JP6120004B2 - 内燃機関の気流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室の気流の強さを制御する気流制御装置に関する。

従来、内燃機関における熱損失を低減するなどの目的で燃焼室の気流の強さを内燃機関の運転条件に応じて制御（調整）する技術の提案がある（例えば特許文献１参照）。例えば特許文献１には、内燃機関（エンジン）の回転数や負荷に応じて燃焼室内に生じるスワール流（旋回渦流、横渦流）の強さとしてのスワール比を制御することが記載されている。

特開昭６２−４５９３１号公報

ところで、燃焼室の気流を強くすると燃焼室内から燃焼室の壁面への熱伝達を促進する。この熱伝達の促進を防ぐには気流を弱くすればよいが、気流を弱くすると、燃焼室での燃焼状態によっては燃焼室の壁面付近の燃焼量が増加し、その増加により壁面への熱損失が増加してしまう。従来の気流制御では、これら気流を強くすることによる熱伝達の促進と、気流を弱くすることによる壁面付近の燃焼量の増加とのトレードオフの関係を考慮したものとはなっていないので、気流を調整したとしても熱損失が増加してしまうおそれがあった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、上記トレードオフの関係を考慮して気流制御することで熱損失を低減できる内燃機関の気流制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の気流制御装置は、内燃機関の燃焼室の気流の強さを調整する調整手段と、
前記燃焼室に供給された燃料噴霧の燃焼領域を決める条件を取得する条件取得手段と、
前記条件取得手段が取得した条件に基づいて、前記燃焼室の気流の強化により燃焼領域を前記燃焼室内の内側に変化させることができるか否かの内側化判定を行う内側化判定手段とを備え、
前記調整手段は、前記内側化判定手段により燃焼領域を内側に変化させることができると判定された場合には前記燃焼室の気流を強くし、燃焼領域を内側に変化させることができないと判定された場合には前記燃焼室の気流を弱くし又は気流の強さを維持することを特徴とする。

燃焼室での燃焼領域は、燃料の噴霧速度、燃焼室内の圧力等の条件で決まるが、その条件が変われば気流強化による燃焼領域の変化の様子が変わってくる。具体的には、燃焼領域を決める条件によっては、気流の強化により燃焼領域を燃焼室内の内側に変化させることができる場合もあれば、変化させることができない場合もある。本発明では、燃焼領域を決める条件を取得して、その条件に基づき気流強化により燃焼領域を内側に変化させることができるか否かの内側化判定を行う。その内側化判定の結果、燃焼領域を内側に変化させることができる場合には、燃焼室の気流を強くする。これによって、燃焼領域を内側に変化させることができるにもかかわらず気流を弱くした場合に比べて、燃焼室の壁面付近の燃焼量を低減でき、結果、熱損失を低減できる。また、内側化判定の結果、燃焼領域を内側に変化させることができない場合には、壁面付近の燃焼量は気流の強弱によってはそれほど変化しないので、壁面への熱伝達率を考慮して気流を弱くし又は気流の強さを維持する。これにより、気流を強くした場合に比べて、燃焼領域から壁面への熱伝達率を低減でき、結果、熱損失を低減できる。

エンジンシステムの構成図である。 噴霧速度が小さい場合における燃焼領域の様子を気流が弱いときと強いときとで比較した図である。 噴霧速度が大きい場合における燃焼領域の様子を気流が弱いときと強いときとで比較した図である。 燃焼室を平面視方向から見た図であり、インジェクタから供給された燃料噴霧が壁面側に放射される様子を示した図である。 気流の強弱によって噴霧速度と熱損失との関係がどのように変化するかを概念的に示した図である。 第１実施形態における気流調整処理のフローチャートである。 第１実施形態における気流制御を説明するための図であり、噴霧速度（燃焼条件）に対する燃焼領域、気流強さ、熱損失の関係を示した図である。 気流の強弱変化による燃焼領域の変化の様子を示した図である。 第２実施形態における気流調整処理のフローチャートである。 第２実施形態における気流制御を説明するための図であり、噴霧速度（燃焼条件）に対する燃焼領域、熱伝達率、気流強さの関係を示した図である。 第３実施形態における気流調整処理のフローチャートである。 第３実施形態における気流制御を説明するための図であり、噴霧速度に対する燃焼領域、気流強さの関係を示した図である。 第４実施形態における気流調整処理のフローチャートである。 第４実施形態における気流制御を説明するための図であり、噴霧速度（燃焼条件）に対する燃焼領域、壁面燃焼強さ、気流強さ、スモークの関係を示した図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、車両に搭載されたエンジンシステム１の構成図を示している。エンジンシステム１は、内燃機関としてのコモンレール式のディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジンという）と、そのエンジン１０の運転に必要な各種構成とを備える形で構成されている。なお、本実施形態では、エンジン１０は、４つの燃焼室１１（気筒、シリンダ）を有した４気筒エンジンである。エンジン１０は、各燃焼室１１において、吸気、圧縮、燃焼、排気の４行程を経て動力を生み出す４ストローク機関である。吸気、圧縮、燃焼、排気の４行程による燃焼サイクル（「７２０°ＣＡ」周期）が、例えば各燃焼室１１間で「１８０°ＣＡ」ずらして逐次実行される。図１の右側の燃焼室１１から順に１番から４番までの番号を付けたときに、例えば、１番、３番、４番、２番の燃焼室１１の順に燃焼サイクルが実行される。

燃焼室１１の上壁を構成するシリンダヘッドの中心には、燃焼室１１内に燃料（例えば軽油）を噴射（供給）するインジェクタ１６が設けられている。インジェクタ１６から供給された燃料噴霧が燃焼室１１で圧縮自着火燃焼する。また、燃焼室１１の側壁を構成するシリンダブロックには、冷却水（クーラント）を循環させるための冷却水路（ウォータジャケット）が形成されている。その冷却水によりエンジン１０が高温になりすぎるのを防いでいる。

また、各燃焼室１１には、燃焼室１１に吸入される吸入空気（ガス）の導入口となる吸気ポートとして、スワール生成ポート１２とタンブル生成ポート１３の２つの吸気ポートが形成されている。それら吸気ポート１２、１３はシリンダヘッド内に形成されている。スワール生成ポート１２は、スワール生成ポート１２から燃焼室１１に吸入されるガスにスワール流（横渦）を生じさせる吸気ポートである。タンブル生成ポート１３は、タンブル生成ポート１３から燃焼室１１に吸入されるガスにタンブル流（縦渦）を生じさせる吸気ポートである。スワール生成ポート１２から吸入されたガスは、タンブル生成ポート１３から吸入されたガスよりも外側（壁面側）を周方向に旋回しながら燃焼室１１内を進行する。これに対し、タンブル生成ポート１３から吸入されたガスは、スワール生成ポート１２から吸入されたガスよりも内側を下方向（ピストンの頂上面の方向）に進行する。

また、各吸気ポート１２、１３と燃焼室１１とを繋ぐ開口には、その開口の開閉を行う吸気バルブ１４が設けられている。また、シリンダヘッド内には、燃焼室１１での燃焼後のガスを燃焼室１１から排出する排気ポートが形成されている。その排気ポートと燃焼室１１とを繋ぐ開口にはその開口の開閉を行う排気バルブ１５が設けられている。

