次式(公知)により算出する。   In step 168, a laminar flame speed SL1 [m / sec] in the initial combustion period is calculated by the following equation (known).

SL1=f10(T0、P0)
=SLstd×{(T0×Tstd)^2.18}
×{(P0/Pstd)^(−0.16)} …(15)
ただし、Tstd :基準温度[K]、
Pstd :基準圧力[Pa]、
SLstd:基準温度Tstdと基準圧力Pstdにおける基準層流火炎速度
[m/sec]、
T0 :燃焼室5の燃焼開始時期における温度[K]、
P0 :燃焼室5の燃焼開始時期における圧力[Pa]、
層流火炎速度は気体の流れがない状態での火炎の伝播速度のことであり、燃焼室5内の圧縮速度、燃焼室5内の吸気流速に因らず、燃焼室5の温度及び圧力の関数となることが知られていることから、初期燃焼期間における層流火炎速度を燃焼開始時温度T0と燃焼開始時圧力P0の関数として、また後述するように主燃焼期における層流火炎速度を圧縮上死点時温度TTDCと圧縮上死点圧力PTDCの関数としている。これは、層流火炎速度は一般的に、エンジン負荷、燃焼室5内の不活性ガス率、吸気弁閉時期、比熱比、吸気温度により変化するのであるが、これらは燃焼室5内の温度Tと圧力Pに影響する因子であるので、層流火炎速度は最終的に燃焼室5内の温度Tと圧力Pにより規定できるとするものである。
SL1 = f10 (T0, P0)
= SLstd × {(T0 × Tstd) ^ 2.18}
× {(P0 / Pstd) ^ (− 0.16)} ... (15)
Where Tstd: reference temperature [K],
Pstd: Reference pressure [Pa]
SLstd: reference laminar flame velocity at reference temperature Tstd and reference pressure Pstd
[M / sec],
T0: temperature [K] at the combustion start timing of the combustion chamber 5;
P0: pressure [Pa] at the combustion start timing of the combustion chamber 5;
The laminar flame velocity is a flame propagation velocity in the absence of gas flow, and the temperature and pressure of the combustion chamber 5 are independent of the compression velocity in the combustion chamber 5 and the intake air flow velocity in the combustion chamber 5. Since it is known that the laminar flame speed in the initial combustion period is a function of the combustion start temperature T0 and the combustion start pressure P0, and the laminar flame speed in the main combustion period as described later, It is a function of the compression top dead center temperature TTDC and the compression top dead center pressure PTDC. This is because the laminar flame speed generally varies depending on the engine load, the inert gas ratio in the combustion chamber 5, the intake valve closing timing, the specific heat ratio, and the intake air temperature. Since it is a factor that affects T and pressure P, the laminar flame speed can be finally defined by the temperature T and pressure P in the combustion chamber 5.

上記の(15)式において基準温度Tstdと基準圧力Pstdと基準層流火炎速度SLstdは実験により予め定められる値である。   In the above equation (15), the reference temperature Tstd, the reference pressure Pstd, and the reference laminar flame speed SLstd are values determined in advance by experiments.

燃焼室5の通常の圧力である2bar以上の圧力下では、(15)式の圧力項(P0/Pstd)^(−0.16)は小さな値となる。従って、圧力項(P0/Pstd)^(−0.16)を一定値として、基準層流火炎速度SLstdを基準温度Tstdのみで規定することも可能である。   Under a pressure of 2 bar or more, which is a normal pressure in the combustion chamber 5, the pressure term (P0 / Pstd) ^ (−0.16) in the equation (15) becomes a small value. Accordingly, it is possible to define the reference laminar flame speed SLstd only by the reference temperature Tstd with the pressure term (P0 / Pstd) ^ (− 0.16) as a constant value.

従って、基準温度Tstdが550[K]で、基準層流火炎速度SLstdが1.0[m/sec]で、圧力項が0.7である場合の燃焼開始時期における温度T0と層流火炎速度SL1との関係は近似的に次式で定義することができる。   Accordingly, when the reference temperature Tstd is 550 [K], the reference laminar flame speed SLstd is 1.0 [m / sec], and the pressure term is 0.7, the temperature T0 and the laminar flame speed at the combustion start timing. The relationship with SL1 can be approximately defined by the following equation.

SL1=f11(T0)
=1.0×0.7×(T0/550)^2.18 …(16)
ステップ169では、初期燃焼期間におけるガス流動の平均乱れ強さST1を算出する。このガス流動の平均乱れ強さST1は無次元の値であり、詳細には後述する。
SL1 = f11 (T0)
= 1.0 × 0.7 × (T0 / 550) ^ 2.18 ... (16)
In step 169, the average turbulence intensity ST1 of the gas flow in the initial combustion period is calculated. The average turbulence strength ST1 of the gas flow is a dimensionless value, which will be described later in detail.

ステップ170では初期燃焼期間における層流火炎速度S1とこの初期燃焼期間におけるガス流動の平均乱れ強さST1から、初期燃焼期間におけるガスの乱流火炎速度FLAME1[m/sec](燃焼速度)を次式により算出する。   In step 170, the gas turbulent flame speed FLAME1 [m / sec] (combustion speed) in the initial combustion period is calculated from the laminar flame speed S1 in the initial combustion period and the average turbulence intensity ST1 of the gas flow in the initial combustion period. Calculate by the formula.

FLAME1=SL1×ST1 …(18)
燃焼室5内にガス乱れがあるとガスの火炎速度が変化する。(18)式はこのガス乱れに伴う火炎速度への寄与(影響)を考慮して、気体の流れがある状態での火炎速度である乱流火炎速度を算出するようにしたものである。
FLAME1 = SL1 × ST1 (18)
If there is gas turbulence in the combustion chamber 5, the flame speed of the gas changes. Equation (18) calculates the turbulent flame speed, which is the flame speed in a state where there is a gas flow, in consideration of the contribution (influence) to the flame speed associated with this gas turbulence.

ステップ171では、このようにして算出した乱流火炎速度FLAME1に基づいて次式により初期燃焼期間BURN1[deg]を算出する。   In step 171, the initial combustion period BURN1 [deg] is calculated by the following equation based on the turbulent flame speed FLAME1 thus calculated.

BURN1={(NRPM×6)×(BR1×V0)}
/(RPROBA×AF1×FLAME1) …(19)
ただし、AF1:火炎核の反応面積(固定値)[m2]、
この(19)式および後述する(22)式は、燃焼ガス質量を乱流火炎速度(燃焼速度)で割ると燃焼期間が得られるとする次の基本式より導いたものであるが、(19)式、後述する(22)式右辺の分子、分母ががただちに燃焼ガス質量、燃焼速度を表すものではない。
BURN1 = {(NRPM × 6) × (BR1 × V0)}
/ (RPROBA × AF1 × FLAME1) (19)
However, AF1: Reaction area (fixed value) of flame kernel [m 2 ],
The equation (19) and the equation (22) described later are derived from the following basic equation that the combustion period is obtained by dividing the mass of the combustion gas by the turbulent flame velocity (combustion velocity). ), And the numerator and denominator on the right side of equation (22), which will be described later, do not immediately represent the mass of the combustion gas and the combustion rate.

燃焼期間[sec]=シリンダ内総質量[g]
/(未燃ガス密度[g/m3
×火炎表面積[m2]×乱流火炎速度[m/sec])
…(補1)
(補1)式右辺分母の未燃ガス密度は、未燃ガス質量[g]を未燃ガス体積[m3]で割った値であるので、従来装置(特開平10−30535号公報)のように質量に相当する充填効率ITACのみの関数では未燃ガス密度を正確に計算できているとはいえない。そこで、(補1)式に対して実験結果とを照らし合わせつつ所定の近似を導入して初めて得られたのが上記(19)式及び後述する(22)式に示す実験式である。
Combustion period [sec] = total mass in cylinder [g]
/ (Unburned gas density [g / m 3 ]
× Flame surface area [m 2 ] × Turbulent flame velocity [m / sec])
... (Supplement 1)
Since the unburned gas density of the right side denominator of (Supplement 1) is a value obtained by dividing the unburned gas mass [g] by the unburned gas volume [m 3 ], the conventional apparatus (Japanese Patent Laid-Open No. 10-30535) Thus, it can not be said that the unburned gas density can be accurately calculated by the function of only the charging efficiency ITAC corresponding to the mass. Therefore, experimental formulas shown in the above formula (19) and formula (22) to be described later are obtained for the first time by introducing a predetermined approximation to the formula (complement 1) while checking the experimental results.

ここで、(19)式右辺のBR1は燃焼開始時期より初期燃焼期間BURN1の終了時期までの燃焼質量割合の変化代であり、ここではBR1=2%に設定している。(19)式右辺の(NRPM×6)は単位をrpmからクランク角(deg)に変換するための処理である。火炎核の反応面積AF1は実験的に設定される。   Here, BR1 on the right side of the equation (19) is a change amount of the combustion mass ratio from the combustion start timing to the end timing of the initial combustion period BURN1, and here BR1 = 2% is set. (NRPM × 6) on the right side of the equation (19) is a process for converting the unit from rpm to crank angle (deg). The reaction area AF1 of the flame kernel is set experimentally.

また、初期燃焼期間中はほぼ燃焼室容積は変わらないとみなすことができる。従って、初期燃焼期間BURN1を算出するに際して最初の燃焼室容積である燃焼開始時の燃焼室容積V0を採用している。   Further, it can be assumed that the combustion chamber volume does not change during the initial combustion period. Therefore, when calculating the initial combustion period BURN1, the combustion chamber volume V0 at the start of combustion, which is the first combustion chamber volume, is employed.

次に図12のフローに移ると、ステップ181では図10のステップ161と同様に、図5のステップ12で算出されている燃焼室5の吸気弁閉時期における容積VIVC[m3]、図5のステップ13で算出されている燃焼室5の吸気弁閉時期における温度TINI[K]、図5のステップ14で算出されている燃焼室5の吸気弁閉時期における圧力PINI[Pa]、エンジン回転速度NRPM[rpm]、図5のステップ15で算出されている反応確率RPROBA[%]を読み込み、さらにシリンダ新気量MACYL[g]、目標当量比TFBYA、内部不活性ガス量MRES[g]、外部不活性ガス量MEGR[g]を読み込む。 Next, the flow of FIG. 12 is followed. In step 181, similarly to step 161 of FIG. 10, the volume VIVC [m 3 ] at the intake valve closing timing of the combustion chamber 5 calculated in step 12 of FIG. The temperature TINI [K] at the intake valve closing timing of the combustion chamber 5 calculated in step 13 of FIG. 5, the pressure PINI [Pa] at the intake valve closing timing of the combustion chamber 5 calculated in step 14 of FIG. The speed NRPM [rpm], the reaction probability RPROBA [%] calculated in step 15 of FIG. 5 is read, and the cylinder fresh air amount MACYL [g], the target equivalent ratio TFBYA, the internal inert gas amount MRES [g], The external inert gas amount MEGR [g] is read.

ここで、図1には外部EGR装置は示していないが、図12に関する限り外部EGR装置を備えているエンジンを前提として説明する。この場合に、外部不活性ガス量MEGRは例えば公知の手法(特開平10−141150号公報参照)を用いて算出すればよい。なお、図1に示す本実施形態のように外部EGR装置を備えていないエンジンを対象とするときには外部不活性ガス量MEGR=0で扱えば足りる。シリンダ新気量MACYL、内部不活性ガス量MRESの算出については図14以降で後述する。   Here, although an external EGR device is not shown in FIG. 1, as far as FIG. 12 is concerned, an explanation will be given on the premise of an engine equipped with an external EGR device. In this case, the external inert gas amount MEGR may be calculated using, for example, a known method (see Japanese Patent Laid-Open No. 10-141150). It should be noted that when an engine that does not include an external EGR device as in the present embodiment shown in FIG. 1 is used, it is sufficient to handle the external inert gas amount MEGR = 0. The calculation of the cylinder fresh air amount MACYL and the internal inert gas amount MRES will be described later with reference to FIG.

ステップ182、183は図10のステップ163、164と同様である。すなわち、ステップ182で圧縮上死点時期における有効圧縮比Ec 2を算出する。有効圧縮比Ec 2も上記(12)式の有効圧縮比Ecと同様に無次元の値であり、次式に示すように燃焼室5の圧縮上死点時における容積VTDCを燃焼室5の吸気弁閉時期における容積VIVCで除した値である。 Steps 182 and 183 are the same as steps 163 and 164 in FIG. That is, in step 182, the effective compression ratio Ec at the compression top dead center time. 2 is calculated. Effective compression ratio Ec 2 is also a dimensionless value like the effective compression ratio Ec of the above equation (12), and the volume VTDC at the time of compression top dead center of the combustion chamber 5 is calculated at the closing timing of the intake valve of the combustion chamber 5 as shown in the following equation. The value divided by the volume VIVC.

Ec 2=f13(VTDC、VIVC)=VTDC/VIVC
…(43)
(43)式において燃焼室5の圧縮上死点時における容積VTDCは運転条件によらず一定であり、予めエンジンコントローラ31のメモリに格納しておけばよい。
Ec 2 = f13 (VTDC, VIVC) = VTDC / VIVC
... (43)
In equation (43), the volume VTDC at the time of compression top dead center of the combustion chamber 5 is constant regardless of the operating conditions, and may be stored in the memory of the engine controller 31 in advance.

ステップ183では吸気弁閉時期IVCから圧縮上死点に至る間の燃焼室5内の断熱圧縮による温度上昇率TCOMP 2を次式に示すように有効圧縮比Ec 2に基づいて算出する。 In step 183, the temperature increase rate TCOMP due to adiabatic compression in the combustion chamber 5 during the period from the intake valve closing timing IVC to the compression top dead center. 2 is an effective compression ratio Ec as shown in the following equation: 2 is calculated.

TCOMP 2=f14(Ec 2)
=Ec 2^(κ−1)…(44)
ただし、κ:比熱比、
図11と同様の特性のテーブルを予めエンジンコントローラ31のメモリに格納しておき、有効圧縮比Ec 2から当該テーブルを検索することにより温度上昇率TCOMP 2を求めることも可能である。
TCOMP 2 = f14 (Ec 2)
= Ec 2 ^ (κ-1) (44)
Where κ: specific heat ratio,
A table having the same characteristics as in FIG. 11 is stored in advance in the memory of the engine controller 31 and the effective compression ratio Ec. By searching the table from 2, the temperature rise rate TCOMP 2 can also be obtained.

ステップ184ではシリンダ新気量MACYL、目標当量比TFBYA、内部不活性ガス量MRES、外部不活性ガス量MEGRから次式により燃焼室5の総ガス質量MGAS[g]を算出する。   In step 184, the total gas mass MGAS [g] in the combustion chamber 5 is calculated from the cylinder fresh air amount MACYL, the target equivalent ratio TFBYA, the internal inert gas amount MRES, and the external inert gas amount MEGR by the following equation.

MGAS=MACYL×(1+TFBYA/14.7)+MRES+MEGR
…(45)
(45)式右辺の括弧内の「1」は新気分、「TFBYA/14.7」は燃料分である。
MGAS = MACYL × (1 + TFBYA / 14.7) + MRES + MEGR
... (45)
“1” in parentheses on the right side of the equation (45) is a fresh air, and “TFBYA / 14.7” is a fuel.

ステップ185ではこの燃焼室5の総ガス質量MGASと、シリンダ新気量MACYL、目標当量比TFBYAを用い、次式により混合気の燃焼による温度上昇量(燃焼上昇温度)TBURN[K]を算出する。   In step 185, the total gas mass MGAS of the combustion chamber 5, the cylinder fresh air amount MACYL, and the target equivalent ratio TFBYA are used to calculate the temperature increase amount (combustion increase temperature) TBURN [K] due to the combustion of the air-fuel mixture using the following equation. .

TBURN={MACYL×TFBYA/14.7×BRk×Q}
/(Cv×MGAS)
…(46)
ただし、Q :燃料の定発熱量、
BRk:シリンダ内燃料の燃焼質量割合、
Cv :定積比熱、
(46)式右辺の分子はシリンダ内燃料による発生総熱量[J]、分母は単位発生熱量当たりの温度上昇率[J/K]を意味している。すなわち、(46)式は熱力学の公式に当てはめた近似式である。
TBURN = {MACYL × TFBYA / 14.7 × BRk × Q}
/ (Cv × MGAS)
... (46)
Where Q is the constant calorific value of the fuel,
BRk: Combustion mass ratio of fuel in cylinder,
Cv: constant volume specific heat,
The numerator on the right side of the equation (46) means the total heat generated by the fuel in the cylinder [J], and the denominator means the temperature increase rate per unit generated heat [J / K]. That is, the equation (46) is an approximate equation applied to the thermodynamic formula.

ここで、シリンダ内燃料の燃焼質量割合BRkとしては予め実験等で適合しておく。簡易的には例えば60%/2=30%を設定する。これは、本実施形態では燃焼質量割合BRが約60%に達するまでを燃焼期間として扱うので、そのちょうど中間の30%をBRkとして設定するものである。   Here, the combustion mass ratio BRk of the in-cylinder fuel is adapted in advance through experiments or the like. For example, 60% / 2 = 30% is set. In this embodiment, since the combustion mass ratio BR reaches about 60% as the combustion period, the intermediate 30% is set as BRk.

燃料の定発熱量Qは燃料の種類により異なる値であるので、燃料の種類に応じ予め実験等で求めておく。定積比熱Cvは2〜3の値であり予め実験等で代表値を適合しておく。ただし、混合気に対してその組成、温度から定積比熱Cvの値を求めることで、一層の算出精度の向上が可能である。   Since the constant calorific value Q of fuel varies depending on the type of fuel, it is obtained in advance by experiments or the like according to the type of fuel. The constant volume specific heat Cv is a value of 2 to 3, and the representative value is adapted beforehand by an experiment or the like. However, the calculation accuracy can be further improved by obtaining the value of the constant volume specific heat Cv from the composition and temperature of the air-fuel mixture.

ステップ186では、燃焼室5の圧縮上死点における温度TTDC[K]を、燃焼室5の吸気弁閉時期における温度TINIに圧縮上死点までの温度上昇率TCOMP 2を乗じその乗算値に上記の燃焼上昇温度TBURNを加算することで、つまり次式により算出する。 In step 186, the temperature TTDC [K] at the compression top dead center of the combustion chamber 5 is changed from the temperature TINI at the intake valve closing timing of the combustion chamber 5 to the temperature increase rate TCOMP to the compression top dead center. Multiply by 2 and add the combustion rise temperature TBURN to the multiplication value, that is, the following equation is used.

TTDC=TINI×TCOMP 2+TBURN
…(47)
ステップ187では、この燃焼室5の圧縮上死点における温度TTDCと容積VTDC及び燃焼室5の吸気弁閉時期における圧力PINI、容積VIVC及び温度TINIから次式により燃焼室5の圧縮上死点における圧力PTDC[K]を算出する。
TTDC = TINI × TCOMP 2 + TBURN
... (47)
In step 187, the temperature TTDC and the volume VTDC at the compression top dead center of the combustion chamber 5 and the pressure PINI, the volume VIVC and the temperature TINI at the closing timing of the intake valve of the combustion chamber 5 are The pressure PTDC [K] is calculated.

PTDC=PINI×VIVC×TTDC/(VTDC×TINI)
…(48)
(48)式は状態方程式を用いて得たものである。すなわち、吸気弁閉時期における圧力、容積及び温度(PINI、VIVC、TINI)を用いて次の状態方程式が成立する。
PTDC = PINI × VIVC × TTDC / (VTDC × TINI)
... (48)
Equation (48) is obtained using the equation of state. That is, the following equation of state is established using the pressure, volume and temperature (PINI, VIVC, TINI) at the intake valve closing timing.

PINI×VIVC=n・R・TINI…(補2)
ただし、n:モル数、
R:ガス定数、
圧縮上死点近傍では容積はほぼ等しいので、圧縮上死点での圧力、容積及び温度(PTDC、VTDC、TTDC)を用いて次の状態方程式が成立する。
PINI x VIVC = n · R · TINI (Supplement 2)
Where n is the number of moles
R: gas constant,
Since the volume is almost equal in the vicinity of the compression top dead center, the following equation of state is established using the pressure, volume and temperature (PTDC, VTDC, TTDC) at the compression top dead center.

PTDC×VTDC=n・R・TTDC…(補3)
この(補3)式と上記(補2)との両式からn・Rを消去しPTDCについて解くと、上記(48)式が得られる。
PTDC × VTDC = n · R · TTDC (Supplement 3)
When n · R is eliminated from both (complement 3) and (complement 2) and PTPT is solved, the above equation (48) is obtained.

ステップ188では図10のステップ168と同様にして、次式(公知)により、主燃焼期間における層流火炎速度SL2[m/sec]を算出する。   In step 188, similarly to step 168 in FIG. 10, a laminar flame speed SL2 [m / sec] in the main combustion period is calculated by the following equation (known).

SL2=f15(TTDC、PTDC)
=SLstd×{(TTDC×Tstd)^2.18}
×{(PTDC/Pstd)^(−0.16)}
…(49)
ただし、Tstd :基準温度[K]、
Pstd :基準圧力[Pa]、
SLstd:基準温度Tstdと基準圧力Pstdにおける基準層流火炎速度
[m/sec]、
TTDC:燃焼室5の圧縮上死点における温度[K]、
PTDC:燃焼室5の圧縮上死点における圧力[Pa]、
(49)式の解説は上記(16)式と同様ある。すなわち、(49)式の基準温度Tstdと基準圧力Pstdと基準層流火炎速度SLstdは実験により予め定められる値である。燃焼室5の通常の圧力である2bar以上の圧力下では、(49)式の圧力項(PTDC/Pstd)^(−0.16)は小さな値となる。従って、圧力項(PTDC/Pstd)^(−0.16)を一定値として、基準層流火炎速度SLstdを基準温度Tstdのみで規定することも可能である。よって、基準温度Tstdが550[K]で、基準層流火炎速度SLstdが1.0[m/sec]で、圧力項が0.7である場合の圧縮上死点における温度TTDCと層流火炎速度SL2との関係は近似的に次式で定義することができる。
SL2 = f15 (TTDC, PTDC)
= SLstd × {(TTDC × Tstd) ^ 2.18}
× {(PTDC / Pstd) ^ (− 0.16)}
... (49)
Where Tstd: reference temperature [K],
Pstd: Reference pressure [Pa]
SLstd: reference laminar flame velocity at reference temperature Tstd and reference pressure Pstd
[M / sec],
TTDC: temperature [K] at the compression top dead center of the combustion chamber 5;
PTDC: pressure [Pa] at the compression top dead center of the combustion chamber 5
The explanation of the equation (49) is the same as the equation (16). That is, the reference temperature Tstd, the reference pressure Pstd, and the reference laminar flame speed SLstd in the equation (49) are values determined in advance by experiments. Under a pressure of 2 bar or more, which is a normal pressure in the combustion chamber 5, the pressure term (PTDC / Pstd) ^ (−0.16) in the equation (49) becomes a small value. Therefore, it is possible to define the reference laminar flame speed SLstd only by the reference temperature Tstd with the pressure term (PTDC / Pstd) ^ (− 0.16) as a constant value. Therefore, when the reference temperature Tstd is 550 [K], the reference laminar flame speed SLstd is 1.0 [m / sec], and the pressure term is 0.7, the temperature TTDC and the laminar flame at the compression top dead center The relationship with the speed SL2 can be approximately defined by the following equation.

