JP6206285B2 - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関 Download PDF

Info

Publication number
JP6206285B2
JP6206285B2 JP2014062292A JP2014062292A JP6206285B2 JP 6206285 B2 JP6206285 B2 JP 6206285B2 JP 2014062292 A JP2014062292 A JP 2014062292A JP 2014062292 A JP2014062292 A JP 2014062292A JP 6206285 B2 JP6206285 B2 JP 6206285B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow velocity
ignition
gas flow
range
tumble
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014062292A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015072003A (ja
Inventor
森　幸生
幸生 森
幸四郎 木村
幸四郎 木村
里志 津田
里志 津田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2014062292A priority Critical patent/JP6206285B2/ja
Priority to US14/916,658 priority patent/US10690084B2/en
Priority to PCT/IB2014/001701 priority patent/WO2015033205A1/en
Priority to EP14786255.1A priority patent/EP3042058A1/en
Priority to CN201480048970.7A priority patent/CN105518271B/zh
Publication of JP2015072003A publication Critical patent/JP2015072003A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6206285B2 publication Critical patent/JP6206285B2/ja
Priority to US16/037,533 priority patent/US10774777B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D43/00—Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/04—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors
    • F02B31/06—Movable means, e.g. butterfly valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00—Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001—Electric control of rotation speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/025—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures
    • F02D35/026—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures using an estimation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/045—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions combined with electronic control of other engine functions, e.g. fuel injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B2023/106—Tumble flow, i.e. the axis of rotation of the main charge flow motion is horizontal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B2031/006—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder having multiple air intake valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/12—Other methods of operation
    • F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/0015—Controlling intake air for engines with means for controlling swirl or tumble flow, e.g. by using swirl valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