エンジンシステム１には、燃焼室１１に吸入される新気が流れる吸気通路２１が設けられている。その吸気通路２１には、上流側から、新気を圧縮する過給器３１、過給器３１で圧縮された新気を冷却するインタークーラ３２が設けられている。また、インタークーラ３２より下流の吸気通路２１には、新気量を調整するスロットル３３が設けられている。そのスロットル３３より下流の吸気通路２１から、各燃焼室１１に繋がる通路２２（インテークマニホールドの通路。以下、ＥＧＲリーンガス通路という）が分岐している。各ＥＧＲリーンガス通路２２は各燃焼室１１のスワール生成ポート１２に接続されている。ＥＧＲリーンガス通路２２及び吸気通路２１には、新気のみ又は後述する接続通路２９から流入するＥＧＲガスが混ざったガス（以下、ＥＧＲリーンガスという）が流れる。

また、各燃焼室１１には、各燃焼室１１から排出される排気ガスをまとめて排気通路２７に渡すためのエキゾーストマニホールド２３が接続されている。なお、排気通路２７には、上流側から、排気ガスからエネルギーを回収する過給器のタービン３７（可変ノズルターボ（ＶＮＴ））、排気ガスに対して所定の処理を行う後処理装置３８がこの順で配置されている。後処理装置３８は、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ等を酸化して除去する酸化触媒や排気ガス中のＰＭを除去するＤＰＦなどである。

エキゾーストマニホールド２３には、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるためのＥＧＲ通路２４が接続されている。そのＥＧＲ通路２４には、ＥＧＲ通路２４を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３４や、そのＥＧＲクーラ３４より下流にはＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ３５が設けられている。そのＥＧＲバルブ３５より下流のＥＧＲ通路２４からは、各燃焼室１１に繋がる通路２５（以下、ＥＧＲリッチガス通路という）が分岐している。各ＥＧＲリッチガス通路２５は、各燃焼室１１のタンブル生成ポート１３に接続されている。ＥＧＲリッチガス通路２５には、ＥＧＲリーンガス通路２２を流れるＥＧＲリーンガスよりもＥＧＲガスの濃度が濃い（排気濃度が高い、酸素濃度が低い）ガス（以下、ＥＧＲリッチガスという）が流れる。

また、エンジンシステム１には、吸気通路２１とＥＧＲ通路２４とを接続する接続通路２９が設けられている。その接続通路２９は、ＥＧＲリーンガス通路２２に分岐する前の吸気通路２１と、ＥＧＲリッチガス通路２５に分岐する前のＥＧＲ通路２４とを接続している。その接続通路２９を介してＥＧＲ通路２４から吸気通路２１にＥＧＲガスを流し、又は吸気通路２１からＥＧＲ通路２４に新気を流すことで、所望のＥＧＲ率に調整できるようになっている。なお、ＥＧＲ率は、燃焼室１１に吸入されるＥＧＲガス（排気ガス）の量を、燃焼室１１に吸入されるガスの総吸入量（新気の吸入量＋ＥＧＲガスの吸入量）で割った値である。

さらに、各ＥＧＲリッチガス通路２５には、ＥＧＲリッチガス通路２５を流れるガスの流量を調整することで、燃焼室１１でのスワール流（気流）の強さを調整するスワールコントロールバルブ４１（以下、ＳＣＶという）が設けられている。ＳＣＶ４１の開度を小さくしてＥＧＲリッチガスの流量が絞られると、スワール生成ポート１２から吸入されるガスの勢いが増し、結果、スワール流を強めることができる。反対に、ＳＣＶ４１の開度を大きくしてＥＧＲリッチガスの流量を多くすると、スワール生成ポート１２から吸入されるガスの勢いを弱め、結果、スワール流を弱めることができる。ＳＣＶ４１にはモータ４２が接続されており。ＳＣＶ４１はそのモータ４２により開度が制御される。

エンジンシステム１には、エンジン１０の運転制御に必要な各種センサから構成されるセンサ群５２が設けられている。具体的には、センサ群５２には、例えばエンジン１０の回転数を検出する回転数センサ、車両の運転者の要求トルクを車両側に知らせるためのアクセルペダルの操作量（踏み込み量）を検知するアクセルペダルセンサ、燃焼室１１に吸入する新気量を検出するエアフロメータなどが含まれている。さらに、センサ群５２には、燃焼室１１での燃焼領域を決めるパラメータ（条件）を検出するセンサとして、燃焼室１１に供給された燃料の状態（燃料の噴射圧、燃料温度などの噴射系パラメータ）を検出するセンサ、燃焼室１１の吸気状態（吸気圧、吸気温、吸気Ｏ２等の吸気系パラメータ）を検出するセンサも含まれている。噴射圧を検出するセンサは、例えばインジェクタ１６に供給する高圧燃料を蓄えるコモンレール（図示外）に設けられて、そのコモンレール内の圧力を検出する。また、燃料温度を検出するセンサは、例えばコモンレールに高圧燃料を供給するポンプ（図示外）に設けられて、そのポンプ内の燃料温度を検出する。また、吸気圧、吸気温、吸気Ｏ２等を検出するセンサは例えば吸気通路２１に設けられる。

エンジンシステム１には、センサ群５２から入力される検出値に基づきＳＣＶ４１を含む各バルブ（スロットル３３、ＥＧＲバルブ３５など）の開閉（開閉時期や開度など）やインジェクタ１６による燃料供給などを制御することでエンジン１０の運転を制御するＥＣＵ５０が設けられている。そのＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータを主として構成されている。ＥＣＵ５０は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等のメモリ５１を備えている。そのメモリ５１には、ＥＣＵ５０が実行する処理のプログラムや、各種マップ（例えば燃料噴射に関するマップや気流制御に関するマップ）などが記憶されている。

また、ＥＣＵ５０は、燃焼室１１にて生成された燃焼エネルギーの、燃焼室１１の壁面による熱損失（冷損）を低減するために、モータ４２を介してＳＣＶ４１を制御することで、燃焼室１１の気流（スワール流）の強さを調整する。なお、ＳＣＶ４１及びこのＳＣＶ４１を制御するＥＣＵ５０が本発明の「調整手段」に相当する。ここで、図２、図３、図４を参照して、ＥＣＵ５０による気流制御の考え方を説明する。図４に示すように、インジェクタ１６から供給された燃料噴霧１７は、燃焼室１１内を壁面１１１の方に向かって放射するように進行するが、図２、図３はその図４に示す燃焼室１１の一部１００を抜き出した図である。詳細には、図２は、燃料の噴霧速度が小さい（気流と同程度の噴霧速度。噴霧速度≒気流）場合における気流が弱いときの燃料噴霧の燃焼領域１７１の様子を左側に示し、気流が強いときの燃焼領域１７２の様子を右側に示した図である。図３は、噴霧速度が大きい（気流より十分大きい噴霧速度。噴霧速度＞＞気流）場合における気流が弱いときの燃焼領域１７３の様子を左側に示し、気流が強いときの燃焼領域１７４の様子を右側に示した図である。