SL2=f16(TTDC)
=1.0×0.7×(TTDC/550)^2.18
…(50)
ステップ189では主燃焼期間におけるガス流動の平均乱れ強さST2を算出する。この主燃焼期間におけるガス流動の平均乱れ強さST2も初期燃焼期間におけるガス流動の平均乱れ強さST1と同様に、詳細は後述する。
SL2 = f16 (TTDC)
= 1.0 × 0.7 × (TTDC / 550) ^ 2.18
... (50)
In step 189, the average turbulence intensity ST2 of the gas flow during the main combustion period is calculated. The average turbulence intensity ST2 of the gas flow during the main combustion period will be described in detail later, as is the average turbulence intensity ST1 of the gas flow during the initial combustion period.

ステップ190では、主燃焼期間における層流火炎速度SL2[m/sec]と主燃焼期間におけるガス流動の平均乱れ強さST2とから、主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2[m/sec](燃焼速度)を次式により算出する。   In step 190, from the laminar flame speed SL2 [m / sec] in the main combustion period and the average turbulence intensity ST2 of the gas flow in the main combustion period, the turbulent flame speed FLAME2 [m / sec] (combustion in the main combustion period) Speed) is calculated by the following formula.

FLAME2=SL2×ST2 …(21)
ただし、SL2:層流火炎速度[m/sec]、
(21)式は(18)式と同様、ガス乱れに伴う乱流火炎速度への寄与を考慮して、気体の流れがある状態での火炎速度である乱流火炎速度を算出するようにしたものである。
FLAME2 = SL2 × ST2 (21)
However, SL2: Laminar flame speed [m / sec],
In the same way as equation (18), equation (21) considers the contribution to the turbulent flame velocity associated with gas turbulence and calculates the turbulent flame velocity, which is the flame velocity in the presence of gas flow. Is.

ステップ191では、このようにして算出した主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2に基づいて主燃焼期間BURN2[deg]を上記の(19)式に類似した次式で算出する。   In step 191, based on the turbulent flame speed FLAME2 in the main combustion period calculated in this way, the main combustion period BURN2 [deg] is calculated by the following equation similar to the above equation (19).

BURN2={(NRPM×6)×(BR2×VTDC)}
/(RPROBA×AF2×FLAME2) …(22)
ただし、AF2:火炎核の反応面積[m2
ここで、(22)式右辺のBR2は主燃焼期間の開始時期より終了時期までの燃焼質量割合の変化代である。初期燃焼期間の終了時期に燃焼質量割合BRが2%になり、その後、主燃焼期間が開始し、燃焼質量割合BRが60%に達して主燃焼期間が終了すると考えているので、BR2=60%−2%=58%を設定している。AF2は火炎核の成長行程における平均の反応面積であり、(19)式のAF1と同様に、予め実験的に定めた固定値とする。
BURN2 = {(NRPM × 6) × (BR2 × VTDC)}
/ (RPROBA × AF2 × FLAME2) (22)
However, AF2: Reaction area of flame kernel [m 2 ]
Here, BR2 on the right side of the equation (22) is a change amount of the combustion mass ratio from the start timing to the end timing of the main combustion period. Since the combustion mass ratio BR becomes 2% at the end of the initial combustion period, and then the main combustion period starts and the combustion mass ratio BR reaches 60% and the main combustion period ends, BR2 = 60 % -2% = 58% is set. AF2 is an average reaction area in the growth process of the flame kernel, and is set to a fixed value experimentally determined in advance, like AF1 in the equation (19).

主燃焼期間では圧縮上死点を挟んで燃焼室容積が変化する。つまり、主燃焼期間の開始時期と、主燃焼期間の終了時期のほぼ中央に圧縮上死点位置が存在するとみなすことができる。また、圧縮上死点付近ではクランク角が変化しても燃焼室容積があまり変化しない。そこで主燃焼期間での燃焼室容積としてはこの圧縮上死点での燃焼室容積VTDCで代表させることとしている。   During the main combustion period, the combustion chamber volume changes with the compression top dead center interposed therebetween. That is, it can be considered that the compression top dead center position exists at the approximate center between the start timing of the main combustion period and the end timing of the main combustion period. In addition, the combustion chamber volume does not change much in the vicinity of the compression top dead center even if the crank angle changes. Therefore, the combustion chamber volume in the main combustion period is represented by the combustion chamber volume VTDC at the compression top dead center.

図13は基本点火時期MBTCAL[degBTDC]を算出するためのもので、一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。図10、図12のうち遅く実行されるフローに続けて実行する。   FIG. 13 is for calculating the basic ignition timing MBTCAL [degBTDC], and is executed at regular intervals (for example, every 10 msec). This is executed following the flow that is executed later in FIGS.

ステップ41では、図10のステップ171で算出されている初期燃焼期間BURN1、図12のステップ191で算出されている主燃焼期間BURN2、図5のステップ17で算出されている点火時期無駄時間相当クランク角IGNDEAD、図5のステップ16で算出されている基準クランク角θPMAXを読み込む。   In step 41, the initial combustion period BURN1 calculated in step 171 in FIG. 10, the main combustion period BURN2 calculated in step 191 in FIG. 12, and the ignition timing dead time equivalent crank calculated in step 17 in FIG. The angle IGNDEAD, the reference crank angle θPMAX calculated in step 16 of FIG. 5 is read.

ステップ42では、初期燃焼期間BURN1と主燃焼期間BURN2の合計を燃焼期間BURN[deg]として算出する。   In step 42, the sum of the initial combustion period BURN1 and the main combustion period BURN2 is calculated as the combustion period BURN [deg].

ステップ43では次式により基本点火時期MBTCAL[degBTDC]を算出する。   In step 43, the basic ignition timing MBTCAL [degBTDC] is calculated by the following equation.

MBTCAL=BURN−θPMAX+IGNDEAD …(23)
ステップ44では、この基本点火時期MBTCALから点火無駄時間相当クランク角IGNDEADを差し引いた値を前回燃焼開始時期MBTCYCL[degBTDC]として算出する。
MBTCAL = BURN−θPMAX + IGNDEAD (23)
In step 44, the value obtained by subtracting the ignition dead time equivalent crank angle IGNDEAD from the basic ignition timing MBTCAL is calculated as the previous combustion start timing MBTCYCL [degBTDC].

このようにして算出した基本点火時期MBTCALは、点火時期指令値として点火レジスタに移され、実際のクランク角がこの点火時期指令値と一致したタイミングでエンジンコントローラ31より一次電流を遮断する点火信号が点火コイル13に出力される。   The basic ignition timing MBTCAL calculated in this way is transferred to the ignition register as an ignition timing command value, and an ignition signal for cutting off the primary current from the engine controller 31 at a timing when the actual crank angle coincides with the ignition timing command value. It is output to the ignition coil 13.

また、今サイクルの点火時期指令値としてステップ43で算出された基本点火時期MBTCALが用いられたとすると、次サイクルの点火時期になるまでの間、ステップ44で算出された前回燃焼開始時期MBTCYCLが図10のステップ162において用いられる。   If the basic ignition timing MBTCAL calculated in step 43 is used as the ignition timing command value for the current cycle, the previous combustion start timing MBTCYCL calculated in step 44 is displayed until the ignition timing for the next cycle is reached. Ten steps 162 are used.

次に、図14は燃焼室5内の内部不活性ガス率MRESFRを算出するためのもので、一定時間毎(例えば10msec毎)に実行する。このフローは上記図5のフローに先立って実行する。   Next, FIG. 14 is for calculating the internal inert gas ratio MRESFR in the combustion chamber 5 and is executed at regular intervals (for example, every 10 msec). This flow is executed prior to the flow of FIG.

ステップ51ではエアフローメータ32の出力と目標当量比TFBYAを読み込む。ステップ52ではエアフロメータ32の出力に基づいて、燃焼室5に流入する新気量(シリンダ新気量)MACYLを算出する。このシリンダ新気量MACYLの算出方法については公知の方法を用いればよい(特開2001−50091公報参照)。   In step 51, the output of the air flow meter 32 and the target equivalent ratio TFBYA are read. In step 52, based on the output of the air flow meter 32, a new air amount (cylinder fresh air amount) MACYL flowing into the combustion chamber 5 is calculated. As a method for calculating the cylinder fresh air amount MACYL, a known method may be used (see JP 2001-50091 A).

ステップ53では、燃焼室5内の内部不活性ガス量MRESを算出する。この内部不活性ガス量MRESの算出については、図15のフローにより説明する。   In step 53, an internal inert gas amount MRES in the combustion chamber 5 is calculated. The calculation of the internal inert gas amount MRES will be described with reference to the flow of FIG.

図15(図14ステップ53のサブルーチン)においてステップ61では、燃焼室5内の排気弁閉時期EVCにおける不活性ガス量MRESCYLを算出する。この不活性ガス量MRESCYLの算出についてはさらに図16のフローにより説明する。   In FIG. 15 (subroutine of step 53 in FIG. 14), in step 61, an inert gas amount MRESCYL at the exhaust valve closing timing EVC in the combustion chamber 5 is calculated. The calculation of the inert gas amount MRESCYL will be further described with reference to the flowchart of FIG.

図16(図15ステップ61のサブルーチン)においてステップ71では、排気弁閉時期EVC[degBTDC]、温度センサ45により検出される排気温度TEXH[K]、圧力センサ46により検出される排気圧力PEXH[kPa]を読み込む。   In FIG. 16 (subroutine of step 61 in FIG. 15), in step 71, the exhaust valve closing timing EVC [degBTDC], the exhaust temperature TEXH [K] detected by the temperature sensor 45, the exhaust pressure PEXH [kPa] detected by the pressure sensor 46 ].

ここで、吸気弁閉時期IVCが吸気VTC機構27に与える指令値から既知であったように、排気弁閉時期EVCも排気VTC機構28に与える指令値から既知である。   Here, just as the intake valve closing timing IVC is known from the command value given to the intake VTC mechanism 27, the exhaust valve closing timing EVC is also known from the command value given to the exhaust VTC mechanism 28.

ステップ72では燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける容積VEVCを算出する。これは吸気弁閉時期IVCにおける容積VIVCと同様に、排気弁閉時期をパラメータとするテーブルを検索することにより求めればよい。すなわち、排気弁VTC機構28を備える場合には、排気弁閉時期EVCから図23に示すテーブルを検索することにより、燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける容積VEVCを求めればよい。排気VTC機構28を備えないときには定数で与えることができる。   In step 72, the volume VEVC of the combustion chamber 5 at the exhaust valve closing timing EVC is calculated. This may be obtained by searching a table using the exhaust valve closing timing as a parameter, similarly to the volume VIVC at the intake valve closing timing IVC. That is, when the exhaust valve VTC mechanism 28 is provided, the volume VEVC at the exhaust valve closing timing EVC of the combustion chamber 5 may be obtained by searching the table shown in FIG. 23 from the exhaust valve closing timing EVC. When the exhaust VTC mechanism 28 is not provided, a constant value can be given.

また、図示しないが圧縮比を変化させる機構を有する場合には、圧縮比の変化量に応じた排気弁閉時期における燃焼室容積VEVCをテーブルから求める。排気VTC機構28に加えて圧縮比を変化させる機構をも有する場合には、排気弁閉時期と圧縮比変化量とに応じたマップを検索することにより排気弁閉時期における燃焼室容積を求める。   Although not shown, when a mechanism for changing the compression ratio is provided, the combustion chamber volume VEVC at the exhaust valve closing timing corresponding to the amount of change in the compression ratio is obtained from the table. When a mechanism for changing the compression ratio in addition to the exhaust VTC mechanism 28 is provided, the combustion chamber volume at the exhaust valve closing timing is obtained by searching a map corresponding to the exhaust valve closing timing and the compression ratio change amount.

ステップ73では、目標当量比TFBYAから図24に示すテーブルを検索することにより、燃焼室5内の不活性ガスのガス定数REXを求める。図24に示すように、不活性ガスのガス定数REXは目標当量比TFBYAが1.0のとき、つまり理論空燃比のとき最も小さく、これより大きくても小さくても大きくなる。   In step 73, the gas constant REX of the inert gas in the combustion chamber 5 is obtained by searching the table shown in FIG. 24 from the target equivalent ratio TFBYA. As shown in FIG. 24, the gas constant REX of the inert gas is the smallest when the target equivalent ratio TFBYA is 1.0, that is, the stoichiometric air-fuel ratio, and becomes larger whether it is larger or smaller.

ステップ74では、排気温度TEXHに基づいて燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける温度TEVCを推定する。簡単には排気温度TEXHをそのままTEVCとおけばよい。なお、燃焼室5の排気弁閉時期における温度TEVCは、インジェクタ21の燃料噴射量に応じた熱量により変化するため、このような特性をも加味すれば、TEVCの算出精度が向上する。   In step 74, the temperature TEVC of the combustion chamber 5 at the exhaust valve closing timing EVC is estimated based on the exhaust temperature TEXH. For simplicity, the exhaust temperature TEXH may be set as TEVC as it is. Note that the temperature TEVC of the combustion chamber 5 at the closing timing of the exhaust valve changes depending on the amount of heat corresponding to the fuel injection amount of the injector 21. Therefore, if such characteristics are taken into consideration, the calculation accuracy of TEVC is improved.

ステップ75では、排気圧力PEXHに基づいて燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける圧力PEVCを算出する。簡単には排気圧力PEXHをPEVCと置けばよい。   In step 75, the pressure PEVC at the exhaust valve closing timing EVC of the combustion chamber 5 is calculated based on the exhaust pressure PEXH. Simply, the exhaust pressure PEXH may be set to PEVC.

ステップ76では、燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける容積VEVC、排気弁閉時期EVCにおける温度TEVC、排気弁閉時期EVCにおける圧力PEVC及び不活性ガスのガス定数REXから、燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける不活性ガス量MRESCYLを次式により算出する。   In step 76, from the volume VEVC at the exhaust valve closing timing EVC of the combustion chamber 5, the temperature TEVC at the exhaust valve closing timing EVC, the pressure PEVC at the exhaust valve closing timing EVC, and the inert gas gas constant REX, the exhaust valve of the combustion chamber 5 is obtained. The inert gas amount MRESCYL at the closing timing EVC is calculated by the following equation.

MRESCYL=(PEVC×VEVC)/(REX×TEVC) …(24)
このようにして燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける不活性ガス量MRESCYLの算出を終了したら図15に戻り、ステップ62で吸排気弁15、16のオーバーラップ(図では「O/L」と略記する)中に排気側から吸気側へ吹き返す不活性ガス量であるオーバーラップ中吹き返し不活性ガス量MRESOLを算出する。
MRESCYL = (PEVC × VEVC) / (REX × TEVC) (24)
When the calculation of the inert gas amount MRESCYL at the exhaust valve closing timing EVC of the combustion chamber 5 is completed in this way, the processing returns to FIG. 15, and in step 62, the overlap of the intake and exhaust valves 15 and 16 (“O / L” in the figure). The amount of inactive gas MRESOL during the overlap is calculated, which is the amount of inert gas that is blown back from the exhaust side to the intake side.

この不活性ガス量MRESOLの算出については図17のフローにより説明する。   The calculation of the inert gas amount MRESOL will be described with reference to the flowchart of FIG.

図17(図15ステップ62のサブルーチン)においてステップ81では、吸気弁開時期IVO[degBTDC]と、排気弁閉時期EVC[degBTDC]、図16のステップ74で算出されている燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける温度TEVCを読み込む。   In FIG. 17 (subroutine of step 62 in FIG. 15), in step 81, the intake valve opening timing IVO [degBTDC], the exhaust valve closing timing EVC [degBTDC], and the exhaust valve of the combustion chamber 5 calculated in step 74 of FIG. The temperature TEVC at the closing timing EVC is read.

ここで、吸気弁開時期IVOは、吸気弁閉時期IVCより吸気弁15の開き角だけ前の時期となるので、吸気弁閉時期IVCより吸気弁15の開き角(予め分かっている)とから求めることができる。   Here, since the intake valve opening timing IVO is a timing earlier than the intake valve closing timing IVC by the opening angle of the intake valve 15, the opening angle of the intake valve 15 (which is known in advance) from the intake valve closing timing IVC. Can be sought.

ステップ82では吸気弁開時期IVOと排気弁閉時期EVCとから、吸排気弁のオーバーラップ量VTCOL[deg]を次式により算出する。   In step 82, the overlap amount VTCOL [deg] of the intake and exhaust valves is calculated from the following equation from the intake valve opening timing IVO and the exhaust valve closing timing EVC.

VTCOL=IVO+EVC …(25)
例えば、吸気VTC機構27用アクチュエータへの非通電時に吸気弁開時期IVOが吸気上死点位置にあり、吸気VTC機構27用アクチュエータへの通電時に吸気弁開時期が吸気上死点より進角する特性であり、かつ排気VTC機構28用アクチュエータへの非通電時に排気弁閉時期EVCが排気上死点にあり、排気弁VTC機構28用アクチュエータへの通電時に排気弁閉時期EVCが排気上死点より進角する特性である場合には、IVOとEVCの合計が吸排気弁のオーバーラップ量VTCOLとなる。
VTCOL = IVO + EVC (25)
For example, the intake valve opening timing IVO is at the intake top dead center position when the intake VTC mechanism 27 actuator is not energized, and the intake valve opening timing is advanced from the intake top dead center when the intake VTC mechanism 27 actuator is energized. The exhaust valve closing timing EVC is at the exhaust top dead center when the exhaust VTC mechanism 28 actuator is not energized, and the exhaust valve closing timing EVC is at the exhaust top dead center when the exhaust valve VTC mechanism 28 actuator is energized. In the case of more advanced characteristics, the sum of IVO and EVC becomes the overlap amount VTCOL of the intake and exhaust valves.

ステップ83では、吸排気弁のオーバーラップ量VTCOLから、図25に示すテーブルを検索することによりオーバーラップ中の積算有効面積ASUMOLを算出する。図25に示すようにオーバーラップ中の積算有効面積ASUMOLは吸排気弁のオーバーラップ量VTCOLが大きくなるほど大きくなる値である。   In step 83, the accumulated effective area ASUMOL during the overlap is calculated by searching the table shown in FIG. 25 from the overlap amount VTCOL of the intake and exhaust valves. As shown in FIG. 25, the integrated effective area ASUMOL during the overlap is a value that increases as the overlap amount VTCOL of the intake and exhaust valves increases.

ここで、図26は、吸排気弁のオーバーラップ中の積算有効面積ASUMOLの説明図であり、横軸はクランク角、縦軸は吸気弁12と排気弁15とのそれぞれの開口面積を示している。オーバーラップ中の任意の時点における有効開口面積は、排気弁開口面積と吸気弁開口面積とのうち小さい方とする。オーバーラップ中の全期間における積算有効面積ASUMOLは、吸気弁15及び排気弁16が開いている期間の積分値(図中の斜線部)である。   Here, FIG. 26 is an explanatory diagram of the integrated effective area ASUMOL during the overlap of the intake and exhaust valves, where the horizontal axis indicates the crank angle, and the vertical axis indicates the respective opening areas of the intake valve 12 and the exhaust valve 15. Yes. The effective opening area at any time during the overlap is the smaller of the exhaust valve opening area and the intake valve opening area. The integrated effective area ASUMOL in the entire period during the overlap is an integral value (hatched portion in the figure) during the period in which the intake valve 15 and the exhaust valve 16 are open.

このようにオーバーラップ中積算有効面積ASUMOLを算出することで、吸気弁15と排気弁16とのオーバーラップ量を1つのオリフィス(流出孔)であると近似することができ、排気系の状態と吸気系の状態とからこの仮想オリフィスを通過するガス流量を簡略的に算出し得る。   By calculating the accumulated effective area ASUMOL during the overlap in this way, the overlap amount between the intake valve 15 and the exhaust valve 16 can be approximated as one orifice (outflow hole), and the state of the exhaust system and The gas flow rate passing through the virtual orifice can be simply calculated from the state of the intake system.

ステップ84では、目標当量比TFBYAと、燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける温度TEVCとから、図27に示すマップを検索することにより、燃焼室5に残留する不活性ガスの比熱比SHEATRを算出する。図27に示したように、燃焼室に残留する不活性ガスの比熱比SHEATRは目標当量比TFBYAが1.0の近傍にあるときが最も小さくなり、それより大きくても小さくても大きくなる。また、目標当量比TFBYAが一定の条件では、燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける温度TEVCが高くなるほど小さくなる。   In step 84, the specific heat ratio SHEATR of the inert gas remaining in the combustion chamber 5 is obtained by searching the map shown in FIG. 27 from the target equivalent ratio TFBYA and the temperature TEVC at the exhaust valve closing timing EVC of the combustion chamber 5. calculate. As shown in FIG. 27, the specific heat ratio SHEATR of the inert gas remaining in the combustion chamber is the smallest when the target equivalent ratio TFBYA is in the vicinity of 1.0, and it is larger or smaller than that. Further, under the condition where the target equivalent ratio TFBYA is constant, the temperature TEVC at the exhaust valve closing timing EVC of the combustion chamber 5 becomes smaller as the temperature becomes higher.

ステップ85では過給判定フラグTBCRG及びチョーク判定フラグCHOKEを設定する。この過給判定フラグTBCRG及びチョーク判定フラグCHOKEの設定については図18のフローにより説明する。   In step 85, a supercharging determination flag TBCRG and a choke determination flag CHOKE are set. The setting of the supercharging determination flag TBCRG and the choke determination flag CHOKE will be described with reference to the flowchart of FIG.

図18(図17ステップ85のサブルーチン)においてステップ101では、吸気圧力センサ44により検出される吸気圧力PINと、図16のステップ75で算出されている燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける圧力PEVCを読み込む。   In FIG. 18 (subroutine of step 85 in FIG. 17), in step 101, the intake pressure PIN detected by the intake pressure sensor 44 and the pressure PEVC at the exhaust valve closing timing EVC of the combustion chamber 5 calculated in step 75 of FIG. Is read.

ステップ102では、吸気圧力PINと、燃焼室5の排気弁閉時期EVCにおける圧力PEVCとから、次式により吸気排気圧力比PINBYEXを算出する。   In step 102, an intake exhaust pressure ratio PINBYEX is calculated from the intake pressure PIN and the pressure PEVC at the exhaust valve closing timing EVC of the combustion chamber 5 by the following equation.

PINBYEX=PIN/PEVC …(26)
この吸気排気圧力比PINBYEXは無名数であり、これと1をステップ103で比較する。吸気排気圧力比PINBYEXが1以下の場合には過給無しと判断し、ステップ104に進んで過給判定フラグTBCRG(ゼロに初期設定)=0とする。
PINBYEX = PIN / PEVC (26)
This intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is an unknown number, and 1 is compared with this in step 103. When the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is 1 or less, it is determined that there is no supercharging, and the routine proceeds to step 104 where the supercharging determination flag TBCRG (initially set to zero) = 0.