この発明は、内燃機関に係り、特に、火花点火式の内燃機関に関する。
従来、例えば特許文献１には、筒内にタンブル流を生じさせるタンブル流コントロールバルブを備える内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、スロットルバルブよりも上流側に設けられた第１エアフローメータの検出値と、タンブルコントロールバルブの直下に設けられた第２エアフローメータの検出値とに基づいて、推定タンブル比が算出される。そして、算出された推定タンブル比が目標タンブル比に追従するようにタンブルコントロールバルブの開度のフィードバック制御が行われる。目標タンブル比は、失火や燃焼不安定を回避するための許容制御範囲内に設定される。
特開２０１２−０２１５０１号公報 特開２００５−１７１８１５号公報 特開２００８−３０３７９８号公報
タンブル比（タンブル流の流速／エンジン回転速度）を一定範囲内に制御したとしても、エンジン回転速度が変化すると、タンブル流の流速が変化することになる。理論空燃比よりも高い空燃比での運転時もしくはＥＧＲガスを多く含んだ空気を燃焼させるＥＧＲ運転時のように、混合気の燃料濃度が低い条件で行われるリーンバーン運転では、点火時における点火プラグの周囲のガス流速が高過ぎても低過ぎても安定した着火が得にくくなる。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、混合気の燃料濃度が低い条件で行われるリーンバーン運転における混合気の着火性向上に資する内燃機関を提供することを目的とする。
第１の発明は、混合気に点火するための点火プラグを備え、第１運転領域においてはリーンバーン運転を行い、第２運転領域においては前記リーンバーン運転時よりも低い空燃比での運転を行う火花点火式の内燃機関であって、
前記第１運転領域における第１エンジン回転速度領域では、前記第２運転領域における第２エンジン回転速度領域と比べて、エンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合が小さくなるように筒内のガス流動を制御するガス流動制御手段を備え、
前記ガス流動制御手段は、筒内の空燃比、前記点火プラグに供給される点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のうちの少なくとも１つに応じて、前記第１エンジン回転速度領域におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合を変更することを特徴とする。
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ガス流動制御手段は、筒内の空燃比が高いほど、前記第１エンジン回転速度領域におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合を小さくすることを特徴とする。
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ガス流動制御手段は、点火エネルギーが低いほど、前記第１エンジン回転速度領域におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合を小さくすることを特徴とする。
また、第４の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記ガス流動制御手段は、ＥＧＲ率が高いほど、前記第１エンジン回転速度領域におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合を小さくすることを特徴とする。
また、第５の発明は、第１〜第４の発明の何れか１つにおいて、
前記ガス流動制御手段は、筒内温度が低いほど、前記第１エンジン回転速度領域におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合を小さくすることを特徴とする。
また、第６の発明は、第２の発明において、
前記ガス流動制御手段は、前記第１エンジン回転速度領域内の同一エンジン回転速度で比較したときに、筒内の空燃比が高いほど、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速を低下させることを特徴とする。
また、第７の発明は、第３の発明において、
前記ガス流動制御手段は、前記第１エンジン回転速度領域内の同一エンジン回転速度で比較したときに、点火エネルギーが低いほど、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速を低下させることを特徴とする。
また、第８の発明は、第４の発明において、
前記ガス流動制御手段は、前記第１エンジン回転速度領域内の同一エンジン回転速度で比較したときに、ＥＧＲ率が高いほど、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速を低下させることを特徴とする。
また、第９の発明は、第５の発明において、
前記ガス流動制御手段は、前記第１エンジン回転速度領域内の同一エンジン回転速度で比較したときに、筒内温度が低いほど、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速を低下させることを特徴とする。
また、第１０の発明は、
混合気に点火するための点火プラグを備える火花点火式の内燃機関であって、
リーンバーン運転領域における少なくとも一部の回転速度領域において、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速が筒内の空燃比、前記点火プラグに供給される点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のうちの少なくとも１つに基づいて定まる流速範囲内に収まるように筒内のガス流動を制御するガス流動制御手段を備え、
前記流速範囲は、筒内の空燃比が高いほど狭いことを特徴とする。
また、第１１の発明は、第１０の発明において、
前記流速範囲は、点火エネルギーが低いほど狭いことを特徴とする。
また、第１２の発明は、第１０または第１１の発明において、
前記流速範囲は、ＥＧＲ率が高いほど狭いことを特徴とする。
また、第１３の発明は、第１０〜第１２の発明の何れか１つにおいて、
前記流速範囲は、筒内温度が低いほど狭いことを特徴とする。
また、第１４の発明は、第１０の発明において、
前記流速範囲は、混合気の着火遅れと点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速との関係において前記着火遅れが最小となるガス流速値を基準として低流速側に位置する低流速側範囲と、前記ガス流速値を基準として高流速側に位置する高流速側範囲とを含み、
前記流速範囲は、前記低流速側範囲の縮小量よりも前記高流速側範囲の縮小量が大きくなる態様で、筒内の空燃比が高いほど、より大きく縮小されることを特徴とする。
また、第１５の発明は、第１１の発明において、
前記流速範囲は、混合気の着火遅れと点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速との関係において前記着火遅れが最小となるガス流速値を基準として低流速側に位置する低流速側範囲と、前記ガス流速値を基準として高流速側に位置する高流速側範囲とを含み、
前記流速範囲は、前記低流速側範囲の縮小量よりも前記高流速側範囲の縮小量が大きくなる態様で、点火エネルギーが低いほど、より大きく縮小されることを特徴とする。
また、第１６の発明は、第１２の発明において、
前記流速範囲は、混合気の着火遅れと点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速との関係において前記着火遅れが最小となるガス流速値を基準として低流速側に位置する低流速側範囲と、前記ガス流速値を基準として高流速側に位置する高流速側範囲とを含み、
前記流速範囲は、前記低流速側範囲の縮小量よりも前記高流速側範囲の縮小量が大きくなる態様で、ＥＧＲ率が高いほど、より大きく縮小されることを特徴とする。
また、第１７の発明は、第１３の発明において、
前記流速範囲は、混合気の着火遅れと点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速との関係において前記着火遅れが最小となるガス流速値を基準として低流速側に位置する低流速側範囲と、前記ガス流速値を基準として高流速側に位置する高流速側範囲とを含み、
前記流速範囲は、前記低流速側範囲の縮小量よりも前記高流速側範囲の縮小量が大きくなる態様で、筒内温度が低いほど、より大きく縮小されることを特徴とする。
また、第１８の発明は、
混合気に点火するための点火プラグを備える火花点火式の内燃機関であって、
リーンバーン運転領域における少なくとも一部の回転速度領域において、筒内の空燃比が高いほど、前記点火プラグに供給される点火エネルギーが低いほど、ＥＧＲ率が高いほど、または、筒内温度が低いほど、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速が低下するように筒内のガス流動を制御するガス流動制御手段を備えることを特徴とする。
第１の発明によれば、本発明における筒内のガス流動の制御が行われない場合と比べ、リーンバーン運転が行われる第１運転領域における第１エンジン回転速度領域において、点火時の点火プラグの周囲のガス流速を着火に適した範囲内に収め易くすることができる。このため、混合気の燃料濃度が低い条件で行われるリーンバーン運転における混合気の着火性向上に資する内燃機関を提供できるようになる。また、本発明によれば、着火性を良好に確保できるガス流速が筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度に応じて変化する特性を有していることに着目して、これらのパラメータの変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速を適切に制御できるようになる。
第２の発明によれば、筒内の空燃比の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速を適切に制御できるようになる。
第３の発明によれば、点火エネルギーの変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速を適切に制御できるようになる。
第４の発明によれば、ＥＧＲ率の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速を適切に制御できるようになる。
第５の発明によれば、筒内温度の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速を適切に制御できるようになる。
第６の発明によれば、着火性を良好に確保するための点火時の点火プラグの周囲のガス流速の適正値が筒内の空燃比が高いほど低流速側に変化する特性を有していることに着目して、筒内の空燃比の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速をより適切に制御できるようになる。
第７の発明によれば、着火性を良好に確保するための点火時の点火プラグの周囲のガス流速の適正値が点火エネルギーが低いほど低流速側に変化する特性を有していることに着目して、点火エネルギーの変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速をより適切に制御できるようになる。
第８の発明によれば、着火性を良好に確保するための点火時の点火プラグの周囲のガス流速の適正値がＥＧＲ率が高いほど低流速側に変化する特性を有していることに着目して、ＥＧＲ率の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速をより適切に制御できるようになる。
第９の発明によれば、着火性を良好に確保するための点火時の点火プラグの周囲のガス流速の適正値が筒内温度が低いほど低流速側に変化する特性を有していることに着目して、筒内温度の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速をより適切に制御できるようになる。
第１０の発明によれば、着火性を良好に確保できるガス流速の範囲が筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度に応じて変化する特性を有していることに着目して、これらのパラメータの変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速を適切に制御できるようになる。このため、混合気の燃料濃度が低い条件で行われるリーンバーン運転における混合気の着火性向上に資する内燃機関を提供できるようになる。また、本発明によれば、筒内の空燃比の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速の範囲を適切に設定できるようになる。
第１１の発明によれば、点火エネルギーの変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速の範囲を適切に設定できるようになる。
第１２の発明によれば、ＥＧＲ率の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速の範囲を適切に設定できるようになる。
第１３の発明によれば、筒内温度の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速の範囲を適切に設定できるようになる。
第１４の発明によれば、着火性を良好に確保できる点火プラグの周囲のガス流速の範囲と筒内の空燃比との関係をより正確に捉えつつ、筒内の空燃比の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速をより適切に制御できるようになる。
第１５の発明によれば、着火性を良好に確保できる点火プラグの周囲のガス流速の範囲と点火エネルギーとの関係をより正確に捉えつつ、点火エネルギーの変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速をより適切に制御できるようになる。
第１６の発明によれば、着火性を良好に確保できる点火プラグの周囲のガス流速の範囲とＥＧＲ率との関係をより正確に捉えつつ、ＥＧＲ率の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速をより適切に制御できるようになる。
第１７の発明によれば、着火性を良好に確保できる点火プラグの周囲のガス流速の範囲と筒内温度との関係をより正確に捉えつつ、筒内温度の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速をより適切に制御できるようになる。
第１８の発明によれば、着火性を良好に確保するための点火時の点火プラグの周囲のガス流速の適正値が、筒内の空燃比が高いほど、点火エネルギーが低いほど、ＥＧＲ率が高いほど、または、筒内温度が低いほど低流速側に変化する特性を有していることに着目して、筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率、または筒内温度の変化に対応して点火時の点火プラグの周囲のガス流速を適切に制御できるようになる。このため、混合気の燃料濃度が低い条件で行われるリーンバーン運転における混合気の着火性向上に資する内燃機関を提供できるようになる。
本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための模式図である。 混合気の着火遅れと点火プラグの周囲のガス流速と混合気の燃料濃度との関係を表した図である。 放電切れが発生したケースにおける放電期間中の放電火花の挙動を時系列で表した図である。 本発明の実施の形態１における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 ＴＣＶによるタンブル比の制御によって点火時のプラグ近傍流速を制御する手法を説明するための図である。 筒内の空燃比の変化を考慮した点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 混合気の着火遅れと点火プラグの周囲のガス流速と点火エネルギーとの関係を表した図である。 点火エネルギーの変化を考慮した点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 混合気の着火遅れと点火プラグの周囲のガス流速とＥＧＲ率との関係を表した図である。 ＥＧＲ率の変化を考慮した点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 混合気の着火遅れと点火プラグの周囲のガス流速と筒内温度との関係を表した図である。 筒内温度の変化を考慮した点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 第１エンジン回転速度領域Ｒ１において制御される点火時のプラグ近傍流速の各種態様を表した図である。 本発明の実施の形態２における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 通常のタンブル形状の特徴を説明するための図である。 ωタンブル形状の特徴を説明するための図である。 ωタンブル形状のタンブル流が生成された際の圧縮上死点後半における筒内のガス流速の変化を表した図である。 ωタンブル形状のタンブル流の生成に適した条件を説明するための図である。 通常のタンブル形状とωタンブル形状とに関して、圧縮上死点後半におけるプラグ近傍流速の変化を比較して説明するための図である。 本発明の実施の形態３における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 ＴＣＶによるタンブル比の調整によってωタンブル形状のタンブル流の生成と非生成とを制御することで点火時のプラグ近傍流速を制御する手法を説明するための図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態４において、ＴＣＶによるタンブル比の変更によってωタンブル形状のタンブル流の生成と非生成とを制御することで点火時のプラグ近傍流速を制御する手法を説明するための図である。 本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態５の内燃機関のシステム構成を説明するための模式図である。 図２９に示す吸気可変動弁装置によって変更される吸気弁のバルブリフト特性を説明するための図である。 図３０に示すバルブリフト特性の切り替えに伴う筒内のガス流動の変化を説明するための図である。 吸気可変動弁装置によるバルブリフト最大期間の切り替えによってωタンブル形状のタンブル流の生成と非生成とを制御することで点火時のプラグ近傍流速を制御する手法を説明するための図である。 本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態６の内燃機関のシステム構成を説明するための模式図である。 図３４に示すバルブマスクの詳細な構成を説明するための図である。 図３５中に示すＡ−Ａ線で吸気ポート周りの構成を切断した断面図である。 本発明の実施の形態６における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態６において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態７の内燃機関が備えるバルブマスクの詳細な構成を説明するための模式図である。 図３９中に示すＢ−Ｂ線で吸気ポート周りの構成を切断した断面図である。 本発明の実施の形態７における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態７において実行されるルーチンのフローチャートである。
実施の形態１．
（システム構成の説明）
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための模式図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
吸気通路１６の入口近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。エアフローメータ２０の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。各気筒に向けて分岐した後の吸気通路１６には、電子制御式のタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）２４が設けられている。ＴＣＶ２４は、吸気ポート１６ａ内の吸気の流れに偏りを生じさせることにより、筒内にタンブル流（縦渦流）を生成させるものである。すなわち、ＴＣＶ２４は、筒内のガス流動に影響を及ぼすアクチュエータである。このＴＣＶ２４の開度を変更することにより、タンブル流のタンブル比（タンブル流の角速度／エンジン回転速度）を調整することができる。
吸気通路１６の吸気ポート１６ａには、当該吸気ポート１６ａを開閉する吸気弁２６が設けられており、排気通路１８の排気ポート１８ａには、当該排気ポート１８ａを開閉する排気弁２８が設けられている。内燃機関１０の各気筒内には、筒内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁３０が設けられている。各気筒内には、更に、混合気に点火するための点火装置（図示省略）の点火プラグ３２が設けられている。より具体的には、点火プラグ３２は、燃焼室１４の上壁面（すなわち、シリンダヘッド側の壁面）の中央部付近に配置されている。また、後述の図４１等に示すように、各気筒内には、吸気弁２６が隣り合うように２つ備えられており、排気弁２８は、吸気弁２６の反対側において（すなわち、点火プラグ３２を間に介して）隣り合うように２つ備えられている。
内燃機関１０は、吸気通路１６と排気通路１８とを接続するＥＧＲ通路３４を備えている。ＥＧＲ通路３４の途中には、ＥＧＲ通路３４を通って吸気通路１６に還流されるＥＧＲガス（外部ＥＧＲガス）の量を調整するためのＥＧＲバルブ３６が配置されている。このＥＧＲバルブ３６の開度を変えることにより、ＥＧＲ通路３４を流れる排気ガス（ＥＧＲガス）の流量を変化させて、ＥＧＲ率を調整することができる。また、排気通路１８には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３８が配置されている。
更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述したエアフローメータ２０および空燃比センサ３８に加え、エンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ４２等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述したスロットルバルブ２２、ＴＣＶ２４、燃料噴射弁３０、点火プラグ３２およびＥＧＲバルブ３６等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、上述した各種センサと所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、燃料噴射制御および点火制御などの所定のエンジン制御とともに、後述する筒内のガス流動の制御を行うものである。