燃料噴霧の燃焼領域は、噴霧速度、噴射圧等の噴射系パラメータ、燃焼室１１内の吸気圧、吸気温等の吸気系パラメータ等の条件（以下、燃焼条件という）で決まってくる。具体的には、例えば燃焼条件の一つである噴霧速度が小さいと、大きい場合に比べて壁面１１１の側に到達する噴霧量が少なくなる。その結果、噴霧速度が大きい場合に比べて、燃焼室１１内の内側（壁面１１１から離れた側）で燃焼しやすくなる（図２参照）。反対に、噴霧速度が大きいと、小さい場合に比べて壁面側に到達する噴霧量が多くなる。その結果、燃焼室１１の壁面側（外側）で燃焼しやすくなる（図３参照）。

また、燃焼室１１の気流の強さを変えたときに燃焼領域がどのように変化するか、つまり気流強さに対する燃焼領域の様子（感度）は燃焼条件によって変わってくる。具体的には、燃焼条件の一つである噴霧速度が小さい場合には、大きい場合に比べて、燃焼領域は気流の影響を受けやすくなる。すなわち、図２に示すように、噴霧速度が小さい場合には、気流が強くなると燃焼領域１７２は気流の影響を受けて内側に変化する。結果、燃焼領域１７２の壁面１１１との接触面積は、気流が弱いときの燃焼領域１７１の接触面積から減少する。ただし、気流を強くすると、燃焼領域から壁面１１１への熱伝達率が、気流が弱いときから増加する。つまり、噴霧速度が小さい場合には、気流が弱くなると熱伝達率は減少するかわりに接触面積は増加し、気流が強くなると接触面積は減少するかわりに熱伝達率は増加するという、冷損の低減に関してトレードオフの関係となる。

ここで、冷損は以下の式１で表される。式１において、ｈは燃焼領域から壁面への熱伝達率を示し、Ｔは燃焼温度を示し、Ｔｗは壁面温度を示し、Ａは燃焼領域の壁面との接触面積を示している。式１に示すように、冷損は、燃焼温度Ｔと壁面温度Ｔｗの差（Ｔ−Ｔｗ）に、熱伝達率ｈと接触面積Ａとを乗算した値から求まる。よって、冷損を低減するには、熱伝達率ｈと接触面積Ａの少なくとも一方を減少させれば良い。

図２に示す噴霧速度が小さい場合には、気流を強くすることで、熱伝達率ｈが若干増加するものの、その熱伝達率の増加による冷損増加よりも、接触面積Ａが減少（壁面付近での燃焼量の減少）による冷損低減の効果のほうが大きい。よって、噴霧速度が小さい場合には、気流を強くすることでトータルとして冷損を低減できる。

他方、噴霧速度が大きい場合には、小さい場合に比べて、燃焼領域は気流の影響を受けにくくなる。すなわち、図３に示すように、噴霧速度が大きい場合には、気流が弱いときの燃焼領域１７３と、気流が強いときの燃焼領域１７４とは互いに同等の燃焼領域となっている。つまり、気流を強くしたとしても、燃焼領域１７４は内側にほとんど変化せず、結果、燃焼領域１７４の接触面積は気流が弱いときからほとんど変化しない。一方で、気流を強くすると、熱伝達率は増加する。結局、噴霧速度が大きい場合には、気流を強くすると、接触面積の減少はほとんど無く、熱伝達率が増加するので、トータルとして冷損が増加する。言い換えると、噴霧速度が大きい場合には、気流を弱くすることでトータルとして冷損を低減できる。

図５は、図２、図３を参照して説明した内容の結論を示し、詳細には、気流の強弱によって噴霧速度と熱損失（冷損）との関係がどのように変化するかを概念的に示した図である。図５において、実線は気流が強いときの噴霧速度と熱損失の関係を示し、点線は気流が弱いときの噴霧速度と熱損失の関係を示している。図５に示すように、噴霧速度が大きい領域では気流を弱くしたほうが熱損失を小さくでき、噴霧速度が小さい領域では気流を強くしたほうが熱損失を小さくできる。言い換えると、気流の強化により燃焼領域を内側に変化させることができる場合には気流を強くしたほうが熱損失を低減でき、気流の強化によっても燃焼領域を内側に変化させることができない場合には気流を弱くしたほうが熱損失を低減できる。

ＥＣＵ５０は、上述の気流制御の考え方をもとに、気流（スワール流）の強さを調整する気流調整処理を実行する。図６は、その気流調整処理のフローチャートの一例を示している。図６の処理は、例えばエンジン１０の始動と同時に開始し、以降エンジン１０が停止するまで一定間隔おきに繰り返し実行される。また、図７は、図６の処理を説明するための図であり、詳細には、噴霧速度（燃焼条件Ｓ）と燃焼領域との関係を上段に示し、噴霧速度と気流の強さの関係を中段に示し、噴霧速度と熱損失の関係を下段に示している。なお、図７の上段、下段における実線は気流が強いときを示し、点線は気流が弱いときを示している。

図６の処理を開始すると、ＥＣＵ５０は、先ず、現時点における燃焼領域を決める燃焼条件Ｓを取得する（Ｓ１１）。具体的には、例えば噴射系パラメータとして、噴射率（インジェクタ１６から噴射される燃料の単位時間当たりの噴射量）、噴射圧、噴射量（インジェクタ１６から噴射される燃料の今回の噴射期間での総噴射量）、噴射時期（燃料噴射が行われたクランク角の値）、噴射期間（燃料噴射が行われたクランク角の幅）などを取得する。また、例えば、吸気系パラメータとして、吸気圧、吸気温、吸気Ｏ２などを取得する。なお、噴射率、噴射量、噴射時期、噴射期間は、エンジン回転数やエンジン負荷（アクセルペダルの踏み込み量）などをパラメータとして最適なエンジン運転となるようにＥＣＵ５０自身が決定した値を用いれば良い。また、噴射圧、吸気圧、吸気温、吸気Ｏ２は、センサ群５２（図１参照）から入力される検出値から求めれば良い。

なお、燃焼条件Ｓとして噴霧速度を用いる場合には、Ｓ１１では、例えば以下の式２により噴霧速度ｗｆを算出する。なお、式２において、ｘｆは噴霧到達距離（インジェクタ１６の噴孔から噴霧の先端までの距離）、ｗは噴射時の速度（噴孔の位置における噴霧速度）、ρｆは燃料密度、θは噴霧角（噴霧の噴射方向）、ρａは空気密度、ｄは噴孔径を示している。