吸気排気圧力比PINBYEXが1より大きい場合には過給有りと判断し、ステップ105へ進んで過給判定フラグTBCRG=1とする。   If the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is greater than 1, it is determined that there is supercharging, and the routine proceeds to step 105 where the supercharging determination flag TBCRG = 1.

ステップ106では、図14のステップ51で読み込まれている目標当量比TFBYAから図28に示すテーブルを検索することにより、混合気の比熱比MIXAIRSHRを求め、これをステップ107で不活性ガスの比熱比SHEATRと入れ換える。図28に示したように、混合気の比熱比MIXAIRSHRは、目標当量比TFBYAが小さくなるほど大きくなる値である。   In Step 106, the specific heat ratio MIXAIRSHR of the mixture is obtained by searching the table shown in FIG. 28 from the target equivalent ratio TFBYA read in Step 51 of FIG. Replace with SHEATR. As shown in FIG. 28, the specific heat ratio MIXAIRSHR of the air-fuel mixture is a value that increases as the target equivalent ratio TFBYA decreases.

ステップ106、107において、不活性ガスの比熱比SHEATRを混合気の比熱比MIXAIRSHRに置き換えるのは、ターボ過給や慣性過給等の過給時を考慮したものである。すなわち、過給時には吸排気弁のオーバーラップ中のガス流れが吸気系から排気系へ向かう(吹き抜ける)ので、この場合においては、上記の仮想オリフィスを通過するガスの比熱比を不活性ガスの比熱比から混合気の比熱比に変更することで、吹き抜けるガス量を精度良く推定し、内部不活性ガス量を精度良く算出するためである。   In steps 106 and 107, the specific heat ratio SHEATR of the inert gas is replaced with the specific heat ratio MIXAIRSHR of the air-fuel mixture in consideration of supercharging such as turbocharging or inertial supercharging. That is, during supercharging, the gas flow during the overlap of the intake / exhaust valve is directed (blows through) from the intake system to the exhaust system. In this case, the specific heat ratio of the gas passing through the virtual orifice is the specific heat of the inert gas. By changing the ratio to the specific heat ratio of the air-fuel mixture, the amount of gas blown through is accurately estimated, and the amount of internal inert gas is accurately calculated.

ステップ108では、図17のステップ84または図18のステップ106、107で算出している不活性ガスの比熱比SHEATRに基づき、最小と最大とのチョーク判定しきい値SLCHOKEL、SLCHOKEHを次式により算出する。   In Step 108, based on the specific heat ratio SHEATR of the inert gas calculated in Step 84 of FIG. 17 or Steps 106 and 107 of FIG. 18, the minimum and maximum choke determination thresholds SLCHOKE and SLCHOKEH are calculated by the following equations. To do.

SLCHOKEL={2/(SHEATR+1)}
^{SHEATR/(SHEATR−1)}
…(27a)
SLCHOKEH={−2/(SHEATR+1)}
^{−SHEATR/(SHEATR−1)}
…(27b)
これらのチョーク判定しきい値SLCHOKEL、SLCHOKEHは、チョークする限界値を算出している。
SLCHOKER = {2 / (SHEATR + 1)}
^ {SHEATR / (SHEATR-1)}
... (27a)
SLCHOKEH = {− 2 / (SHEATR + 1)}
^ {-SHEATR / (SHEATR-1)}
... (27b)
These choke determination threshold values SLCHOKE and SLCHOKEH calculate the limit value for choking.

ステップ108において、(27a)右辺、(27b)右辺の各累乗計算が困難な場合には、(27a)、(27b)式の算出結果を、最小チョーク判定しきい値SLCHOKELのテーブルと最大チョーク判定しきい値SLCHOKEHのテーブルとしてそれぞれエンジンコントローラ31のメモリに予め記憶しておき、不活性ガスの比熱比SHEATRから当該テーブルを検索することにより求めてもよい。   If it is difficult to calculate each power of (27a) right side and (27b) right side in step 108, the calculation results of equations (27a) and (27b) are used as the minimum choke determination threshold value SLCHOKEL table and maximum choke determination. The threshold value SLCHOKEH table may be stored in advance in the memory of the engine controller 31 and obtained by searching the table from the specific heat ratio SHEATR of the inert gas.

テップ109では、吸気排気圧力比PINBYEXが、最小チョーク判定しきい値SLCHOKEL以上でかつ最大チョーク判定しきい値SLCHOKEH以下の範囲内にあるか否か、すなわちチョーク状態にないか否かを判定する。吸気排気圧力比PINBYEXが範囲内にある場合にはチョーク無しと判断し、ステップ110に進んでチョーク判定フラグCHOKE(ゼロに初期設定)=0とする。   In step 109, it is determined whether or not the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is within the range of not less than the minimum choke determination threshold value SLCHOKEEL and not more than the maximum choke determination threshold value SLCHOKEH, that is, not in the choke state. If the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX is within the range, it is determined that there is no choke, and the routine proceeds to step 110 where the choke determination flag CHOKE (initially set to zero) = 0.

吸気排気圧力比P1NBYEXが範囲内にない場合にはチョーク有りと判断し、ステップ111に進んでチョーク判定フラグCHOKE=1とする。   If the intake / exhaust pressure ratio P1NBYEX is not within the range, it is determined that choke is present, and the routine proceeds to step 111 where the choke determination flag CHOKE = 1.

このようにして過給判定フラグとチョーク判定フラグの設定を終了したら図17に戻り、ステップ86〜88で次の4つの場合分けを行う。   When the setting of the supercharging determination flag and the choke determination flag is thus completed, the process returns to FIG. 17 and the following four cases are performed in steps 86 to 88.

〈1〉過給判定フラグTBCRG=0かつチョーク判定フラグCHOKE=0のとき
〈2〉過給判定フラグTBCRG=0かつチョーク判定フラグCHOKE=0のとき
〈3〉過給判定フラグTBCRG=0かつチョーク判定フラグCHOKE=1のとき
〈4〉過給判定フラグTBCRG=1かつチョーク判定フラグCHOKE=0のとき
そして、上記〈1〉のときにはステップ89に進んで、過給無しかつチョーク無し時のオーバーラップ中の平均吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmp1を、上記〈2〉のときにはステップ90に進んで過給無しかつチョーク有り時のオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmp2を、上記〈3〉のときにはステップ91に進んで過給有りかつチョーク無し時のオーバーラップ中の平均吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmp3を、上記〈4〉のときにはステップ92に進んで過給有りかつチョーク有り時の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmp4をそれぞれ算出し、算出結果をオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmpに移す。
<1> When supercharging determination flag TBCRG = 0 and choke determination flag CHOKE = 0 <2> When supercharging determination flag TBCRG = 0 and choke determination flag CHOKE = 0 <3> Supercharging determination flag TBCRG = 0 and choke When determination flag CHOKE = 1 <4> When supercharging determination flag TBCRG = 1 and choke determination flag CHOKE = 0 When the above <1>, the routine proceeds to step 89 and overlaps when there is no supercharging and no choke If the average blown back inert gas flow rate MRESOLtmp1 is <2>, the process proceeds to step 90, and the blown back inert gas flow rate MRESOLtmp2 during the overlap when there is no supercharging and choke is present is step 91 when <3>. Go on to overlap when there is supercharging and no choke The average blowback inert gas flow rate MRESOLtmp3 in the case of <4> is advanced to step 92 to calculate the blowback inert gas flow rate MRESOLtmp4 with supercharging and with choke, respectively. Move to active gas flow rate MRESOLtmp.

ここで、過給無しかつチョーク無し時のオーバーラップ中吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmp1の算出について図19のフローにより説明する
図19(図17ステップ89のサブルーチン)においてステップ121では、図16のステップ73、75で算出されている不活性ガスのガス定数REX、燃焼室5の排気弁閉時期における圧力PEVCを読み込む。
Here, calculation of the inert gas flow rate MRESOLtmp1 during the overlap when there is no supercharging and no choke will be described with reference to the flow of FIG. 19. In step 121 of FIG. 19 (subroutine of step 89 in FIG. 17), step 73 in FIG. , 75, the gas constant REX of the inert gas, and the pressure PEVC when the exhaust valve of the combustion chamber 5 is closed are read.

ステップ122では、不活性ガスのガス定数REXと、図17のステップ81で読み込まれている燃焼室5の排気弁閉時期における温度TEVCとに基づき、後述するガス流量の算出式に用いる密度項MRSOLDを次式により算出する。   In step 122, based on the gas constant REX of the inert gas and the temperature TEVC at the exhaust valve closing timing of the combustion chamber 5 read in step 81 of FIG. 17, a density term MRSOLD used in a gas flow rate calculation formula described later. Is calculated by the following equation.

MRSOLD=SQRT{1/(REX×TEVC)} …(28)
ここで、(28)式右辺の「SQRT」はすぐ右のカッコ内の値の平方根を計算させる関数である。
MRSOLD = SQRT {1 / (REX × TEVC)} (28)
Here, “SQRT” on the right side of equation (28) is a function that calculates the square root of the value in the parenthesis on the right.

なお、密度項MRSOLDの平方根計算が困難な場合は、(28)式の算出結果をマップとしてエンジンコントローラ31のメモリに予め記憶しておき、ガス定数REXと燃焼室5の排気弁閉時期における温度TEVCとからそのマップを検索することにより求めてもよい。   If the square root of the density term MRSOLD is difficult to calculate, the calculation result of equation (28) is stored in advance in the memory of the engine controller 31 as a map, and the gas constant REX and the temperature of the combustion chamber 5 at the exhaust valve closing timing are stored. You may obtain | require by searching the map from TEVC.

ステップ123では、図17のステップ84で算出されている不活性ガスの比熱比SHEATRと、図18のステップ102で算出されている吸気排気圧力比PINBYEXとに基づき、後述するガス流量の算出式に用いる圧力差項MRSOLPを次式により算出する。   In step 123, based on the specific heat ratio SHEATR of the inert gas calculated in step 84 of FIG. 17 and the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX calculated in step 102 of FIG. The pressure difference term MRSOLP used is calculated by the following equation.

MRSOLP=SQRT[SHEATR/(SHEATR−1)
×{PTNBYEX^(2/SHEATR)
−PTNBYEX^((SHEATR+1)/SHEATR)}] …(29)
ステップ124では、これら密度項MRSOLD、圧力差項MRSOLPと、燃焼室5の排気弁閉時期における圧力PEVCとから、過給無しかつチョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmp1を次式(ガス流量の算出式)により算出し、その算出値をステップ125でオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmpに移す。
MRSOLP = SQRT [SHEATR / (SHEATR-1)
× {PTNBYEX ^ (2 / SHEATR)
-PTNBYEX ^ ((SHEATR + 1) / SHEATR)}] (29)
In step 124, from the density term MRSOLD, the pressure difference term MRSOLP, and the pressure PEVC at the exhaust valve closing timing of the combustion chamber 5, the blow-back inert gas flow rate MRESOLtmp1 during overlap without supercharging and without choke is expressed by the following equation. In step 125, the calculated value is transferred to the blown back inert gas flow rate MRESOLtmp.

MRESOLtmp1=1.4×PEVC×MRSOLD×MRSOLP
…(30)
次に、過給無しかつチョーク有り時の吹き返し不活性ガス流量の算出について図20のフローにより説明する
図20(図17ステップ90のサブルーチン)においてステップ131、132では、図19のステップ121、122と同様にして、不活性ガスのガス定数REX、燃焼室5の排気弁閉時期における圧力PEVCを読み込み、これらから前述の(28)式により密度項MRSOLDを算出する。
MRESOLtmp1 = 1.4 × PEVC × MRSOLD × MRSOLP
... (30)
Next, the calculation of the blown back inert gas flow rate when there is no supercharging and when there is a choke will be described with reference to the flow of FIG. 20. In FIG. 20 (subroutine of step 90 of FIG. 17), in steps 131 and 132, steps 121 and 122 of FIG. In the same manner as described above, the gas constant REX of the inert gas and the pressure PEVC at the time of closing the exhaust valve of the combustion chamber 5 are read, and the density term MRSOLD is calculated from the above equation (28).

ステップ133では、図17のステップ84で算出されている不活性ガスの比熱比SHEATRに基づき、チョーク時圧力差項MRSOLPCを次式により算出する。   In step 133, the choke pressure difference term MRSOLPC is calculated by the following equation based on the specific heat ratio SHEATR of the inert gas calculated in step 84 of FIG.

MRSOLPC=SQRT[SHEATR×{2/(SHEATR+1)} ^{(SHEATR+1)/〔SHEATR−1)}]
…(31)
なお、(31)式の累乗計算と平方根計算とが困難な場合には、(31)式の算出結果を、チョーク時圧力差項MRSOLPCのテーブルとしてエンジンコントローラ31のメモリに予めに記憶しておき、不活性ガスの比熱比SHEATRからそのテーブルを検索することにより求めてもよい。
MRSOLPC = SQRT [SHEATR × {2 / (SHEATR + 1)} ^ {(SHEATR + 1) / [SHEATR-1)}]
... (31)
If it is difficult to calculate the power and square root of equation (31), the calculation result of equation (31) is stored in advance in the memory of the engine controller 31 as a table of choke pressure difference term MRSOLPC. Alternatively, it may be obtained by searching the table from the specific heat ratio SHEATR of the inert gas.

ステップ134では、これら密度項MRSOLD、チョーク時圧力差項MRSOLPCと、燃焼室5の排気弁閉時期における圧力PEVCとから、過給無しかつチョーク有り時のオーバーラップ中吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmp2を次式により算出し、その算出値をステップ135でオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmpに移す。   In step 134, from the density term MRSOLD, the choke pressure difference term MRSOLPC, and the pressure PEVC when the combustion chamber 5 is closed, the inert gas flow rate MRESOLtmp2 blown back during overlap without supercharging and with choke is calculated. In step 135, the calculated value is transferred to the blown back inert gas flow rate MRESOLtmp.

MRESOLtmp2=PEVC×MRSOLD×MRSOLPC
…(32)
次に、過給有りかつチョーク無し時の吹き返しガス流量の算出について図21のフローにより説明する
図21(図17ステップ91のサブルーチン)においてステップ141では、吸気圧力センサ44により検出される吸気圧力PINを読み込む。
MRESOLtmp2 = PEVC × MRSOLD × MRSOLPC
... (32)
Next, calculation of the blowback gas flow rate with supercharging and without choke will be described with reference to the flow of FIG. 21. In FIG. 21 (subroutine of step 91 in FIG. 17), in step 141, the intake pressure PIN detected by the intake pressure sensor 44 is explained. Is read.

ステップ142では、図18のステップ106、107で算出されている不活性ガスの比熱比SHEATRと、図18のステップ102で算出されている吸気排気圧力比PINBYEXとから、過給時圧力差項MRSOLPTを次式により算出する。   In step 142, the supercharging pressure difference term MRSOLPT is calculated from the specific heat ratio SHEATR of the inert gas calculated in steps 106 and 107 in FIG. 18 and the intake / exhaust pressure ratio PINBYEX calculated in step 102 in FIG. 18. Is calculated by the following equation.

MRSOLPT=SQRT[SHEATR/(SHEATR−1)
×{PINBYEX^(−2/SHEATR)
−PINBYEX^(−(SHEATR+1)/SHEATR)}] …(33)
なお、(33)式の累乗計算と平方根計算とが困難な場合は、(33)式の算出結果を、過給時圧力差項MRSOLPTのマップとしてエンジンコントローラ31のメモリに予め記憶しておき、不活性ガスの比熱比SHEATRと吸気排気圧力比PINBYEXとからそのマップを検索することにより求めてもよい。
MRSOLPT = SQRT [SHEATR / (SHEATR-1)
× {PINBYEX ^ (-2 / SHEATR)
-PINBYEX ^ (-(SHEATR + 1) / SHEATR)}] (33)
If the power calculation and the square root calculation of Expression (33) are difficult, the calculation result of Expression (33) is stored in advance in the memory of the engine controller 31 as a map of the supercharging pressure difference term MRSOLPT, You may obtain | require by searching the map from the specific heat ratio SHEATR of an inert gas, and the intake-exhaust pressure ratio PINBYEX.

ステップ143では、この過給時圧力差項MRSOLPTと吸気圧力PINとに基づいて、過給有りかつチョーク無し時のオーバーラップ中吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmp3を次式により算出し、その算出値をステップ144でオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmpに移す。   In step 143, based on the pressure difference term at the time of supercharging MRSOLPT and the intake pressure PIN, the inactive gas flow rate MRESOLtmp3 during the overlap with supercharging and without choke is calculated by the following equation, and the calculated value is calculated in step 143. At 144, the flow returns to the blown back inert gas flow rate MRESOLtmp.

MRESOLtmp3=−0.152×PIN×MRSOLPT …(34)
ここで、(34)式の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmp3は負の値とすることで、オーバーラップ中に吸気系から排気系へ吹き抜ける混合気のガス流量を表すことができる。
MRESOLtmp3 = −0.152 × PIN × MRSOLPT (34)
Here, by setting the blown back inert gas flow rate MRESOLtmp3 in the equation (34) to a negative value, the gas flow rate of the air-fuel mixture blown from the intake system to the exhaust system during the overlap can be expressed.

次に、過給有りかつチョーク有り時のオーバーラップ中吹き返し不活性ガス流量の算出について図22のフローにより説明する
図22(図17ステップ92のサブルーチン)においてステップ151、152では、図21のステップ141と同じく吸気圧力センサ44により検出される吸気圧力PINを読み込むと共に、図20のステップ132と同じくチョーク時圧力差項MRSOLPCを前述の(31)式により算出する。
Next, the calculation of the flow rate of the inert gas blown back during overlap with supercharging and with choke will be described with reference to the flow of FIG. 22. In FIG. 22 (subroutine of step 92 in FIG. 17), in steps 151 and 152, the step of FIG. Similarly to 141, the intake pressure PIN detected by the intake pressure sensor 44 is read, and the choke pressure difference term MRSOLPC is calculated by the aforementioned equation (31) as in step 132 of FIG.

ステップ153では、このチョーク時圧力差項MRSOLPCと吸気圧力PINとに基づいて、過給有りかつチョーク有り時のオーバーラップ中吹き返しガス流量MRESOLtmp4を次式により算出し、その算出値をステップ154でオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmpに移す。   In step 153, based on the choke pressure difference term MRSOLPC and the intake pressure PIN, the overlap blow-back gas flow rate MRESOLtmp4 with supercharging and with choke is calculated by the following equation, and the calculated value is exceeded in step 154. Transfer to blown inert gas flow rate MRESOLtmp during lap.

MRESOLtmp4=−0.108×PIN×MRSOLPC …(35)
ここで、(35)式の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmp4も、MRESOLtmp3と同様、負の値とすることで、オーバーラップ中に吸気側から排気側へ吹き抜ける混合気のガス流量を表すことができる。
MRESOLtmp4 = −0.108 × PIN × MRSOLPC (35)
Here, the blown back inert gas flow rate MRESOLtmp4 of the equation (35) can also represent a gas flow rate of the air-fuel mixture blown from the intake side to the exhaust side during the overlap, similarly to MRESOLtmp3.

このようにして、過給の有無とチョークの有無との組み合わせにより場合分けした、オーバーラップ中の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmpの算出を終了したら図17に戻り、ステップ93においてこのオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス流量MRESOLtmpとオーバーラップ期間中の積算有効面積ASUMOLとから、次式によりオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス量MRESOLを算出する。   In this way, when the calculation of the blown back inert gas flow rate MRESOLtmp during the overlap divided according to the combination of the presence or absence of supercharging and the presence or absence of choke is completed, the process returns to FIG. From the inert gas flow rate MRESOLtmp and the integrated effective area ASUMOL during the overlap period, the blown back inert gas amount MRESOL during the overlap is calculated by the following equation.

MRESOL=(MRESOLtmP×ASUMOL×60)
/(NRPM×360) …(36)
このようにしてオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス量MRESOLの算出を終了したら図15に戻り、ステップ63において燃焼室5内の排気弁閉時期EVCにおける不活性ガス量MRESCYLと、このオーバーラップ中吹き返しガス量MRESOLとを加算して、つまり次式により内部不活性ガス量MRESを算出する。
MRESOL = (MRESOLtmP × ASUMOL × 60)
/ (NRPM × 360) (36)
When the calculation of the blown back inert gas amount MRESSOL is completed in this way, the process returns to FIG. 15, and in step 63, the inert gas amount MRESCYL at the exhaust valve closing timing EVC in the combustion chamber 5 and the blowback during overlap are returned. The internal inert gas amount MRES is calculated by adding the gas amount MRESOL, that is, the following equation.

MRES=MRESCYL+MRESOL …(37)
前述のように、過給有り時にはオーバーラップ中吹き返し不活性ガス流量(MRESOLtmp3、MRESOLtmp4)が負となるため、上記(36)式のオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス量MRESOLも負となり、このとき(37)式によれば、オーバーラップ中の吹き返し不活性ガス量MRESOLの分だけ内部不活性ガス量が減じられる。
MRES = MRESCYL + MRESSOL (37)
As described above, the flow rate of the inert gas blown back during overlap (MRESOLtmp3, MRESOLtmp4) becomes negative when there is supercharging, and therefore, the amount of blown inert gas MRESOL during overlap of the above equation (36) also becomes negative. According to the equation (37), the internal inert gas amount is reduced by the amount of the blown back inert gas amount MRESOL during the overlap.

このようにして内部不活性ガス量MRESの算出を終了したら図14に戻り、ステップ54においてこの内部不活性ガス量MRESと、目標当量比TFBYAとを用いて、次式により内部不活性ガス率MRESFR(燃焼室5内の総ガス量に対する内部不活性ガス量の割合)を算出する。   When the calculation of the internal inert gas amount MRES is completed in this way, the flow returns to FIG. 14. In step 54, using this internal inert gas amount MRES and the target equivalent ratio TFBYA, the internal inert gas rate MRESFR is calculated by the following equation. (Ratio of the amount of internal inert gas to the total amount of gas in the combustion chamber 5) is calculated.

MRESFR=MRES
/{MRES+MACYL×(1+TFBYA/14.7)}
…(38)
これで内部不活性ガス率MRESFRの算出を総て終了する。
MRESFR = MRES
/{MRES+MACYL×(1+TFBYA/14.7)}
... (38)
This completes the calculation of the internal inert gas ratio MRESFR.