（リーンバーン運転における点火時の点火プラグ周囲のガス流速の制御の必要性）
図２は、混合気の着火遅れと点火プラグ３２の周囲のガス流速と混合気の燃料濃度との関係を表した図である。
内燃機関１０の運転領域は、混合気の燃料濃度が低い（空気（ＥＧＲガスの導入時にはＥＧＲガスを含む）に対する燃料の割合が小さい）条件で行われるリーンバーン運転領域を含んでいる。このように、本明細書中において混合気の燃料濃度の高低を説明する際には、空気だけでなくＥＧＲガスの存在も想定されている。上記リーンバーン運転は、より詳細に説明すると、ＥＧＲ率がゼロ、かつ理論空燃比で運転される基準条件と比べて空気量もしくはＥＧＲガス量が多いことで、混合気の燃料濃度が上記基準条件と比べて低い条件で行われるものであるといえる。また、言い換えれば、上記リーンバーン運転は、混合気の燃料濃度が所定値以下となる条件（混合気の着火性の悪化（着火遅れ）が懸念される条件）で行われるものであるといえる。尚、リーンバーン運転領域は、エンジン回転速度とエンジン負荷とで特定される。
したがって、本明細書でいうリーンバーン運転には、理論空燃比よりも高い空燃比下で行われる運転（すなわち、燃料量に対して空気量の割合を高めることで燃料濃度を希薄化させて行われる運転）だけでなく、多量のＥＧＲガスの導入による高ＥＧＲ率下で行われる運転（すなわち、燃料量に対してＥＧＲガス量の割合を高めることで燃料濃度を希薄化させて行われる運転）が含まれる。このような高ＥＧＲ率下での運転には、空燃比としては理論空燃比近傍で行われる運転も含まれ得る。
高熱効率を達成する上記リーンバーン運転においては、筒内の混合気の燃料濃度のリーン化を進めて内燃機関１０から排出されるＮＯｘを低減することが重要である。しかしながら、リーンバーン運転時（特に、本実施形態の内燃機関１０がそうであるように筒内全体にリーン混合気を均質に形成して行う均質リーンバーン燃焼時）には、燃料濃度の過度なリーン化は、燃焼を不安定にさせる要因となる。
図２に示すように、リーンバーン運転時には、混合気の着火遅れは、燃料濃度がリーンになるにつれて長くなる。着火遅れが長くなると、内燃機関１０のトルク変動が大きくなる。また、着火遅れは、点火時（点火プラグ３２の放電期間中）の点火プラグ３２の周囲のガス流速（以下、「プラグ近傍流速」と称する）に応じて変化する。したがって、トルク変動が許容レベルとなる範囲内に着火遅れを収めて安定した燃焼が得られるようにするためには、点火時のプラグ近傍流速を一定範囲内に収めることが必要となる。そのためのプラグ近傍流速の所定の流速範囲は、図２に示すように、燃料濃度が希薄になるにつれて狭くなる。
着火遅れとプラグ近傍流速との間には、ある流速値（最適値）に対して高流速側および低流速側に向かうにつれて着火遅れが長くなるという関係がある。次に、図３を参照して、高流速側と低流速側で着火遅れが長くなる理由について説明する。図３は、放電切れが発生したケースにおける放電期間中の放電火花の挙動を時系列で表した図である。
図３（Ａ）に示すように放電が開始された後には、点火プラグ３２の周囲のガス流れによって、プラグギャップに生じた電気火花が図３（Ｂ），３（Ｃ）に示すように流される。これにより、放電経路長が長くなる。放電が生ずると、放電火花の経路上の気体がイオン化することで電気抵抗が小さくなる。しかしながら、プラグ近傍流速が高いために放電経路が長くなりすぎると、プラグギャップの最短距離での電気抵抗値よりも放電経路上の電気抵抗値が大きくなり、図３（Ｄ）に示すように放電切れが発生する。放電切れが発生した場合には、図３（Ｅ）に示すようにプラグギャップの最短距離にて再放電が直ちに行われる。
先ず、高流速側で着火性能が悪化する理由について説明する。希薄限界近傍の燃料濃度下では、混合気が着火に至る（化学反応が開始する）までに一定の時間が必要となる。プラグ近傍流速が高くなると、放電切れに至るまでの時間が短くなるため、ある位置での同一の混合気を電気火花によって加熱して着火に至らせるまでの時間が不十分となる。その結果、着火性能が悪化する。
次に、低流速側で着火性能が悪化する理由について説明する。放電による電気火花の単位長さ当たりのエネルギーは、点火コイルの特性によって定まり、放電の経路長の如何に関係なく一定である。このため、気流等によって放電経路が長くなると、混合気全体への供給エネルギーが増加するとともに、加熱される混合気の体積も増加する。しかしながら、プラグ近傍流速が低くなると、放電経路が延長しにくくなるため、供給エネルギーおよび混合気体積の増加が得られなくなる。その結果、着火性能が悪化する。
（実施の形態１の制御の特徴部分）
図４は、本発明の実施の形態１における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図であり、プラグ近傍流速−エンジン回転速度特性を表した図である。
筒内に流入するガスの流速は、エンジン回転速度に比例する。したがって、点火時のプラグ近傍流速に対して何らの制御を行わない場合には、プラグ近傍流速は、図４中に破線で示すようにエンジン回転速度に比例して単調に増加する。
これに対し、本実施形態の内燃機関１０では、図４中に実線で示すように、リーンバーン運転を行う第１運転領域における第１エンジン回転速度領域Ｒ１では、上記リーンバーン運転時よりも低い空燃比での運転を行う第２運転領域における第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３と比べて、エンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速（点火プラグ３２の周囲のガス流速）の変化の割合が小さくなるように筒内のガス流動が制御される。図４に示す例では、第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３は、ともに、第１エンジン回転速度領域Ｒ１に連続する領域となっている。また、言い換えれば、第１エンジン回転速度領域Ｒ１を含む第１運転領域は、第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３を含む第２運転領域と比べて燃料濃度の低い（リーンな）混合気が使用される（点火時の点火プラグ３２の周囲の混合気が希薄となる）ことにより、当該第２領域と比べて着火性の悪化が懸念される領域である。
第１運転領域としては、第２運転領域と比べて空燃比としてリーンであることで燃料濃度の低い混合気が使用されるリーンバーン運転が行われる領域、もしくは、第２運転領域と比べてＥＧＲ率が高いことで燃料濃度の低い混合気が使用されるリーンバーン運転が行われる領域が相当する。具体例としては、例えば、第１運転領域が理論空燃比よりも高い空燃比でのリーンバーン運転領域であって、第２運転領域が理論空燃比運転領域であるケースが該当する。理論空燃比運転では、リーンバーン運転のように点火時のプラグ近傍流速を高精度で制御しなくても安定した着火が可能である。このような例以外にも、例えば、第１運転領域がＥＧＲガスの導入が行われるＥＧＲ運転領域であって、第２運転領域がＥＧＲガスの導入を行わない非ＥＧＲ運転領域であるケースが該当する。また、第２運転領域は、第１運転領域と比べて燃料濃度の高い混合気を用いる領域であれば、リーンバーン運転が行われる領域であってもよい。すなわち、第１運転領域および第２運転領域がともに理論空燃比よりも高い空燃比でのリーンバーン運転が行われる領域であって、その中で第１運転領域が最も高い空燃比（もしくは空燃比範囲）で運転されることによって最も着火性の確保が厳しい領域であるケースが該当し、或いは、第１運転領域および第２運転領域がともにＥＧＲガスの導入によって燃料濃度の希薄なリーンバーン運転が行われる領域であって、その中で第１運転領域が最も高いＥＧＲ率（もしくはＥＧＲ率範囲）を使用して運転されることによって最も着火性の確保が厳しい領域であるケースが該当する。このように、第１運転領域は、内燃機関１０がリーンバーン運転を行う運転領域の全体であってもよく、或いはその一部であってもよい。また、第１エンジン回転速度領域Ｒ１自体も、第１運転領域に含まれるエンジン回転速度領域の全体もしくは一部であってもよい。
また、第１エンジン回転速度領域Ｒ１は、リーンバーン運転を行う回転速度領域として事前に決定された範囲であってもよいし、第１運転領域中における当該領域Ｒ１の位置や当該領域Ｒ１が占める大きさが運転中に適宜変更されるものであってもよい。更に、第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３は、図４中に示されるように第１エンジン回転速度領域Ｒ１よりも低回転側もしくは高回転側の領域全体を指すものには限られない。すなわち、第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３よりも低回転側もしくは高回転側に更なる領域が存在する場合には、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対するプラグ近傍流速の変化の割合は、少なくとも第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３に対して小さくなるように制御されるものであればよい。更には、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対するプラグ近傍流速の変化の割合は、第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３に対して小さくなるように制御されるものであれば、当該領域Ｒ１においてエンジン回転速度の増加に伴ってプラグ近傍流速が減少する特性であってもよい。
図４中に示す流速範囲は、図２および図３を参照して上述した、リーンバーン運転時における混合気の着火性に関する問題を回避することのできる最適な流速範囲（着火最適範囲）である。また、この着火最適範囲は、サイクル間での着火のばらつきを考慮したものである。破線で示すプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性では、到底、第１エンジン回転速度領域Ｒ１における点火時のプラグ近傍流速を上記流速範囲内に収め切ることができない。これに対し、本実施形態の内燃機関１０では、実線で示すプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるようにプラグ近傍流速が制御されるため、第１エンジン回転速度領域Ｒ１において、点火時のプラグ近傍流速を上記流速範囲内に収められるようにすることが可能となる。
（実施の形態１における特徴的な制御の具体例）
図５は、ＴＣＶ２４によるタンブル比の制御によって点火時のプラグ近傍流速を制御する手法を説明するための図である。
図５に示す手法は、エンジン回転速度の変化に応じてＴＣＶ２４の開度を第１ＴＣＶ開度から第２ＴＣＶ開度の範囲内で変更することによって、第１エンジン回転速度領域Ｒ１における点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲内に収めるべく、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化を抑制するというものである。
図５に示す制御例では、第１エンジン回転速度領域Ｒ１の低速側の境界である第１エンジン回転速度ＮＥ１においてプラグ近傍流速が着火最適範囲に収まっている。しかしながら、ＴＣＶ開度が第１ＴＣＶ開度で固定されたままであると、エンジン回転速度の増加に伴うガス流速の増加によって、プラグ近傍流速が着火最適範囲から外れてしまう（図５（Ａ）中の破線参照）。このため、図５のケースでは、第１エンジン回転速度領域Ｒ１において、ＴＣＶ開度を開き側に制御することでタンブル比が下げられる。より具体的には、図５に示す制御例では、第１エンジン回転速度領域Ｒ１において点火時のプラグ近傍流速が一定となるようにするために、ＴＣＶ開度が第１ＴＣＶ開度から第２ＴＣＶ開度（他方の境界である第２エンジン回転速度ＮＥ２において第１エンジン回転速度ＮＥ１と同等のプラグ近傍流速が得られるＴＣＶ開度）に向けてエンジン回転速度の増加に応じて連続的に開かれる。
以上説明したように、ＴＣＶ２４を制御してエンジン回転速度の変化に応じてタンブル比を制御することで、リーンバーン運転が行われる第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３におけるそれと比べて小さくなるように筒内のガス流動を制御することができる。
ここでは、図５を参照して第１エンジン回転速度領域Ｒ１においてタンブル比を下げるためにＴＣＶ開度を制御する例を示したが、第１エンジン回転速度領域Ｒ１における点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲で保持するためのタンブル比の制御は、上記の態様に限られない。すなわち、第１エンジン回転速度ＮＥ１におけるプラグ近傍流速が着火最適範囲内を下回るような場合であれば、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるプラグ近傍流速が着火最適範囲内に収まるように、ＴＣＶ開度を閉じ側に制御してタンブル比を高めるものであってもよい。
図６は、筒内の空燃比の変化を考慮した点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。
図２を参照して既述したように、筒内の空燃比（燃料濃度）がリーンになるほど、プラグ近傍流速の着火最適範囲が狭くなる。したがって、図５に示す制御例のようにタンブル比を制御することだけでもよいが、点火時のプラグ近傍流速の制御には筒内の空燃比の変化が考慮されていることが望ましい。そこで、本実施形態では、図５に示すＴＣＶ２４によるタンブル比の制御を基本としつつ、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が、筒内の空燃比がリーンである場合には当該空燃比がリッチである場合と比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるように、筒内のガス流動を制御することとした。このようなプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性の具体的な制御例としては、例えば、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）が挙げられる。より具体的には、上記の変化の割合は、筒内の空燃比がリーンになるほど小さくなるように制御される。
図６（Ａ）は、筒内の空燃比がリーンである場合の方が、当該空燃比がリッチである場合と比べて、第１エンジン回転速度領域Ｒ１の全体においてプラグ近傍流速が低くなる特性とされたものである。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）とは逆に、筒内の空燃比がリーンである場合の方が当該空燃比がリッチである場合と比べて、第１エンジン回転速度領域Ｒ１の全体においてプラグ近傍流速が高くなる特性とされたものである。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）と図６（Ｂ）の中間的な設定を表したものである。
図７は、混合気の着火遅れと点火プラグ３２の周囲のガス流速と点火エネルギーとの関係を表した図である。
プラグ近傍流速の着火最適範囲は、既述した筒内の空燃比以外にも、点火プラグ３２に供給される点火エネルギーに応じて変化する。より具体的には、図７に示すように、点火エネルギーが小さいほど、プラグ近傍流速の着火最適範囲が狭くなる。
図８は、点火エネルギーの変化を考慮した点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。
そこで、本実施形態では、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が、点火エネルギーが低い場合には点火エネルギーが高い場合と比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるように、筒内のガス流動を制御することとした。このようなプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性の具体的な制御例としては、例えば、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）が挙げられる。より具体的には、上記の変化の割合は、点火エネルギーが低いほど小さくなるように制御される。
図９は、混合気の着火遅れと点火プラグ３２の周囲のガス流速とＥＧＲ率との関係を表した図である。
プラグ近傍流速の着火最適範囲は、上記以外にも、筒内に導入されるガスのＥＧＲ率に応じて変化する。より具体的には、図９に示すように、ＥＧＲ率が高くなるほど（燃料濃度がリーンになるほど）、プラグ近傍流速の着火最適範囲が狭くなる。
図１０は、ＥＧＲ率の変化を考慮した点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。
そこで、本実施形態では、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が、ＥＧＲ率が高い場合にはＥＧＲ率が低い場合と比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるように、筒内のガス流動を制御することとした。このようなプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性の具体的な制御例としては、例えば、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）が挙げられる。より具体的には、上記の変化の割合は、ＥＧＲ率が高くなるほど小さくなるように制御される。
図１１は、混合気の着火遅れと点火プラグ３２の周囲のガス流速と筒内温度との関係を表した図である。
プラグ近傍流速の着火最適範囲は、上記以外にも、筒内ガスの温度に応じて変化する。より具体的には、図１１に示すように、筒内温度が低いほど、プラグ近傍流速の着火最適範囲が狭くなる。
図１２は、筒内温度の変化を考慮した点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。
そこで、本実施形態では、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が、筒内温度が低い場合には筒内温度が高い場合と比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるように、筒内のガス流動を制御することとした。このようなプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性の具体的な制御例としては、例えば、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）が挙げられる。より具体的には、上記の変化の割合は、筒内温度が低いほど小さくなるように制御される。
図１３は、本発明の実施の形態１における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、各気筒に対して内燃機関１０のサイクル毎に繰り返し実行されるものとする。
図１３に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ず、エアフローメータ２０およびクランク角センサ４２等の出力を利用して、内燃機関１０の現在の運転領域（エンジン回転速度とエンジン負荷）を決定（特定）する（ステップ１００）。次いで、ＥＣＵ４０は、現在の運転領域が混合気の燃料濃度の低いリーンバーン運転領域であるか否かを判定する（ステップ１０２）。
ステップ１０２においてリーンバーン運転領域であると判定した場合には、ＥＣＵ４０は、目標空燃比（Ａ／Ｆ）を決定する（ステップ１０４）。ＥＣＵ４０は、ＮＯｘ排出量の抑制の観点で運転領域に応じて目標空燃比を定めたマップ（図示省略）を記憶しており、本ステップ１０４では、そのようなマップを参照して目標空燃比が決定される。
次に、ＥＣＵ４０は、決定した目標空燃比に応じて点火プラグ３２に供給する点火エネルギーを決定する（ステップ１０６）。尚、点火エネルギーの調整は、例えば、点火プラグ３２のために複数の点火コイルを備えるようにしておき、必要に応じて放電に用いる点火コイルの数を変更することによって行うことができる。次いで、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲ率を算出する（ステップ１０８）。ＥＣＵ４０は、運転条件（負荷率、吸気管圧、スロットル開度、ＥＧＲバルブ開度等）に応じてＥＧＲ率を定めたＥＧＲ率マップ（図示省略）を記憶しており、本ステップ１０８では、そのようなマップを参照してＥＧＲ率が算出される。次いで、ＥＣＵ４０は、筒内温度を算出する（ステップ１１０）。筒内温度は、例えば、筒内圧力（例えば、筒内圧センサ（図示省略）を用いて取得）に基づいて算出することができる。次いで、ＥＣＵ４０は、目標空燃比（筒内の空燃比）、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度に応じて、プラグ近傍流速の目標値となる流速制御値（本実施形態では、目標ＴＣＶ開度）を決定するとともに、目標空燃比の下で要求トルクを実現するためのスロットル開度、燃料噴射量および点火時期のそれぞれの目標値を所定のマップ等に従って決定する（ステップ１１２）。
より具体的には、ＥＣＵ４０は、図６，８，１０，１２の各図に示すように筒内の空燃比などに応じて異なるように設定された複数のプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性を表現したマップを記憶しており、本ステップ１１２では、そのようなマップを参照して、現在のエンジン回転速度に応じた目標プラグ近傍流速を算出する。そして、ＥＣＵ４０は、プラグ近傍流速とＴＣＶ開度との関係を定めたマップ（図示省略）を参照して、目標プラグ近傍流速に対応するＴＣＶ開度を、第１エンジン回転速度領域Ｒ１にて用いる目標ＴＣＶ開度（流速制御値）として決定する。また、このようにして決定される目標ＴＣＶ開度（流速制御値）は、筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度に応じた着火最適範囲内に定められているものである。尚、ここでは、筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のすべてのパラメータを用いる例を記載したが、目標ＴＣＶ開度は、これらのパラメータのうちの少なくとも１つに応じて決定されるものであればよい。
次に、ＥＣＵ４０は、決定された各種目標値に従って、各種アクチュエータ（スロットルバルブ２２、ＴＣＶ２４、燃料噴射弁３０および点火プラグ３２）を制御する（ステップ１１４）。
以上説明した図１３に示すルーチンによれば、リーンバーン運転を行う第１運転領域における第１エンジン回転速度領域Ｒ１においては、点火時のプラグ近傍流速が一定となるようにＴＣＶ開度が制御される。これにより、第１エンジン回転速度領域Ｒ１における点火時のプラグ近傍流速を、エンジン回転速度の高低によらずに着火最適範囲内に保持することが可能となる。このため、リーンバーン運転時における混合気の着火性を向上させることができる。