式２を用いて噴霧速度ｗｆを算出する場合には、Ｓ１１では式２中の各パラメータを取得する。この際、噴霧到達距離ｘｆは以下の式３により取得する。なお、式３中の各パラメータｗ、ρｆ、θ、ρａ、ｄは式２中の各パラメータｗ、ρｆ、θ、ρａ、ｄと同じであり、式３中のｔは時間を示している。また、噴射時の速度ｗは燃料の噴射状態（噴射率、噴射圧、噴射量など）に基づいて算出すれば良い。また、燃料密度ρｆ、空気密度ρａは、それぞれ予め定められた一定値を用いても良いし、予め定められた基本となる燃料密度、空気密度を燃料温度、燃焼室１１内の温度（吸気温）、噴射圧、吸気圧などで補正することで取得したとしても良い。また、噴霧角θ、噴孔径ｄはそれぞれ予め定められた値を用いれば良い。なお、式２、式３は、文献「和栗雄太郎、藤井勝、網谷竜夫、恒屋礼次郎、「ディーゼル機関の噴霧到達距離に関する研究」、機械学会論文集 ２５−１５６（１９５９年）、ｐ．８２０」を根拠としている。Ｓ１１の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「条件取得手段」に相当する。

次に、Ｓ１１で取得した燃焼条件Ｓに基づいて、予め定めた程度だけ気流を強化したときに燃焼領域がどの程度内側に変化するかを示した燃焼領域変化Ｂ（本発明の「第１変化程度」に相当）を算出する（Ｓ１２）。Ｓ１２の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「第１の算出手段」に相当する。Ｓ１２の処理を図７の上段のグラフ及び図８を参照して説明する。図８は、燃焼室内の燃焼領域の様子を示した図であり、詳細には気流が弱いときの燃焼領域１８１と気流が強いときの燃焼領域１８２とを示した図である。Ｓ１１で取得した燃焼条件ＳがＳ_１（図７上段参照）であるとするとその燃焼条件Ｓ_１において気流が弱いときの燃焼領域１８１と、気流が強いときの燃焼領域１８２とをそれぞれ算出（特定）する（Ｓ１２）。ここでは、例えば、燃焼室内における燃焼領域１８１、１８２の重心位置（燃焼重心）Ｐ１、Ｐ２（図８参照）を算出する。

燃焼重心Ｐ１、Ｐ２の算出方法を説明すると、例えば、Ｓ１１で取得する燃焼条件Ｓ（噴射系パラメータ、吸気系パラメータ、噴霧速度など）と燃焼重心との関係（以下、燃焼重心マップという）を、気流が弱いときと強いときのそれぞれで予め実験や計算（シミュレーション）により求めておく。つまり、図７の上段に示す関係を予め求めておく。図７上段の関係では、図２、図３で説明したように、燃焼条件Ｓとしての噴霧速度がある閾値Ｓ_０よりも小さい範囲では、気流が弱いとき（点線）に比べて強いとき（実線）のほうが燃焼領域が内側になることを示している。また、噴霧速度が閾値Ｓ_０より大きい範囲では、気流が弱いときと強いときとで燃焼領域はほとんど変化しないことを示している。

予め求めた燃焼重心マップをメモリ５１（図１参照）に記憶しておく。そして、Ｓ１２では、メモリ５１に記憶された気流が弱いときの燃焼重心マップ（図７上段の点線）に基づいて、今回の燃焼条件Ｓ_１に対応する気流が弱いときの燃焼重心Ｐ１を算出する。また、気流が強いときの燃焼重心マップ（図７上段の実線）に基づいて、今回の燃焼条件Ｓ_１に対応する気流が強いときの燃焼重心Ｐ２を算出する。

なお、燃焼重心は上記式３で示される噴霧到達距離ｘｆに相関し、具体的には、噴霧到達距離ｘｆが大きいほど燃焼重心は壁面に近づく。よって、Ｓ１２では、燃焼重心マップに代えて、式３による噴霧到達距離ｘｆに基づいて燃焼重心を算出しても良い。この際、式３の噴霧到達距離ｘｆは気流の強さの影響が考慮されていないので、式３で得られた噴霧到達距離ｘｆと気流の強弱を示す指標（例えばスワール比（燃焼室内における旋回回転数とエンジン回転数との比））との関係、つまり、気流の強弱によって噴霧到達距離ｘｆがどのように変化するかを予め調べておく。そして、その関係及び式３により得られる今回の噴霧到達距離ｘｆに基づいて、気流が弱いときの燃焼重心、気流が強いときの燃焼重心をそれぞれ算出する。

なお、上記「気流が弱いとき」とは、ＳＣＶ４１（図１参照）の開度を予め定められた開度Ｅ１（例えば全開）にしてスワール流を予め定めた強さＦ_１（図７の中段のグラフ参照）にした状態をいう。また、「気流が強いとき」とは、ＳＣＶ４１の開度を上記開度Ｅ１よりも小さい予め定められた開度Ｅ２にしてスワール流を上記強さＦ_１よりも強い予め定めた強さＦ_２（図７の中段のグラフ参照）にした状態をいう。本実施形態では、気流強さＦ_１は、気流強弱を調整可能な範囲における最小限の強さとし、気流強さＦ_２は最大限の強さとする。

本実施形態では、後述のＳ１４、Ｓ１５により気流の強さを２段階に切り替えるが、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理時では、例えば気流が弱い状態（Ｓ１５の状態。図７の中段に示す気流強さＦ_１））に制御されているものとする。この場合、Ｓ１２では、現在の気流強さＦ_１を基準として気流を強化したときにおける燃焼領域変化を算出することになる。または、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理時では、Ｓ１４、Ｓ１５の気流強さＦ_１、Ｆ_２（図７中段参照）の他に、気流強さＦ_１、Ｆ_２の間に設定される予め定められた第３の気流強さ（初期気流強さ）Ｆ_３（図７中段参照）に制御されているものとする。この場合には、現在の気流強さである初期気流強さＦ_３を基準として気流を強化したときにおける燃焼領域変化を算出することになる。

そして、Ｓ１２では、気流が弱いときの燃焼重心Ｐ１と強いときの燃焼重心Ｐ２の差（Ｐ２−Ｐ１）を気流強化による燃焼領域変化Ｂ（図７上段参照）として算出する。

なお、Ｓ１２では燃焼条件Ｓの一例として噴霧速度に基づいて燃焼領域変化Ｂを算出しても良いし、噴霧速度に加え又は噴霧速度に代えて他の燃焼条件Ｓ（噴射系パラメータ、吸気系パラメータ）に基づいて燃焼領域変化Ｂを算出しても良い。噴霧速度だけを考慮することで、比較的簡単に燃焼領域変化Ｂを得ることができる。また、噴霧速度に加えて他の燃焼条件Ｓを考慮すれば、高精度の燃焼領域変化Ｂを得ることができる。

次に、Ｓ１２で算出した燃焼領域変化Ｂが予め定められた閾値Ｂ_０（本発明の「第１閾値」に相当）より大きいか小さいかを判定する（Ｓ１３）。なお、図７上段にはこの閾値Ｂ_０を示している。Ｓ１２及びＳ１３の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「内側化判定手段」に相当する。また、Ｓ１３の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「第１の判定手段」に相当する。燃料領域変化Ｂが閾値Ｂ_０より大きい場合には（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、気流を強くする（Ｓ１４）。具体的には、気流の強さが最大限の強さＦ_２（図７中段参照）となるようにＳＣＶ４１の開度を予め定められた開度Ｅ２にする。図７の例では、燃焼条件Ｓ_１での燃焼領域変化Ｂは閾値Ｂ_０より大きくなっているので（図７上段参照）、気流は強くされる（図７中段参照）。