このように本実施形態によれば、内部不活性ガス量MRESを、燃焼室5の排気弁閉時期における不活性ガス量MRESCYLと、吸排気弁のオーバーラップ中の吹き返しガス量MRESOLとで構成し(図15のステップ63参照)、この場合に、燃焼室5の排気弁閉時期における温度TEV及び圧力PEVCを算出し(図16のステップ74、75)、これら温度TEVC、圧力PEVCと不活性ガスのガス定数REXとに基づいて状態方程式(上記(24)式)により燃焼室5の排気弁閉時期における不活性ガス量MRESCYLを算出する(図16のステップ76参照)ようにしたので、特に、燃焼室5内部の状態量(PEVC、VEVC、TEVC)が刻々と変化する過渡運転時においても、運転条件に関わらず精度良く燃焼室5の排気弁閉時期における不活性ガス量MRESCYLを算出(推定)できる。   As described above, according to the present embodiment, the internal inert gas amount MRES is configured by the inert gas amount MRESCYL when the exhaust valve of the combustion chamber 5 is closed and the blowback gas amount MRESOL during the overlap of the intake and exhaust valves. In this case, the temperature TEV and pressure PEVC at the closing timing of the exhaust valve in the combustion chamber 5 are calculated (steps 74 and 75 in FIG. 16), and these temperature TEVC, pressure PEVC and inert gas are calculated. Since the inert gas amount MRESCYL at the exhaust valve closing timing of the combustion chamber 5 is calculated from the state constant (Equation (24) above) based on the gas constant REX (see step 76 of FIG. 16), Even during transient operation in which the amount of state (PEVC, VEVC, TEVC) inside the combustion chamber 5 changes every moment, the combustion chamber 5 can be accurately obtained regardless of the operating conditions. The inert gas amount MRESCYL in the exhaust valve closing timing can be calculated (estimated).

また、燃焼室5の排気弁閉時期における温度TEVC及び圧力PEVC、不活性ガスのガス定数REX及び比熱比SHEATR、吸気圧力PINに基づいてオーバーラップ中の吹き返し不活性ガス流量(MRESOLtmp1、MRESOLtmp2)を算出し(図19、図20参照)、このガス流量にオーバーラップ中の積算有効面積ASUMOLを乗算して、オーバーラップ中の吹き返しガス量MRESOLを算出する(図17のステップ93参照)ようにしたので、精度良くオーバーラップ中吹き返しガス量MRESOLを算出(推定)できる。   In addition, based on the temperature TEVC and pressure PEVC of the combustion chamber 5 when the exhaust valve is closed, the gas constant REX and specific heat ratio SHEATR of the inert gas, and the intake pressure PIN, the blow-back inert gas flow rate (MRESOLtmp1, MRESOLtmp2) during the overlap is calculated. This was calculated (see FIGS. 19 and 20), and this gas flow rate was multiplied by the integrated effective area ASUMOL during the overlap to calculate the amount of blown back gas MRESOL during the overlap (see step 93 in FIG. 17). Therefore, the overlapped blow-back gas amount MRESOL can be calculated (estimated) with high accuracy.

このように、燃焼室5の排気弁閉時期における不活性ガス量MRESCYL、オーバーラップ中吹き返しガス量MRESOLとも精度良く算出(推定)できると、これらの和である内部不活性ガス量MRESも精度良く算出(推定)できることになり、この精度良く推定することが可能となった内部不活性ガス量MRESに基づいて算出される内部不活性ガス率MRESFRを、点火時期の算出に用いる燃焼室5内の吸気弁閉時期IVCにおける温度TINIに活かすことで(図5のステップ13参照)、燃焼室5内の吸気弁閉時期IVCにおける温度TINIを精度良く算出できる。また、精度良く推定することが可能となった内部不活性ガス量MRESを、燃料噴射量、バルブ開閉タイミング(オーバーラップ量)などにも活かすことで、エンジンを適切に制御することが可能である。   As described above, if both the inert gas amount MRESCYL and the overlapped blow-back gas amount MRESSOL in the combustion chamber 5 at the closing timing of the exhaust valve can be calculated (estimated) with high accuracy, the internal inert gas amount MRES, which is the sum of them, can also be accurately calculated. The internal inert gas ratio MRESFR calculated based on the internal inert gas amount MRES that can be estimated with high accuracy can be calculated (estimated). By making use of the temperature TINI at the intake valve closing timing IVC (see step 13 in FIG. 5), the temperature TINI at the intake valve closing timing IVC in the combustion chamber 5 can be accurately calculated. In addition, the engine can be appropriately controlled by making use of the internal inert gas amount MRES that can be accurately estimated for the fuel injection amount, valve opening / closing timing (overlap amount), and the like. .

また、不活性ガスのガス定数REXや不活性ガスの比熱比SHEATRは、目標当量比TFBYAに応じた値としているので(図24、図27参照)、理論空燃比を外れた空燃比での運転時(例えば理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転を行うリーン運転時、冷間始動時のようにエンジンが元々不安定な状態を安定させるために理論空燃比の空燃比よりもリッチ側の空燃比で運転するエンジン始動直後、同じく大きな出力が要求されるために理論空燃比の空燃比よりもリッチ側の空燃比で運転する全負荷運転時)にも、燃焼室5の排気弁閉時期における不活性ガス量MRESCYL、オーバーラップ中吹き返しガス量MRESOL、これらの合計である内部不活性ガス量MRES、これに基づく内部不活性ガス率MRESFRを精度良く算出できる。   Further, since the gas constant REX of the inert gas and the specific heat ratio SHEATR of the inert gas are values corresponding to the target equivalent ratio TFBYA (see FIGS. 24 and 27), the operation is performed at an air-fuel ratio that deviates from the theoretical air-fuel ratio. (E.g. during lean operation where the air / fuel ratio is leaner than the stoichiometric air / fuel ratio, in order to stabilize the engine's originally unstable state, such as during cold start, the engine is on the rich side of the stoichiometric air / fuel ratio. Immediately after starting the engine operating at the air-fuel ratio, since the same large output is required, the exhaust valve closing timing of the combustion chamber 5 is also applied during full load operation where the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Inert gas amount MRESCYL, overlapped blow-back gas amount MRESSOL, total internal inert gas amount MRES, and internal inert gas ratio MRESFR based on this are accurately calculated. It can be.

また、オーバーラップ期間の積算有効面積ASUMOLを仮想オリフィスの面積とし、この仮想オリフィスを排気が燃焼室5から吸気系へと吹き抜けると仮定しているので、オーバーラップ中の吹き返し不活性ガス量MRESOLの算出が簡略化されている。   Further, since the accumulated effective area ASUMOL during the overlap period is defined as the area of the virtual orifice, and it is assumed that the exhaust gas blows through the virtual orifice from the combustion chamber 5 to the intake system, the amount of the blown back inert gas amount MRESOL during the overlap is assumed. Calculation is simplified.

次に、図29は初期燃焼期間における平均乱れ強さST1を算出するためのものである。   Next, FIG. 29 is for calculating the average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period.

図29(図10のステップ169のサブルーチン)においてステップ201ではエンジン回転速度NRPM[rpm]を読み込む。   In FIG. 29 (subroutine of step 169 in FIG. 10), in step 201, the engine speed NRPM [rpm] is read.

ステップ202、203では吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁通過平均流速Vo、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁通過平均流速Vcをそれぞれ算出する。吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁通過平均流速Voの算出については図30のフローにより、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁通過平均流速Vcの算出については図34のフローにより説明する。   In steps 202 and 203, the intake valve passage average flow velocity Vo in the state of the intake valve opening timing IVO and the intake valve passage average flow velocity Vc in the state of the intake valve closing timing IVC are calculated. The calculation of the intake valve passage average flow velocity Vo in the state of the intake valve opening timing IVO is explained by the flow of FIG. 30, and the calculation of the intake valve passage average flow velocity Vc in the state of the intake valve closing timing IVC is explained by the flow of FIG. To do.

まず、一方の吸気弁通過平均流速Voから説明すると、図30(図29のステップ202のサブルーチン)においてステップ211では吸気弁開時期IVOの吸気ポート圧Po[Pa]、吸気弁開時期IVOの状態での開弁クランク角区間θo[deg]、吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁リフト量Lo[mm]、エンジン回転速度NRPM[rpm]を読み込む。   First, from one intake valve passage average flow velocity Vo, in FIG. 30 (subroutine of step 202 in FIG. 29), in step 211, the intake port pressure Po [Pa] at the intake valve opening timing IVO, the state of the intake valve opening timing IVO The intake valve lift amount Lo [mm] and the engine rotational speed NRPM [rpm] in the state of the valve opening crank angle section θo [deg] at the intake valve opening timing IVO are read.

ここで、吸気弁開時期の吸気ポート圧Poとしては吸気弁開時期IVOにおいて圧力センサ44により検出されるコレクタ内圧力PCOLをサンプリングすればよい。   Here, as the intake port pressure Po at the intake valve opening timing, the collector internal pressure PCOL detected by the pressure sensor 44 at the intake valve opening timing IVO may be sampled.

VEL機構51を備えるエンジンでは、吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁リフト量Lo及び開弁クランク角区間θoと、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁リフト量Lc及び開弁クランク角区間θcとが相違することがあるので、これらθo、Lo、θc、Lcを次のようにして算出する。すなわち、図31は吸気弁開時期IVOにはVEL機構51が作動しており従って吸気弁15の弁リフトが小さい状態(実線参照)にあったものが、吸気弁開時期の直後にVEL機構51が非作動となり吸気弁閉時期IVCの前に吸気弁15の弁リフトが大きい状態(一点鎖線参照)へと移行している場合を示している。   In an engine provided with the VEL mechanism 51, the intake valve lift amount Lo and the valve opening crank angle section θo in the state of the intake valve opening timing IVO, and the intake valve lift amount Lc and the valve opening crank angle in the state of the intake valve closing timing IVC. Since the section θc may be different, these θo, Lo, θc, and Lc are calculated as follows. That is, FIG. 31 shows that the VEL mechanism 51 is operating at the intake valve opening timing IVO, and therefore the valve lift of the intake valve 15 is small (see the solid line), but the VEL mechanism 51 immediately after the intake valve opening timing. Is inactive, and the intake valve 15 is shifted to a state in which the valve lift of the intake valve 15 is large (see the chain line) before the intake valve closing timing IVC.

ここでいう吸気弁リフト量は、開弁期間中の平均のリフト量のことであり、吸気弁開時期IVOの状態(VEL機構51の作動時)にあっては吸気弁リフト量Loは小さな側のリフト特性の開弁期間中の平均のリフト量(つまり図示のLa)、吸気弁閉時期IVCの状態(VEL機構51の非作動時)にあっては吸気弁リフト量Lcは大きな側のリフト特性の開弁期間中の平均のリフト量(つまり図示のLb)である。   Here, the intake valve lift amount is an average lift amount during the valve opening period, and the intake valve lift amount Lo is smaller in the state of the intake valve opening timing IVO (when the VEL mechanism 51 is operated). When the intake valve closing timing IVC is in the state (when the VEL mechanism 51 is not in operation), the intake valve lift amount Lc is larger. This is the average lift amount (that is, Lb in the figure) during the valve opening period of the characteristic.

また、吸気弁開時期IVOの状態(VEL機構51の作動時)にあっては開弁クランク角区間θoは小さな側のリフト特性の開弁クランク角区間(つまり図示のθa)、吸気弁閉時期IVCの状態(VEL機構51の非作動時)にあっては開弁クランク角区間θcは大きな側のリフト特性の開弁クランク角区間(つまり図示のθb)である。   Further, in the state of the intake valve opening timing IVO (when the VEL mechanism 51 is operated), the valve opening crank angle section θo is a valve opening crank angle section (that is, θa in the drawing) having a small lift characteristic, and the intake valve closing timing. In the IVC state (when the VEL mechanism 51 is not in operation), the valve opening crank angle section θc is a valve opening crank angle section (that is, θb in the drawing) having a larger lift characteristic.

図示の大小二つの吸気弁リフト特性はVEL機構51と吸気弁用カムの仕様により定まるので、図示の値La、Lb、θa、θbは予め図上で計算することができる。従って、吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁リフト量Lo、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁リフト量Lc、吸気弁開時期IVOの状態での開弁クランク角区間θo、吸気弁閉時期IVCの状態での開弁クランク角区間θcとしては、VEL機構51の作動、非作動の各状態をみて、VEL機構51の作動時にはLaとθaを、またVEL機構51の非作動時にはLbとθbを用いればよい(La、Lb、θa、θbはいずれも一定値)。   Since the two intake valve lift characteristics shown in the figure are determined by the specifications of the VEL mechanism 51 and the intake valve cam, the values La, Lb, θa, and θb shown in the figure can be calculated in advance. Accordingly, the intake valve lift amount Lo in the state of the intake valve opening timing IVO, the intake valve lift amount Lc in the state of the intake valve closing timing IVC, the valve opening crank angle section θo in the state of the intake valve opening timing IVO, the intake valve As for the valve opening crank angle section θc in the state of the closing timing IVC, when the VEL mechanism 51 is activated and deactivated, La and θa are observed when the VEL mechanism 51 is activated, and Lb when the VEL mechanism 51 is not activated. And θb may be used (La, Lb, θa, and θb are all constant values).

あるいは、計算によって吸気弁開時期の状態での吸気弁リフト量、吸気弁閉時期の状態での吸気弁リフト量、吸気弁開時期の状態での開弁クランク角区間、吸気弁閉時期の状態での開弁クランク角区間を求めることもできる。例えば、吸気弁15が開いているクランク角区間にわたって瞬時吸気弁リフト量を積算し、その積算値を開弁クランク角区間で除算して平均値を求め、その平均値を吸気弁開時期の状態での吸気弁リフト量Loや吸気弁開時期の状態での吸気弁リフト量Lcとすればよい。また、吸気弁開時期のクランク角と、吸気弁閉時期のクランク角を検出し、その間のクランク角区間を吸気弁開時期の状態での開弁クランク角区間θoや吸気弁閉時期の状態での開弁クランク角区間θcとすればよい。   Or, by calculation, the intake valve lift amount in the intake valve open timing state, the intake valve lift amount in the intake valve close timing state, the valve opening crank angle section in the intake valve open timing state, the intake valve close timing state It is also possible to obtain the valve opening crank angle section at. For example, the instantaneous intake valve lift amount is integrated over the crank angle section in which the intake valve 15 is open, the integrated value is divided by the valve opening crank angle section to obtain an average value, and the average value is the state of the intake valve opening timing. And the intake valve lift amount Lc at the intake valve opening timing. In addition, the crank angle at the intake valve opening timing and the crank angle at the intake valve closing timing are detected, and the crank angle interval between them is the valve opening crank angle section θo in the intake valve opening timing state or the intake valve closing timing state. The valve opening crank angle section θc may be used.

一方、吸気弁リフト特性が図31のいずれか一方の特性にあって吸気弁開時期IVOより吸気弁閉時期IVCまでのクランク角区間の間にVEL機構51の作動状態が変わらないとき、例えば吸気弁開時期IVOより吸気弁閉時期IVCまでのクランク角区間の間中ずっとVEL機構51が作動していれば、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁リフト量Lcと、吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁リフト量Loとは共に図31に示されるLaに等しく、吸気弁閉時期IVCの状態での開弁クランク角区間θcと、吸気弁開時期IVOの状態での開弁クランク角区間θoとは共に図31に示されるθaに等しい。この反対に、吸気弁開時期IVOより吸気弁閉時期IVCまでのクランク角区間の間中ずっとVEL機構51が非作動であるときには、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁リフト量Lcと、吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁リフト量Loとは共に図31に示されるLbに等しく、吸気弁閉時期IVCの状態での開弁クランク角区間θcと、吸気弁開時期IVOの状態での開弁クランク角区間θoとは共に図31に示されるθbに等しい。   On the other hand, when the intake valve lift characteristic is one of the characteristics shown in FIG. 31 and the operating state of the VEL mechanism 51 does not change during the crank angle section from the intake valve opening timing IVO to the intake valve closing timing IVC, for example, If the VEL mechanism 51 is operating throughout the crank angle section from the valve opening timing IVO to the intake valve closing timing IVC, the intake valve lift amount Lc in the state of the intake valve closing timing IVC and the intake valve opening timing IVO In this state, the intake valve lift amount Lo is both equal to La shown in FIG. 31, and the valve opening crank angle section θc in the state of the intake valve closing timing IVC and the valve opening crank in the state of the intake valve opening timing IVO. Both of the angular sections θo are equal to θa shown in FIG. On the contrary, when the VEL mechanism 51 is inactive throughout the crank angle section from the intake valve opening timing IVO to the intake valve closing timing IVC, the intake valve lift amount Lc in the state of the intake valve closing timing IVC, The intake valve lift amount Lo in the state of the intake valve opening timing IVO is both equal to Lb shown in FIG. 31, and the valve opening crank angle interval θc in the state of the intake valve closing timing IVC and the state of the intake valve opening timing IVO The valve opening crank angle section θo at is equal to θb shown in FIG.

ステップ212では吸気行程中の吸気ポート圧が吸気弁開時期の吸気ポート圧Poを維持すると仮定したときに燃焼室5へと流入する吸入空気量(燃焼室5へと流入する吸入空気量を以下「シリンダ吸入空気量」という。)Qo[mm3]を吸気弁開時期の吸気ポート圧Poに比例させて、つまり次式により算出する。 In step 212, when it is assumed that the intake port pressure during the intake stroke maintains the intake port pressure Po at the intake valve opening timing, the amount of intake air flowing into the combustion chamber 5 (the amount of intake air flowing into the combustion chamber 5 is the following) It is referred to as “cylinder intake air amount.”) Qo [mm 3 ] is calculated in proportion to the intake port pressure Po at the intake valve opening timing, that is, by the following equation.

Qo=Po×f21(θo、NRPM) …(51)
ここで、(51)式の補正係数f21(θo、NRPM)は吸気弁開時期の状態での吸気弁リフト量θoと回転速度NRPMの関数であることを表している。この補正係数f21(θo、NRPM)は吸気弁開時期の吸気ポート圧Poが同じでも、吸気弁開時期の状態での開弁クランク角区間θoや回転速度NRPMの相違によってシリンダ吸入空気量Qoが変化するので、これを考慮するものである。補正係数f21(θo、NRPM)を、関数で与えるのではなくマップ検索により求めるようにしてもかまわない。図32はこの場合のマップの特性であり、図示のように補正係数f21(θo、NRPM)は吸気弁開時期の状態での開弁クランク角区間θoを大きくするほど、また回転速度NRPMが高くなるほど大きくなる値である。
Qo = Po × f21 (θo, NRPM) (51)
Here, the correction coefficient f21 (θo, NRPM) in the equation (51) represents a function of the intake valve lift amount θo and the rotational speed NRPM in the state of the intake valve opening timing. Even if the intake port pressure Po at the intake valve opening timing is the same, the correction coefficient f21 (θo, NRPM) causes the cylinder intake air amount Qo to vary depending on the valve opening crank angle section θo and the rotational speed NRPM at the intake valve opening timing. This is to be taken into account as it changes. The correction coefficient f21 (θo, NRPM) may be obtained not by a function but by a map search. FIG. 32 shows the map characteristics in this case. As shown in the figure, the correction coefficient f21 (θo, NRPM) increases as the valve opening crank angle section θo in the state of the intake valve opening timing increases, and the rotational speed NRPM increases. It is a value that becomes larger.

ステップ213では吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁開時期IVOより吸気弁閉時期IVCまでの平均吸気弁開口面積So[mm2]を吸気弁開時期の状態での吸気弁リフト量Loの関数として、つまり次式により算出する。 In step 213, the average intake valve opening area So [mm 2 ] from the intake valve opening timing IVO to the intake valve closing timing IVC in the intake valve opening timing IVO is set to the intake valve lift amount Lo in the intake valve opening timing state. As a function, that is, calculated by the following formula.

So=f22(Lo) …(52)
ここで、吸気弁開時期の状態での平均吸気弁開口面積Soを、関数で与えるのではなくテーブル検索により求めるようにしてもかまわない。図33はこの場合のテーブル特性であり、吸気弁開時期の状態での平均吸気弁開口面積Soは図示のように吸気弁開時期の状態での吸気弁リフト量Loが大きくなるほど大きくなる値である。
So = f22 (Lo) (52)
Here, the average intake valve opening area So in the state of the intake valve opening timing may be obtained by a table search instead of being given by a function. FIG. 33 shows the table characteristics in this case, and the average intake valve opening area So in the state of the intake valve opening timing is a value that increases as the intake valve lift amount Lo in the state of the intake valve opening timing increases as shown in the figure. is there.

ステップ214では吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁通過平均流速Vo[mm/s]を次式により算出する。   In step 214, the intake valve passage average flow velocity Vo [mm / s] in the state of the intake valve opening timing IVO is calculated by the following equation.

Vo=Qo/(So・NRPM) …(53)
すなわち、吸気弁開時期の状態での吸気弁通過平均流速Voは、吸気弁開時期の状態でのシリンダ吸入空気量Qoに比例して大きくなり、吸気弁開時期の状態での平均吸気弁開口面積So及び回転速度NRPMに反比例して小さくなる値である。
Vo = Qo / (So · NRPM) (53)
That is, the intake valve passing average flow velocity Vo in the intake valve opening timing state increases in proportion to the cylinder intake air amount Qo in the intake valve opening timing state, and the average intake valve opening in the intake valve opening timing state It is a value that decreases in inverse proportion to the area So and the rotational speed NRPM.

このようにして吸気弁開時期の状態での吸気弁通過平均流速Voの算出を終了したら図29のステップ203に戻り、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁通過平均流速Vcを算出する。この吸気弁通過平均流速Vcの算出については図34のフローにより説明する。吸気弁閉時期の状態での吸気弁通過平均流速Vcの算出方法は、図30により前述した吸気弁開時期の状態での吸気弁通過平均流速Voの算出方法と同様である。   When the calculation of the intake valve passage average flow velocity Vo in the state of the intake valve opening timing is thus completed, the process returns to step 203 of FIG. 29 to calculate the intake valve passage average flow velocity Vc in the state of the intake valve closing timing IVC. The calculation of the intake valve passage average flow velocity Vc will be described with reference to the flow of FIG. The calculation method of the intake valve passage average flow velocity Vc in the state of the intake valve closing timing is the same as the calculation method of the intake valve passage average flow velocity Vo in the state of the intake valve opening timing described above with reference to FIG.

図34(図29のステップ203のサブルーチン)においてステップ221では吸気弁閉時期IVCの吸気ポート圧Pc[Pa]、吸気弁閉時期IVCの状態での開弁クランク角区間θc[deg]、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁リフト量Lc[mm]、エンジン回転速度NRPM[rpm]を読み込む。   34 (subroutine of step 203 in FIG. 29), in step 221, the intake port pressure Pc [Pa] at the intake valve closing timing IVC, the valve opening crank angle section θc [deg] in the state of the intake valve closing timing IVC, the intake valve The intake valve lift amount Lc [mm] and the engine speed NRPM [rpm] in the state of the closing timing IVC are read.

ここで、吸気弁閉時期の吸気ポート圧Pcとしては吸気弁閉時期IVCにおいて圧力センサ44により検出されるコレクタ内圧力PCOLをサンプリングすればよい。   Here, as the intake port pressure Pc at the intake valve closing timing, the collector internal pressure PCOL detected by the pressure sensor 44 at the intake valve closing timing IVC may be sampled.

吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁リフト量Lc及び吸気弁閉時期IVCの状態での開弁クランク角区間θcとしては、図31で前述したように、吸気弁閉時期IVCの前にVEL機構51が非作動となり、吸気弁閉時期IVCにおいて吸気弁リフト特性が大きい側(一点鎖線参照)に移行していれば、図示のLb及びθbを用いる。また、吸気弁開時期IVOより吸気弁閉時期IVCまでのクランク角区間の間中ずっとVEL機構51が作動しているときには、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁リフト量Lcは図示のLaに、吸気弁閉時期IVCの状態での開弁クランク角区間θcは図示のθaになる。この反対に、吸気弁開時期IVOより吸気弁閉時期IVCまでのクランク角区間の間中ずっとVEL機構51が非作動であるときには、吸気弁閉時期IVcの状態での吸気弁リフト量Lcは図示のLbに、吸気弁閉時期IVCの状態での開弁クランク角区間θcは図示のθbになる。   The intake valve lift amount Lc in the state of the intake valve closing timing IVC and the valve opening crank angle section θc in the state of the intake valve closing timing IVC are set to VEL before the intake valve closing timing IVC as described above with reference to FIG. If the mechanism 51 is deactivated and the intake valve closing timing IVC shifts to the side where the intake valve lift characteristic is large (see the alternate long and short dash line), Lb and θb shown in the figure are used. Further, when the VEL mechanism 51 is operating throughout the crank angle section from the intake valve opening timing IVO to the intake valve closing timing IVC, the intake valve lift amount Lc in the state of the intake valve closing timing IVC is the La shown in the figure. Further, the valve opening crank angle section θc in the state of the intake valve closing timing IVC becomes θa shown in the figure. On the contrary, when the VEL mechanism 51 is inactive throughout the crank angle section from the intake valve opening timing IVO to the intake valve closing timing IVC, the intake valve lift amount Lc in the state of the intake valve closing timing IVc is shown in the figure. The valve opening crank angle section θc in the state of the intake valve closing timing IVC becomes θb shown in FIG.

ステップ222では吸気行程中の吸気ポート圧が吸気弁閉時期の吸気ポート圧Pcを維持すると仮定したときのシリンダ吸入空気量Qcを吸気弁閉時期の吸気ポート圧Pcに比例させて、つまり次式により算出する。   In step 222, the cylinder intake air amount Qc when the intake port pressure during the intake stroke is maintained at the intake port pressure Pc at the intake valve closing timing is proportional to the intake port pressure Pc at the intake valve closing timing. Calculated by

Qc=Pc×f21(θc、NRPM) …(54)
ここで、(54)式の補正係数f21(θc、NRPM)は上記(51)式と同じ関数である。補正係数f21(θc、NRPM)を、関数で与えるのではなくマップ検索により求めるようにしてもかまわない。図32はこの場合のマップの特性であり、図示のように補正係数f21(θc、NRPM)は吸気弁閉時期の状態での開弁クランク角区間θcを大きくするほど、また回転速度NRPMが高くなるほど大きくなる値である。
Qc = Pc × f21 (θc, NRPM) (54)
Here, the correction coefficient f21 (θc, NRPM) in the equation (54) is the same function as the equation (51). The correction coefficient f21 (θc, NRPM) may be obtained by map search instead of being given by a function. FIG. 32 shows the characteristics of the map in this case. As shown in the figure, the correction coefficient f21 (θc, NRPM) increases as the valve opening crank angle section θc in the intake valve closing timing increases and the rotational speed NRPM increases. It is a value that becomes larger.

ステップ223では吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁開時期より吸気弁閉時期までの平均吸気弁開口面積Sc[mm2]を吸気弁閉時期の状態での吸気弁リフト量Lcの関数として、つまり次式により算出する。 In step 223, the average intake valve opening area Sc [mm 2 ] from the intake valve opening timing to the intake valve closing timing in the intake valve closing timing IVC state as a function of the intake valve lift amount Lc in the intake valve closing timing state. That is, it is calculated by the following equation.

Sc=f22(Lc) …(55)
ここで、吸気弁閉時期の状態での平均吸気弁開口面積Scを、関数で与えるのではなくテーブル検索により求めるようにしてもかまわない。図33はこの場合のテーブル特性であり、図示のように吸気弁閉時期の状態での吸気弁リフト量Lcが大きくなるほど大きくなる値である。
Sc = f22 (Lc) (55)
Here, the average intake valve opening area Sc in the state of the intake valve closing timing may be obtained by a table search instead of being given by a function. FIG. 33 shows the table characteristics in this case, and is a value that increases as the intake valve lift amount Lc in the state of the intake valve closing timing increases as shown.

ステップ224では吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁通過平均流速Vc[mm/s]を次式により算出する。   In step 224, the intake valve passage average flow velocity Vc [mm / s] in the state of the intake valve closing timing IVC is calculated by the following equation.

Vc=Qc/(Sc・NRPM) …(56)
すなわち、吸気弁閉時期の状態での吸気弁通過流速Vcは、吸気弁閉時期の状態でのシリンダ吸入空気量Qcに比例して大きくなり、吸気弁閉時期の状態での平均吸気弁開口面積Sc及び回転速度NRPMに反比例して小さくなる値である。
Vc = Qc / (Sc · NRPM) (56)
That is, the intake valve passage flow velocity Vc in the state of the intake valve closing timing increases in proportion to the cylinder intake air amount Qc in the state of the intake valve close timing, and the average intake valve opening area in the state of the intake valve close timing It is a value that decreases in inverse proportion to Sc and the rotational speed NRPM.

このようにして吸気弁閉時期の状態での吸気弁通過平均流速Vcの算出を終了したら図29に戻りステップ204、205で吸気弁開時期IVOの状態での初期燃焼期間における平均乱れ強さUo1、吸気弁閉時期IVCの状態での初期燃焼期間における平均乱れ強さUc1をそれぞれ次式により算出する。   When the calculation of the intake valve passage average flow velocity Vc in the state of the intake valve closing timing is thus completed, returning to FIG. 29, in steps 204 and 205, the average turbulence intensity Uo1 in the initial combustion period in the state of the intake valve opening timing IVO is returned. Then, the average turbulence intensity Uc1 in the initial combustion period in the state of the intake valve closing timing IVC is calculated by the following equations, respectively.

Uo1=f23(Vo、NRPM)×Kc×Kt …(57)
Uc1=f23(Vc、NRPM)×Kc×Kt …(58)
ただし、Kc:スワールコントロールバルブ補正係数、
Kt:タンブルコントロールバルブ補正係数、
(57)、(58)式の初期燃焼期間における平均乱れ強さ基本値f23(Vo、NRPM)、f23(Vc、NRPM)は吸気弁通過平均流速(Vo、Vc)と回転速度NRPMの関数であることを表している。この初期燃焼期間における平均乱れ強さ基本値f23(Vo、NRPM)、f23(Vc、NRPM)は吸気弁通過平均流速Vo、Vcや回転速度NRPMの相違によって初期燃焼期間における平均乱れ強さが変化するので、これを考慮するものである。初期燃焼期間における平均乱れ強さ基本値f23(Vo、NRPM)、f23(Vc、NRPM)を、関数で与えるのではなくマップ検索により求めるようにしてもかまわない。図35はこの場合のマップの特性であり、図示のように初期燃焼期間における平均乱れ強さ基本値f23(Vo、NRPM)、f23(Vc、NRPM)は吸気弁通過平均流速Vo、Vcが大きくなるほど、また回転速度NRPMが高くなるほど大きくなる値である。
Uo1 = f23 (Vo, NRPM) × Kc × Kt (57)
Uc1 = f23 (Vc, NRPM) × Kc × Kt (58)
Where Kc: swirl control valve correction coefficient,
Kt: Tumble control valve correction coefficient,
The basic values f23 (Vo, NRPM) of average turbulence intensity during the initial combustion period of the equations (57) and (58) are functions of the intake valve passage average flow velocity (Vo, Vc) and the rotational speed NRPM. It represents something. The average turbulence intensity basic values f23 (Vo, NRPM) and f23 (Vc, NRPM) in the initial combustion period change in the average turbulence intensity in the initial combustion period depending on the difference in the intake valve passage average flow velocities Vo and Vc and the rotational speed NRPM. Therefore, this is taken into consideration. The average turbulence intensity basic values f23 (Vo, NRPM) and f23 (Vc, NRPM) in the initial combustion period may be obtained by map search instead of being given by a function. FIG. 35 shows the map characteristics in this case. As shown in the figure, the average turbulence intensity basic values f23 (Vo, NRPM) and f23 (Vc, NRPM) in the initial combustion period are large in the intake valve passage average flow velocities Vo, Vc. The value increases as the rotational speed NRPM increases.

ここで、図1には図示しなかったが、低負荷状態での燃焼状態の改善ため、燃焼室5のシリンダ軸を中心として周方向(シリンダ壁に沿った方向)にガス流動(スワール)を与えるためのスワールコントロールバルブや、シリンダ軸に直交する軸を中心として旋回するガス流動(タンブル)を与えるためのタンブルコントロールバルブが吸気ポート4に設けられることがあり、上記(57)、(58)式のスワールコントロールバルブ補正係数Kc、タンブルコントロールバルブ補正係数Ktはこれら付加的なガス流動を考慮するものである。すなわち、低負荷域でスワールコントロールバルブ、タンブルコントロールバルブが作動して燃焼室5内のガス流動を強化するときには、初期燃焼期間における平均乱れ強さが大きくなるので、補正係数Kc、Ktとして1.0を超える値を与えるのである。実際には補正係数Kc、Ktは適合値である。   Here, although not shown in FIG. 1, in order to improve the combustion state in the low load state, the gas flow (swirl) is made in the circumferential direction (direction along the cylinder wall) around the cylinder axis of the combustion chamber 5. There is a case where a swirl control valve for giving a gas or a tumble control valve for giving a gas flow (tumble) swiveling about an axis orthogonal to the cylinder axis is provided in the intake port 4, and the above (57), (58) The swirl control valve correction coefficient Kc and the tumble control valve correction coefficient Kt in the equation consider these additional gas flows. That is, when the swirl control valve and the tumble control valve are operated in the low load region to enhance the gas flow in the combustion chamber 5, the average turbulence intensity during the initial combustion period increases, so that the correction coefficients Kc and Kt are 1. A value exceeding 0 is given. Actually, the correction coefficients Kc and Kt are appropriate values.

なお、制御上は汎用性を持たせるためスワールコントロールバルブ、タンブルコントロールバルブの両方を扱っているが、実際のエンジンではこれらスワールコントロールバルブ、タンブルコントロールバルブのうちいずれか一方しか備えられない。いずれが備えられるのかはエンジン仕様によりわかるので、不要なほうの補正係数は1.0とする。   For control purposes, both swirl control valves and tumble control valves are used to provide versatility, but an actual engine has only one of these swirl control valves and tumble control valves. Which one is provided is known from the engine specifications, so the unnecessary correction coefficient is 1.0.

ステップ206では加重平均係数k1を算出する。この加重平均係数k1の算出については図36のフローにより説明する。   In step 206, a weighted average coefficient k1 is calculated. The calculation of the weighted average coefficient k1 will be described with reference to the flowchart of FIG.

図36(図29のステップ206のサブルーチン)においてステップ231では吸気弁開時期IVOの吸気ポート圧Po[Pa]、吸気弁開時期IVOの状態での開弁クランク角区間θo[deg]、吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁リフト量Lo[mm]、吸気弁閉時期IVCの吸気ポート圧Pc[Pa]、吸気弁閉時期IVCの状態での開弁クランク角区間θc[deg]、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁リフト量Lc[mm]、平均吸気ポート圧Pave[Pa]、平均開弁クランク角区間θave[degATDC]、平均吸気弁リフト量Lave[mm]を読み込む。   36 (subroutine of step 206 in FIG. 29), in step 231, the intake port pressure Po [Pa] at the intake valve opening timing IVO, the valve opening crank angle section θo [deg] in the state of the intake valve opening timing IVO, the intake valve The intake valve lift amount Lo [mm] in the state of the open timing IVO, the intake port pressure Pc [Pa] at the intake valve close timing IVC, the valve opening crank angle section θc [deg] in the state of the intake valve close timing IVC, the intake air The intake valve lift amount Lc [mm], the average intake port pressure Pave [Pa], the average valve opening crank angle interval θave [degATDC], and the average intake valve lift amount Lave [mm] in the state of the valve closing timing IVC are read.

ここで、平均吸気ポート圧ave、平均吸気弁リフト量Lave、平均開弁クランク角区間θaveは次式により算出している。   Here, the average intake port pressure ave, the average intake valve lift amount Lave, and the average valve opening crank angle section θave are calculated by the following equations.

Pave=ΣP(t)/(tc−to) …(59)
Lave=ΣL(t)/(tc−to) …(60)
θave=Σθ(t)/(tc−to) …(61)
ただし、P(t):瞬時吸気ポート圧、
L(t):瞬時吸気弁リフト量、
θ(t):瞬時開弁クランク角区間、
tc :吸気弁閉時期の時刻、
to :吸気弁開時期の時刻、
(59)式の瞬時吸気ポート圧P(t)としては圧力センサ44により検出されるコレクタ内圧力PCOLを用いる。
Pave = ΣP (t) / (tc-to) (59)
Lave = ΣL (t) / (tc-to) (60)
θave = Σθ (t) / (tc-to) (61)
Where P (t): instantaneous intake port pressure,
L (t): instantaneous intake valve lift amount,
θ (t): instantaneous valve opening crank angle section,
tc: time of intake valve closing timing,
to: time of intake valve opening timing,
As the instantaneous intake port pressure P (t) in the equation (59), the collector internal pressure PCOL detected by the pressure sensor 44 is used.

VEL機構51ではVEL機構アクチュエータに与える制御量に対して吸気弁リフト量と開弁クランク角区間とが一義的に定まり、時間と共にVEL機構アクチュエータに与える制御量が変化するので、VEL機構アクチュエータに与える制御量に対する吸気弁リフト量と開弁クランク角区間の各テーブルを予め用意しておき、そのときにVEL機構アクチュエータに与える制御量から各テーブルを検索して求めた値をそれぞれ(60)式の瞬時吸気弁リフト量L(t)、(61)式の瞬時開弁クランク角区間θ(t)として用いる。(60)式の瞬時吸気弁リフト量L(t)としてはこの瞬時吸気弁リフト量L(t)を検出するリフトセンサを設けておき、このリフトセンサからの信号を用いることでもかまわない。   In the VEL mechanism 51, the intake valve lift amount and the valve opening crank angle section are uniquely determined with respect to the control amount given to the VEL mechanism actuator, and the control amount given to the VEL mechanism actuator changes with time. Each table of the intake valve lift amount and the valve opening crank angle section with respect to the control amount is prepared in advance, and the values obtained by searching each table from the control amount given to the VEL mechanism actuator at that time are expressed by the equations (60), respectively. The instantaneous intake valve lift amount L (t) is used as the instantaneous valve opening crank angle interval θ (t) in the equation (61). As the instantaneous intake valve lift amount L (t) in the equation (60), a lift sensor for detecting the instantaneous intake valve lift amount L (t) may be provided, and a signal from the lift sensor may be used.

ステップ232では吸気弁閉時期の吸気ポート圧Pcと、吸気弁開時期の吸気ポート圧Poを比較する。吸気弁閉時期の吸気ポート圧Pcと、吸気弁開時期の吸気ポート圧Poとが等しくないときにはステップ233に進み吸気ポート圧に関する加重平均係数(第1係数)Kpを次式により算出する。   In step 232, the intake port pressure Pc at the intake valve closing timing is compared with the intake port pressure Po at the intake valve open timing. When the intake port pressure Pc at the intake valve closing timing is not equal to the intake port pressure Po at the intake valve open timing, the routine proceeds to step 233, and a weighted average coefficient (first coefficient) Kp related to the intake port pressure is calculated by the following equation.

Kp=(Pave−Po)/(Pc−Po) …(62)
一方、吸気弁閉時期の吸気ポート圧Pcと、吸気弁開時期の吸気ポート圧Poとが等しいときにはステップ232よりステップ234に進み、Kp=1/2とする。
Kp = (Pave−Po) / (Pc−Po) (62)
On the other hand, when the intake port pressure Pc at the intake valve closing timing is equal to the intake port pressure Po at the intake valve open timing, the routine proceeds from step 232 to step 234, where Kp = 1/2.

ステップ235では吸気弁閉時期の状態での開弁クランク角区間θcと、吸気弁開時期の状態での開弁クランク角区間θoとを比較する。吸気弁閉時期の状態での開弁クランク角区間θcと、吸気弁開時期の状態での開弁クランク角区間θoとが等しくないときにはステップ236に進み次式により開弁クランク角区間に関する加重平均係数(第2係数)Kθを次式により算出する。   In step 235, the valve opening crank angle section θc in the intake valve closing timing state is compared with the valve opening crank angle section θo in the intake valve opening timing state. When the valve opening crank angle section θc in the state of the intake valve closing timing and the valve opening crank angle section θo in the state of the intake valve opening timing are not equal, the routine proceeds to step 236 and the weighted average for the valve opening crank angle section is calculated by the following equation. A coefficient (second coefficient) Kθ is calculated by the following equation.

Kθ=(θave−θo)/(θc−θo) …(63)
一方、吸気弁閉時期の状態での開弁クランク角区間θcと吸気弁開時期の状態での開弁クランク角区間θoとが等しいときにはステップ235よりステップ237に進み、Kθ=1/2とする。
Kθ = (θave−θo) / (θc−θo) (63)
On the other hand, when the valve opening crank angle section θc in the intake valve closing timing state is equal to the valve opening crank angle section θo in the intake valve opening timing state, the process proceeds from step 235 to step 237 to set Kθ = 1/2. .

ステップ238では吸気弁閉時期の状態での吸気弁リフト量Lcと、吸気弁開時期の状態での吸気弁リフト量Loとを比較する。吸気弁閉時期の状態での吸気弁リフト量Lcと吸気弁開時期の状態での吸気弁リフト量Loとが等しくないときにはステップ239に進み次式により吸気弁リフト量に関する加重平均係数(第3係数)KLを次式により算出する。   In step 238, the intake valve lift amount Lc in the intake valve closing timing state is compared with the intake valve lift amount Lo in the intake valve open timing state. When the intake valve lift amount Lc in the intake valve closing timing state and the intake valve lift amount Lo in the intake valve open timing state are not equal, the routine proceeds to step 239, where the weighted average coefficient (the third The coefficient KL is calculated by the following equation.

KL=(Lave−Lo)/(Lc−Lo) …(64)
一方、吸気弁閉時期の状態での吸気弁リフト量Lcと、吸気弁開時期の状態での吸気弁リフト量Loとが等しいときにはステップ238よりステップ240に進み、KL=1/2とする。
KL = (Lave-Lo) / (Lc-Lo) (64)
On the other hand, when the intake valve lift amount Lc at the intake valve closing timing is equal to the intake valve lift amount Lo at the intake valve opening timing, the routine proceeds from step 238 to step 240, where KL = 1/2.

ステップ241ではこのようにして算出した3つの係数Kp、Kθ、KLを乗算してつまり次式により加重平均係数k1を算出する。   In step 241, the three coefficients Kp, Kθ, and KL calculated in this way are multiplied, that is, the weighted average coefficient k1 is calculated by the following equation.

k1=4×Kp×Kθ×KL …(65)
このようにして加重平均係数k1の算出を終了したら図29のステップ207に戻りこの加重平均係数k1を用いて吸気弁開時期の状態での初期燃焼期間における平均乱れ強さUo1と、吸気弁閉時期の状態での初期燃焼期間における平均乱れ強さUc1とを加重平均した値に回転速度NRPMを乗算した値を初期燃焼期間における平均乱れ強さST1とする。つまり次式により初期燃焼期間における平均乱れ強さST1を算出する。
k1 = 4 × Kp × Kθ × KL (65)
When the calculation of the weighted average coefficient k1 is completed in this manner, the process returns to step 207 in FIG. 29, and the average turbulence intensity Uo1 in the initial combustion period in the state of the intake valve opening timing and the intake valve closing are returned using the weighted average coefficient k1. A value obtained by multiplying the average turbulence intensity Uc1 in the initial combustion period in the state of time by the weighted average and the rotational speed NRPM is defined as an average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period. That is, the average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period is calculated by the following equation.

ST1={k1×Uo1+(1−k1)×Uc1}×NRPM …(66)
(66)式において回転速度NRPMを露わにし、この露わにした回転速度NRPMに比例させて初期燃焼期間における平均乱れ強さST1を求めるようにしたのは実験結果によるものである。もちろん、(66)式に代えて次式としてもかまわない。
ST1 = {k1 × Uo1 + (1−k1) × Uc1} × NRPM (66)
It is based on experimental results that the rotational speed NRPM is exposed in the equation (66), and the average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period is obtained in proportion to the exposed rotational speed NRPM. Of course, the following equation may be used instead of the equation (66).

ST1={k1×Uo1+(1−k1)×Uc1} …(67)
次に、図37は主燃焼期間における平均乱れ強さST2を算出するためのものである。主燃焼期間における平均乱れ強さST2の算出方法そのものは、前述した初期燃焼期間における平均乱れ強さST2の算出方法と同様である。
ST1 = {k1 × Uo1 + (1−k1) × Uc1} (67)
Next, FIG. 37 is for calculating the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period. The calculation method itself of the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period is the same as the calculation method of the average turbulence intensity ST2 in the initial combustion period.

図37(図12のステップ189のサブルーチン)においてステップ251ではエンジン回転速度NRPM[rpm]を読み込む。   In FIG. 37 (subroutine of step 189 in FIG. 12), in step 251, the engine speed NRPM [rpm] is read.

ステップ252、253では図29のステップ202、203と同じに吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁通過平均流速Vo、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁通過平均流速Vcをそれぞれ算出する。吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁通過平均流速Voの算出については図30のフローにより、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁通過平均流速Vcの算出については図34のフローにより前述した。   In steps 252 and 253, the intake valve passing average flow velocity Vo in the state of the intake valve opening timing IVO and the intake valve passing average flow velocity Vc in the state of the intake valve closing timing IVC are calculated, respectively, as in steps 202 and 203 of FIG. . The calculation of the intake valve passing average flow velocity Vo in the state of the intake valve opening timing IVO is described with reference to the flow of FIG. 30, and the calculation of the intake valve passing average flow velocity Vc in the state of the intake valve closing timing IVC is described with reference to the flow of FIG. did.

ステップ254では、図29では算出しなかったスキッシュ補正係数Kq(スキッシュによる火炎速度補正量)を算出する。   In step 254, a squish correction coefficient Kq (flame speed correction amount by squish) that is not calculated in FIG. 29 is calculated.

ここで、スキッシュとは、ピストン6頭部とシリンダヘッド下面との間の狭い隙間に存在する混合気が、圧縮行程の終わり近くで燃焼室5の主要空間に押し込まれることにより生じるシリンダ半径方向のガス流動のことで、燃焼室5の形状によってその大きさや発生する位置が決まっている。そして、燃焼室5内の乱れ強さに影響する。   Here, the squish is a cylinder radial direction generated by the air-fuel mixture existing in a narrow gap between the piston 6 head and the cylinder head lower surface being pushed into the main space of the combustion chamber 5 near the end of the compression stroke. Due to the gas flow, the size and position of the combustion chamber 5 are determined by the shape of the combustion chamber 5. This affects the turbulence intensity in the combustion chamber 5.