さらに、上記ルーチンによれば、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が、筒内の空燃比がリーンである場合には空燃比がリッチである場合と比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるように、点火エネルギーが低い場合には点火エネルギーが高い場合と比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるように、ＥＧＲ率が高い場合にはＥＧＲ率が低い場合と比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるように、および、筒内温度がリーンである場合には筒内温度がリッチである場合と比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるように、筒内のガス流動がＴＣＶ２４を用いて制御される。これにより、着火性を良好に確保できるプラグ近傍流速が筒内の空燃比などの上記パラメータに応じて変化する特性を有していることに着目して、筒内の空燃比の変化などに対応して点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲内に保持することが可能となる。このため、リーンバーン運転時における混合気の着火性をより効果的に向上させることができる。
また、このようなＴＣＶ開度の制御を行うことによって、当該制御を行わないことでエンジン回転速度の上昇に伴ってプラグ近傍流速が増大する第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３と比べて、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性を実現することができる。
ところで、上述した実施の形態１における図１３に示すルーチンの制御は、第１エンジン回転速度領域Ｒ１において、目標流速範囲（着火最適範囲）内の値として定められたプラグ近傍流速の目標値に対応する目標ＴＣＶ開度となるようにＴＣＶ開度を制御し、これにより、点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲内に制御するというものである。しかしながら、本発明の制御は、リーンバーン運転領域における少なくとも一部の回転速度領域において、点火時のプラグ近傍流速が筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のうちの少なくとも１つに基づいて定まる流速範囲内に収まるようにＴＣＶ開度を制御するものであってもよく、具体的には、例えば、以下に説明するような制御であってもよい。
すなわち、ここで説明する制御例では、第１エンジン回転速度領域Ｒ１における点火時のプラグ近傍流速制御のための目標流速範囲（着火最適範囲）が設定されている。より具体的には、図２に示す特性を考慮し、目標流速範囲は、筒内の空燃比がリーンである場合には当該空燃比がリッチである場合と比べて狭くなるように設定されている。より具体的には、目標流速範囲は、筒内の空燃比がリーンになるほど狭くなるように設定される。更に、本制御例では、図７に示す特性を考慮し、目標流速範囲は、点火エネルギーが低い場合には点火エネルギーが高い場合と比べて狭くなるように設定されている。より具体的には、目標流速範囲は、点火エネルギーが低いほど狭くなるように設定される。また、本制御例では、図９に示す特性を考慮し、目標流速範囲は、ＥＧＲ率が高い場合にはＥＧＲ率が低い場合と比べて狭くなるように設定されている。より具体的には、目標流速範囲は、ＥＧＲ率が高くなるほど狭くなるように設定される。また、本制御例では、図１１に示す特性を考慮し、目標流速範囲は、筒内温度が低い場合には筒内温度が高い場合と比べて狭くなるように設定されている。より具体的には、目標流速範囲は、筒内温度が低いほど狭くなるように設定される。
そのうえで、本制御例では、内燃機関１０の運転中に、第１エンジン回転速度領域Ｒ１における点火時のプラグ近傍流速が上記目標流速範囲内に収まるように筒内のガス流動が制御される。より具体的には、ＥＣＵ４０は、プラグ近傍流速とＴＣＶ開度との関係を定めたマップを記憶しており、上記のように決定した目標流速範囲の中で選択した流速値（例えば、燃料濃度が同一となる条件で着火遅れが最小となる値）に対応するＴＣＶ開度が、第１エンジン回転速度領域Ｒ１にて用いる目標ＴＣＶ開度（流速制御値）として決定される。そして、目標ＴＣＶ開度が得られるようにＴＣＶ開度が制御される。尚、ここでは、筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のすべてのパラメータを用いる例を記載したが、目標流速範囲は、これらのパラメータのうちの少なくとも１つに応じて決定されるものであればよい。
上記制御例によれば、第１エンジン回転速度領域Ｒ１における点火時のプラグ近傍流速が、筒内の空燃比がリーンである場合には当該空燃比がリッチである場合と比べて狭くなるように設定された目標流速範囲内に収まるように、点火エネルギーが低い場合には点火エネルギーが高い場合と比べて狭くなるように設定された目標流速範囲内に収まるように、ＥＧＲ率が高い場合にはＥＧＲ率が低い場合と比べて狭くなるように設定された目標流速範囲内に収まるように、および、筒内温度が低い場合には筒内温度が高い場合と比べて狭くなるように設定された目標流速範囲内に収まるように、筒内のガス流動がＴＣＶ２４を用いて制御される。これにより、着火性を良好に確保できるプラグ近傍流速が筒内の空燃比などの上記パラメータに応じて変化する特性を有していることに着目して、筒内の空燃比などの変化に対応して点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲内に保持することが可能となる。このため、リーンバーン運転時における混合気の着火性をより効果的に向上させることができる。
図１４は、第１エンジン回転速度領域Ｒ１において制御される点火時のプラグ近傍流速の各種態様を表した図である。
第１エンジン回転速度領域Ｒ１において目標流速範囲内に収まるように上記制御例によって制御される点火時のプラグ近傍流速は、エンジン回転速度との関係で表すと、図１４（Ａ）に示す態様のものに限らず、例えば、図１４（Ｂ）もしくは図１４（Ｃ）に示す態様のものであってもよい。すなわち、図１４（Ａ）に示すように第１エンジン回転速度領域Ｒ１においてエンジン回転速度の変化に対してプラグ近傍流速が一律に変化する態様に限られず、例えば、図１４（Ｂ）または図１４（Ｃ）に示すように、第１エンジン回転速度領域Ｒ１において着火最適範囲に収まるようになっていれば、プラグ近傍流速が直線的に上下したり、もしくは変動したりする態様であってもよい。
更に、上記制御例における目標流速範囲の設定に対して次のような配慮を加えてもよい。すなわち、図２中の曲線の傾きが低流速側と高流速側とで異なることに起因して、着火最適範囲は、筒内の空燃比が高い（リーン）ほど、低流速側の変化量よりも高流速側の変化量がより大きくなる態様で縮小する。同様の理由により、着火最適範囲は、点火エネルギーが低いほど低流速側の変化量よりも高流速側の変化量がより大きくなる態様で縮小し、ＥＧＲ率が高いほど低流速側の変化量よりも高流速側の変化量がより大きくなる態様で縮小し、また、筒内温度が低いほど低流速側の変化量よりも高流速側の変化量がより大きくなる態様で縮小する。そこで、目標流速範囲は、筒内の空燃比が高いほど低流速側の変化量よりも高流速側の変化量がより大きくなる態様で縮小し、点火エネルギーが低いほど低流速側の変化量よりも高流速側の変化量がより大きくなる態様で縮小し、ＥＧＲ率が高いほど低流速側の変化量よりも高流速側の変化量がより大きくなる態様で縮小し、かつ、筒内温度が低いほど低流速側の変化量よりも高流速側の変化量がより大きくなる態様で縮小するように設定してもよい。これにより、プラグ近傍流速の着火最適範囲と筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のそれぞれとの関係をより正確に捉えつつ、着火性を良好に確保できるプラグ近傍流速が筒内の空燃比などの上記パラメータに応じて変化する特性を有していることに着目して、筒内の空燃比などの変化に対応して点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲内に保持することが可能となる。このため、リーンバーン運転時における混合気の着火性をより効果的に向上させることができる。尚、ここでは、筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のすべてのパラメータを用いる例を記載したが、目標流速範囲は、これらのパラメータのうちの少なくとも１つに応じて決定されるものであればよい。
また、上記制御例に示す制御に加え、次のようなフィードバック制御を行うこととしてもよい。すなわち、点火時のプラグ近傍流速は、例えば、点火プラグ３２に印加される点火コイルの放電電圧の計測器を備えておくことによって放電電圧に基づいて計測することができる。また、プラグ近傍流速は、例えば、クランク角センサ４２などを利用して推定した燃焼変動に基づいて推定してもよい。そして、内燃機関１０の運転中に、プラグ近傍流速の目標値に対する計測値（もしくは推定値）の乖離が生じている場合には、プラグ近傍流速の計測値等を着火最適範囲内に収めるためにＴＣＶ開度を調整するフィードバック制御を行うようにしてもよい。また、上記の乖離が生じている場合には、ＴＣＶ開度のフィードバック制御に代えて、筒内の空燃比もしくは点火エネルギーを調整するフィードバック制御を行うようにしてもよい。筒内の空燃比の場合には、燃焼を改善するために空燃比をリッチ側に制御することが好適であり、点火エネルギーの場合には、同様の理由で点火エネルギーを高めることが好適である。尚、上述した各種のフィードバック制御は、後述する各実施の形態の何れとも適宜組み合わせてもよい。
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ１０４〜１１４の処理を実行することにより前記第１〜第５の発明における「ガス流動制御手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１の変形例としての上記制御例によって表された制御をＥＣＵ４０が実行することにより前記第１０〜第１７の発明における「ガス流動制御手段」が実現されている。
実施の形態２．
次に、図１５〜図１８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、以下に説明する制御をＥＣＵ４０に実行させることにより実現することができるものである。
図１５〜図１８は、本発明の実施の形態２における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。
着火最適範囲内の流速値には、図１５中に黒丸印で示すように、着火遅れが最小となる点（最適流速値）が存在する。最適流速値は、図１５に示すように、筒内の空燃比が低い（リッチ）ほど高流速側に移動する。これは、実施の形態１において既述したように低流速側と高流速側とで着火遅れが大きくなる要因が異なることに起因して、低流速側と高流速側とで図１５中に示す曲線の傾きが異なるためである。
そこで、本実施形態では、点火時のプラグ近傍流速の目標値として使用する着火最適範囲内の流速制御値として、上記の傾向を有する最適流速値を用いることとした。このような構成によれば、点火時のプラグ近傍流速は、筒内の空燃比が高いほど低くなるように制御されるようになる。また、このような制御思想を反映したプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性としては、図６（Ａ）に示すものが該当する。
また、着火最適範囲内の最適流速値は、筒内の空燃比以外にも、同様の理由により、図１６に示すように、点火プラグ３２に供給される点火エネルギーが高いほど高流速側に移動する。そこで、本実施形態では、点火時のプラグ近傍流速の目標値として使用する着火最適範囲内の流速制御値として、図１６に示す傾向をも有する最適流速値を用いることとした。このような構成によれば、点火時のプラグ近傍流速は、点火エネルギーが低いほど低くなるように制御されるようになる。また、このような制御思想を反映したプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性としては、図８（Ａ）に示すものが該当する。
更に、着火最適範囲内の最適流速値は、上記以外にも、同様の理由により、図１７に示すように、ＥＧＲ率が低いほど高流速側に移動する。そこで、本実施形態では、点火時のプラグ近傍流速の目標値として使用する着火最適範囲内の流速制御値として、図１７に示す傾向をも有する最適流速値を用いることとした。このような構成によれば、点火時のプラグ近傍流速は、ＥＧＲ率が高いほど低くなるように制御されるようになる。また、このような制御思想を反映したプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性としては、図１０（Ａ）に示すものが該当する。
更に、着火最適範囲内の最適流速値は、上記以外にも、同様の理由により、図１８に示すように、筒内温度が高いほど高流速側に移動する。そこで、本実施形態では、点火時のプラグ近傍流速の目標値として使用する着火最適範囲内の流速制御値として、図１８に示す傾向をも有する最適流速値を用いることとした。このような構成によれば、点火時のプラグ近傍流速は、筒内温度が低いほど低くなるように制御されるようになる。また、このような制御思想を反映したプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性としては、図１２（Ａ）に示すものが該当する。
ＥＣＵ４０は、図１５〜１８に示す関係を利用して筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のそれぞれとプラグ近傍流速との関係を定めたマップ（図示省略）を記憶しており、本実施形態の制御では、そのようなマップを参照して現在の目標空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度に対応する目標プラグ近傍流速を算出する。そして、ＥＣＵ４０は、プラグ近傍流速とＴＣＶ開度との関係を定めたマップを参照して、目標プラグ近傍流速に対応するＴＣＶ開度を、第１エンジン回転速度領域Ｒ１にて用いる目標ＴＣＶ開度（流速制御値）として決定する。尚、ここでは、筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のすべてのパラメータを用いる例を記載したが、目標ＴＣＶ開度は、これらのパラメータのうちの少なくとも１つに応じて決定されるものであればよい。
以上説明した本実施形態の制御によれば、第１エンジン回転速度領域Ｒ１における点火時のプラグ近傍流速が、空燃比が高いほど低下するように、点火エネルギーが低いほど低下するように、ＥＧＲ率が高いほど低下するように、および、筒内温度が低いほど低下するように、筒内のガス流動がＴＣＶ２４を用いて制御される。これにより、着火性を良好に確保するための点火プラグ３２の周囲の最適流速値が、筒内の空燃比が高いほど低流速側に変化する特性、点火エネルギーが低いほど低流速側に変化する特性、ＥＧＲ率が高いほど低流速側に変化する特性、および、筒内温度が低いほど低流速側に変化する特性を有していることに着目して、筒内の空燃比などの変化に対応して点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲内の最適値に制御することが可能となる。このため、リーンバーン運転時における混合気の着火性をより効果的に向上させることができる。
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が上述した制御を実行することにより前記第６〜第９および第１８の発明における「ガス流動制御手段」が実現されている。
実施の形態３．
次に、図１９〜図２６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図１３に示すルーチンに代えて後述の図２６に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
上述した実施の形態１および２は、ＴＣＶ２４を用いてタンブル比を変更することによって、点火時のプラグ近傍流速を制御するというものである。これに対し、本実施形態では、筒内に生成するタンブル流の形状の変更を利用して、点火時のプラグ近傍流速を制御する。より具体的には、通常のタンブル形状（第１タンブル形状）と以下のように定義するωタンブル形状（第２タンブル形状）との間でタンブル流の形状が変更される。
（ωタンブル形状のタンブル流の生成メカニズム）
図１９は、通常のタンブル形状の特徴を説明するための図であり、図２０は、ωタンブル形状の特徴を説明するための図である。より具体的には、図１９（Ａ）および図２０（Ａ）は、燃焼室１４を上方から見下ろした平面図であり、図１９（Ｂ）および図２０（Ｂ）は、燃焼室１４を吸気側から見た側面図であり、図１９（Ｃ）および図２０（Ｃ）は、燃焼室１４を上方から見て通常のタンブル形状およびωタンブル形状のタンブル流の流れ方向をそれぞれ表した図である。図１９および図２０は、圧縮行程における圧縮上死点近傍のタイミングでのものである。
筒内に生成されるタンブル流の基本的な回転方向は、図１では時計回りとなり、すなわち、吸気ポート１６ａから筒内に流入したガスが、燃焼室１４の頂面、排気弁２８側の筒内壁面、ピストン１２の頂面、吸気弁２６側の筒内壁面、および燃焼室１４の頂面という順でこれらの部位に向かって流れる方向である。尚、以下に登場するタンブル中心軸とは、図１９（Ａ）中に付した矢視Ａの方向から見た燃焼室１４の各断面におけるタンブル流の渦中心点を繋げて得られるものである。また、図１９および図２０中の白丸印は、点火プラグ３２が設置されたシリンダボア中心での断面におけるタンブル流の渦中心点を示し、同図中の黒丸印は、吸気弁２６および排気弁２８の軸中心での断面におけるタンブル流の渦中心点を示している。
通常のタンブル形状のタンブル中心軸は、図１９（Ａ），１９（Ｂ）に示すように、曲がりのない軸である。このため、通常のタンブル形状での流れは、圧縮行程の後半においても、図１９（Ｃ）に示すように、吸気側から排気側に向かう一様な流れとなる。これに対し、ωタンブル形状のタンブル中心軸は、図２０（Ａ），２０（Ｂ）に示すように、シリンダボア中心（点火プラグ位置）でのタンブル流の渦中心を屈曲点として屈曲した軸となる。より具体的には、ωタンブル形状では、図２０（Ｂ）に示すようにシリンダボア中央での断面のタンブル流の渦中心位置（白丸印）がその周囲の渦中心位置に対して高くなる（より具体的には、圧縮上死点近傍において、シリンダボア中央での断面のタンブル流の渦中心位置に、燃焼室１４の容積中心に対して水平より上方向への偏りが発生する）。（以下、このような態様での偏りを、単に「タンブル流の渦中心の偏り」と称する）。このため、このような場合には、本来は筒内で１つの剛体渦となるべきタンブル流が、筒内ガスが圧縮行程において圧縮されていく過程で、タンブル中心軸の屈曲によって２つの中心軸を有するタンブル流（燃焼室１４を上方から見て回転方向が互いに逆となる２つのスワール流（横渦流）成分を有するタンブル流）に変化していく。その結果、ωタンブル形状では、図２０（Ｃ）に示すように、圧縮上死点近傍において、燃焼室１４を上方から見てω形状の流れとなる。このようなω形状の流れが生成されることにより、圧縮行程における圧縮上死点近傍にて、点火プラグ３２の周囲のガスの流れ方向が反転することとなる。
更に付け加えると、吸気行程においては、通常のタンブル形状とωタンブル形状のどちらであっても、タンブル中心軸に屈曲が生ずる。このタンブル中心軸の屈曲が圧縮上死点付近まで残るケースでは、ωタンブル形状が得られ、タンブル中心軸の屈曲が圧縮行程中に消滅するケースでは、通常のタンブル形状が得られる。
図２１は、ωタンブル形状のタンブル流が生成された際の圧縮上死点後半における筒内のガス流速の変化を表した図である。より具体的には、図２１（Ａ）は測定点Ａ（プラグギャップ位置）におけるガス流速の変化を示し、図２１（Ｂ）は測定点Ａに対してシリンダボアの径方向外側の所定位置におけるガス流速の変化を示し、図２１（Ｃ）は測定点Ａに対して更にシリンダボアの径方向外側の所定位置におけるガス流速の変化を示している。尚、図２１においては、吸気弁側から排気弁側に向かう流れの流速を正とする。これは、後述する図２３も同様である。
図２１（Ａ）に示すように、ωタンブル形状のタンブル流が生成された場合には、圧縮上死点近傍において、プラグギャップ位置における筒内ガスの流れ方向が反転し、すなわち、吸気弁側から排気弁側に向かう流れから排気弁側から吸気弁側に向かう流れに変化する。この筒内ガスの流れ方向の変化は、図２１中の各図を比較して分かるように、プラグギャップ位置から離れるにつれて弱くなる。尚、図２１に示すケースでは、測定点Ｃでは流れ方向の反転が生じなくなっている。
以上説明したように、圧縮行程の後半においてタンブル中心軸が屈曲し、タンブル流の渦中心に偏りが発生した場合には、ωタンブル形状が得られ、圧縮上死点近傍において、シリンダボア中心位置（プラグギャップ位置）での筒内ガスの流れ方向に反転が生ずることとなる。したがって、通常のタンブル形状（第１タンブル形状）は、（後述の図２３に示すように）元々吸気弁側から排気弁側に向かう方向の流れであった点火プラグ３２の周囲のガスの流速が圧縮上死点に近づくにつれてゼロに収束するものであり、一方、ωタンブル形状（第２タンブル形状）は、圧縮上死点の後半において点火プラグ３２の周囲のガスの流れ方向がプラグ近傍流速の低下に伴って吸気弁側から排気弁側に向かう方向から排気弁側から吸気弁側に向かう方向に反転するものであるといえる。
図２２は、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適した条件を説明するための図である。
図２２（Ａ）は、吸気行程の中期での筒内のガス流れの様子を表している。ピストン１２の速度は、吸気行程の中期において最大となり、また、一般に吸気弁２６のバルブリフト量はこのようなタイミングで最も大きくなるように設定される。このため、図２２（Ａ）中に矢印で示すように流量の多い吸気の塊Ｍが、吸気行程の中期において筒内に流入し、吸気弁２６の近傍に存在する。
図２２（Ｂ）は、圧縮行程の中期にある時、すなわち、図２２（Ａ）に示すタイミングからピストン１２が１ストロークした時の筒内のガス流れの様子を表している。尚、図２２（Ｂ）中に示すタンブル中心点は、吸気の塊Ｍを主とする流れの渦中心（燃焼室１４の容積中心に対する偏りが発生している状態）を指している。
図２２に示すケースでは、図２２（Ｂ）に示すように、図２２（Ａ）に示した吸気の塊Ｍが、ピストン１２が１ストロークする間に筒内で２７０°程度回転し、吸気側に位置している。このようなケースでは、そもそも吸気の塊Ｍが存在していることによって、圧縮行程後半における燃焼室１４の容積中心に対するタンブル流の渦中心の偏りが加速される。そのうえで、このケースでは、ピストン１２の速度が最大となる圧縮行程の中期において吸気の塊Ｍが吸気側に位置していることで、ピストン１２の上昇によって、塊Ｍの流れが更に加速される。その結果、その後の圧縮行程におけるタンブル流の渦中心の偏りが促進される。
上記のケースとは逆に、圧縮行程の中期において吸気の塊が排気側に位置していると、ピストン１２の上昇は、その塊状の流れの勢いを打ち消すように作用し、一方、このタイミングにおいて吸気側に位置している塊状でない流れがピストン１２の上昇によって少し加速するようになる。その結果、タンブル流の渦中心は、図２２に示すケースとは逆に、燃焼室１４の容積中心に近づいていき、タンブル中心軸の屈曲が解消されていく。