これによって、図２の左側に示すように、燃焼領域を燃焼室の内側に変化させることができる。言い換えると、図８に示すように、燃焼領域の燃焼重心を外側の位置Ｐ１から内側の位置Ｐ２に変化させることができる。よって、燃焼領域の壁面１１１との接触面積を減少させることができ、つまり壁面１１１付近での燃焼量を減らすことができるので、図７下段の噴霧速度がＳ_０より小さい範囲で示すように、気流を弱くしたとき（点線）に比べて熱損失（冷損）を低減できる。Ｓ１４の後、図６のフローチャートの処理を終了する。

Ｓ１３において、燃焼領域変化Ｂが閾値Ｂ_０より小さい場合には（Ｓ１３：Ｎｏ）、気流を弱くする（Ｓ１５）。具体的には、気流の強さが最小限の強さＦ_１（図７中段参照）となるようにＳＣＶ４１の開度を予め定められた開度Ｅ１にする。なお、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理時に気流強さＦ_１で制御していた場合には、Ｓ１５ではこの気流強さＦ_１に維持する。また、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理時に初期気流強さＦ_３（図７中段参照）で制御していた場合には、Ｓ１５では、気流強さＦ_３から最小限の気流強さＦ_１に切り替える。これによって、図３で説明したように、熱伝達率の増加を抑えることができるので、図７下段の噴霧速度がＳ_０より大きい範囲で示すように、気流を強くしたとき（実線）に比べて熱損失を低減できる。Ｓ１５の後、図６のフローチャートの処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、気流強化により燃焼領域を内側に変化させることができるか否かで気流の強弱を切り替えているので、熱損失を効果的に低減できる。熱損失を低減することで、燃費を向上できる。また、本実施形態では、燃焼室の壁面側を旋回するスワール流の強弱を調整するので、燃焼領域を効果的に内側に変化させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。上記実施形態では、気流強化により燃焼領域を内側に変化させることができるか否かで気流の強弱を切り替えていた。本実施形態は、気流強化による燃焼領域の内側化に加え、熱伝達率の変化も考慮して、気流の強弱を切り替える実施形態である。本実施形態のエンジンシステムの構成は、図１の構成と同じである。ＥＣＵ５０が実行する気流調整処理が第１実施形態と異なっている。以下、この気流調整処理を説明する。

図９は本実施形態の気流調整処理のフローチャートである。図９において、図６の処理を同一の処理には同一の符号を付している。図９の気流調整処理では、Ｓ１３１、Ｓ１３２の処理が追加されており、それ以外は図６の気流調整処理と同じである。図１０は、図９の処理を説明するための図であり、詳細には、噴霧速度（燃焼条件Ｓ）と燃焼領域との関係を上段に示し、噴霧速度と熱伝達率の関係を中段に示し、噴霧速度と気流の強さの関係を下段に示している。図１０上段の関係は、図７上段の関係と同じである。図１０中段における実線は気流が強いときを示し、点線は気流が弱いときを示している。図１０下段の関係は、図７中段の関係と同じである。

図９の処理を開始すると、先ず、図７の処理と同様に気流強化による燃焼領域変化Ｂが閾値Ｂ_０より大きいか小さいかを判定する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。燃焼領域変化Ｂが閾値Ｂ_０より大きい場合には（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、次に、気流強化により熱伝達率がどの程度変化（増加）するかを示した熱伝達率変化Ｃ（本発明の「第２変化程度」に相当）を算出する（Ｓ１３１）。なお、Ｓ１３１の気流強化の程度は、Ｓ１２の気流強化の程度と同じである。このＳ１３１の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「第２の算出手段」に相当する。Ｓ１３１の処理を図１０中段のグラフを参照して説明する。

図１０中段において、図２、図３で説明したように、気流が強いときの熱伝達率（実線）は、気流が弱いときの熱伝達率（点線）に比べて大きい。また、気流の強弱にかかわらず、燃焼条件Ｓ（図１０では噴霧速度）に応じて熱伝達率は変化する。図１０では、燃焼条件Ｓとしての噴霧速度が大きくなるほど、熱伝達率が大きくなっていく例を示している。燃焼条件Ｓに対する熱伝達率の変化の様子が、気流が強いときと弱いときとで異なる。そのため、気流強化による熱伝達率変化Ｃは燃焼条件Ｓによって変わってくる。

Ｓ１３１では、気流が弱いとき（現在の気流強さのとき（最下限の気流強さＦ_１にしたとき又は初期気流強さＦ_３のとき（図１０下段参照）））における熱伝達率ｈ_１と、気流が強いとき（最大限の気流強さＦ_２（図１０下段参照））における熱伝達率ｈ_２とをそれぞれ算出する。熱伝達率の算出方法を説明すると、例えば、燃焼条件Ｓと熱伝達率との関係（以下、熱伝達率マップという）を、気流が弱いときと強いときのそれぞれで予め実験や計算により求めておく。つまり、図１０の中段に示す関係を予め求めておく。求めた熱伝達率マップをメモリ５１（図１参照）に記憶しておく。

そして、Ｓ１３１では、メモリ５１に記憶された気流が弱いときの熱伝達率マップ（図１０中段の点線）に基づいて、今回の燃焼条件Ｓ_１に対応する気流が弱いときの熱伝達率ｈ_１を算出する。また、気流が強いときの熱伝達率マップ（図１０中段の実線）に基づいて、今回の燃焼条件Ｓ_１に対応する気流が強いときの熱伝達率ｈ_２を算出する。そして、算出した２つの熱伝達率ｈ_１、ｈ_２の差（ｈ_２−ｈ_１）を気流強化による熱伝達率変化Ｃとして算出する。

なお、熱伝達率は、図１０中段で示すように噴霧速度に相関すると考えられるので、Ｓ１３１では、熱伝達率マップに代えて、式２による噴霧速度ｗｆに基づいて熱伝達率を算出しても良い。この際、式２による噴霧速度ｗｆは気流の強さの影響が考慮されていないので、式２で得られた噴霧速度ｗｆと気流の強弱を示す指標（例えばスワール比）との関係、つまり、気流の強弱によって噴霧速度ｗｆがどのように変化するかを予め調べておく。そして、その関係及び今回の噴霧速度に基づいて気流が弱いときの熱伝達率、気流が強いときの熱伝達率をそれぞれ算出する。

なお、Ｓ１３１では燃焼条件Ｓの一例として噴霧速度に基づいて熱伝達率変化Ｃを算出しても良いし、噴霧速度に加え又は噴霧速度に代えて他の燃焼条件Ｓ（噴射系パラメータ、吸気系パラメータ）に基づいて熱伝達率変化Ｃを算出しても良い。噴霧速度だけを考慮することで、比較的簡単に熱伝達率変化Ｃを得ることができる。また、噴霧速度に加えて他の燃焼条件Ｓを考慮すれば、高精度の熱伝達率変化Ｃを得ることができる。