そこで、本発明者が各種の実験を行って調べたところスワール、タンブル、スキッシュが燃焼室5内の乱れ強さに与える影響がそれぞれ違っていることが分かってきたので、本発明はこの実験結果を初期燃焼期間における平均乱れ強さST1及び主燃焼期間における平均乱れ強さST2の算出にそれぞれ反映させたものである。   Therefore, when the present inventor conducted various experiments and found that swirl, tumble, and squish have different effects on the turbulence intensity in the combustion chamber 5, the present invention is the result of this experiment. Are reflected in the calculation of the average turbulence intensity ST1 during the initial combustion period and the average turbulence intensity ST2 during the main combustion period.

すなわち、スワール、タンブルは初期燃焼期間における平均乱れ強さST1には影響するものの、主燃焼期間における平均乱れ強さST2にはほとんど影響しないことが判明したので、スワールコントロールバルブ補正係数Kc及びタンブルコントロールバルブ補正係数Ktは上記(57)、(58)式で前述したように初期燃焼期間における平均乱れ強さST1の算出にのみ導入し、後述するように主燃焼期間における平均乱れ強さST2の算出には導入しない。   In other words, it has been found that swirl and tumble affect the average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period, but hardly affect the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period. Therefore, the swirl control valve correction coefficient Kc and the tumble control are determined. The valve correction coefficient Kt is introduced only in the calculation of the average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period as described above in the equations (57) and (58), and the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period is calculated as described later. Not introduced.

一方、スキッシュはスワール、タンブルと異なり、初期燃焼期間における平均乱れ強さST1には影響せず、主燃焼期間における平均乱れ強さST2に影響することが判明したので、スキッシュ補正係数Kqは主燃焼期間における平均乱れ強さST2の算出にのみ導入し、上記(57)、(58)式で前述したように初期燃焼期間における平均乱れ強さST1の算出には導入していない。これは、スキッシュが生じるのは圧縮行程後半つまり主燃焼期間であり、初期燃焼期間においてはスキッシュが生じないためである。   On the other hand, squish differs from swirl and tumble in that it does not affect the average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period, but affects the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period. This is introduced only in the calculation of the average turbulence intensity ST2 in the period, and is not introduced in the calculation of the average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period as described above in the equations (57) and (58). This is because squish occurs in the latter half of the compression stroke, that is, the main combustion period, and does not occur in the initial combustion period.

また、本発明ではスキッシュ補正係数Kqをスキッシュエリア体積やスキッシュエリアからのガス吹き出し方向といったエンジンの仕様に少なくとも基づいて算出する。   Further, in the present invention, the squish correction coefficient Kq is calculated based on at least engine specifications such as the squish area volume and the gas blowing direction from the squish area.

これに対して、スキッシュ補正係数Kqそのものは先願装置(特願2003−95751参照)において既に開示しているものの、その先願装置の出願時点ではまだ詳しい実験を行っていなかったので、スキッシュ補正係数Kqとしてはスワールコントロールバルブ補正係数Kc、タンブルコントロールバルブ補正係数Ktと同列に扱い、Kc、Ktと共に、このスキッシュ係数Kqを初期燃焼期間における平均乱れ強さST1、主燃焼期間における平均乱れ強さST2の算出のいずれにも導入している。また、このときのスキッシュ補正係数Kqは適合値(一定値)で与えている。   On the other hand, although the squish correction coefficient Kq itself has already been disclosed in the prior application device (see Japanese Patent Application No. 2003-95751), a detailed experiment has not yet been performed at the time of filing of the prior application device. The coefficient Kq is treated in the same row as the swirl control valve correction coefficient Kc and the tumble control valve correction coefficient Kt, and together with Kc and Kt, this squish coefficient Kq is the average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period, and the average turbulence intensity in the main combustion period. Introduced in any of ST2 calculations. Further, the squish correction coefficient Kq at this time is given as a conforming value (a constant value).

さて、ここではエンジン仕様の具体例を挙げて説明する。図39は1気筒当たり2つの吸気弁15及び2つの排気弁16を備えている4弁エンジンについて1気筒分のみを拡大した概略平面図である。こうした構成の燃焼室形状に対して、本実施形態では、スキッシュエリアを吸気弁15、排気弁16と干渉する部分を除いて4つの部位に分割する。これら4つのスキッシュエリアを区別するため図で真上より時計回りに番号をふり、第1スキッシュエリアA1、第2スキッシュエリアA2、第3スキッシュエリアA3、第4スキッシュエリアA4とする。この場合に、各スキッシュエリアA1〜A4の体積は図面により定まるので、図面により定まるこれら第1スキッシュエリア体積、第2スキッシュエリア体積、第3スキッシュエリア体積、第4スキッシュエリア体積をそれぞれsqv1、sqv2、sqv3、sqv4(いずれも一定値)とする。   Here, a specific example of engine specifications will be described. FIG. 39 is a schematic plan view in which only one cylinder is enlarged for a four-valve engine having two intake valves 15 and two exhaust valves 16 per cylinder. With respect to the combustion chamber shape having such a configuration, in this embodiment, the squish area is divided into four parts except for the part that interferes with the intake valve 15 and the exhaust valve 16. In order to distinguish these four squish areas, numbers are assigned in the clockwise direction from the top in the figure, and they are designated as a first squish area A1, a second squish area A2, a third squish area A3, and a fourth squish area A4. In this case, since the volumes of the squish areas A1 to A4 are determined by the drawings, the first squish area volume, the second squish area volume, the third squish area volume, and the fourth squish area volume determined by the drawings are respectively sqv1 and sqv2. , Sqv3, sqv4 (both are constant values).

こうした複数のスキッシュエリアA1〜A4を有する燃焼室形状を備えるエンジンを対象として構成したのが図38のフローである。   FIG. 38 is a flowchart illustrating an engine having a combustion chamber shape having a plurality of squish areas A1 to A4.

図38(図37のステップ254のサブルーチン)においてステップ261ではエンジン回転速度NRPM[rpm]を読み込む。   In FIG. 38 (subroutine of step 254 in FIG. 37), in step 261, the engine speed NRPM [rpm] is read.

ステップ262では変数iに1を入れる。この変数iはスキッキュエリア番号を指示するものである。すなわち、i=1のとき第1スキッシュエリアA1を、i=2のとき第2スキッシュエリアA2を、i=3のとき第3スキッシュエリアA3を、i=4のとき第4スキッシュエリアA4をそれぞれ指示する。   In step 262, 1 is set in the variable i. This variable i indicates the skick area number. That is, the first squish area A1 when i = 1, the second squish area A2 when i = 2, the third squish area A3 when i = 3, and the fourth squish area A4 when i = 4. Instruct.

この変数iとスキッシュエリアの総数である4とをステップ263で比較する。このとき変数iには1が入っているので、ステップ264に進みi=1であるときの部位別スキッシュエリア体積sqv(i)を算出する。例えば、図40に示したように変数iと第1から第4までの部位別スキッシュエリア体積aqv1〜sqv4とを対照できる表を予め作成しておき、この表から変数iの指示するスキッシュエリア体積を拾ってくればよい。このときにはi=1であるので、部位別スキッシュエリア体積sqv(1)=第1スキッシュエリア体積sqv1である。   In step 263, the variable i is compared with 4, which is the total number of squish areas. At this time, since 1 is included in the variable i, the process proceeds to step 264 to calculate a site-specific squish area volume sqv (i) when i = 1. For example, as shown in FIG. 40, a table that can contrast the variable i with the first to fourth site-specific squish area volumes aqv1 to sqv4 is created in advance, and the squish area volume indicated by the variable i is designated from this table. Just pick up. Since i = 1 at this time, the region-specific squish area volume sqv (1) = first squish area volume sqv1.

ステップ265ではスキッシュエリアからのガス吹き出し方向角とエンジン回転速度NRPMとから図41を内容とするマップを検索することにより部位別ガス吹き出し方向補正係数sqt(i)を算出する。   In step 265, a region-specific gas blowing direction correction coefficient sqt (i) is calculated by searching a map having the contents shown in FIG. 41 from the gas blowing direction angle from the squish area and the engine speed NRPM.

ここで、スキッシュエリアからのガス吹き出し方向には図42に示したように2種類あることが知られており(上段の(a)はガス吹き出し方向が水平でないもの、下段の(b)はガス吹き出し方向が水平方向である)、エンジンの仕様により予めいずれかに定まっている。また、図42上段の(a)の場合にガス吹き出し方向はエンジン回転速度NRPMが基準回転速度より外れたときに変化する。そこで、エンジンの仕様(基準回転速度を含む)により予め定まるガス吹き出し方向角と、エンジン回転速度NRPMとをパラメータとして図41に示すような特性を予め実験等により求めておけば、エンジンの仕様により定まっているガス吹き出し方向角と、そのときのエンジン回転速度NRPMとから図41を内容とするマップを検索することにより部位別ガス吹き出し方向補正係数sqt(i)を求めることができる。   Here, it is known that there are two types of gas blowing directions from the squish area as shown in FIG. 42 (the upper (a) shows that the gas blowing direction is not horizontal, and the lower (b) shows the gas blowing direction. The blowing direction is the horizontal direction), which is determined in advance depending on the engine specifications. In the case of (a) in the upper part of FIG. 42, the gas blowing direction changes when the engine rotational speed NRPM deviates from the reference rotational speed. Therefore, if the characteristics as shown in FIG. 41 are obtained in advance by experiments or the like using the gas blowing direction angle determined in advance by the engine specifications (including the reference rotation speed) and the engine rotation speed NRPM as parameters, The region-specific gas blowing direction correction coefficient sqt (i) can be obtained by searching a map having the contents shown in FIG. 41 from the determined gas blowing direction angle and the engine rotational speed NRPM at that time.

図41に示したように部位別ガス吹き出し方向補正係数sqt(i)は回転速度が一定の条件においてガス吹き出し方向角が大きくなるほど大きくなってピークを採りその後は小さくなる特性である。これは、ピークを採る位置の吹き出し方向角のときちょうど点火プラグ6に向かってスキッシュエリアよりガスが吹き出しスキッシュが最大となるためである。   As shown in FIG. 41, the region-specific gas blowing direction correction coefficient sqt (i) is a characteristic that increases as the gas blowing direction angle increases under a constant rotational speed, and takes a peak and then decreases. This is because the gas is blown out from the squish area toward the spark plug 6 and the squish is maximized at the blowing direction angle at the peak position.

図41には第1回転速度(例えば低回転速度)の場合、第2回転速度(例えば中回転速度)の場合、第3回転速度(例えば高回転速度)の場合の代表的な3つの特性を示しているが、さらに特性の数を増やしてもかまわない。また、図41において実際の回転速度が3つの代表的な回転速度(第1、第2、第3の回転速度)の間にあるときには補間計算により部位別ガス吹き出し方向補正係数sqt(i)を求めればよい。   FIG. 41 shows three typical characteristics in the case of the first rotation speed (for example, low rotation speed), the second rotation speed (for example, medium rotation speed), and the third rotation speed (for example, high rotation speed). Although shown, the number of characteristics may be further increased. In FIG. 41, when the actual rotational speed is between three representative rotational speeds (first, second, and third rotational speeds), the region-specific gas blowing direction correction coefficient sqt (i) is calculated by interpolation calculation. Find it.

ステップ266では部位別スキッシュ補正係数ksq(i)ここでは第1スキッシュエリアA1についてのスキッシュ補正係数を次式により算出する。   In step 266, the squish correction coefficient for each part ksq (i), here, the squish correction coefficient for the first squish area A1 is calculated by the following equation.

ksq(i)=sqv(i)×sqt(i)×k2 …(68)
ただし、k2:係数、
(68)式はスキッシュエリア体積に比例させて、かつ吹き出し方向角及び回転速度NRPMにも考慮してスキッシュ補正係数ksqを算出するようにしたものである。(68)式の係数k2はスキッシュエリア体積を乱れ強さへと変換するための係数で、適用対象のエンジンで予め適合しその係数を記憶させておく。
ksq (i) = sqv (i) × sqt (i) × k2 (68)
Where k2: coefficient,
Equation (68) is used to calculate the squish correction coefficient ksq in proportion to the squish area volume and also taking into account the blowing direction angle and the rotational speed NRPM. The coefficient k2 in the equation (68) is a coefficient for converting the squish area volume into the turbulence intensity, and is adapted beforehand in the application target engine and stored.

ステップ267ではこの第1スキッシュエリアA1についての部位別スキッシュ補正係数ksq(1)をメモリに保存したあと、ステップ268で変数iを1だけ増やし、ステップ263に戻る。このときi=2であることよりステップ264〜266の操作を実行すると、第2スキッシュエリアA2についての部位別スキッシュ補正係数ksq(2)が求まるので、これをステップ267でメモリに保存したあとステップ268で変数iを1だけ増やしステップ263に戻る。このときi=3であることよりステップ264〜266の操作を実行すると、第3スキッシュエリアA3についての部位別スキッシュ補正係数ksq(3)が求まるので、これをステップ267でメモリに保存したあと、ステップ268で変数iを1だけ増やしステップ263に戻る。このときi=4であることよりステップ264〜266の操作を実行すると、第4スキッシュエリアA4についての部位別スキッシュ補正係数ksq(4)が求まるので、これをステップ267でメモリに保存したあとステップ268で変数iを1だけ増やしステップ263に戻る。このときにはi=5つまり全てのスキッシュエリアについてのスキッシュ補正係数の算出を終了しているので、ステップ263よりステップ269に進み、全てのスキッシュエリアについての補正係数を合算した値をスキッシュ補正係数Ksqとして、つまり次式により一気筒全体についてのスキッシュ補正係数Ksqを算出する。   In step 267, the part-specific squish correction coefficient ksq (1) for the first squish area A1 is stored in the memory, and then the variable i is incremented by 1 in step 268, and the process returns to step 263. At this time, since the operation of steps 264 to 266 is executed because i = 2, the part-specific squish correction coefficient ksq (2) for the second squish area A2 is obtained. At 268, the variable i is incremented by 1, and the process returns to step 263. At this time, since the operation of steps 264 to 266 is executed because i = 3, the site-specific squish correction coefficient ksq (3) for the third squish area A3 is obtained. After this is stored in the memory in step 267, In step 268, the variable i is incremented by 1, and the flow returns to step 263. At this time, since the operation of steps 264 to 266 is executed because i = 4, the region-specific squish correction coefficient ksq (4) for the fourth squish area A4 is obtained. At 268, the variable i is incremented by 1, and the process returns to step 263. At this time, since i = 5, that is, calculation of the squish correction coefficients for all squish areas has been completed, the process proceeds from step 263 to step 269, and the sum of the correction coefficients for all squish areas is used as the squish correction coefficient Ksq. That is, the squish correction coefficient Ksq for the entire cylinder is calculated by the following equation.

Ksq=ksq(1)+ksq(2)+ksq(3)+ksq(4)…(69)
なお、ステップ263〜268のループ操作は一瞬にして終了するものである。
Ksq = ksq (1) + ksq (2) + ksq (3) + ksq (4) (69)
Note that the loop operation in steps 263 to 268 ends in an instant.

このようにしてスキッシュ補正係数Ksqの算出を終了したら図37に戻り、ステップ255、256で吸気弁開時期IVOの状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUo2、吸気弁閉時期IVCの状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUc2をそれぞれ次式により算出する。   When the calculation of the squish correction coefficient Ksq is completed in this manner, the process returns to FIG. 37, and in steps 255 and 256, the average turbulence intensity Uo2 during the main combustion period in the state of the intake valve opening timing IVO and the state of the intake valve closing timing IVC. The average turbulence intensity Uc2 during the main combustion period is calculated according to the following equations.

Uo2=f24(Vo、NRPM)×Kq …(70)
Uc2=f24(Vc、NRPM)×Kq …(71)
(70)、(71)式の主燃焼期間における平均乱れ強さ基本値f24(Vo、NRPM)、f24(Vc、NRPM)も吸気弁通過平均流速(VoあるいはVc)と回転速度NRPMの関数であることを表している。この平均乱れ強さ基本値f24(Vo、NRPM)、f24(Vc、NRPM)は吸気弁通過平均流速Vo、Vcや回転速度NRPMの相違によって主燃焼期間における平均乱れ強さが変化するので、これを考慮するものである。主燃焼期間における平均乱れ強さ基本値f24(Vo、NRPM)、f24(Vc、NRPM)を、関数で与えるのではなくマップ検索により求めるようにしてもかまわない。図43はこの場合のマップの特性であり、図示のように主燃焼期間における平均乱れ強さ基本値f24(Vo、NRPM)、f24(Vc、NRPM)は吸気弁通過平均流速Vo、Vcが大きくなるほど、また回転速度NRPMが高くなるほど大きくなる値である。
Uo2 = f24 (Vo, NRPM) × Kq (70)
Uc2 = f24 (Vc, NRPM) × Kq (71)
The average turbulence intensity basic values f24 (Vo, NRPM) and f24 (Vc, NRPM) in the main combustion period of the equations (70) and (71) are also functions of the intake valve passage average flow velocity (Vo or Vc) and the rotational speed NRPM. It represents something. The average turbulence intensity basic values f24 (Vo, NRPM) and f24 (Vc, NRPM) change the average turbulence intensity during the main combustion period depending on the difference in the intake valve passage average flow velocity Vo, Vc and the rotational speed NRPM. Is to be considered. The average turbulence intensity basic values f24 (Vo, NRPM) and f24 (Vc, NRPM) in the main combustion period may be obtained by map search instead of being given by a function. FIG. 43 shows the map characteristics in this case. As shown in the figure, the average turbulence intensity basic values f24 (Vo, NRPM) and f24 (Vc, NRPM) in the main combustion period are large in the intake valve passage average flow velocities Vo, Vc. The value increases as the rotational speed NRPM increases.

ステップ257では図29のステップ206と同様にして加重平均係数k1の算出し、ステップ258でこの加重平均係数k1を用いて吸気弁開時期の状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUo2と、吸気弁閉時期の状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUc2とを加重平均した値に回転速度NRPMを乗算した値を主燃焼期間における平均乱れ強さST2とする。つまり次式により主燃焼期間における平均乱れ強さST2を算出する。   In step 257, the weighted average coefficient k1 is calculated in the same manner as in step 206 of FIG. 29, and in step 258, the average turbulence intensity Uo2 in the main combustion period in the state of the intake valve opening timing is calculated using this weighted average coefficient k1. A value obtained by multiplying the average turbulence intensity Uc2 during the main combustion period in the state of the intake valve closing time by the weighted average and the rotational speed NRPM is defined as an average turbulence intensity ST2 during the main combustion period. That is, the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period is calculated by the following equation.

ST2={k1×Uo2+(1−k1)×Uc2}×NRPM …(72)
(72)式において回転速度NRPMを露わにし、この露わにした回転速度NRPMに比例させて主燃焼期間における平均乱れ強さST2を求めるようにしたのは実験結果によるものである。もちろん、(72)式に代えて次式としてもかまわない。
ST2 = {k1 × Uo2 + (1-k1) × Uc2} × NRPM (72)
It is based on the experimental results that the rotational speed NRPM is exposed in the equation (72), and the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period is obtained in proportion to the exposed rotational speed NRPM. Of course, the following equation may be used instead of the equation (72).

ST2={k1×Uo2+(1−k1)×Uc2} …(73)
次に、図44は、上より吸気ポート圧、シリンダ吸入空気量、吸気弁通過平均流速、燃焼期間における平均乱れ強さ、燃焼期間における乱流火炎速度が低負荷状態からの加速時にどのように変化するのかを示す波形図である。ただし、簡単のためVEL機構51は、加速中ずっと作動状態か非作動状態のいずれかにあって加速途中に作動状態から非作動状態へとあるいはこの逆へと変化しないものとする。
ST2 = {k1 × Uo2 + (1-k1) × Uc2} (73)
Next, FIG. 44 shows how the intake port pressure, the cylinder intake air amount, the intake valve passage average flow velocity, the average turbulence intensity during the combustion period, and the turbulent flame speed during the combustion period are accelerated from the low load state. It is a wave form diagram which shows whether it changes. However, for the sake of simplicity, it is assumed that the VEL mechanism 51 is in an operating state or a non-operating state throughout acceleration and does not change from an operating state to a non-operating state or vice versa during acceleration.

アクセルペダルを踏み込んでの急加速により特にNo.2気筒の吸気行程において吸気ポート圧が小さい値から大きい値へと急激に変化している。このため、No.2気筒では吸気弁開時期IVOの状態と吸気弁閉時期IVCの状態とで吸気ポート圧が大きく異なることから、吸気弁開時期IVOの状態での吸入空気量Qoと吸気弁閉時期IVCの状態での吸入空気量Qcとが異なり、図示のように吸気弁開時期IVOの状態での吸入空気量Qo(第3段目の一点鎖線参照)よりも吸気弁閉時期IVCの状態での吸入空気量Qc(第3段目の実線参照)のほうが多くなる。   Due to the sudden acceleration when the accelerator pedal is depressed, In the two-cylinder intake stroke, the intake port pressure rapidly changes from a small value to a large value. For this reason, no. In the two cylinders, the intake port pressure greatly differs between the intake valve opening timing IVO state and the intake valve closing timing IVC state. Therefore, the intake air amount Qo and the intake valve closing timing IVC state at the intake valve opening timing IVO state. The intake air amount at the intake valve closing timing IVC is different from the intake air amount Qc at the intake valve opening timing IVO as shown in the drawing (see the third stage one-dot chain line). The quantity Qc (see the solid line in the third stage) is larger.

吸気弁通過平均流速、平均乱れ強さについても、図示のように吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁通過平均流速Vo(第4段目の一点鎖線参照)、平均乱れ強さUo1、Uo2(第5段目の一点鎖線参照)よりも吸気弁閉時期IVOの状態での吸気弁通過平均流速Vc(第4段目の実線参照)、平均乱れ強さUc1、Uc2(第5段目の実線参照)のほうが大きくなる。   As for the intake valve passage average flow velocity and average turbulence intensity, the intake valve passage average flow velocity Vo in the state of the intake valve opening timing IVO (see the dashed line in the fourth stage) and average turbulence strength Uo1 and Uo2 as shown in the figure. Intake valve passing average flow velocity Vc (refer to the solid line in the fourth stage), average turbulence strengths Uc1, Uc2 (in the fifth stage) (See the solid line) is larger.

このため、吸気弁開時期IVOの状態での初期燃焼期間における平均乱れ強さUo1を初期燃焼期間における層流火炎速度SL1に乗算して得られる初期燃焼期間における乱流火炎速度FLAME1o(=Uo1×ST1)(第6段目の二点鎖線参照)よりも吸気弁閉時期IVCの状態での初期燃焼期間における平均乱れ強さUc1を初期燃焼期間における層流火炎速度SL1に乗算して得られる初期燃焼期間における乱流火炎速度FLAME1c(=Uc1×ST1)(第6段目の実線参照)のほうが大きく、かつ吸気弁開時期IVOの状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUo2を、主燃焼期間における層流火炎速度SL2に乗算して得られる主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2o(=Uo2×ST2)(最下段の二点鎖線参照)よりも吸気弁閉時期IVCの状態での初期燃焼期間における平均乱れ強さUc2を主燃焼期間における層流火炎速度SL2に乗算して得られる主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2c(=Uc2×ST2)(最下段の実線参照)のほうが大きくなる。   Therefore, the turbulent flame speed FLAME1o (= Uo1 × in the initial combustion period obtained by multiplying the average turbulence intensity Uo1 in the initial combustion period in the state of the intake valve opening timing IVO by the laminar flame speed SL1 in the initial combustion period. ST1) Initial value obtained by multiplying the average turbulence intensity Uc1 in the initial combustion period in the state of the intake valve closing timing IVC by the laminar flame speed SL1 in the initial combustion period rather than (see the sixth stage two-dot chain line) The turbulent flame velocity FLAME1c (= Uc1 × ST1) in the combustion period (see the solid line in the sixth stage) is larger, and the average turbulence intensity Uo2 in the main combustion period in the state of the intake valve opening timing IVO is the main combustion. Turbulent flame velocity FLAME2o (= Uo2 × ST2) in the main combustion period obtained by multiplying the laminar flame velocity SL2 in the period (the two-dot chain line at the bottom) Turbulent flame speed FLAME2c (= Uc2) in the main combustion period obtained by multiplying the laminar flame speed SL2 in the main combustion period by the average turbulence intensity Uc2 in the initial combustion period in the state of the intake valve closing timing IVC. × ST2) (see bottom solid line) is larger.

この場合に、吸気弁開時期IVOでの状態と吸気弁閉時期IVCの状態とが異なっているNo.2気筒について初期燃焼期間及び主燃焼期間を算出するための乱流火炎速度として吸気弁開時期IVOの状態での上記乱流火炎速度FLAME1o及びFLAME2oを用いたのでは、実際の初期燃焼期間、実際の主燃焼期間よりいずれも短くなるし、この反対に吸気弁閉時期IVCの状態での上記乱流火炎速度FLAME1c及びFLAME2cを用いたのでは、実際の初期燃焼期間、実際の主燃焼期間よりいずれも長くなってしまう。   In this case, the state at the intake valve opening timing IVO and the state at the intake valve closing timing IVC are different. When the turbulent flame speeds FLAME1o and FLAME2o in the state of the intake valve opening timing IVO are used as the turbulent flame speed for calculating the initial combustion period and the main combustion period for the two cylinders, the actual initial combustion period, actual In contrast, when the turbulent flame speeds FLAME1c and FLAME2c in the state of the intake valve closing timing IVC are used, the actual initial combustion period and the actual main combustion period are longer. Will also be long.

これに対して本実施形態によれば、吸気弁開時期IVOの状態での初期燃焼期間における平均乱れ強さUo1と、吸気弁閉時期IVCの状態での初期燃焼期間における平均乱れ強さUc1とを加重平均した値を初期燃焼期間における平均乱れ強さST1として算出するので(図29のステップ207参照)、この加重平均値としての初期燃焼期間における平均乱れ強さST1を初期燃焼期間における層流火炎速度SL1に乗算して得られる初期燃焼期間における乱流火炎速度FLAME1(=SL1×ST1)は吸気弁開時期IVOの状態での上記乱流火炎速度FLAME1oと、吸気弁閉時期IVCの状態での上記乱流火炎速度FLAME1cの間の値を採り(第6段目の破線参照)、また吸気弁開時期IVOの状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUo2と、吸気弁閉時期IVCの状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUc2とを加重平均した値を主燃焼期間における平均乱れ強さST2として算出するので(図37のステップ258参照)、この加重平均値としての主燃焼期間における平均乱れ強さST2を主燃焼期間における層流火炎速度SL2に乗算して得られる主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2(=SL2×ST2)は吸気弁開時期IVOの状態での上記乱流火炎速度FLAME2oと、吸気弁閉時期IVCの状態での上記乱流火炎速度FLAME2cの間の値を採る(最下段の破線参照)。   In contrast, according to the present embodiment, the average turbulence intensity Uo1 in the initial combustion period in the state of the intake valve opening timing IVO, and the average turbulence intensity Uc1 in the initial combustion period in the state of the intake valve close timing IVC Is calculated as the average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period (see step 207 in FIG. 29), and the average turbulence intensity ST1 in the initial combustion period as the weighted average value is calculated as a laminar flow in the initial combustion period. The turbulent flame speed FLAME1 (= SL1 × ST1) in the initial combustion period obtained by multiplying the flame speed SL1 is the turbulent flame speed FLAME1o at the intake valve opening timing IVO and the intake valve closing timing IVC. Between the turbulent flame speed FLAME1c (refer to the broken line in the sixth stage) and during the main combustion period in the state of the intake valve opening timing IVO. A value obtained by weighted averaging the average turbulence intensity Uo2 and the average turbulence intensity Uc2 in the main combustion period in the state of the intake valve closing timing IVC is calculated as the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period (step in FIG. 37). 258), and the turbulent flame speed FLAME2 (= SL2 × ST2) in the main combustion period obtained by multiplying the laminar flame speed SL2 in the main combustion period by the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period as the weighted average value. Takes a value between the turbulent flame speed FLAME2o in the state of the intake valve opening timing IVO and the turbulent flame speed FLAME2c in the state of the intake valve closing timing IVC (see the bottom broken line).

これにより、No.2気筒のように、吸気行程中に吸気ポート圧が変化して、吸気弁開時期の状態と吸気弁閉時期の状態とが異なる気筒が存在する場合においても、燃焼期間(初期燃焼期間、主燃焼期間)を精度よく算出することができる。なお、減速時にも同様の作用効果が得られる。   As a result, no. Even when there is a cylinder in which the intake port pressure changes during the intake stroke and the intake valve opening timing state and the intake valve closing timing state are different, such as the two cylinders, the combustion period (the initial combustion period, the main combustion period, (Combustion period) can be accurately calculated. Note that the same effect can be obtained during deceleration.

図45は燃焼室内圧力の変化を示している。   FIG. 45 shows the change in the pressure in the combustion chamber.

(A)、(B)はそれぞれ低負荷状態、高負荷状態(いずれも定常時)のもので、高負荷状態のほうが低負荷状態より吸気ポート圧が高い分、基準クランク角θPMAXでの最大値が高くなっている。なお、いずれの状態でも基本点火時期MBTCALで点火するので、基準クランクθPmaxの位置で燃焼室内圧力が最大となっている。   (A) and (B) are respectively in the low load state and the high load state (both in steady state), and the intake port pressure is higher in the high load state than in the low load state, and the maximum value at the reference crank angle θPMAX. Is high. In any state, ignition is performed at the basic ignition timing MBTCAL, so that the pressure in the combustion chamber is maximum at the position of the reference crank θPmax.

これら2つの定常状態では吸気弁開時期の状態と、吸気弁閉時期の状態とが変わらないので、基本点火時期MBTCALとしては、燃焼が急激に進行する高負荷状態での基本点火時期MBTCALのほうが燃焼が緩やかな低負荷状態での基本点火時期MBTCALより遅角側にくる。   In these two steady states, the state of the intake valve opening timing and the state of the intake valve closing timing do not change, so the basic ignition timing MBTCAL is higher than the basic ignition timing MBTCAL in a high load state in which combustion proceeds rapidly. The basic ignition timing MBTCAL in the low load state where the combustion is moderate comes to the retard side.

一方、(D)は低負荷状態から高負荷状態へと過渡的に変化し、吸気行程中に吸気ポート圧が上昇した、つまり吸気弁開時期の状態での吸気ポート圧より吸気弁閉時期の状態での吸気ポート圧が高くなっている気筒(上記のNo.2気筒)について、吸気弁開時期の状態での吸気ポート圧に基づいて算出した基本点火時期で点火した場合の燃焼室内圧力の変化で、ノックが発生している。これは、当該気筒では吸気弁開時期後に吸気ポート圧が上昇するのに伴って、実際の平均乱れ強さは、吸気弁開時期の状態での平均乱れ強さより上昇するため、実際の乱流火炎速度(燃焼速度)も吸気弁開時期の状態での平均乱れ強さより算出される乱流火炎速度より上昇する。従って、吸気弁開時期の状態での平均乱れ強さを用いて算出した基本点火時期MBTCALで点火した場合には、実際の要求点火時期より早過ぎることになり燃焼が急激に進行してノックを起こすことになるのである。   On the other hand, (D) changes transiently from the low load state to the high load state, and the intake port pressure increases during the intake stroke, that is, the intake valve close timing is higher than the intake port pressure in the intake valve open timing state. Of the combustion chamber pressure when ignition is performed at the basic ignition timing calculated based on the intake port pressure in the intake valve opening timing state for the cylinder (No. 2 cylinder described above) in which the intake port pressure in the state is high A change is causing a knock. This is because the actual average turbulence intensity rises higher than the average turbulence intensity at the intake valve opening timing as the intake port pressure increases after the intake valve opening timing. The flame speed (combustion speed) also rises from the turbulent flame speed calculated from the average turbulence intensity at the intake valve opening timing. Therefore, when the ignition is performed at the basic ignition timing MBTCAL calculated using the average turbulence intensity in the intake valve opening timing state, it is too early than the actual required ignition timing, and the combustion proceeds rapidly and knocks. It will wake you up.

これに対して、(C)は、本実施形態により吸気弁開時期の状態での平均乱れ強さUo1、Uo2と、吸気弁閉時期の状態での平均乱れ強さUc1、Uc2とを加重平均して得られる値ST1、ST2に基づいて基本点火時期MBTCALを算出した場合の燃焼室内圧力の変化を示したものである。(C)によれば乱流火炎速度と燃焼室内圧力の最大値とは(A)と(B)の間に位置し、この場合にも基準クランクθPmaxで燃焼室内圧力が最大となるのであり、ノックは発生しない。   On the other hand, (C) is a weighted average of the average turbulence strengths Uo1 and Uo2 in the intake valve opening timing state and the average turbulence strengths Uc1 and Uc2 in the intake valve closing timing state according to this embodiment. This shows the change in the pressure in the combustion chamber when the basic ignition timing MBTCAL is calculated based on the values ST1 and ST2 obtained in this way. According to (C), the turbulent flame speed and the maximum value of the pressure in the combustion chamber are located between (A) and (B), and in this case, the pressure in the combustion chamber is maximum at the reference crank θPmax, Knock does not occur.

上記の図45は上記(A)〜(D)の場合について燃焼室内圧力の変化で示したのに対して、図46は上記(A)〜(D)の場合について燃焼質量割合の変化で示したものである。   FIG. 45 shows the change in the combustion chamber pressure for the cases (A) to (D), while FIG. 46 shows the change in the combustion mass ratio for the cases (A) to (D). It is a thing.

図46において(A)、(B)はそれぞれ低負荷状態、高負荷状態(いずれも定常時)のもので、高負荷状態のほうが低負荷状態より吸気ポート圧が高い分燃焼状態が良好であるため、燃焼質量割合の立ち上がりが急激となっている。なお、いずれの定常状態でも基本点火時期MBTCALで点火するので、基準クランク角θPmaxでの燃焼質量割合が一定値Rmax(=60%)となっている。   In FIG. 46, (A) and (B) are the low load state and the high load state (both in steady state), respectively, and the combustion state is better in the high load state because the intake port pressure is higher than in the low load state. Therefore, the rise of the combustion mass ratio is abrupt. In any steady state, ignition is performed at the basic ignition timing MBTCAL, so the combustion mass ratio at the reference crank angle θPmax is a constant value Rmax (= 60%).

これら2つの定常状態では吸気弁開時期の状態と、吸気弁閉時期の状態とが変わらないので、基本点火時期MBTCALとしては、燃焼が急激に進行する高負荷状態での基本点火時期MBTCALのほうが燃焼が緩やかな低負荷状態での基本点火時期MBTCALより遅角側にくる。   In these two steady states, the state of the intake valve opening timing and the state of the intake valve closing timing do not change, so the basic ignition timing MBTCAL is higher than the basic ignition timing MBTCAL in a high load state in which combustion proceeds rapidly. The basic ignition timing MBTCAL in the low load state where the combustion is moderate comes to the retard side.

一方、(D)は低負荷状態から高負荷状態へと過渡的に変化し、吸気行程中に吸気ポート圧が上昇した、つまり吸気弁開時期の状態での吸気ポート圧より吸気弁閉時期の状態での吸気ポート圧が高くなっている気筒(上記のNo.2気筒)について、吸気弁開時期の状態での吸気ポート圧に基づいて算出した基本点火時期MBTCALで点火した場合の燃焼質量割合の変化で、ノックが発生している。これは、当該気筒では吸気弁開時期後に吸気ポート圧が上昇するのに伴って、実際の平均乱れ強さは、吸気弁開時期の状態での平均乱れ強さより上昇するため、実際の乱流火炎速度(燃焼速度)も吸気弁開時期の状態での平均乱れ強さより算出される乱流火炎速度より上昇する。従って、吸気弁開時期の状態での平均乱れ強さを用いて算出した基本点火時期MBTCALで点火した場合には、実際の要求点火時期より早過ぎることになり、このときの基準クランク角θPmaxでの燃焼質量割合が上記の一定値Rmaxより大きくなり、ノックが発生する。   On the other hand, (D) changes transiently from the low load state to the high load state, and the intake port pressure increases during the intake stroke, that is, the intake valve close timing is higher than the intake port pressure in the intake valve open timing state. Mass ratio when ignition is performed at the basic ignition timing MBTCAL calculated based on the intake port pressure in the state of the intake valve open timing for the cylinder (No. 2 cylinder described above) in which the intake port pressure in the state is high The change has caused a knock. This is because the actual average turbulence intensity rises higher than the average turbulence intensity at the intake valve opening timing as the intake port pressure increases after the intake valve opening timing. The flame speed (combustion speed) also rises from the turbulent flame speed calculated from the average turbulence intensity at the intake valve opening timing. Accordingly, when ignition is performed at the basic ignition timing MBTCAL calculated using the average turbulence intensity in the intake valve opening timing state, the ignition timing is too early than the actual required ignition timing, and the reference crank angle θPmax at this time is The combustion mass ratio becomes larger than the above-mentioned constant value Rmax, and knocking occurs.

これに対して、(C)は、本実施形態により吸気弁開時期の状態での平均乱れ強さUo1、Uo2と、吸気弁閉時期の状態での平均乱れ強さUc1、Uc2とを加重平均した値に基づいて基本点火時期MBTCALを算出した場合の燃焼質量割合の変化を示したものである。(C)によれば基準クランク角θPmaxでの燃焼質量割合が上記の一定値Rmaxへと一致することになっておりノックは発生しない。   On the other hand, (C) is a weighted average of the average turbulence strengths Uo1 and Uo2 in the intake valve opening timing state and the average turbulence strengths Uc1 and Uc2 in the intake valve closing timing state according to this embodiment. The change of the combustion mass ratio when the basic ignition timing MBTCAL is calculated based on the obtained values is shown. According to (C), the combustion mass ratio at the reference crank angle θPmax coincides with the above-mentioned constant value Rmax, and knock does not occur.

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。   Here, the effect of this embodiment is demonstrated.

スキッシュの形状によりスキッシュが主燃焼期間における乱流火炎速度に影響する程度が定まる、という実験結果を新たに得ている。ということは、スキッシュの形状はエンジンの仕様により定まるのであるから、エンジンの仕様によりスキッシュが主燃焼期間における乱流火炎速度に影響する程度をほぼ推定できることを意味する。すなわち、本実施形態(請求項1、2に記載の発明)によれば主燃焼期間BURN2がスキッシュの生じる期間を含み、スキッシュ補正係数Kq(スキッシュによる火炎速度補正量)をスキッシュエリア体積やスキッシュエリアからのガス吹き出し方向といったエンジンの仕様に少なくとも基づいて算出し(図38のステップ264、265参照)、主燃焼期間における燃焼乱流火炎速度FLAME2を主燃焼期間における層流火炎速度SL2と、このスキッシュ補正係数Kqとに基づいて算出するので(図12のステップ189、190、図37のステップ255、256、258参照)、エンジン機種が異なる毎に適合し直す必要が無くなり、適合工数を低減できる。 A new experimental result has been obtained that the extent to which the squish influences the turbulent flame velocity during the main combustion period is determined by the shape of the squish. This means that since the shape of the squish is determined by the engine specifications, the degree to which the squish affects the turbulent flame speed during the main combustion period can be estimated approximately by the engine specifications. That is, according to the present embodiment (the invention described in claims 1 and 2 ), the main combustion period BURN2 includes a period during which squish occurs, and the squish correction coefficient Kq (flame speed correction amount by squish) is set as the squish area volume or squish area. (See steps 264 and 265 in FIG. 38), the combustion turbulent flame speed FLAME2 in the main combustion period is changed to the laminar flame speed SL2 in the main combustion period, and this squish. Since the calculation is based on the correction coefficient Kq (see Steps 189 and 190 in FIG. 12 and Steps 255, 256 and 258 in FIG. 37), it is not necessary to re-fit every time the engine model is different, and the number of man-hours for fitting can be reduced.

実験結果によれば、初期燃焼期間にはスキッシュの生じる期間を含まず、従ってスキッシュは初期燃焼間における乱流火炎速度FLAME1に影響しないことに対応して、本実施形態(請求項に記載の発明)によれば、初期燃焼期間における乱流火炎速度FLAME1をスキッシュ補正係数Kq(スキッシュによる火炎速度補正量)に基づいては算出しないので、無駄な算出をしないで済む。 According to the experimental results, the initial combustion period excluding the time period of occurrence of squish, thus Squish corresponds to not affect the turbulent flame speed FLAME1 between initial combustion, the present embodiment (according to claim 3 According to the invention, the turbulent flame speed FLAME1 in the initial combustion period is not calculated based on the squish correction coefficient Kq (flame speed correction amount by squish), so that unnecessary calculation is not required.

スキッシュエリア体積が大きいほど主燃焼期間における平均乱れ強さが強くなり主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2が速くなることに対応して、本実施形態(請求項4に記載の発明)によれば、スキッシュ補正係数Kq(スキッシュによる火炎速度補正量)をエンジンの仕様であるスキッシュエリア体積(sqv1〜sqv4)に基づいて算出するので(図38のステップ264参照)、スキッシュエリア体積の大小に関係なく主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2を正確に算出できる。   According to this embodiment (the invention according to claim 4), the larger the squish area volume, the stronger the average turbulence intensity in the main combustion period and the higher the turbulent flame speed FLAME2 in the main combustion period. Since the squish correction coefficient Kq (flame speed correction amount by squish) is calculated based on the squish area volume (sqv1 to sqv4) that is the engine specification (see step 264 in FIG. 38), regardless of the size of the squish area volume. The turbulent flame speed FLAME2 during the main combustion period can be accurately calculated.

スキッシュエリアからのガス吹き出し方向も主燃焼期間における平均乱れ強さを変化させ主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2が変化することに対応して、本実施形態(請求項に記載の発明)によれば、スキッシュ補正係数Kq(スキッシュによる火炎速度補正量)をエンジンの仕様であるスキッシュエリアからのガス吹き出し方向に基づいて算出するので(図38のステップ265参照)、スキッシュエリアからのガス吹き出し方向に関係なく主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2を正確に算出できる。 Corresponding to the change of the average turbulence intensity in the main combustion period and the change of the turbulent flame speed FLAME2 in the main combustion period in the gas blowing direction from the squish area, this embodiment (invention according to claim 5 ) is applied. According to this, since the squish correction coefficient Kq (flame speed correction amount by squish) is calculated based on the gas blowing direction from the squish area, which is the engine specification (see step 265 in FIG. 38), the gas blowing direction from the squish area. Regardless of, the turbulent flame speed FLAME2 in the main combustion period can be accurately calculated.

スキッシュエリアの形状は一気筒の中でも部位毎に異なることに対応して、本実施形態(請求項に記載の発明)によれば、一気筒の中でスキッシュエリアを複数の部位に分割し、その分割した部位別スキッシュエリア毎に部位別スキッシュ補正係数ksq(i)を算出し、これらの部位別スキッシュ補正係数ksq(i)を合計した値を一気筒全体についてのスキッシュ補係数Kq(スキッシュによる火炎速度補正量)とするので(図38のステップ269参照)、一気筒の中で部位毎にスキッシュエリアの形状が異なる場合においても、主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2を正確に算出できる。 Corresponding to the fact that the shape of the squish area varies from part to part in one cylinder, according to the present embodiment (the invention according to claim 6 ), the squish area is divided into a plurality of parts in one cylinder, A part-specific squish correction coefficient ksq (i) is calculated for each divided part-specific squish area, and the sum of these part-specific squish correction coefficients ksq (i) is used as the squish complement coefficient Kq (depending on the squish) for the entire cylinder. (Refer to step 269 in FIG. 38), the turbulent flame speed FLAME2 in the main combustion period can be accurately calculated even when the shape of the squish area is different for each part in one cylinder.

本実施形態(請求項に記載の発明)によれば、吸気弁開時期IVOから吸気弁閉時期IVCまでの間にVEL機構51(可変バルブ機構)が作動から非作動へと変化する場合に、吸気弁開時期IVOの状態での吸気弁通過平均流速Voとスキッシュ補正係数Kq(スキッシュによる火炎速度補正量)とに基づいて吸気弁開時期IVOの状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUo2を算出する手段(図37のステップ255参照)と、吸気弁閉時期IVCの状態での吸気弁通過平均流速Vcとスキッシュ補正係数Kq(スキッシュによる火炎速度補正量)とに基づいて吸気弁閉時期IVCの状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUc2を算出する手段(図37のステップ256参照)と、これらの加重平均値を主燃焼期間における平均乱れ強さST2として算出する手段(図37のステップ258参照)と、この主燃焼期間における平均乱れ強さST2と、主燃焼期間における層流火炎速度SL2とから主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2を算出する手段(図12のステップ190参照)とを含んでいるので、吸気弁開時期IVOから吸気弁閉時期IVCまでの間にVEL機構51が作動から非作動へと変化する場合においても、主燃焼期間における平均乱れ強さST2を精度よく算出できる。 According to the present embodiment (the invention described in claim 7 ), when the VEL mechanism 51 (variable valve mechanism) changes from operation to non-operation between the intake valve opening timing IVO and the intake valve closing timing IVC. Based on the intake valve passing average flow velocity Vo and the squish correction coefficient Kq (flame speed correction amount by squish) based on the intake valve opening timing IVO, the average turbulence intensity during the main combustion period in the intake valve opening timing IVO state The intake valve is closed based on the means for calculating Uo2 (see step 255 in FIG. 37), the intake valve passing average flow velocity Vc in the state of the intake valve closing timing IVC, and the squish correction coefficient Kq (flame speed correction amount by squish). Means for calculating the average turbulence intensity Uc2 in the main combustion period in the state of the timing IVC (see step 256 in FIG. 37), and calculating these weighted average values in the main combustion period The turbulent flame speed FLAME2 in the main combustion period is calculated from the means for calculating the turbulence intensity ST2 (see step 258 in FIG. 37), the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period, and the laminar flame speed SL2 in the main combustion period. In the case where the VEL mechanism 51 changes from the operation to the non-operation during the period from the intake valve opening timing IVO to the intake valve closing timing IVC, as shown in FIG. The average turbulence intensity ST2 during the main combustion period can be accurately calculated.