以上の内容から、圧縮行程においてピストン１２の速度が最大となるタイミング（圧縮行程の中期）において流量の多い吸気の塊Ｍが吸気側に位置している条件において、タンブル流の渦中心の偏りが効果的に大きくなり、ωタンブル形状のタンブル流が効果的に生成されることが分かるといえる。したがって、あるタンブル比から、図２２に示すように１ストローク中に筒内ガスが回転する際のタンブル比に向けてタンブル比を変更していくことで、タンブル流の渦中心の偏り度合いを高めてωタンブル形状の流れを強化していくことが可能となる。
（実施の形態３の制御の特徴部分）
図２３は、通常のタンブル形状とωタンブル形状とに関して、圧縮上死点後半におけるプラグ近傍流速の変化を比較して説明するための図である。尚、図２３は、ωタンブル形状のタンブル流の生成時における点火プラグ３２の周囲でのガス流れ方向の反転タイミングがリーンバーン運転時の点火時期の設定範囲よりも後になるケースを前提としている。本実施形態および後述の実施の形態３〜７における制御は、この前提に基づくものである。
図２３に示すように、ωタンブル形状のタンブル流が生成された場合には、圧縮行程後半においてω形状の流れの生成が進むにつれ、通常のタンブル形状のタンブル流が生成される場合と比べてプラグ近傍流速が大きく低下していき、やがては点火プラグ３２の周囲のガスの流れ方向が反転する。このようなプラグ近傍流速の低下は、ωタンブル形状の流れが強いほど（タンブル流の渦中心の偏りが強いほど）顕著となる。したがって、通常のタンブル形状とωタンブル形状との間でタンブル流の形状が変更されるように筒内のガス流動を制御することによって、点火時におけるプラグ近傍流速を制御することが可能となる。
図２４は、本発明の実施の形態３における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。
そこで、本実施形態では、リーンバーン運転領域において、点火時のプラグ近傍流速を所定の流速範囲（着火最適範囲）内に制御するために、エンジン回転速度に応じて通常のタンブル形状とωタンブル形状との間でタンブル流の形状を変化させるようにした。より具体的には、図２４に示すように、リーンバーン運転領域内の低エンジン回転速度側の領域では、ωタンブル形状の流れの生成を抑制して通常のタンブル形状のタンブル流が生成されるように筒内のガス流動を制御し、リーンバーン運転領域内の高エンジン回転速度側の領域では、ωタンブル形状のタンブル流が生成されるように筒内のガス流動を制御するようにした。尚、本実施形態で用いる目標流速範囲（着火最適範囲）は、実施の形態１の変形例において上述したように、筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のうちの少なくとも一つに基づいて定められているものとする。
（実施の形態３における特徴的な制御の具体例）
図２５は、ＴＣＶ２４によるタンブル比の調整によってωタンブル形状のタンブル流の生成と非生成とを制御することで点火時のプラグ近傍流速を制御する手法を説明するための図である。
図２５に示す手法は、ＴＣＶ２４を用いたタンブル比の制御によって、タンブル流の形状を通常のタンブル形状とωタンブル形状との間で制御するというものである。エンジン回転速度に関係なく図２５中に示す第３ＴＣＶ開度でＴＣＶ開度を固定した場合には、エンジン回転速度の増加に伴うガス流速の増加によって、リーンバーン運転領域における高回転側の領域においてプラグ近傍流速が本実施形態の着火最適範囲から外れてしまい、また、同様に、第４ＴＣＶ開度で固定した場合には、低回転側の領域においてプラグ近傍流速が着火最適範囲から外れてしまう。
第３ＴＣＶ開度は、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適した範囲（図２２に示す例のように１ストローク中に筒内ガスが回転する際のタンブル比を中心とする所定範囲）内のタンブル比よりも大きなタンブル比が得られる開度として設定されたものであるとする。このように設定された第３ＴＣＶ開度を用いることで、ωタンブル形状の流れの生成を抑制し、通常のタンブル形状のタンブル流を生成することができる。また、第４ＴＣＶ開度は、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適した上記範囲内のタンブル比が得られる開度として設定されたものであるとする。このように設定された第４ＴＣＶ開度を用いることで、タンブル流の渦中心に偏りを生じさせ、ωタンブル形状のタンブル流を生成することができる。更に付け加えると、第４ＴＣＶ開度は、第３エンジン回転速度ＮＥ３である時にプラグ近傍流速が着火最適範囲の下限を下回らないように設定されたＴＣＶ開度であるものとする。
図２５に示すケースでは、リーンバーン運転領域における低回転側の領域では、第３ＴＣＶ開度を用いることで、通常のタンブル形状のタンブル流を利用してプラグ近傍流速を着火最適範囲内に収めることができる。そこで、本実施形態では、第３ＴＣＶ開度でＴＣＶ開度を固定したままでは着火最適範囲の上限に達してしまう第３エンジン回転速度ＮＥ３よりも低いエンジン回転速度領域においてはＴＣＶ開度が第３ＴＣＶ開度に制御される。
一方、第３エンジン回転速度ＮＥ３以上となる高エンジン回転速度領域においてはＴＣＶ開度が第４ＴＣＶ開度に制御される。これにより、ωタンブル形状のタンブル流の生成によって、図２５（Ａ）に示すように、タンブル流形状が変更される第３エンジン回転速度ＮＥ３付近において、プラグ近傍流速を低下させることができる。このように、エンジン回転速度に応じてタンブル流の形状を変化させることにより、リーンバーン運転領域における点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲内に保持できるようになる。
また、図２５に示す手法では、第３エンジン回転速度ＮＥ３よりも高回転側の領域においてＴＣＶ開度を第４ＴＣＶ開度で固定するようにしているが、これに代え、当該高回転側の領域においてエンジン回転速度が高いほど、タンブル流の渦中心の偏り度合いの高いタンブル比が得られるようにＴＣＶ開度を調整してもよい。これにより、エンジン回転速度の上昇に伴ってωタンブル形状の流れがより強化されるので、図２４に表したように、上記高回転側の領域におけるエンジン回転速度の変化に対するプラグ近傍流速の変化を緩やかにすることができる。
図２６は、本発明の実施の形態３における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図２６において、実施の形態２における図１３に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図２６に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、上記ステップ１０６において点火エネルギーを決定した後に、現在のエンジン回転速度ＮＥが第３エンジン回転速度ＮＥ３よりも低いか否かを判定する（ステップ２００）。第３エンジン回転速度ＮＥ３は、上述したように、リーンバーン運転領域においてエンジン回転速度に応じてタンブル流の形状を変更する際の閾値である。
ステップ２００の判定が成立する場合（ＮＥ＜ＮＥ３）には、ＥＣＵ４０は、第３ＴＣＶ開度を用いて流速制御値（目標ＴＣＶ開度）を決定するとともに、目標空燃比の下で要求トルクを実現するためのスロットル開度、燃料噴射量および点火時期のそれぞれの目標値を所定のマップ等に従って決定する（ステップ２０２）。一方、ステップ２００の判定が不成立となる場合（ＮＥ≧ＮＥ３）には、ＥＣＵ４０は、第４ＴＣＶ開度を用いて流速制御値（目標ＴＣＶ開度）を決定するとともに、目標空燃比の下で要求トルクを実現するためのスロットル開度、燃料噴射量および点火時期のそれぞれの目標値を所定のマップ等に従って決定する（ステップ２０４）。
以上説明した図２６に示すルーチンによれば、ＴＣＶ２４を用いてエンジン回転速度に応じて通常のタンブル形状とωタンブル形状との間でタンブル流の形状を変化させることによって、リーンバーン運転領域における点火時のプラグ近傍流速を、エンジン回転速度の高低に対応して着火最適範囲内に保持することが可能となる。このため、リーンバーン運転時における混合気の着火性を向上させることができる。
また、本実施形態における筒内のガス流動の制御手法によれば、上述した実施の形態１等のようにタンブル流の形状の変更を伴わずにタンブル比の調整によってプラグ近傍流速を制御する手法と比べて、タンブル比の調整量が少なくて済む。これにより、燃焼に重要な筒内ガスの乱れをあまり弱めずに、プラグ近傍流速を制御して着火性を向上させることができる。
ところで、上述した実施の形態３においては、リーンバーン運転領域においてエンジン回転速度に応じてωタンブル形状のタンブル流の生成と非生成とを制御するために、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適した範囲内のタンブル比よりも大きいタンブル比が得られる第３ＴＣＶ開度と、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適した範囲内のタンブル比が得られる第４ＴＣＶ開度との間で、ＴＣＶ開度を制御することとしている。しかしながら、ωタンブル形状のタンブル流を非生成とするためのＴＣＶ開度は、第３ＴＣＶ開度に代え、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適した範囲内のタンブル比よりも小さいタンブル比が得られる所定のＴＣＶ開度であってもよい。
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ２００〜２０４および１１４の処理を実行することにより前記第１０の発明における「ガス流動制御手段」が実現されている。
実施の形態４．
次に、図２７および図２８を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図２６に示すルーチンに代えて後述の図２８に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
図２７は、本発明の実施の形態４における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。
本実施形態における筒内のガス流動の制御手法は、ＴＣＶ２４を用いてエンジン回転速度に応じてωタンブル形状のタンブル流の生成と非生成とを制御することを利用して、リーンバーン運転領域でプラグ近傍流速が着火最適範囲内に収まるように、エンジン回転速度の変化に対してプラグ近傍流速が略一定となるエンジン回転速度領域を作り出すというものである。そして、本実施形態の制御手法は、そのようなエンジン回転速度領域を、図２７（Ａ）に示すようにリーンバーン運転を行う第１運転領域における第１エンジン回転速度領域Ｒ１に適用することによって、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３と比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性を実現するというものである。
具体的には、第１エンジン回転速度領域Ｒ１よりも低回転側の第２エンジン回転速度領域Ｒ２では、通常のタンブル形状のタンブル流を生成するための第５ＴＣＶ開度にＴＣＶ開度が制御される。第５ＴＣＶ開度は、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適したタンブル比範囲の境界（図２７に示す例では上限）近傍のタンブル比が得られる開度である。
図２７（Ｃ）に示すように、第１エンジン回転速度領域Ｒ１では、エンジン回転速度の上昇に伴ってＴＣＶ開度が第５ＴＣＶ開度から第６ＴＣＶ開度に向けて徐々に開かれていく。タンブル比としては、図２７（Ｂ）に示すように、エンジン回転速度の上昇に伴って、１ストローク中の筒内ガスの回転角度が上記タンブル比範囲内の最適なタンブル比（図２２を参照して説明したタンブル比）に近づくように上記境界近傍の値から徐々に下げられていくことになる。その結果、第１エンジン回転速度領域Ｒ１では、ωタンブル形状のタンブル流が生成され、かつ、生成されるωタンブル形状の流れがエンジン回転速度の上昇に伴うタンブル流の渦中心の偏り度合いの増大によって強化されていく。
プラグ近傍流速は、タンブル比が一定であれば、エンジン回転速度の上昇に伴って単調に増加する。また、ωタンブル形状の流れが強化されるほど、筒内中央部におけるタンブル流の軸中心位置が点火プラグ３２により近くなる（タンブル軸の屈曲部の位置がより高くなる）。このため、ωタンブル形状の流れが強化されるほど、点火時のプラグ近傍流速を低下させることができる。したがって、第１エンジン回転速度領域Ｒ１では、ωタンブル形状の流れの強化によるプラグ近傍流速の低下の作用によってエンジン回転速度の上昇に伴うプラグ近傍流速の上昇の作用が打ち消されるようにＴＣＶ開度が開かれていくことになる。これにより、エンジン回転速度の変化に対してプラグ近傍流速が略一定となる特性を得ることができる。尚、図２７に示すケースでは、高回転側の第２エンジン回転速度領域Ｒ３では、ＴＣＶ開度が第６ＴＣＶ開度で固定されているため、エンジン回転速度の上昇に伴ってプラグ近傍流速が単調に増加する。
図２８は、本発明の実施の形態４における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図２８において、実施の形態３における図２６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図２８に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、上記ステップ１０６において点火エネルギーを決定した後に、エンジン回転速度の変化に対してプラグ近傍流速が略一定となるように、流速制御値（本実施形態では、目標ＴＣＶ開度）を決定するとともに、目標空燃比の下で要求トルクを実現するためのスロットル開度、燃料噴射量および点火時期のそれぞれの目標値を所定のマップ等に従って決定する（ステップ３００）。
より具体的には、ＥＣＵ４０は、リーンバーン運転における第１エンジン回転速度領域Ｒ１において用いる目標ＴＣＶ開度を決定するために、ωタンブル形状の流れの強化によるプラグ近傍流速の低下の作用によってエンジン回転速度の上昇に伴うプラグ近傍流速の上昇の作用を打ち消すことのできるＴＣＶ開度をエンジン回転速度との関係で実験等により予め定めたマップ（図示省略）を記憶している。ＥＣＵ４０は、本ステップ３００では、そのようなマップを参照して、現在のエンジン回転速度に応じた目標ＴＣＶ開度（流速制御値）を決定する。
以上説明した図２８に示すルーチンによれば、ＴＣＶ２４を用いてエンジン回転速度に応じて通常のタンブル形状とωタンブル形状との間でタンブル流の形状を変化させることによって、リーンバーン運転領域（第１エンジン回転速度領域Ｒ１）における点火時のプラグ近傍流速を、エンジン回転速度の変化に対して略一定となるように制御することができる。実施の形態２において既述したように、着火最適範囲内のプラグ近傍流速には、着火遅れが最小となる最適値が存在する。本実施形態の制御手法によれば、実施の形態３の制御手法と比べ、そのような最適値が得られるようにプラグ近傍流速を制御し易くなる。このため、リーンバーン運転時における混合気の着火性を向上させつつ、リーン限界を拡大させることができる。
ところで、上述した実施の形態４においては、リーンバーン運転を行う第１運転領域における第１エンジン回転速度領域Ｒ１においてエンジン回転速度の変化に対してプラグ近傍流速が略一定となる特性を得るために、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適したタンブル比の範囲の境界（上限）近傍のタンブル比が得られる第５ＴＣＶ開度と、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適した範囲内のタンブル比が得られる第６ＴＣＶ開度との間で、ＴＣＶ開度を制御することとしている。しかしながら、このような制御のために用いるＴＣＶ開度は、第５ＴＣＶ開度に代え、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適したタンブル比の範囲の境界（下限）近傍のタンブル比が得られる所定のＴＣＶ開度であってもよい。より具体的には、第１エンジン回転速度領域Ｒ１では、エンジン回転速度の上昇に伴ってＴＣＶ開度が上記所定のＴＣＶ開度から第６ＴＣＶ開度に向けて徐々に閉じられるようになっていてもよい。これにより、タンブル比としては、エンジン回転速度の上昇に伴って、１ストローク中の筒内ガスの回転角度が上記タンブル比範囲内の最適なタンブル比に近づくように上記境界近傍の値から徐々に上げられていくことになる。その結果、このような代替手法によっても、第１エンジン回転速度領域Ｒ１では、ωタンブル形状のタンブル流が生成され、かつ、生成されるωタンブル形状の流れがエンジン回転速度の上昇に伴うタンブル流の渦中心の偏り度合いの増大によって強化されていくようになる。
尚、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ３００および１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「ガス流動制御手段」が実現されている。
実施の形態５．
次に、図２９〜図３３を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
［システム構成の説明］
図２９は、本発明の実施の形態５の内燃機関５０のシステム構成を説明するための模式図である。尚、図２９において、図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
本実施形態の内燃機関５０は、ＴＣＶ２４を備えずに吸気通路５２の吸気ポート５２ａの形状によって筒内にタンブル流を生成可能に構成されている点と吸気可変動弁装置５４を備えている点とを除き、上述した内燃機関１０と同様に構成されているものとする。吸気可変動弁装置５４は、吸気弁２６を駆動するためにプロフィールの異なる２つのカムを備え、当該カムを切り替えることによって吸気弁２６のバルブリフト特性を２段階に切り替え可能な装置である。このようにバルブリフト特性を２段階に切り替え可能な動弁装置自体は周知のものであるので、ここではその具体的な構成の説明を省略する。
図３０は、図２９に示す吸気可変動弁装置５４によって変更される吸気弁２６のバルブリフト特性を説明するための図である。
吸気可変動弁装置５４は、図３０に示すように、一般的な形状のバルブリフト特性（破線）と、破線で示すバルブリフト特性と比べてバルブリフト量が最大となる期間の長いリフト特性（実線）との間でバルブリフト特性を切り替えるものである。
（実施の形態５の制御の特徴部分）
図３１は、図３０に示すバルブリフト特性の切り替えに伴う筒内のガス流動の変化を説明するための図である。尚、図３１は、吸気行程においてピストン１２の速度が最大となり、かつ、吸気弁２６のバルブリフト量が高いことで、流量が多い状態で吸気が筒内に流入するタイミング（吸気行程の中期）付近でのものである。
バルブリフト最大期間の長いバルブリフト特性が選択されている場合には、図３１（Ａ）に示すように、流量が多い状態で吸気が流入するタイミング付近において、吸気が大きな塊とはならずに分散して筒内に流入する。一方、バルブリフト最大期間の短いバルブリフト特性が選択されている場合には、図３１（Ｂ）に示すように、上記タイミング付近において、吸気が大きな塊となって集中して筒内に流入する。このように、バルブリフト最大期間を変更可能な吸気可変動弁装置５４は、筒内のガス流動に影響を及ぼすアクチュエータである。
バルブリフト最大期間を長くして吸気の塊を分散することによって、圧縮行程後半において燃焼室１４の容積中心に対するタンブル流の渦中心の偏りを抑制することができる。これにより、ωタンブル形状の流れの生成が抑制され、通常のタンブル形状のタンブル流が生成されるようになるため、点火時のプラグ近傍流速を高くすることができる。一方、バルブリフト最大期間を短くして吸気の塊を集中させることによって、タンブル流の渦中心の偏りを生じさせることができる。これにより、ωタンブル形状のタンブル流が生成されるようになるため、通常のタンブル形状のタンブル流の生成時と比べて、プラグ近傍流速を低くすることができる。尚、バルブリフト最大期間を短く制御した際に効果的にωタンブル形状のタンブル流を生成させるためには、内燃機関５０が備える吸気ポート５２ａが、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適したタンブル比（図２２を参照して説明したタンブル比）が得られるように構成されたものであることが好ましい。
そこで、本実施形態では、リーンバーン運転領域において吸気可変動弁装置５４を用いてエンジン回転速度に応じて吸気弁２６のバルブリフト最大期間を変更することによって、通常のタンブル形状とωタンブル形状との間でタンブル流の形状を変化させることとした。より具体的には、リーンバーン運転領域内の低回転側の領域では、バルブリフト最大期間の長いバルブリフト特性を選択し、高回転側の領域では、バルブリフト最大期間の短いバルブリフト特性を選択することとした。
（実施の形態５における特徴的な制御の具体例）
図３２は、吸気可変動弁装置５４によるバルブリフト最大期間の切り替えによってωタンブル形状のタンブル流の生成と非生成とを制御することで点火時のプラグ近傍流速を制御する手法を説明するための図である。尚、本実施形態で用いる目標流速範囲（着火最適範囲）は、実施の形態１の変形例において上述したように、筒内の空燃比、点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のうちの少なくとも一つに基づいて定められているものとする。
図３２に示すように、エンジン回転速度に関係なくバルブリフト最大期間の長いバルブリフト特性を継続的に使用した場合には、エンジン回転速度の増加に伴うガス流速の増加によって、リーンバーン運転領域における高回転側の領域においてプラグ近傍流速が本実施形態の着火最適範囲から外れてしまい、また、同様に、バルブリフト最大期間の短いバルブリフト特性を継続的に使用した場合には、低回転側の領域においてプラグ近傍流速が着火最適範囲から外れてしまう。
図３２に示すケースでは、リーンバーン運転領域における低回転側の領域では、バルブリフト最大期間の長いバルブリフト特性を用いることで、通常のタンブル形状のタンブル流を利用してプラグ近傍流速を着火最適範囲内に収めることができる。そこで、本実施形態では、バルブリフト最大期間の長いバルブリフト特性を継続的に使用したままでは着火最適範囲の上限に達してしまう第４エンジン回転速度ＮＥ４よりも低いエンジン回転速度領域においては、バルブリフト最大期間の長いバルブリフト特性が選択される。
一方、第４エンジン回転速度ＮＥ４以上となる高エンジン回転速度領域においてはバルブリフト最大期間の短いバルブリフト特性が選択される。これにより、ωタンブル形状のタンブル流の生成によって、図３２（Ａ）に示すように、タンブル流の形状が変更される第４エンジン回転速度ＮＥ４付近において、プラグ近傍流速を低下させることができる。このように、エンジン回転速度に応じてタンブル流の形状を変化させることにより、リーンバーン運転領域における点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲内に保持できるようになる。尚、バルブリフト特性の切り替え時には、吸入空気量の変化を解消するためにスロットルバルブ２２の開度が調整される。