次に、熱伝達率変化Ｃを燃焼領域変化Ｂで除算した値（以下、除算値Ｃ／Ｂという）が予め定められた閾値Ｃ_０より小さいか大きいかを判定する（Ｓ１３２）。このＳ１３２の処理を言い換えると、熱伝達率変化Ｃが、閾値Ｃ_０と燃焼領域変化Ｂとの積（＝Ｃ_０×Ｂ）より小さいか大きいかを判定する。この積Ｃ_０×Ｂは、本発明の「第２閾値」に相当し、燃焼領域変化Ｂが大きくなるほど大きくなる値である。なお、Ｓ１３２では、気流強化により、上記式１中の接触面積Ａの減少量と、熱伝達率ｈの増加量のどちらが大きいかを判定することを意味する。このＳ１３２の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「第２の判定手段」に相当する。

除算値Ｃ／Ｂが閾値Ｃ_０より小さい場合には（Ｓ１３２：Ｙｅｓ）、今回の熱伝達率変化Ｃに基づく熱損失の増加量は、今回の燃焼領域変化Ｂに基づく熱損失の減少量よりも小さいとして、気流の強化を許可する（Ｓ１４）。これによって、気流強化によって熱伝達率が増加するものの、その増加による熱損失は小さいので、トータルとして熱損失を低減できる。

これに対し、除算値Ｃ／Ｂが閾値Ｃ_０より大きい場合には（Ｓ１３２：Ｎｏ）、今回の熱伝達率変化Ｃに基づく熱損失の増加量は、今回の燃焼領域変化Ｂに基づく熱損失の減少量よりも大きいとして、気流の強化を禁止する（Ｓ１５）。つまり、気流を弱くし、又は現在の気流の強さを維持する（Ｓ１５）。これによって、気流を強化したときに比べて、熱伝達率の増加を抑えることができるので熱損失を低減できる。

以上、本実施形態によれば、気流強化による燃焼領域の内側化に加えて、気流強化による熱伝達率の増加も考慮して気流の強弱を切り替えているので、より精度よく熱損失を低減できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。上記実施形態では、気流強化による燃焼領域変化を実際に算出し、算出した燃焼領域変化に基づいて燃焼領域を内側に変化させることができるか否かを判定していた。本実施形態は、気流強化による燃焼領域変化の算出を省略し、噴霧速度の大小で燃焼領域を内側に変化させることができるか否かを判定する実施形態である。本実施形態のエンジンシステムの構成は、図１の構成と同じである。ＥＣＵ５０が実行する気流調整処理が上記実施形態と異なっている。以下、この気流調整処理を説明する。

図１１は本実施形態の気流調整処理のフローチャートである。また、図１２は、図１１の処理を説明するための図であり、詳細には、噴霧速度ｗｆと燃焼領域との関係を上段に示し、噴霧速度と気流の強さの関係を下段に示している。図１２上段では気流が強いときを実線で示し、弱いときを点線で示している。図１１の処理を開始すると、先ず、上記式２により噴霧速度ｗｆを算出する（Ｓ２１）。すなわち、Ｓ２１では、式２中の各パラメータｗ、ρｆ、θ、ρａ、ｄ、ｘｆを取得して、取得した各パラメータを式２に代入することで噴霧速度ｗｆを算出する。なお、Ｓ２１の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「条件取得手段」に相当する。

次に、Ｓ２１で算出した噴霧速度ｗｆが予め定められた閾値ｗ_０（本発明の「噴霧閾値」に相当）より小さいか大きいかを判定する（Ｓ２２）。図１２上段のグラフにはこの閾値ｗ_０を示している。Ｓ２２の処理では、噴霧速度ｗｆに応じて燃焼領域が図１２上段のグラフのように変化すると仮定している。すなわち、図１２上段に示すように、噴霧速度ｗｆが閾値ｗ_０よりも小さい範囲では、気流の強化により燃焼領域を内側に変化させることができると仮定している。また、噴霧速度ｗｆが閾値ｗ_０よりも大きい範囲では、気流強化したとしても燃焼領域を内側に変化させることができないと仮定している。なお、Ｓ２２の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「内側化判定手段」に相当する。

Ｓ２２において、噴霧速度ｗｆが閾値ｗ_０よりも小さい場合には（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、気流強化により燃焼領域を内側に変化させることができるとして、気流を強くする（Ｓ２３）。具体的には、図１２の下段に示すように、気流を最大限の強さＦ_２に切り替える（Ｓ２３）。これによって、燃焼領域を内側に変化させることができ、結果、熱損失を低減できる。Ｓ２３の後、図１１のフローチャートの処理を終了する。

これに対し、噴霧速度ｗｆが閾値ｗ_０よりも大きい場合には（Ｓ２２：Ｎｏ）、気流強化により燃焼領域を内側に変化させることができないとして、気流を弱くする（Ｓ２４）。具体的には、現在の気流強さが初期気流強さＦ_３（図１２下段参照）の場合には、その初期気流強さＦ_３から最小限の気流強さＦ_１に切り替える（Ｓ２４）。または、現在の気流強さが最小限の気流強さＦ_１の場合には、その気流強さＦ_１に維持する（Ｓ２４）。これによって、気流を強くしたときに比べて熱伝達率の増加を抑えることができるので、熱損失を低減できる。Ｓ２４の後、図１１のフローチャートの処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、気流強化による燃焼領域の内側化の判定として、噴霧速度の大小だけを判定しているので、燃焼領域変化の算出を省略でき、簡単に燃焼領域の内側化を判定できる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。上記実施形態では、熱損失の低減を考慮して気流の強弱を切り替えていたが、本実施形態は、熱損失の低減に加えてスモーク（煤、ＮＯｘ等のエミッション）の低減も考慮して気流の強弱を切り替える実施形態である。また、上記実施形態では、気流の強さを２段階で切り替えていたが、本実施形態は、気流の強弱を２段階より多い多段階で切り替える実施形態である。本実施形態のエンジンシステムの構成は、図１の構成と同じである。ＥＣＵ５０が実行する気流調整処理が上記実施形態と異なっている。以下、この気流調整処理を説明する。

図１３は本実施形態の気流調整処理のフローチャートである。また、図１４は、図１３の処理を説明するための図であり、詳細には、噴霧速度（燃焼条件Ｓ）と燃焼領域との関係を最上段に示し、噴霧速度と壁面燃焼強さＤ（又は燃焼重心）との関係を２段目に示し、噴霧速度と気流の強さを３段目に示し、噴霧速度とスモークとの関係を最下段に示している。なお、図１４の最上段、２段目、最下段における実線２０１、２１１、２４１は気流が強いときを示し、粗い点線２０２、２１２、２４２は気流が弱いときを示し、細かい点線２０３、２１３、２４３は気流の強さが中程度（気流が強いときと弱いときの中間）のときを示している。

図１３の処理を説明する前に、図１４を説明すると、図１４の最上段に示すように、燃焼条件Ｓとしての噴霧速度がある値Ｓ_０より小さい範囲では、気流強化により燃焼領域を内側に変化させることができる。詳細には、気流弱（粗点線２０２）→気流中（細点線２０３）→気流強（実線２０１）の順に燃焼領域が内側に変化していく。

また、気流強さが変わると、壁面付近での燃焼の強さＤ（以下、壁面燃焼強さという）がどのように変わるかは、図１４の２段目に示すように、噴霧速度がある値Ｓ_０より小さい範囲では、気流弱（粗点線２１２）→気流中（細点線２１３）→気流強（実線２１１）の順に壁面燃焼強さＤが小さくなっていく。これは、気流が強くなるほど燃焼領域が内側に変化するためである。また、噴霧速度がある値Ｓ_０より大きい範囲では、気流強化によっても燃焼領域は内側に変化しないので（図１４の最上段参照）、壁面燃焼強さＤも気流の強弱によってはほとんど変化しない。

なお、燃焼領域の重心（燃焼重心）が燃焼室の内側になるほど壁面燃焼強さＤは小さくなる。つまり、壁面燃焼強さＤは燃焼重心に相関する。よって、図１４の２段目の縦軸は、壁面燃焼強さＤに代えて燃焼重心であらわすこともできる。この燃焼重心の縦軸では、上にいくほど、燃焼重心が壁面側（外側）に近づくことを示している。縦軸を燃焼重心であらわした場合、気流弱（粗点線２１２）→気流中（細点線２１３）→気流強（実線２１１）の順に燃焼重心が内側になっていく。

一方、図１４の最下段に示すように、気流の強弱によってスモークの発生量が変わってくる。具体的には、気流が弱すぎると燃焼室内において燃料噴霧と空気との混合が不十分となり、これによりスモークの発生量が多くなる。他方、気流が強すぎると、燃料噴霧同士が干渉（衝突）してしまい、これによりスモークの発生量が多くなる。よって、スモークの発生を抑えるためには、気流は弱過ぎでもなく、強過ぎでもない、中間の気流強さが好ましい。そのために、図１４の最下段では、気流弱（粗点線２４２）→気流強（実線２４１）→気流中（細点線２４３）の順にスモークの発生量が少なくなることを示している。

さらに、壁面燃焼強さＤがある程度小さい範囲では、気流強化によって燃焼領域を内側にできたとしても熱損失はほとんど改善しなくなる。以上を踏まえて、図１３の処理では、熱損失がほとんど改善しなくなる壁面燃焼強さＤの範囲内（図１４の２段目において閾値Ｄ_０のライン２２０より小さい範囲）では、スモーク抑制のために気流強化を禁止している。

すなわち、図１３の処理を開始すると、先ず、図６のＳ１１と同様に燃焼条件Ｓを取得する（Ｓ３１）。なお、Ｓ３１の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「条件取得手段」に相当する。次に、図６のＳ１２と同様に、燃焼条件Ｓに基づいて気流強化による燃焼領域変化Ｂを算出する（Ｓ３２）。このＳ３２の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「第１の算出手段」に相当する。次に、図６のＳ１３と同様に、燃焼領域変化Ｂが予め定められた閾値Ｂ_０より大きいか小さいかを判定する（Ｓ３３）。なお、図１４の最上段にはこの閾値Ｂ_０を示している。Ｓ３２及びＳ３３の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「内側化判定手段」に相当する。また、Ｓ３３の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「第１の判定手段」に相当する。燃焼領域変化Ｂが閾値Ｂ_０より小さい場合には（Ｓ３３：Ｎｏ）、図６のＳ１５と同様に、気流を弱くし、又は現在の気流の強さを維持する（Ｓ３６）。つまり、図１４の３段目に示すように、気流を最小限の強さＦ_１に切り替える。

燃焼領域変化Ｂが閾値Ｂ_０より大きい場合には（Ｓ３３：Ｙｅｓ）、Ｓ３１で取得した燃焼条件Ｓに基づいて壁面燃焼強さＤが予め定められた閾値Ｄ_０（本発明の「第３閾値」に相当）になる気流の強さ（以下、閾値気流強さという）を設定する（Ｓ３４）。図１４の２段目にはこの閾値Ｄ_０のライン２２０を示している。閾値Ｄ_０は、壁面燃焼強さＤが十分小さいことにより気流を強化したとしても熱損失がほとんど改善しなくなる壁面燃焼強さＤの範囲の上限値である。

閾値気流強さは噴霧速度等の燃焼条件Ｓによって変化する。そのため、閾値気流強さを設定するために、例えば、燃焼条件Ｓと壁面燃焼強さＤの関係（以下、壁面燃焼マップという）を気流の強さごとに予め実験や計算により求めておく。図１４の２段目では、気流の強さを強、中、弱の３段階に分けたときの燃焼条件Ｓと壁面燃焼強さＤの関係を例示しているが、ここでは、さらに細かく気流強さを変化させたときの燃焼条件Ｓと壁面燃焼強さＤの関係を調べる。そして、調べたその関係（気流強さごとの燃焼条件Ｓと壁面燃焼強さＤの関係）を壁面燃焼マップとしてメモリ５１（図１参照）に記憶しておく。なお、壁面燃焼強さＤとして、例えば燃焼室での全体の燃焼量に対する壁面付近（壁面から所定距離以内の範囲）での燃焼量の割合を算出しても良いし、壁面付近での燃焼量そのものを算出しても良い。

そして、Ｓ３４では、メモリ５１に記憶された壁面燃焼マップを参照して、今回の燃焼条件Ｓにおいて壁面燃焼強さＤが閾値Ｄ_０となる気流強さを読み取って、読み取ったその気流強さを閾値気流強さとして設定する。

なお、Ｓ３４で設定する閾値気流強さと燃焼条件Ｓ（噴霧速度）との関係は、例えば図１４の３段目のライン２３０で示される。このライン２３０で示す関係は、噴霧速度がある値Ｓ_０（燃焼領域変化Ｂが閾値Ｂ_０となる噴霧速度）より小さい範囲に設定される。ライン２３０における閾値気流強さは、噴霧速度Ｓ_０で最大値Ｆ_２となり、噴霧速度が小さくなるにしたがって次第に小さくなっていく。Ｓ３４では、このライン２３０で示される燃焼条件Ｓ（噴霧速度）と閾値気流強さの関係を実験や計算により予め求めてメモリ５１に記憶しておき、この関係に基づいて今回の燃焼条件Ｓに対応する閾値気流強さを設定することを意味する。

なお、上述したように、壁面燃焼強さＤは燃焼重心に相関するので、Ｓ３４では、燃焼重心がある閾値Ｄ_０となる気流強さを設定しても良い。この場合、燃焼重心が閾値Ｄ_０より小さくなると（内側になると）、気流を強化したとしても熱損失がほとんど改善しないことを意味する。燃焼重心は図６のＳ１２で説明したように算出すれば良い。このＳ３４の処理を実行するＥＣＵ５０が本発明の「禁止手段」、「気流設定手段」に相当する。

次に、Ｓ３４で設定した閾値気流強さまで気流が強くなるように、ＳＣＶ４１の開度を調整する（Ｓ３５）。これによって、気流強化をしなかった場合に比べて燃焼領域を内側に変化させることができるので熱損失を低減できる。加えて、気流を最大限の強さＦ_２にした場合に比べて、熱損失の低減量を同等にできるとともに、噴霧同士の干渉を抑えることができ、結果、スモークの発生を低減できる（図１４の最下段参照）。また、Ｓ３５では、燃焼条件Ｓに応じて気流強さを多段階で調整していることになる。Ｓ３５の後、図１３のフローチャートの処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて、気流の強弱調整により熱損失の低減とスモークの低減の両立を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ＳＣＶにより気流（スワール流）の強弱を調整していたが、他の方法によりスワール流の強弱を調整しても良い。具体的には例えば吸気バルブ１４の開閉タイミングや開度を、スワール生成ポート１２とタンブル生成ポート１３の間で異ならせることで、スワール流の強弱を調整しても良い。例えば、タンブル生成ポート１３の吸気バルブ１４の開度を、スワール生成ポート１２の吸気バルブ１４の開度より小さくするなどで、スワール流を強くすることができる。吸気バルブ１４でスワール流の強弱を調整することで、ＳＣＶを省略できる。また、特許文献１のようにスワール生成ポート（主ポート）の終端部近くに角度を持って接続された副ポートを配置し、この副ポートからの流量を調整することでスワール流の強弱を調整しても良い。

また、上記第１実施形態、第２実施形態、第４実施形態では、気流強化による燃焼領域変化として燃焼重心の変化量を見ていたが、燃焼重心以外の指標（例えば式３による噴霧到達距離）の変化量を燃焼領域変化としても良い。また、上記各実施形態を組み合わせても良い。具体的には例えば第２実施形態と第４実施形態とを組み合わせても良い。この場合、例えば図９の処理において、Ｓ１３２の後に図１３のＳ３４の処理を追加する。また、図１３のＳ３１〜Ｓ３３の処理に代えて図１１のＳ２１、Ｓ２２の処理を実行しても良い。つまり、噴霧速度の大小で気流強化による内側化を判定し、内側にできる場合にはＳ３４、Ｓ３５により閾値気流強さとなるように気流を調整する。

また、上記実施形態では、スワール生成ポートとタンブル生成ポートの両方を備えたシステムに本発明を適用した例を説明したが、スワール生成ポートのみが設けられたシステムや、通常の吸気ポート（スワール流、タンブル流として吸入しない吸気ポート）が設けられたシステムに本発明を適用しても良い。また、図９のＳ１３２では、熱伝達率変化Ｃを燃焼領域変化Ｂで除算した値が閾値Ｃ_０より小さいか大きいかを判定していたが、単純に、熱伝達率変化Ｃが閾値より小さいか大きいかを判定しても良い。これによっても、熱伝達率が大幅に増加する気流強化を防止でき、熱損失の増加を防止できるとともに、簡単に熱伝達率を考慮した気流調整をすることができる。

また、上記第１〜第３実施形態では、気流強化により燃焼領域を内側にできる場合には、気流を最大限に強さに切り替えていたが、現在の気流強さよりも強化することを条件に、最大限より小さい強さに調整しても良い。同様に、気流強化により燃焼領域にできない場合には、現在の気流強さよりも弱くし又は維持することを条件に、気流を最小限よりも大きい強さに調整しても良い。

１ エンジンシステム
１０ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１ 燃焼室
４１ スワールコントロールバルブ
５０ ＥＣＵ

Claims (9)

1. 内燃機関（１０）の燃焼室（１１）の気流の強さを調整する調整手段（４１、５０）と、
   前記燃焼室に供給された燃料噴霧の燃焼領域を決める条件を取得する条件取得手段（Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１）と、
   前記条件取得手段が取得した条件に基づいて、前記燃焼室の気流の強化により燃焼領域を前記燃焼室内の内側に変化させることができるか否かの内側化判定を行う内側化判定手段（Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ３３）とを備え、
   前記調整手段（Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ３５、Ｓ３６）は、前記内側化判定手段により燃焼領域を内側に変化させることができると判定された場合には前記燃焼室の気流を強くし、燃焼領域を内側に変化させることができないと判定された場合には前記燃焼室の気流を弱くし又は気流の強さを維持することを特徴とする内燃機関の気流制御装置。
2. 前記内側化判定手段は、
   前記燃焼室の気流の強化による燃焼領域の変化の程度である第１変化程度を前記条件に基づいて算出する第１の算出手段（Ｓ１２、Ｓ３２）と、
   前記内側化判定として前記第１変化程度が予め定められた第１閾値より大きいか小さいかを判定する第１の判定手段（Ｓ１３、Ｓ３３）とを備え、
   前記調整手段（Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ３５、Ｓ３６）は、前記第１変化程度が前記第１閾値より大きい場合に前記燃焼室の気流を強くし、前記第１変化程度が前記第１閾値より小さい場合に前記燃焼室の気流を弱くし又は気流の強さを維持することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の気流制御装置。
3. 前記条件取得手段は、前記燃焼室に供給された燃料の噴霧速度を前記条件として取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の気流制御装置。
4. 前記条件取得手段（Ｓ２１）は、前記燃焼室に供給された燃料の噴霧速度を前記条件として取得し、
   前記内側化判定手段（Ｓ２２）は、前記内側化判定として前記噴霧速度が予め定められた噴霧閾値より小さいか大きいかを判定し、
   前記調整手段（Ｓ２３、Ｓ２４）は、前記噴霧速度が前記噴霧閾値より小さい場合に前記燃焼室の気流を強くし、前記噴霧速度が前記噴霧閾値より大きい場合に前記燃焼室の気流を弱くし又は気流の強さを維持することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の気流制御装置。
5. 前記燃焼室の気流の強化による前記燃焼室内の燃焼領域から前記燃焼室の壁面への熱伝達率の変化の程度である第２変化程度を前記条件に基づいて算出する第２の算出手段（Ｓ１３１）と、
   前記第２変化程度が第２閾値より小さいか大きいかを判定する第２の判定手段（Ｓ１３２）とを備え、
   前記調整手段（Ｓ１４、Ｓ１５）は、前記第１変化程度が前記第１閾値より大きい場合には前記第２変化程度が前記第２閾値より小さいことを条件に前記燃焼室の気流を強くし、前記第２変化程度が前記第２閾値より大きい場合には前記第１変化程度が前記第１閾値より大きい場合であっても気流を弱くし又は気流の強さを維持することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の気流制御装置。
6. 前記第２閾値は、前記第１変化程度が大きいほど大きくなる値であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の気流制御装置。
7. 前記内側化判定手段により燃焼領域を内側に変化させることができると判定された場合に、前記燃焼室の壁面付近の燃焼の強さである壁面燃焼強さ又はそれに相関する値が予め定められた第３閾値より小さくなる前記調整手段による気流の強化を禁止する禁止手段（Ｓ３４）を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の気流制御装置。
8. 前記禁止手段は、前記壁面燃焼強さ又はそれに相関する値が前記第３閾値となる気流の強さを設定する気流設定手段であり、
   前記調整手段（Ｓ３５）は、前記内側化判定手段により燃焼領域を内側に変化させることができると判定された場合には、前記気流設定手段により設定された気流の強さに調整することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の気流制御装置。
9. 前記調整手段は、前記燃焼室内に生じるスワール流の強さを調整することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の気流制御装置。
   

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