主燃焼期間における平均乱れ強さST2がエンジン回転速度NRPMに比例するという実験結果を得ていることに対応して、本実施形態(請求項に記載の発明)によれば、吸気弁開時期IVOの状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUo2と、吸気弁閉時期IVCの状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUc2との加重平均値にエンジン回転速度NRPMをさらに乗算した値を主燃焼期間における平均乱れ強さST2として算出するので(図37のステップ258参照)、主燃焼期間における平均乱れ強さST2を簡易に算出できる。 Corresponding to the experimental result that the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period is proportional to the engine speed NRPM, according to this embodiment (the invention according to claim 8 ), the intake valve opening timing A value obtained by further multiplying the weighted average value of the average turbulence intensity Uo2 in the main combustion period in the IVO state and the average turbulence intensity Uc2 in the main combustion period in the state of the intake valve closing timing IVC by the engine speed NRPM. Since the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period is calculated (see step 258 in FIG. 37), the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period can be easily calculated.

本実施形態(請求項に記載の発明)によれば、吸気弁開時期の状態での吸気弁通過平均流速Voとスキッシュ補正係数Kq(スキッシュによる燃焼速度補正量)とに基づいて吸気弁開時期の状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUo2を算出する手段(図37のステップ255参照)と、吸気弁閉時期の状態での吸気弁通過平均流速Vcとスキッシュ補正係数Kq(スキッシュによる燃焼速度補正量)とに基づいて吸気弁閉時期の状態での主燃焼期間における平均乱れ強さUc2を算出する手段(図37のステップ256参照)と、これらの加重平均値を主燃焼期間における平均乱れ強さST2として算出する手段(図37のステップ258参照)と、この主燃焼期間における平均乱れ強さST2と、前記主燃焼期間における層流火炎速度SL2とから前記主燃焼期間における乱流火炎速度FLAME2を算出する手段(図12のステップ190参照)とを含んでいるので、VEL機構51が作動状態や非作動状態のいずれかを保っている場合において吸気弁開時期IVOから吸気弁閉時期IVCまでの間に吸気ポート圧が大きく変化する加速時や減速時においても、主燃焼期間における平均乱れ強さST2を精度よく算出できる。 According to the present embodiment (the invention described in claim 9 ), the intake valve opening is based on the intake valve passing average flow velocity Vo and the squish correction coefficient Kq (combustion speed correction amount by squish) in the intake valve opening timing state. Means for calculating the average turbulence intensity Uo2 in the main combustion period in the timing state (see step 255 in FIG. 37), the intake valve passage average flow velocity Vc in the intake valve closing timing state, and the squish correction coefficient Kq (depending on the squish) Means for calculating an average turbulence intensity Uc2 in the main combustion period in the state of the intake valve closing timing based on the combustion speed correction amount) (see step 256 in FIG. 37), and calculating these weighted average values in the main combustion period Means for calculating the average turbulence intensity ST2 (see step 258 in FIG. 37), the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period, and the laminar flame in the main combustion period Means for calculating the turbulent flame speed FLAME2 in the main combustion period from the degree SL2 (see step 190 in FIG. 12), so that the VEL mechanism 51 maintains either the operating state or the non-operating state. In this case, the average turbulence intensity ST2 in the main combustion period can be accurately calculated even during acceleration or deceleration when the intake port pressure changes greatly between the intake valve opening timing IVO and the intake valve closing timing IVC.

実施形態では、初期燃焼期間を燃焼質量割合の変化代としてゼロから2%まで(つまりBR1=2%)、主燃焼期間を燃焼質量割合の変化代として2〜60%まで(つまりBR2=58%)と規定したが、本発明は必ずしもこの数値に限定されるものでない。   In the embodiment, the initial combustion period is changed from zero to 2% (ie, BR1 = 2%) as the change amount of the combustion mass ratio, and the main combustion period is changed from 2 to 60% (ie, BR2 = 58%). However, the present invention is not necessarily limited to this value.

実施形態では、燃焼ガス質量割合で説明したが、燃焼ガス質量そのものを用いてもかまわない。   In the embodiment, the combustion gas mass ratio is described, but the combustion gas mass itself may be used.

実施形態では燃焼期間をスキッシュの生じない初期燃焼期間と、スキッシュの生じる主燃焼期間との2つに分割する場合で説明したが、3以上に分割する場合でもかまわない(請求項1に記載の発明)。例えば、燃焼開始より所定クランク角までに燃焼室内で燃焼する燃焼ガス質量の変化代を3以上の複数に分割し、その分割されたそれぞれの燃焼ガス質量の変化代に対応する分割燃焼期間を算出し、それら全ての分割燃焼期間を合計した値を燃焼開始から所定クランク角までの燃焼期間として算出してもかまわない(請求項1、2に記載の発明)。 In the embodiment, the case where the combustion period is divided into two, that is, the initial combustion period in which squish does not occur and the main combustion period in which squish occurs, has been described, but it may be divided into three or more (claim 1). invention). For example, the change amount of the combustion gas mass combusted in the combustion chamber from the start of combustion to a predetermined crank angle is divided into a plurality of 3 or more, and the divided combustion period corresponding to each divided change amount of the combustion gas mass is calculated. A value obtained by summing all the divided combustion periods may be calculated as a combustion period from the start of combustion to a predetermined crank angle (inventions according to claims 1 and 2 ).

実施形態では、吸気弁開時期から吸気弁閉時期までの間にVEL機構51(可変バルブ機構)が作動から非作動へと変化する場合で説明したが、吸気弁開時期から吸気弁閉時期までの間にVEL機構51が非作動から作動へと変化する場合にも適用することができる(請求項に記載の発明)。 In the embodiment, the case where the VEL mechanism 51 (variable valve mechanism) changes from the operation to the non-operation between the intake valve opening timing and the intake valve closing timing has been described. However, from the intake valve opening timing to the intake valve closing timing. The present invention can also be applied to a case where the VEL mechanism 51 changes from non-operation to operation during the period (the invention according to claim 7 ).

実施形態では、VEL機構51を備える場合で説明したが、VEL機構51を備えない場合にも適用があることはいうまでもない。   In the embodiment, the case where the VEL mechanism 51 is provided has been described. However, it is needless to say that the present invention is applicable to a case where the VEL mechanism 51 is not provided.

請求項に記載の発明において、燃焼速度算出手段の機能は図10のステップ170、図12のステップ190により、基本点火時期算出手段の機能は図13のステップ43により、火炎速度補正量算出手段の機能は図38のステップ264、265により、乱流火炎速度算出手段の機能は図12のステップ189、190、図37のステップ254〜258によりそれぞれ果たされている。 In the first aspect of the invention, the function of the combustion speed calculation means is the step 170 of FIG. 10 and the step 190 of FIG. 12, and the function of the basic ignition timing calculation means is the step 43 of FIG. 38 is performed by steps 264 and 265 in FIG. 38, and the function of the turbulent flame speed calculation means is performed by steps 189 and 190 in FIG. 12, and steps 254 to 258 in FIG.

請求項に記載の発明において、燃焼速度算出手段の機能は図10のステップ170、図12のステップ190により、基本点火時期算出手段の機能は図13のステップ43により、火炎速度補正量算出手段の機能は図38のステップ264、265により、乱流火炎速度算出手段の機能は図12のステップ189、190、図37のステップ254〜258によりそれぞれ果たされている。 In the second aspect of the invention, the function of the combustion speed calculating means is the step 170 of FIG. 10 and the step 190 of FIG. 12, and the function of the basic ignition timing calculating means is the step 43 of FIG. 38 is performed by steps 264 and 265 in FIG. 38, and the function of the turbulent flame speed calculation means is performed by steps 189 and 190 in FIG. 12, and steps 254 to 258 in FIG.

一実施形態のエンジンの制御システム図。The engine control system figure of one Embodiment. エンジンコントローラで実行される点火時期制御のブロック図。The block diagram of the ignition timing control performed with an engine controller. 燃焼室の圧力変化図。The pressure change figure of a combustion chamber. 燃焼質量割合の変化を説明する特性図。The characteristic view explaining the change of a combustion mass ratio. 物理量の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of a physical quantity. エンジンのクランクシャフトとコネクティングロッドの位置関係を説明するダイアグラム。Diagram explaining the positional relationship between the crankshaft of the engine and the connecting rod. 水温補正係数の特性図。The characteristic diagram of a water temperature correction coefficient. 当量比補正係数の特性図。The characteristic view of an equivalence ratio correction coefficient. 基準クランク角の特性図。The characteristic figure of a standard crank angle. 初期燃焼期間の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of an initial combustion period. 温度上昇率の特性図。The characteristic figure of a temperature rise rate. 主燃焼期間の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of the main combustion period. 基本点火時期の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of basic ignition timing. 内部不活性ガス率の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of an internal inert gas rate. 内部不活性ガス量の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of an internal inert gas amount. EVC時不活性ガス量の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of the amount of inert gas at the time of EVC. オーバーラップ中吹き返し不活性ガス量の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of the amount of inert gas blown back during overlap. 過給判定フラグ、チョーク判定フラグの設定を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the setting of a supercharging determination flag and a choke determination flag. 過給無しかつチョーク無し時のオーバーラップ中吹き返し不活性ガス流量の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of the inactive gas flow rate during the overlap when there is no supercharging and there is no choke. 過給無しかつチョーク有り時のオーバーラップ中吹き返し不活性ガス流量の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the calculation of the inactive gas flow rate during the overlap at the time of supercharging without a choke. 過給有りかつチョーク無し時のオーバーラップ中吹き返し不活性ガス流量の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the calculation of the inactive gas flow rate during the overlap at the time of supercharging and no choke. 過給有りかつチョーク有り時のオーバーラップ中吹き返し不活性ガス流量の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of the inactive gas flow rate during the overlap at the time of supercharging and a choke. 排気弁閉時期における燃焼室容積の特性図。The characteristic figure of the combustion chamber volume in the exhaust valve closing timing. 不活性ガスのガス定数の特性図。The characteristic figure of the gas constant of an inert gas. オーバーラップ中の積算有効面積の特性図。The characteristic figure of the integrated effective area during overlap. オーバーラップ中の積算有効面積の説明図。Explanatory drawing of the integrated effective area during overlap. 不活性ガスの比熱比の特性図。The characteristic figure of the specific heat ratio of an inert gas. 混合気の比熱比の特性図。The characteristic figure of the specific heat ratio of air-fuel | gaseous mixture. 初期燃焼期間における平均乱れ強さの算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of the average turbulence intensity in an initial combustion period. 吸気弁開時期の状態での吸気弁通過平均流速の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of the intake valve passage average flow velocity in the state of intake valve opening timing. 吸気行程中にVEL機構が非作動へと変化した場合の、吸気弁開時期の状態での開弁クランク角区間θa、吸気弁開時期の状態での吸気弁リフト量La、吸気弁閉時期の状態での開弁クランク角区間θb、吸気弁閉時期の状態での吸気弁リフト量Lbを説明するための波形図。When the VEL mechanism changes to non-operation during the intake stroke, the valve opening crank angle section θa in the intake valve opening timing state, the intake valve lift amount La in the intake valve opening timing state, and the intake valve closing timing FIG. 6 is a waveform diagram for explaining an intake valve lift amount Lb in a state of a valve opening crank angle section θb in a state and an intake valve closing timing; 補正係数の特性図。The characteristic figure of a correction coefficient. 平均吸気弁開口面積の特性図。The characteristic view of an average intake valve opening area. 吸気弁閉時期の状態での吸気弁通過平均流速の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of the intake valve passage average flow velocity in the state of intake valve closing timing. 初期燃焼期間における平均乱れ強さ基本値の特性図。The characteristic figure of the average turbulence intensity basic value in an initial combustion period. 加重平均係数の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of a weighted average coefficient. 主燃焼期間における平均乱れ強さの算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of the average turbulence intensity in the main combustion period. スキッシュ補正係数の算出を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating calculation of a squish correction coefficient. 一気筒中のスキッシュエリアの分割を説明するためのエンジンの概略平面図。The schematic plan view of the engine for demonstrating the division | segmentation of the squish area in one cylinder. 部位別スキッシュエリア体積の表図。The table of squish area volume according to part. 部位別ガス吹き出し方向補正係数の特性図。The characteristic view of the part specific gas blowing direction correction coefficient. スキッシュエリアからのガス吹出し方向を説明するための概略断面図。The schematic sectional drawing for demonstrating the gas blowing direction from a squish area. 主燃焼期間における平均乱れ強さ基本値の特性図。The characteristic figure of the average turbulence intensity basic value in the main combustion period. 加速時の代表的な値の変化を示す波形図。The wave form diagram which shows the change of the typical value at the time of acceleration. 燃焼室内圧力の変化を示す波形図。The wave form diagram which shows the change of a combustion chamber pressure. 燃焼質量割合の変化を示す波形図。The wave form diagram which shows the change of a combustion mass ratio.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
5 燃焼室
11 点火装置(火花点火手段)
15 吸気弁
31 エンジンコントローラ
51 VEL機構(可変バルブ機構)
1 Engine 5 Combustion chamber 11 Ignition device (spark ignition means)
15 Intake valve 31 Engine controller 51 VEL mechanism (variable valve mechanism)

Claims (9)

燃焼室内で混合気が燃焼する燃焼期間を複数に分割し、その分割した各燃焼期間における燃焼速度を運転条件に基づいて算出する燃焼速度算出手段と、
これら複数の燃焼速度に基づいてMBTの得られる点火時期を基本点火時期として算出する基本点火時期算出手段と、
この基本点火時期で火花点火を行う火花点火手段と
を備えるエンジンの点火時期制御装置において、
前記いずれか一つの燃焼期間がスキッシュの生じる期間を含み、
このスキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における燃焼速度がこのスキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における乱流火炎速度であり、
スキッシュによる火炎速度補正量を少なくともエンジンの仕様に基づいて算出する火炎速度補正量算出手段と
前記スキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における乱流火炎速度を、このスキッシュの生じる期間を含む燃焼期間における層流火炎速度とエンジンの運転条件のうち少なくともいずれか一つと、前記スキッシュによる火炎速度補正量とに基づいて算出する乱流火炎速度算出手段と
を備えることを特徴とするエンジンの点火時期制御装置。
A combustion speed calculating means for dividing a combustion period in which the air-fuel mixture burns in the combustion chamber into a plurality of parts, and calculating a combustion speed in each of the divided combustion periods based on operating conditions;
Basic ignition timing calculation means for calculating an ignition timing at which MBT is obtained based on the plurality of combustion rates as a basic ignition timing;
In an engine ignition timing control device comprising spark ignition means for performing spark ignition at this basic ignition timing,
Any one of the combustion periods includes a period during which squish occurs;
The combustion speed in the combustion period including the period in which the squish occurs is the turbulent flame speed in the combustion period including the period in which the squish occurs,
And flame speed correction amount calculating means for calculating, based on at least engine specifications flame speed correction amount by squish,
The turbulent flame speed in the combustion period including the squish occurrence period is determined by at least one of the laminar flame speed and the engine operating condition in the combustion period including the squish occurrence period, and the flame speed correction amount by the squish. Turbulent flame speed calculating means for calculating based on
Ignition timing control apparatus for an engine, characterized in that it comprises a.
燃焼室内で混合気が燃焼する燃焼期間を初期燃焼期間と主燃焼期間の複数に分割し、その分割した各燃焼期間における燃焼速度を運転条件に基づいて算出する燃焼速度算出手段と、
これら複数の燃焼速度に基づいてMBTの得られる点火時期を基本点火時期として算出する基本点火時期算出手段と、
この基本点火時期で火花点火を行う火花点火手段と
を備えるエンジンの点火時期制御装置において、
前記主燃焼期間がスキッシュの生じる期間を含み、
前記主燃焼期間における燃焼速度が前記主燃焼期間における乱流火炎速度であり、
スキッシュによる火炎速度補正量を少なくともエンジンの仕様に基づいて算出する火炎速度補正量算出手段と、
前記主燃焼期間における乱流火炎速度を、前記主燃焼期間における層流火炎速度とエンジンの運転条件のうち少なくともいずれか一つと、前記スキッシュによる火炎速度補正量とに基づいて算出する乱流火炎速度算出手段と
を備えることを特徴とするエンジンの点火時期制御装置。
A combustion rate calculating means for dividing a combustion period in which the air-fuel mixture burns in the combustion chamber into an initial combustion period and a main combustion period, and calculating a combustion speed in each divided combustion period based on operating conditions;
Basic ignition timing calculation means for calculating an ignition timing at which MBT is obtained based on the plurality of combustion rates as a basic ignition timing;
Spark ignition means for performing spark ignition at this basic ignition timing and
In an engine ignition timing control device comprising:
The main combustion period includes a period during which squish occurs;
The combustion speed in the main combustion period is the turbulent flame speed in the main combustion period;
Flame speed correction amount calculating means for calculating a flame speed correction amount by squish based on at least engine specifications;
The turbulent flame speed for calculating the turbulent flame speed in the main combustion period based on at least one of the laminar flame speed and engine operating conditions in the main combustion period and the flame speed correction amount by the squish With calculation means
Ignition timing control system characteristics and to Rue engine that comprises a.
前記初期燃焼期間における乱流火炎速度を前記スキッシュによる火炎速度補正量に基づいて算出しないことを特徴とする請求項2に記載のエンジンの点火時期制御装置。 3. The engine ignition timing control device according to claim 2, wherein the turbulent flame speed in the initial combustion period is not calculated based on a flame speed correction amount by the squish . 前記スキッシュによる火炎速度補正量を前記エンジンの仕様であるスキッシュエリア体積に基づいて算出することを特徴とする請求項1または2に記載のエンジンの点火時期制御装置。 The engine ignition timing control device according to claim 1 or 2, wherein a flame speed correction amount by the squish is calculated based on a squish area volume which is a specification of the engine. 前記スキッシュによる乱流火炎速度補正量を前記エンジンの仕様であるスキッシュエリアからのガス吹き出し方向に基づいて算出することを特徴とする請求項1または2に記載のエンジンの点火時期制御装置。 3. The engine ignition timing control device according to claim 1, wherein a turbulent flame speed correction amount by the squish is calculated based on a gas blowing direction from a squish area which is a specification of the engine. 一気筒の中で前記スキッシュエリアを複数の部位に分割し、その分割した部位別スキッシュエリア毎にスキッシュによる燃焼速度補正量を算出し、これらの部位別スキッシュエリア毎のスキッシュによる火炎速度補正量を合計した値を一気筒全体についてのスキッシュによる火炎速度補正量とすることを特徴とする請求項4または5に記載のエンジンの点火時期制御装置。 The squish area is divided into a plurality of parts in one cylinder, and the squish combustion speed correction amount is calculated for each divided squish area, and the squish flame speed correction amount for each squish area is calculated. 6. The engine ignition timing control device according to claim 4, wherein the total value is used as a flame speed correction amount by squish for the entire cylinder . 吸気弁の弁リフト量及び作動角を連続的に可変制御する可変バルブ機構を備え、
吸気弁開時期から吸気弁閉時期までの間にこの可変バルブ機構が作動から非作動へとまたはこの逆へと変化する場合に、
前記吸気弁開時期の状態での吸気弁通過平均流速と前記スキッシュによる燃焼速度補正量とに基づいて吸気弁開時期の状態での主燃焼期間における平均乱れ強さを算出する手段と、
前記吸気弁閉時期の状態での吸気弁通過平均流速と前記スキッシュによる燃焼速度補正量とに基づいて吸気弁閉時期の状態での主燃焼期間における平均乱れ強さを算出する手段と、
これらの加重平均値を主燃焼期間における平均乱れ強さとして算出する手段と、
この主燃焼期間における平均乱れ強さと、前記主燃焼期間における層流火炎速度とから前記主燃焼期間における乱流火炎速度を算出する手段と
を含んでいることを特徴とする請求項に記載のエンジンの点火時期制御装置。
A variable valve mechanism that continuously and variably controls the valve lift amount and operating angle of the intake valve,
When this variable valve mechanism changes from operation to non-operation or vice versa between intake valve opening timing and intake valve closing timing,
Means for calculating an average turbulence intensity in the main combustion period in the intake valve opening timing state based on the intake valve passing average flow velocity in the intake valve opening timing state and the combustion speed correction amount by the squish;
Means for calculating an average turbulence intensity in the main combustion period in the intake valve closing timing state based on the intake valve passing average flow velocity in the intake valve closing timing state and the combustion speed correction amount by the squish;
Means for calculating these weighted average values as the average turbulence intensity during the main combustion period;
Means for calculating the turbulent flame speed in the main combustion period from the average turbulence intensity in the main combustion period and the laminar flame speed in the main combustion period;
Ignition timing control device for an engine according to claim 2, characterized in that it contains.
前記加重平均値にエンジン回転速度をさらに乗算した値を前記主燃焼期間における平均乱れ強さとして算出することを特徴とする請求項に記載のエンジンの点火時期制御装置。 8. The engine ignition timing control apparatus according to claim 7 , wherein a value obtained by further multiplying the weighted average value by an engine speed is calculated as an average turbulence intensity in the main combustion period . 前記吸気弁開時期の状態での吸気弁通過平均流速と前記スキッシュによる燃焼速度補正量とに基づいて吸気弁開時期の状態での主燃焼期間における平均乱れ強さを算出する手段と、
前記吸気弁閉時期の状態での吸気弁通過平均流速と前記スキッシュによる燃焼速度補正量とに基づいて吸気弁閉時期の状態での主燃焼期間における平均乱れ強さを算出する手段と、
これらの加重平均値を主燃焼期間における平均乱れ強さとして算出する手段と、
この主燃焼期間における平均乱れ強さと、前記主燃焼期間における層流火炎速度とから前記主燃焼期間における乱流火炎速度を算出する手段と
を含んでいることを特徴とする請求項に記載のエンジンの点火時期制御装置。
Means for calculating an average turbulence intensity in the main combustion period in the intake valve opening timing state based on the intake valve passing average flow velocity in the intake valve opening timing state and the combustion speed correction amount by the squish;
Means for calculating an average turbulence intensity in the main combustion period in the intake valve closing timing state based on the intake valve passing average flow velocity in the intake valve closing timing state and the combustion speed correction amount by the squish;
Means for calculating these weighted average values as the average turbulence intensity during the main combustion period;
Means for calculating the turbulent flame speed in the main combustion period from the average turbulence intensity in the main combustion period and the laminar flame speed in the main combustion period;
Ignition timing control device for an engine according to claim 2, characterized in that it contains.
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