また、図３２に示す手法では、第４エンジン回転速度ＮＥ４よりも高回転側の領域においては、バルブリフト最大期間の短い単一のバルブリフト特性が用いられるようになっている。しかしながら、上記の手法に代え、吸気弁２６を駆動するために電磁駆動式もしくはカムを電動モータで駆動する方式等の可変動弁装置を用いることによって、リーンバーン運転領域におけるバルブリフト最大期間をエンジン回転速度に応じて連続的に変更するようにしてもよい。すなわち、このような手法によって、リーンバーン運転時のプラグ近傍流速が所望の値となるようにプラグ近傍流速をより細かく制御してもよい。
図３３は、本発明の実施の形態５における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図３３において、実施の形態３における図２６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図３３に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、上記ステップ１０６において点火エネルギーを決定した後に、現在のエンジン回転速度ＮＥが第４エンジン回転速度ＮＥ４よりも低いか否かを判定する（ステップ４００）。第４エンジン回転速度ＮＥ４は、上述したように、リーンバーン運転領域においてエンジン回転速度に応じてタンブル流の形状を変更する際の閾値である。
ステップ４００の判定が成立する場合（ＮＥ＜ＮＥ４）には、ＥＣＵ４０は、バルブリフト最大期間の長いバルブリフト特性が得られるカムを流速制御値（目標バルブリフト特性）として選択するとともに、目標空燃比の下で要求トルクを実現するためのスロットル開度、燃料噴射量および点火時期のそれぞれの目標値を所定のマップ等に従って決定する（ステップ４０２）。一方、ステップ８００の判定が不成立となる場合（ＮＥ≧ＮＥ４）には、ＥＣＵ４０は、バルブリフト最大期間の短いバルブリフト特性が得られるカムを流速制御値（目標バルブリフト特性）として選択するとともに、目標空燃比の下で要求トルクを実現するためのスロットル開度、燃料噴射量および点火時期のそれぞれの目標値を所定のマップ等に従って決定する（ステップ４０４）。次いで、ＥＣＵ４０は、決定された各種目標値に従って、各種アクチュエータ（スロットルバルブ２２、燃料噴射弁３０、点火プラグ３２および吸気可変動弁装置５４）を制御する（ステップ４０６）。
以上説明した図３３に示すルーチンによれば、バルブリフト最大期間を切り替え可能な吸気可変動弁装置５４を利用して、エンジン回転速度に応じて通常のタンブル形状とωタンブル形状との間でタンブル流の形状を変化させることによって、リーンバーン運転領域における点火時のプラグ近傍流速を、エンジン回転速度の高低に対応して着火最適範囲内に保持することが可能となる。また、本実施形態における筒内のガス流動の制御手法によれば、タンブル比自体の制御に頼らずに（すなわち、燃焼に重要な筒内ガスの乱れを弱めることなく）、タンブル流の渦中心の偏りの有無（タンブル形状）を制御することが可能となる。このため、リーン限界の拡大（燃費向上）を図りつつ、リーンバーン運転時における混合気の着火性を向上させることができる。
尚、上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ４００〜４０６の処理を実行することにより前記第１０の発明における「ガス流動制御手段」が実現されている。
実施の形態６．
次に、図３４〜図３８を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。
［システム構成の説明］
図３４は、本発明の実施の形態６の内燃機関６０のシステム構成を説明するための模式図である。尚、図３４において、図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
本実施形態の内燃機関６０は、ＴＣＶ２４を備えずに吸気通路６２の吸気ポート６２ａの形状によって筒内にタンブル流を生成可能に構成されている点と吸気可変動弁装置６４およびバルブマスク６６を備えている点とを除き、上述した内燃機関１０と同様に構成されているものとする。吸気可変動弁装置６４は、吸気弁２６のリフト量を連続的に変更可能な装置である。このような機能を有する可変動弁装置自体は周知のものであるので、ここではその具体的な構成の説明を省略する。
図３５は、図３４に示すバルブマスク６６の詳細な構成を説明するための図である。尚、図３５は、シリンダの下方側から燃焼室１４を見た図である。
バルブマスク６６は、各気筒に対して２つ備えられた吸気ポート６２ａのそれぞれに対し、燃焼室１４の中央側の部位（点火プラグ３２の近傍部位）を除いて吸気ポート６２ａの出口を取り囲む凸部として、燃焼室１４の壁面に形成されている。
（実施の形態６の制御の特徴部分）
図３６は、図３５中に示すＡ−Ａ線で吸気ポート６２ａ周りの構成を切断した断面図である。
上記のように形成されたバルブマスク６６を備えていることにより、図３６に示すように、吸気ポート６２ａから流入する吸気は、バルブマスク６６が設けられた部位に向けては隙間が狭いために流れにくくなり、バルブマスク６６が設けられていない燃焼室１４の中央側の部位には流れ易くなる。このため、図３５中に矢印で示すように、吸気ポート６２ａから流入する吸気を燃焼室１４の中央側に集めることができる。このような傾向は、吸気弁２６のリフト量が小さくなるほど、バルブマスク６６の効果が高まるので顕著となる。したがって、吸気弁２６のリフト量を小さくすることによって、吸気ポート６２ａから流入する吸気を燃焼室１４の中央側により積極的に集められるようになる。このように、バルブマスク６６と、吸気弁２６のリフト量を変更可能な吸気可変動弁装置６４との組み合わせは、筒内のガス流動に影響を及ぼす装置である。
本実施形態の内燃機関６０が備える吸気ポート６２ａは、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適したタンブル比（図２２を参照して説明したタンブル比）が得られるように構成されたものであるとする。このように構成された内燃機関６０において、燃焼室１４の中央側の部位に向かう吸気の流量の割合を増やすことは、燃焼室１４の容積中心に対するタンブル流の渦中心の偏り度合いを高めることになる。タンブル流の渦中心の偏り度合いが高まると、ωタンブル形状の流れが強化される。したがって、吸気可変動弁装置６４を用いて吸気弁２６のリフト量を変更することによって燃焼室１４の中央側の部位に向かう吸気の流量の割合を増減することで、ωタンブル形状の流れの強さを制御することが可能となる。このように、本実施形態の構成によれば、バルブマスク６６による吸気の指向性が吸気弁２６のリフト量に応じて変化することを利用して、ωタンブル形状の流れの強さを制御することが可能となる。また、既述したように、ωタンブル形状の流れを強化することは、点火時のプラグ近傍流速の低下に繋がる。
そこで、本実施形態では、上記のように形成されたバルブマスク６６を備えたうえで、吸気可変動弁装置６４を用いてエンジン回転速度が高い場合にはそれが低い場合と比べて吸気弁２６のリフト量を小さくすることによって、リーンバーン運転を行う第１運転領域における第１エンジン回転速度領域Ｒ１における点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲内に収めるべく、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３と比べて小さくなるように、ωタンブル形状の流れの強さを制御することとした。
（実施の形態６における特徴的な制御の具体例）
図３７は、本発明の実施の形態６における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。
この制御例では、リーンバーン運転を行う第１運転領域における第１エンジン回転速度領域Ｒ１において、図３７（Ｂ）に示すように、吸気可変動弁装置６４を用いてエンジン回転速度が高くなるほど吸気弁２６のリフト量が小さくなるように制御される。図３７に示すケースでは、吸気弁２６のリフト量が第２リフト量（例えば、最大リフト量）で固定されたままであると、エンジン回転速度の増加に伴うガス流速の増加によって、プラグ近傍流速が着火最適範囲から外れてしまう（図３７（Ａ）中の破線参照）。このため、図３７のケースでは、第１エンジン回転速度領域Ｒ１において、エンジン回転速度の上昇に伴って吸気弁２６のリフト量を小さくしていくことでωタンブル形状の流れが強められていく。尚、図３７に示すケースでは、高回転側の第２エンジン回転速度領域Ｒ３では、吸気弁２６のリフト量が第２リフト量よりも小さな第１リフト量で固定されているため、エンジン回転速度の上昇に伴ってプラグ近傍流速が単調に増加する。
以上説明したように、吸気弁２６のリフト量の制御によってエンジン回転速度の変化に応じてωタンブル形状の流れの強さを制御することで、リーンバーン運転が行われる第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３におけるそれと比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるように筒内のガス流動を制御することができる。
また、ここでは、ωタンブル形状のタンブル流の生成条件を満たすタンブル比が得られるように構成された吸気ポート６２ａを前提として備える内燃機関６０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本実施形態におけるバルブマスク６６と吸気弁２６のリフト量の変更とを利用して点火時のプラグ近傍流速を制御する手法は、上述したプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるものであれば、通常のタンブル形状の流れが得られるように構成された吸気ポートを前提として備えた内燃機関に適用して、第１エンジン回転速度領域Ｒ１において吸気弁２６のリフト量の変更に起因して通常のタンブル形状からωタンブル形状へのタンブル流の形状変化を伴うものであってもよい。
図３８は、本発明の実施の形態６における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図３８において、実施の形態３における図２６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図３８に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、上記ステップ１０６において点火エネルギーを決定した後に、エンジン回転速度に応じて流速制御値（本実施形態では、吸気弁２６の目標リフト量）を決定するとともに、目標空燃比の下で要求トルクを実現するためのスロットル開度、燃料噴射量および点火時期のそれぞれの目標値を所定のマップ等に従って決定する（ステップ５００）。より具体的には、ＥＣＵ４０は、図３７（Ｂ）中の第１エンジン回転速度領域Ｒ１における設定のようにエンジン回転速度と吸気弁２６のリフト量との関係を定めたマップ（図示省略）を記憶しており、本ステップ５００では、そのようなマップを参照し、現在のエンジン回転速度に伴って小さくなるように吸気弁２６の目標リフト量が算出される。次いで、ＥＣＵ４０は、決定された各種目標値に従って、各種アクチュエータ（スロットルバルブ２２、燃料噴射弁３０、点火プラグ３２および吸気可変動弁装置６４）を制御する（ステップ５０２）。
以上説明した図３８に示すルーチンによれば、バルブマスク６６と吸気弁２６のリフト量の制御との組み合わせを利用して、上述したプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性を得ることができる。そして、本実施形態における筒内のガス流動の制御手法によっても、タンブル比自体の制御に頼らずに（すなわち、燃焼に重要な筒内ガスの乱れを弱めることなく）、点火時のプラグ近傍流速をエンジン回転速度の高低によらずに着火最適範囲内に保持することが可能となる。このため、リーン限界の拡大（燃費向上）を図りつつ、リーンバーン運転時における混合気の着火性を向上させることができる。
尚、上述した実施の形態６においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ５００および５０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「ガス流動制御手段」が実現されている。
実施の形態７．
次に、図３９〜図４２を参照して、本発明の実施の形態７について説明する。
［システム構成の説明］
図３９は、本発明の実施の形態７の内燃機関７０が備えるバルブマスク７２の詳細な構成を説明するための模式図である。
本実施形態の内燃機関７０は、バルブマスク６６に代えてバルブマスク７２を備えている点を除き、上述した内燃機関６０と同様に構成されているものとする。本実施形態におけるバルブマスク７２は、各気筒に対して２つ備えられた吸気ポート６２ａのそれぞれに対し、燃焼室１４の中央側の部位（点火プラグ３２の近傍部位）のみにおいて吸気ポート６２ａの出口を取り囲む凸部として、燃焼室１４の壁面に形成されている。
（実施の形態７の制御の特徴部分）
図４０は、図３９中に示すＢ−Ｂ線で吸気ポート６２ａ周りの構成を切断した断面図である。
上記のように形成されたバルブマスク７２を備えていることにより、図４０に示すように、吸気ポート６２ａから流入する吸気は、バルブマスク７２が設けられた燃焼室１４の中央側の部位に向けては隙間が狭いために流れにくくなり、バルブマスク７２が設けられていない残りの部位には流れ易くなる。このような傾向は、吸気弁２６のリフト量が小さくなるほど、バルブマスク７２の効果が高まるので顕著となる。換言すると、吸気弁２６のリフト量を大きくすることによって、吸気弁２６のリフト量が相対的に小さい場合と比べて、吸気ポート６２ａから流入する吸気のうちで燃焼室１４の中央側に向かう吸気の流量の割合を増やせるようになり、その結果、ωタンブル形状の流れを強化することができる。
そこで、本実施形態では、上記のように形成されたバルブマスク７２を備えたうえで、吸気可変動弁装置６４を用いてエンジン回転速度が高い場合にはそれが低い場合と比べて吸気弁２６のリフト量を大きくすることによって、リーンバーン運転を行う第１運転領域における第１エンジン回転速度領域Ｒ１における点火時のプラグ近傍流速を着火最適範囲内に収めるべく、第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３と比べて小さくなるように、ωタンブル形状の流れの強さを制御することとした。
（実施の形態７における特徴的な制御の具体例）
図４１は、本発明の実施の形態７における点火時のプラグ近傍流速の特徴的な制御を説明するための図である。
この制御例では、リーンバーン運転を行う第１運転領域における第１エンジン回転速度領域Ｒ１において、図４１（Ｂ）に示すように、吸気可変動弁装置６４を用いてエンジン回転速度が高くなるほど吸気弁２６のリフト量が大きくなるように制御される。図４１に示すケースでは、吸気弁２６のリフト量が第３リフト量で固定されたままであると、エンジン回転速度の増加に伴うガス流速の増加によって、プラグ近傍流速が着火最適範囲から外れてしまう（図４１（Ａ）中の破線参照）。このため、図４１のケースでは、第１エンジン回転速度領域Ｒ１において、エンジン回転速度の上昇に伴って吸気弁２６のリフト量を大きくしていくことでωタンブル形状の流れが強められていく。尚、図４１に示すケースでは、高回転側の第２エンジン回転速度領域Ｒ３では、吸気弁２６のリフト量が第３リフト量よりも大きな第４リフト量（例えば、最大リフト量）で固定されているため、エンジン回転速度の上昇に伴ってプラグ近傍流速が単調に増加する。
以上説明したように、本実施形態の手法によっても、吸気弁２６のリフト量の制御によってエンジン回転速度の変化に応じてωタンブル形状の流れの強さを制御することで、リーンバーン運転が行われる第１エンジン回転速度領域Ｒ１におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時のプラグ近傍流速の変化の割合が第２エンジン回転速度領域Ｒ２，Ｒ３におけるそれと比べて小さくなるプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるように筒内のガス流動を制御することができる。
また、実施の形態６と同様に、本実施形態におけるバルブマスク７２と吸気弁２６のリフト量の変更とを利用して点火時のプラグ近傍流速を制御する手法は、上述したプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性が得られるものであれば、通常のタンブル形状のタンブル流が得られるように構成された吸気ポートを前提として備えた内燃機関に適用して、第１エンジン回転速度領域Ｒ１において吸気弁２６のリフト量の変更に起因して通常のタンブル形状からωタンブル形状へのタンブル流の形状変化を伴うものであってもよい。
図４２は、本発明の実施の形態７における特徴的な制御を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図４２において、実施の形態６における図３８に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図４２に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、上記ステップ１０６において点火エネルギーを決定した後に、エンジン回転速度に応じて流速制御値（本実施形態では、吸気弁２６の目標リフト量）を決定するとともに、目標空燃比の下で要求トルクを実現するためのスロットル開度、燃料噴射量および点火時期のそれぞれの目標値を所定のマップ等に従って決定する（ステップ６００）。より具体的には、ＥＣＵ４０は、図４１（Ｂ）中の第１エンジン回転速度領域Ｒ１における設定のようにエンジン回転速度と吸気弁２６のリフト量との関係を定めたマップ（図示省略）を記憶しており、本ステップ６００では、そのようなマップを参照し、現在のエンジン回転速度の増加に伴って大きくなるように吸気弁２６の目標リフト量が算出される。
以上説明した図４２に示すルーチンによっても、バルブマスク７２と吸気弁２６のリフト量の制御との組み合わせを利用して、上述したプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性を得ることができる。そして、本実施形態における筒内のガス流動の制御手法によっても、タンブル比自体の制御に頼らずに（すなわち、燃焼に重要な筒内ガスの乱れを弱めることなく）、点火時のプラグ近傍流速をエンジン回転速度の高低によらずに着火最適範囲内に保持することが可能となる。このため、リーン限界の拡大（燃費向上）を図りつつ、リーンバーン運転時における混合気の着火性を向上させることができる。
尚、上述した実施の形態７においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ６００および５０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「ガス流動制御手段」が実現されている。
ところで、上述した実施の形態１〜７においては、筒内のガス流動を制御して点火時のプラグ近傍流速を制御するためのアクチュエータとして、ＴＣＶ２４を用いることとしている。しかしながら、これらの実施の形態１等における制御は、ＴＣＶ２４を用いたタンブル流の制御によるものに限られず、例えば、筒内に生成されるスワール流（横渦流）の制御によるものであってもよい。スワール流の制御は、例えば、吸気通路に備えたスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）を用いて行うことができる。
また、上述した実施の形態４、６および７におけるωタンブル形状のタンブル流を利用した点火時のプラグ近傍流速の制御手法は、上述した実施の形態２における点火時のプラグ近傍流速の制御を実現するために適用されてもよい。
また、上述した実施の形態３〜７が前提としているように、ωタンブル形状のタンブル流の生成時における点火プラグ３２の周囲でのガス流れ方向の反転タイミングがリーンバーン運転時の点火時期の設定範囲よりも後になるケースにおいては、タンブル流の渦中心の偏り度合いを高めてωタンブル形状の流れを強化することは、点火時のプラグ近傍流速の低下をもたらす。これに対し、上記ガス流れ方向の反転タイミングがリーンバーン運転時の点火時期の設定範囲よりも前になるケースでは、ωタンブル形状の流れの強化は、点火時のプラグ近傍流速を高めるように作用する（ただし、ガスの流れ方向は上記のケースと逆になる）。本発明における筒内のガス流動の制御による点火時のプラグ近傍流速の制御は、後者のケースを前提とする内燃機関に対して適用してもよい。
また、ガス流れ方向の反転タイミングと点火時期との関係は、例えば、タンブル比の設定（実機上でのＴＣＶ２４の制御やタンブルポートの設定など）によって変更することができる場合がある。より具体的には、ωタンブル形状のタンブル流の生成に適したタンブル比の範囲内においてタンブル流の渦中心の偏り度合いを高めることで反転タイミングを早めることができる場合がある。そこで、そのような場合には、図４等に示すプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性は、ωタンブル形状のタンブル流の生成時における点火プラグ３２の周囲でのガス流れ方向の反転タイミングを、ＴＣＶ２４などを用いてエンジン回転速度に応じて変更する制御を行うことによって実現されるものであってもよい。すなわち、反転時期と点火時期との関係について上記の２つのケースのどちらを前提としている場合であっても、この反転タイミングを点火時期に近づけることは、点火時のプラグ近傍流速を（絶対値として）低下させることを意味する。そこで、上記のプラグ近傍流速−エンジン回転速度特性を実現するために、第１エンジン回転速度領域Ｒ１においてエンジン回転速度が高いほど点火時期により近づく反転タイミングが得られるように筒内のガス流動を制御してもよい。ただし、図３を参照して既述したように、着火性能の確保という観点において、点火時のプラグ近傍流速は低すぎても良くない。このため、上記制御の実施時には、ガス流れ方向の反転タイミングの近傍において絶対値としてゼロに近いことでプラグ近傍流速が着火最適範囲から外れる時期に点火時期が設定されてしまうことを避ける必要がある。
また、上述した実施の形態１〜７においては、１気筒当たり２つの吸気弁２６を備えた内燃機関１０等を例に挙げて説明を行ったが、本発明は、点火プラグを間に介するように吸気弁と排気弁とが配置されているものであれば、１気筒当たりの吸気弁の数が２つ以外の構成の内燃機関に対して適用してもよい。
１０，５０，６０，７０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６，５２，６２ 吸気通路
１６ａ，５２ａ，６２ａ 吸気ポート
１８ 排気通路
１８ａ 排気ポート
２０ エアフローメータ
２２ スロットルバルブ
２４ タンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）
２６ 吸気弁
２８ 排気弁
３０ 燃料噴射弁
３２ 点火プラグ
３４ ＥＧＲ通路
３６ ＥＧＲバルブ
３８ 空燃比センサ
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２ クランク角センサ
５４，６４ 吸気可変動弁装置
６６，７２ バルブマスク

Claims (18)

  1. 混合気に点火するための点火プラグを備え、第１運転領域においてはリーンバーン運転を行い、第２運転領域においては前記リーンバーン運転時よりも低い空燃比での運転を行う火花点火式の内燃機関であって、
    前記第１運転領域における第１エンジン回転速度領域では、前記第２運転領域における第２エンジン回転速度領域と比べて、エンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合が小さくなるように筒内のガス流動を制御するガス流動制御手段を備え、
    前記ガス流動制御手段は、筒内の空燃比、前記点火プラグに供給される点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のうちの少なくとも１つに応じて、前記第１エンジン回転速度領域におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合を変更することを特徴とする内燃機関。
  2. 前記ガス流動制御手段は、筒内の空燃比が高いほど、前記第１エンジン回転速度領域におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
  3. 前記ガス流動制御手段は、点火エネルギーが低いほど、前記第１エンジン回転速度領域におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合を小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
  4. 前記ガス流動制御手段は、ＥＧＲ率が高いほど、前記第１エンジン回転速度領域におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合を小さくすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関。
  5. 前記ガス流動制御手段は、筒内温度が低いほど、前記第１エンジン回転速度領域におけるエンジン回転速度の変化に対する点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速の変化の割合を小さくすることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の内燃機関。
  6. 前記ガス流動制御手段は、前記第１エンジン回転速度領域内の同一エンジン回転速度で比較したときに、筒内の空燃比が高いほど、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速を低下させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
  7. 前記ガス流動制御手段は、前記第１エンジン回転速度領域内の同一エンジン回転速度で比較したときに、点火エネルギーが低いほど、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速を低下させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
  8. 前記ガス流動制御手段は、前記第１エンジン回転速度領域内の同一エンジン回転速度で比較したときに、ＥＧＲ率が高いほど、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速を低下させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
  9. 前記ガス流動制御手段は、前記第１エンジン回転速度領域内の同一エンジン回転速度で比較したときに、筒内温度が低いほど、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速を低下させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
  10. 混合気に点火するための点火プラグを備える火花点火式の内燃機関であって、
    リーンバーン運転領域における少なくとも一部の回転速度領域において、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速が筒内の空燃比、前記点火プラグに供給される点火エネルギー、ＥＧＲ率および筒内温度のうちの少なくとも１つに基づいて定まる流速範囲内に収まるように筒内のガス流動を制御するガス流動制御手段を備え、
    前記流速範囲は、筒内の空燃比が高いほど狭いことを特徴とする内燃機関。
  11. 前記流速範囲は、点火エネルギーが低いほど狭いことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
  12. 前記流速範囲は、ＥＧＲ率が高いほど狭いことを特徴とする請求項１０または１１に記載の内燃機関。
  13. 前記流速範囲は、筒内温度が低いほど狭いことを特徴とする請求項１０〜１２の何れか１つに記載の内燃機関。
  14. 前記流速範囲は、混合気の着火遅れと点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速との関係において前記着火遅れが最小となるガス流速値を基準として低流速側に位置する低流速側範囲と、前記ガス流速値を基準として高流速側に位置する高流速側範囲とを含み、
    前記流速範囲は、前記低流速側範囲の縮小量よりも前記高流速側範囲の縮小量が大きくなる態様で、筒内の空燃比が高いほど、より大きく縮小されることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
  15. 前記流速範囲は、混合気の着火遅れと点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速との関係において前記着火遅れが最小となるガス流速値を基準として低流速側に位置する低流速側範囲と、前記ガス流速値を基準として高流速側に位置する高流速側範囲とを含み、
    前記流速範囲は、前記低流速側範囲の縮小量よりも前記高流速側範囲の縮小量が大きくなる態様で、点火エネルギーが低いほど、より大きく縮小されることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関。
  16. 前記流速範囲は、混合気の着火遅れと点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速との関係において前記着火遅れが最小となるガス流速値を基準として低流速側に位置する低流速側範囲と、前記ガス流速値を基準として高流速側に位置する高流速側範囲とを含み、
    前記流速範囲は、前記低流速側範囲の縮小量よりも前記高流速側範囲の縮小量が大きくなる態様で、ＥＧＲ率が高いほど、より大きく縮小されることを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関。
  17. 前記流速範囲は、混合気の着火遅れと点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速との関係において前記着火遅れが最小となるガス流速値を基準として低流速側に位置する低流速側範囲と、前記ガス流速値を基準として高流速側に位置する高流速側範囲とを含み、
    前記流速範囲は、前記低流速側範囲の縮小量よりも前記高流速側範囲の縮小量が大きくなる態様で、筒内温度が低いほど、より大きく縮小されることを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関。
  18. 混合気に点火するための点火プラグを備える火花点火式の内燃機関であって、
    リーンバーン運転領域における少なくとも一部の回転速度領域において、筒内の空燃比が高いほど、前記点火プラグに供給される点火エネルギーが低いほど、ＥＧＲ率が高いほど、または、筒内温度が低いほど、点火時の前記点火プラグの周囲のガス流速が低下するように筒内のガス流動を制御するガス流動制御手段を備えることを特徴とする内燃機関。
JP2014062292A 2013-09-06 2014-03-25 内燃機関 Expired - Fee Related JP6206285B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014062292A JP6206285B2 (ja) 2013-09-06 2014-03-25 内燃機関
US14/916,658 US10690084B2 (en) 2013-09-06 2014-09-03 Internal combustion engine with an electronically controlled tumble control valve
PCT/IB2014/001701 WO2015033205A1 (en) 2013-09-06 2014-09-03 Internal combustion engine with an electronically controlled tumble control valve
EP14786255.1A EP3042058A1 (en) 2013-09-06 2014-09-03 Internal combustion engine with an electronically controlled tumble control valve
CN201480048970.7A CN105518271B (zh) 2013-09-06 2014-09-03 内燃机以及用于内燃机的控制方法
US16/037,533 US10774777B2 (en) 2013-09-06 2018-07-17 Internal combustion engine with an electronically controlled tumble control valve

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013185308 2013-09-06
JP2013185308 2013-09-06
JP2014062292A JP6206285B2 (ja) 2013-09-06 2014-03-25 内燃機関

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015072003A JP2015072003A (ja) 2015-04-16
JP6206285B2 true JP6206285B2 (ja) 2017-10-04

Family

ID=51743478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014062292A Expired - Fee Related JP6206285B2 (ja) 2013-09-06 2014-03-25 内燃機関

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10690084B2 (ja)
EP (1) EP3042058A1 (ja)
JP (1) JP6206285B2 (ja)
CN (1) CN105518271B (ja)
WO (1) WO2015033205A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020133491A (ja) * 2019-02-19 2020-08-31 株式会社デンソー エンジン

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6176005B2 (ja) 2013-09-06 2017-08-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP6489929B2 (ja) * 2015-05-15 2019-03-27 株式会社Ｓｏｋｅｎ 点火装置
JP6594825B2 (ja) * 2016-05-27 2019-10-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関制御装置
JP6313814B2 (ja) * 2016-06-21 2018-04-18 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置
US10650621B1 (en) 2016-09-13 2020-05-12 Iocurrents, Inc. Interfacing with a vehicular controller area network
US10174687B2 (en) * 2017-01-04 2019-01-08 Hyundai Motor Company Method of controlling engine
FR3095236B1 (fr) 2019-04-16 2021-04-09 Ifp Energies Now Dispositif d’admission de gaz pourvu d’un masque orienté
JP2022076784A (ja) * 2020-11-10 2022-05-20 マツダ株式会社 エンジンの制御方法及びエンジンシステム

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0742916B2 (ja) * 1986-04-26 1995-05-15 マツダ株式会社 エンジンの点火時期制御装置
US5190008A (en) * 1990-02-15 1993-03-02 Fujitsu Ten Limited Lean burn internal combustion engine
JP3221236B2 (ja) * 1994-06-23 2001-10-22 株式会社日立製作所 内燃機関の制御装置及び制御方法
JP3285493B2 (ja) * 1996-07-05 2002-05-27 株式会社日立製作所 希薄燃焼エンジン制御装置および方法ならびにエンジンシステム
JP3554167B2 (ja) * 1997-12-02 2004-08-18 株式会社日立製作所 筒内噴射エンジンの制御装置
JP3514083B2 (ja) * 1997-07-31 2004-03-31 日産自動車株式会社 筒内直接噴射式火花点火エンジン
JP3534634B2 (ja) * 1999-01-06 2004-06-07 株式会社日立製作所 内燃機関の制御装置
US6484690B2 (en) * 1999-01-06 2002-11-26 Hitachi, Ltd. Control equipment for internal combustion engines
JP3743607B2 (ja) * 1999-12-02 2006-02-08 株式会社デンソー 内燃機関の制御装置
JP2002038953A (ja) * 2000-07-25 2002-02-06 Hitachi Ltd 筒内噴射エンジン
JP4483099B2 (ja) * 2001-02-19 2010-06-16 マツダ株式会社 筒内噴射式エンジンの燃圧制御装置
JP2002349335A (ja) * 2001-03-21 2002-12-04 Mazda Motor Corp 筒内噴射式エンジンの制御装置
JP2005171815A (ja) 2003-12-09 2005-06-30 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関
JP4244198B2 (ja) * 2004-03-15 2009-03-25 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射制御方法
JP4821588B2 (ja) * 2006-11-30 2011-11-24 株式会社豊田自動織機 予混合圧縮着火機関
JP2008303798A (ja) * 2007-06-08 2008-12-18 Toyota Motor Corp 内燃機関及び内燃機関の制御装置
DE102009026574A1 (de) * 2009-05-29 2010-12-02 Robert Bosch Gmbh Brennkraftmaschine, insbesondere Gasmotor, mit Laserzündeinrichtung
JP5381920B2 (ja) 2010-07-16 2014-01-08 株式会社デンソー エンジン渦流制御装置
US8662054B2 (en) * 2011-03-09 2014-03-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Engine control device
DE102011013481A1 (de) * 2011-03-10 2012-09-13 Volkswagen Ag Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors
JP2014000903A (ja) 2012-06-19 2014-01-09 Mikuni Corp ブレーキ装置および制御方法、並びにプログラム
JP6176005B2 (ja) * 2013-09-06 2017-08-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020133491A (ja) * 2019-02-19 2020-08-31 株式会社デンソー エンジン

Also Published As

Publication number Publication date
CN105518271A (zh) 2016-04-20
US10774777B2 (en) 2020-09-15
WO2015033205A1 (en) 2015-03-12
EP3042058A1 (en) 2016-07-13
US20160208732A1 (en) 2016-07-21
CN105518271B (zh) 2019-04-16
US10690084B2 (en) 2020-06-23
JP2015072003A (ja) 2015-04-16
US20180320629A1 (en) 2018-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6206285B2 (ja) 内燃機関
JP6176005B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP4924751B1 (ja) 火花点火式直噴エンジンの制御方法及びその制御装置
JP6098477B2 (ja) 火花点火式内燃機関の制御システム
WO2012036006A1 (ja) 内燃機関の制御装置及び制御方法
JP6206158B2 (ja) 火花点火式内燃機関の制御システム
JP4834752B2 (ja) 内燃機関の吸気制御装置
EP2767703B1 (en) Control device for internal combustion engine
JP5121965B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5568457B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2008248811A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2015121164A (ja) 火花点火式内燃機関の制御システム
JP6371040B2 (ja) 内燃機関の制御装置および制御方法
JP2014148939A (ja) 内燃機関の点火制御装置
JP2008045412A (ja) 可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置
JP2018155166A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2009097411A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2015151913A (ja) 火花点火式内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160316

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170509

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170608

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170808

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170821

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6206285

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees