JP6323343B2 - 気筒内の気流速度算出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の気筒内における気流速度を算出する装置に関する。

従来、内燃機関の運転状況に応じてグロープラグの目標温度を設定し、標準状態での目標温度を達成するための電力を供給するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、内燃機関の運転状況によって、グロープラグの設けられた気筒内の気流速度が変化することで、グロープラグの温度が変化することを考慮している。

特開２０１１−２２０１２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、加工精度に起因する吸気通路等の個体差による気流速度のばらつきや、内燃機関の経時劣化等による気流速度の変化を考慮していない。このため、特許文献１に記載のものは、気筒内における気流速度を算出する上で未だ改善の余地を残している。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、気筒内における気流速度を正確に算出することのできる気流速度算出装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、内燃機関の気筒内における気流速度を算出する気流速度算出装置であって、前記機関には、前記気筒内に複数の噴射孔から燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、前記燃料噴射弁により所定間隔で前記燃料を２段噴射させる所定噴射を実行する噴射実行手段と、前記噴射実行手段により前記所定噴射が実行される際に、前記２段噴射された前記燃料の着火までの着火遅れ期間を算出する期間算出手段と、前記着火遅れ期間と前記気流速度との予め設定された関係に、前記期間算出手段により算出された前記着火遅れ期間を適用して前記気流速度を算出する気流速度算出手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、気筒内に複数の噴射孔から燃料を噴射する燃料噴射弁により、所定間隔で燃料を２段噴射させる所定噴射が実行される。そして、所定噴射が実行される際に、２段噴射された燃料の着火までの着火遅れ期間が算出される。

ここで、２段噴射される燃料の噴霧が互いに重なり合った部分では、酸素（空気）に対する燃料の当量比が大きくなり、燃料が着火し易くなる。このため、２段噴射された燃料の噴霧が互いに重なり合う部分が大きいほど、着火遅れ期間が短くなる。気筒内に１段目に噴射された燃料の噴霧は、２段目の燃料が噴射されるまでに気筒内の気流により流される。このため、２段噴射された燃料が重なり合う部分の大きさは、気筒内における気流速度によって変化する。その結果、気筒内における気流速度に応じて着火遅れ期間が変化することとなる。

この点、着火遅れ期間と気流速度との予め設定された関係に、算出された着火遅れ期間が適用されて気流速度が算出される。したがって、気筒内における気流速度を反映する着火遅れ期間に基づいて、気筒内における気流速度を正確に算出することができる。

また、本発明は、内燃機関の気筒内における気流速度を算出する気流速度算出装置であって、前記機関には、前記気筒内に複数の噴射孔から燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、前記燃料噴射弁により所定間隔で前記燃料を２段噴射させる所定噴射を実行する噴射実行手段と、前記噴射実行手段により前記所定噴射が実行される際に、前記２段噴射された前記燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量を算出する上昇量算出手段と、前記機関回転速度の上昇量と前記気流速度との予め設定された関係に、前記上昇量算出手段により算出された前記機関回転速度の上昇量を適用して前記気流速度を算出する気流速度算出手段と、を備えることを特徴とする。

内燃機関のピストンのＴＤＣ（Top Dead Center）よりも着火時期が遅角するほど、燃料の燃焼エネルギがピストンの運動エネルギに変換される効率が低下する。このため、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量は、着火遅れ期間が長いほど小さくなる。すなわち、機関回転速度の上昇量は着火遅れ期間と相関を有している。着火遅れ期間は気流速度を反映しているため、機関回転速度の上昇量も気流速度を反映することとなる。

この点、上記構成によれば、所定噴射が実行される際に、２段噴射された燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量が算出される。そして、機関回転速度の上昇量と気流速度との予め設定された関係に、算出された機関回転速度の上昇量が適用されて気流速度が算出される。したがって、気筒内における気流速度を反映する機関回転速度の上昇量に基づいて、気筒内における気流速度を正確に算出することができる。さらに、着火遅れ期間を算出する必要がないため、着火遅れ期間の算出に用いる筒内圧センサ等を不要とすることができる。

車両用内燃機関の概要を示す模式図。 第１実施形態の気流速度算出手順を示すフローチャート。 （ａ）時間と噴射率との関係を示すタイムチャート、（ｂ）時間と熱発生率との関係を示すタイムチャート。 １段目噴射による燃料噴霧と、２段目噴射による燃料噴霧との重なり合いを示す模式図。 着火遅れ期間と気流速度との関係を示すグラフ。 着火遅れ期間と気流速度との関係から気流速度を算出する態様を示す図。 第２実施形態の気流速度算出手順を示すフローチャート。 機関回転速度上昇量を示すグラフ。 機関回転速度上昇量と気流速度との関係を示すグラフ。 グロープラグ抵抗値と先端温度とスワール強度との関係を示すグラフ。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、車両用の内燃機関（詳しくはディーゼルエンジン）に適用され、内燃機関の気筒における気流速度を算出する気流速度算出装置として具体化している。

図１に示すように、車両は、内燃機関１０、制御装置３０、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ４１等を備えている。

内燃機関１０は、例えば４気筒のディーゼルエンジンである。なお、図１では、１つの気筒のみを示している。内燃機関１０は、気筒１１、ピストン１２、クランク軸１３、吸気通路１５、ターボチャージャ１６、スロットルバルブ装置１９、吸気弁１７、排気弁１８、燃料ポンプ２１、コモンレール２２、燃料噴射弁２４、排気通路２５、ＳＣＶ２７、ＶＶＴ２８、ＥＧＲバルブ装置５２、回転速度センサ４２、筒内圧センサ４３、吸気圧センサ４４、吸気温センサ４５、燃圧センサ４６、エアフロメータ４７、Ａ／Ｆセンサ４８、水温センサ４９等を備えている。気筒１１及びピストン１２によって、燃焼室１４が区画されている。

吸気通路１５には、上流側から、インタークーラ５４、スロットルバルブ装置１９、サージタンク２０、インテークマニホールド２０ａ、及びＳＣＶ２７が設けられている。インタークーラ５４は、ターボチャージャ１６によって過給された空気を冷却する。スロットルバルブ装置１９は、ＤＣモータ等のアクチュエータ１９ａにより、スロットルバルブ１９ｂの開度を調節する。サージタンク２０と各気筒の燃焼室１４とは、インテークマニホールド２０ａにより接続されている。吸気弁１７の開閉により、インテークマニホールド２０ａと燃焼室１４とが連通及び遮断される。

インテークマニホールド２０ａにおいて燃焼室１４に接続された一対の通路のうち１つの通路には、燃焼室１４（気筒１１）内にスワール（気流）を生じさせるＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）２７が設けられている。詳しくは、ＳＣＶ２７（状態変更手段）は、ＤＣモータ等のアクチュエータにより開度が調節され、吸気行程において燃焼室１４に吸気が導入されることに伴い生じるスワールの速度（気流の流通状態）を調節する。

燃料ポンプ２１（噴射圧力変更手段）は、燃料をコモンレール２２へ圧送する。コモンレール２２（蓄圧容器）は、燃料を蓄圧状態で保持する。燃料噴射弁２４は、コモンレール２２から供給された燃料を、燃焼室１４内に噴射孔から直接噴射する。燃料噴射弁２４には、複数の噴射孔が形成されており、噴射孔の断面形状は円形となっている。

排気通路２５には、浄化装置２６が設けられている。浄化装置２６は、排気通路２５内を流通する排気を浄化する。排気弁１８の開閉により、排気通路２５と燃焼室１４とが連通及び遮断される。

吸気通路１５と排気通路２５との間には、ターボチャージャ１６が設けられている。ターボチャージャ１６は、吸気通路１５に設けられた吸気コンプレッサ１６ａと、排気通路２５に設けられた排気タービン１６ｂと、これらを連結する回転軸１６ｃとを備えている。そして、排気通路２５内を流通する排気のエネルギにより排気タービン１６ｂが回転され、その回転エネルギが回転軸１６ｃを介して吸気コンプレッサ１６ａに伝達され、吸気コンプレッサ１６ａにより吸気通路１５内の空気が圧縮される。すなわち、ターボチャージャ１６によって空気が過給される。なお、ターボチャージャ１６は、図示しない可変ベーンの開度を調節することにより、過給圧を調節可能となっている。

排気通路２５において排気タービン１６ｂの上流側部分が、ＥＧＲ通路５１を介して吸気通路１５におけるスロットルバルブ装置１９の下流側部分（サージタンク２０）に接続されている。ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲバルブ装置５２、ＥＧＲクーラ５３が設けられている。ＥＧＲバルブ装置５２（排気再循環装置、混合比変更手段）は、ＤＣモータ等のアクチュエータ５２ａにより、ＥＧＲバルブ５２ｂの開度を調節する。ＥＧＲバルブ５２ｂの開度に応じて、排気通路２５内の排気の一部（ＥＧＲガス）が、ＥＧＲクーラ５３によって冷却された後に、吸気通路１５内の吸気に導入される。なお、アクチュエータ５２ａは、ＥＧＲバルブ５２ｂの開度を検出する機能を有している。

回転速度センサ４２（詳しくはクランク角センサ）は、内燃機関１０の回転速度ＮＥを検出する。筒内圧センサ４３（圧力センサ）は、気筒１１（燃焼室１４）内の筒内圧力Ｐｃｙｌを検出する。吸気圧センサ４４は、サージタンク２０（吸気通路１５）内の圧力を検出する。吸気温センサ４５は、サージタンク２０（吸気通路１５）内の吸気温度を検出する。燃圧センサ４６は、コモンレール２２内の燃料圧力を検出する。エアフロメータ４７は、吸気通路１５内を流通する吸気量（新気量）を検出する。Ａ／Ｆセンサ４８は、排気を浄化する浄化装置２６の下流において空燃比を検出する。水温センサ４９は、内燃機関１０の冷却水温度ＴＨＷを検出する。

制御装置３０（ＥＣＵ）は、上記の各種センサの検出値に基づいて、燃料ポンプ２１の駆動、燃料噴射弁２４の駆動、アクチュエータによるＳＣＶ２７の駆動、ＥＧＲバルブ装置５２の駆動等を制御する。そして、制御装置３０により、気筒１１における気流速度を算出する気流速度算出装置が構成されている。

図２は、第１実施形態の気流速度算出手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御装置３０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、車両の減速無噴射時であるか否か判定する（Ｓ１１）。詳しくは、アクセルセンサ４１により検出されるアクセルペダルの操作量が０（若しくは所定操作量よりも小さい状態）であり、燃料噴射弁２４による燃料噴射が停止されており、エアフロメータ４７により検出される吸気量が所定量であるか否か判定する。この判定において、車両の減速無噴射時でないと判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ１１の判定において、車両の減速無噴射時であると判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、機関回転速度が所定回転速度であるか否か判定する（Ｓ１２）。詳しくは、回転速度センサ４２により検出される機関回転速度が、気筒１１における気流速度の算出を行う所定回転速度であるか否か判定する。この所定回転速度は、噴射された燃料の着火までの着火遅れ期間の検出に適した所定範囲の回転速度であればよい。この判定において、機関回転速度が所定回転速度でないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ１２の判定において、機関回転速度が所定回転速度であると判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、気筒１１における気流の流通状態を気流速度算出用の第１状態又は第２状態に変更させる（Ｓ１３）。詳しくは、ＳＣＶ２７の開度を気流速度算出用の第１開度又は第２開度に変更させる。第１開度において後述する所定噴射及び着火遅れ期間の算出が行われていない場合はＳＣＶ２７の開度を第１開度に変更させ、第１開度において所定噴射及び着火遅れ期間の算出が行われている場合はＳＣＶ２７の開度を第２開度に変更させる。

続いて、１つの気筒１１において所定間隔で燃料を２段噴射させる所定噴射を実行する（Ｓ１４）。図３（ａ）に示すように、所定噴射では、噴射インターバルＴｉｎｔで、気流速度算出用の微少量の燃料Ｑ１，Ｑ２を噴射させる。

ここで、図３（ｂ）に示すように、気筒１１における気流速度に応じて、２段目の燃料噴射から着火までの着火遅れ期間が変化する。詳しくは、気流速度が低い場合の着火遅れ期間Ｔｄｌｙ１は、気流速度が高い場合の着火遅れ期間Ｔｄｌｙ２よりも短くなっている。

図４を参照して、この理由を説明する。図４は、１段目噴射による燃料の噴霧Ｑ１と、２段目噴射による燃料の噴霧Ｑ２との重なり合いを示す模式図である。左側の図に示すように、燃料噴射弁２４による１段目の燃料噴射によって噴霧Ｑ１が形成される。気筒１１内には、同図に矢印で示すように、反時計回り（左回り）のスワール（気流）が形成されている。このため、中央の図に示すように、時間の経過に伴って、噴霧Ｑ１はスワールの流れに乗って移動させられる。なお、噴霧Ｑ１は、時間の経過に伴って拡散して形状がくずれていく。

その後、右側の図に示すように、時間の経過に伴って、噴霧Ｑ１は矢印の方向へ更に移動する。そして、図３（ａ）に示すように、第１段の噴射から噴射インターバルｔｉｎｔが経過すると、燃料噴射弁２４により２段目の噴射が行われ、燃料の噴霧Ｑ２が形成される。このとき、図４の右側の図に示すように、燃料噴射弁２４により異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧Ｑ１，Ｑ２が重なり合っている。

そして、燃料の噴霧Ｑ１，Ｑ２が互いに重なり合った部分では、酸素（空気）に対する燃料の当量比が大きくなり、燃料が着火し易くなる。すなわち、燃料の噴霧Ｑ１，Ｑ２が互いに重なり合う部分が大きいほど、着火遅れ期間Ｔｄｌｙが短くなる。特に、微少量の燃料噴射では、こうした傾向が顕著となる。なお、図３（ｂ）では、熱発生率ＲＯＨＲが所定の熱発生率ｄＲＨを超えた時点で、燃料が着火したと判定している。

図４では、燃料噴射弁２４により異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧Ｑ１，Ｑ２が重なり合っている状態を示した。しかしながら、噴射インターバルＴｉｎｔが０から所定の噴射インターバルまでは、燃料噴射弁２４により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧Ｑ１，Ｑ２が重なり合う状態となる。この場合も、燃料の噴霧Ｑ１，Ｑ２が互いに重なり合う部分が大きいほど、着火遅れ期間Ｔｄｌｙが短くなる。そして、気筒１１における気流速度が低いほど、燃料の噴霧Ｑ１，Ｑ２が互いに重なり合う部分が大きくなる。図３（ｂ）は、この状態を示しており、気流速度が低い場合の着火遅れ期間Ｔｄｌｙ１は、気流速度が高い場合の着火遅れ期間Ｔｄｌｙ２よりも短くなっている。

すなわち、２段噴射の噴射インターバルＴｉｎｔが０から広くなるにつれて、燃料噴射弁２４により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態から、燃料噴射弁２４により異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態へと変化する。

図５は、所定の噴射条件において、着火遅れ期間に対する気流速度を取得した結果を示すグラフである。この所定の噴射条件では、気筒１１における気流速度に応じて、異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態から、異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態へと変化するように、噴射インターバルＴｉｎｔが設定されている。

気筒１１における気流速度が低い場合（同図の下半分の領域）は、同じ噴射孔から噴射された燃料の噴霧Ｑ１と噴霧Ｑ２とが、互いに重なり合うこととなる。そして、気流速度が高くなるほど、噴霧Ｑ１，Ｑ２が互いに重なり合う部分が小さくなる。このため、気流速度が高くなるにつれて、着火遅れ期間Ｔｄｌｙが長くなっている。

そして、気流速度が所定速度を超えると（図５の上半分の領域）、図４の右側の図に示したように、隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧Ｑ１，Ｑ２が互いに重なり合うこととなる。そして、気流速度が高くなるほど、噴霧Ｑ１，Ｑ２が互いに重なり合う部分が大きくなる。このため、気流速度が高くなるにつれて、着火遅れ期間Ｔｄｌｙが短くなっている。

なお、気流速度が更に高くなると、異なる時期に２つ隣りの噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態へと変化する。ただし、着火遅れ期間Ｔｄｌｙと気流速度との相関は、燃料の噴霧Ｑ１が気流により流される時間が長くなるほど弱くなる。このため、異なる時期に２つ隣りの噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態では、着火遅れ期間Ｔｄｌｙと気流速度との相関が弱くなる。

そこで、上記所定噴射において噴射インターバルＴｉｎｔは、所定範囲の気流速度に対して、燃料噴射弁２４により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が最も重なり合う時期から、燃料噴射弁２４により異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が最も重なり合う時期までの間隔に設定されている。

図２に戻り、Ｓ１４で、１つの気筒１１において所定間隔で燃料を２段噴射させる所定噴射を実行した後、２段噴射された燃料の着火までの着火遅れ期間Ｔｄｌｙを算出する（Ｓ１５）。詳しくは、筒内圧センサ４３により検出された筒内圧に基づいて、公知の熱力学方程式及び気体の状態方程式により、熱発生率ＲＯＨＲを算出する。そして、２段目の噴射開始タイミングから熱発生率ＲＯＨＲが所定の熱発生率ｄＲＨを超える時点までの期間（図３参照）を、着火遅れ期間Ｔｄｌｙとして算出する。なお、簡易的には、筒内圧センサ４３により検出された筒内圧の上昇率が判定値ｄＰを超えた場合に、燃料が着火したと判定してもよい。

続いて、気流の２つの流通状態でそれぞれ着火遅れ期間Ｔｄｌｙが算出されたか否か判定する（Ｓ１６）。詳しくは、Ｓ１３においてＳＣＶ２７の開度が変更され、第１開度において所定噴射（Ｓ１４）及び着火遅れ期間の算出（Ｓ１５）が行われ、且つ第２開度において所定噴射及び着火遅れ期間の算出が行われたか否か判定する。この判定において、気流の２つの流通状態でそれぞれ着火遅れ期間Ｔｄｌｙが算出されていないと判定した場合（Ｓ１６：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、気流の２つの流通状態でそれぞれ着火遅れ期間Ｔｄｌｙが算出されたと判定した場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、気流の流通状態ごとに算出された着火遅れ期間ｔ１，ｔ２に基づいて、少なくとも１つの気流の流通状態での気流速度を算出する（Ｓ１７）。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

図６に示すように、ＳＣＶ２７の開度が第１開度である場合に、算出された着火遅れ期間Ｔｄｌｙが着火遅れ期間ｔ１であったとする。この場合、着火遅れ期間ｔ１に対応する気流速度はＡ点とＢ点の２つが存在することとなる。このため、１つの気流の流通状態における着火遅れ期間ｔ１から、気流速度を算出することは難しい。そこで、気流の流通状態ごとに算出された着火遅れ期間ｔ１，ｔ２に基づいて、少なくとも１つの気流の流通状態での気流速度を算出する。

詳しくは、燃料噴射弁２４により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態（図６において気流速度が低い領域）と、隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態（図６において気流速度が高い領域）とでは、気流速度の変化方向と着火遅れ期間Ｔｄｌｙの変化方向との関係が異なる。すなわち、同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態では、着火遅れ期間Ｔｄｌｙが短くなると気流速度が低下する。一方、隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態では、着火遅れ期間Ｔｄｌｙが短くなると気流速度が上昇する。

このため、ＳＣＶ２７の開度を第１開度から第２開度に増加させて気流速度を低減した際に、着火遅れ期間ｔ１から着火遅れ期間ｔ２へ短くなった場合は、矢印で示すように第１開度（第１流通状態）に着火遅れ期間ｔ１が対応し、気流速度Ｋであると特定することができる。なお、着火遅れ期間ｔ２に対応する気流速度を算出することにより、第２開度（第２流通状態）での気流速度を算出することができる。

なお、Ｓ１３，Ｓ１４の処理が噴射実行手段としての処理に相当し、Ｓ１５の処理が期間算出手段としての処理に相当し、Ｓ１７の処理が気流速度算出手段としての処理に相当する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・気筒１１内における気流速度に応じて着火遅れ期間Ｔｄｌｙが変化する。そして、着火遅れ期間Ｔｄｌｙと気流速度との予め設定された関係に、算出された着火遅れ期間Ｔｄｌｙが適用されて気流速度が算出される。したがって、気筒１１内における気流速度を反映する着火遅れ期間Ｔｄｌｙに基づいて、気筒１１内における気流速度を正確に算出することができる。

・１つの気流の流通状態における着火遅れ期間ｔ１から、気流速度を算出することが難しい場合がある。この点、気流の流通状態ごとに算出された着火遅れ期間ｔ１，ｔ２に基づいて、少なくとも１つの気流の流通状態での気流速度が算出される。したがって、そのような場合であっても、気筒１１内における気流速度を正確に算出することができる。

・着火遅れ期間Ｔｄｌｙと気流速度との相関は、燃料の噴霧Ｑ１が気流により流される時間が長くなるほど弱くなる。このため、燃料噴射弁２４により異なる時期に２つ隣りの噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態では、着火遅れ期間Ｔｄｌｙと気流速度との相関が弱くなる。この点、噴射インターバルＴｉｎｔは、所定範囲の気流速度に対して、燃料噴射弁２４により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が最も重なり合う時期から、燃料噴射弁２４により異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が最も重なり合う時期までの間隔に設定されている。したがって、着火遅れ期間Ｔｄｌｙと気流速度との相関が強い状態を用いて気流速度を算出することができ、気流速度を正確に算出することができる。

・１つの着火遅れ期間ｔ１に対して２つの気流速度が対応する、着火遅れ期間Ｔｄｌｙと気流速度との予め設定された関係に、気流の流通状態ごとに算出された着火遅れ期間ｔ１，ｔ２が適用されて、２つの気流速度のうちの一方が特定される。したがって、着火遅れ期間Ｔｄｌｙと気流速度との相関が強い状態を用いつつ、適切な気流速度を算出することができる。

・燃料噴射弁２４により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態と、隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態とでは、気流の流通状態の変化方向と着火遅れ期間Ｔｄｌｙの変化方向との関係が異なる。したがって、気流の流通状態の変化方向と着火遅れ期間Ｔｄｌｙの変化方向との関係から、２つの気流速度のうちの一方を特定することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・所定噴射として、所定範囲の気流速度に対して、燃料噴射弁２４により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士の少なくとも一部が重なり合う噴射間隔で燃料を２段噴射させてもよい。この場合、図６において、燃料噴射弁２４により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態（気流速度が低い領域）に限定することができる。

このため、隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態（気流速度が高い領域）を除外することができ、１つの着火遅れ期間ｔ１に対して１つの気流速度Ｋが対応することとなる。したがって、着火遅れ期間Ｔｄｌｙと気流速度との予め設定された関係に、算出された着火遅れ期間ｔ１を適用して気流速度Ｋを算出することができる。

・噴射インターバルＴｉｎｔを、所定範囲の前記気流速度に対して、燃料噴射弁２４により異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士の少なくとも一部が重なり合い始める時期から、燃料噴射弁２４により異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が最も重なり合う時期までの間隔に設定してもよい。この場合、図６において、隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態（気流速度が高い領域）に限定することができる。

このため、異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態（気流速度が低い領域）や、異なる時期に２つ隣りの噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が重なり合う状態（気流速度が更に高い領域）を除外することができ、１つの着火遅れ期間ｔ１に対して１つの気流速度が対応することとなる。したがって、着火遅れ期間Ｔｄｌｙと気流速度との予め設定された関係に、算出された着火遅れ期間ｔ１を適用してＢ点に対応する気流速度を算出することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、所定噴射が実行される際に、２段噴射された燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量を算出し、機関回転速度の上昇量と気流速度との予め設定された関係に、算出された機関回転速度の上昇量を適用して気流速度を算出する。

図７は、本実施形態の気流速度算出手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御装置３０によって所定の周期で繰り返し実行される。

Ｓ２１〜Ｓ２３の処理は、図２のＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４の処理と同一である。

続いて、所定噴射において２段噴射された燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量を算出する（Ｓ２４）。詳しくは、図８に示すように、燃料噴射を実行しない場合の機関回転速度の変化（破線）を推定する。一方、１つの気筒１１において上記所定噴射を実行すると、実線で示すように機関回転速度は上昇した後に下降する。そして、燃料噴射を実行した気筒１１において、噴射時期と同一のタイミング（クランク角度）となった時に、回転速度センサ４２により検出される実線の機関回転速度と推定された破線の機関回転速度との差を、機関回転速度の上昇量として算出する。

続いて、機関回転速度の上昇量に基づいて、気筒１１における気流速度を算出する（Ｓ２５）。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。ここで、ピストン１２のＴＤＣ（Top Dead Center）よりも着火時期が遅角するほど、燃料の燃焼エネルギがピストン１２の運動エネルギに変換される効率が低下する。このため、燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量は、着火遅れ期間Ｔｄｌｙが長いほど小さくなる。すなわち、機関回転速度の上昇量は着火遅れ期間Ｔｄｌｙと相関を有している。第１実施形態で述べたように、着火遅れ期間Ｔｄｌｙは気流速度を反映しているため、機関回転速度の上昇量も気流速度を反映することとなる。

上記所定噴射における機関回転速度の上昇量と気流速度との関係は、実験等に基づいて予め設定しておくことができる。図９に示すように、この予め設定された関係では、機関回転速度の上昇量が大きいほど気流速度が低くなっている。ここでは、所定噴射として、所定範囲の気流速度に対して、燃料噴射弁２４により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士の少なくとも一部が重なり合う噴射間隔で燃料を２段噴射させている。

なお、Ｓ２３の処理が噴射実行手段としての処理に相当し、Ｓ２４の処理が上昇量算出手段としての処理に相当し、Ｓ２５の処理が気流速度算出手段としての処理に相当する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。ここでは、第１実施形態と異なる利点のみを述べる。

・所定噴射が実行される際に、２段噴射された燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量が算出される。そして、機関回転速度の上昇量と気流速度との予め設定された関係に、算出された機関回転速度の上昇量が適用されて気流速度が算出される。したがって、気筒１１内における気流速度を反映する機関回転速度の上昇量に基づいて、気筒内における気流速度を正確に算出することができる。さらに、着火遅れ期間を算出する必要がないため、着火遅れ期間の算出に用いる筒内圧センサ４３を不要とすることができる。

なお、上記の各実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・所定噴射を実行する条件として、図２のＳ１１及びＳ１２の処理の他に、水温センサ４９により検出される水温が、所定水温（例えば８０℃）よりも高いこと、吸気温センサ４５により検出される吸気温度が所定温度であること等を加えてもよい。

・内燃機関１０がグロープラグを備えている場合は、図１０に示すように、検出されたるグロープラグの抵抗値が同じであっても、スワールの強度に応じてグロープラグの先端（表面）温度が変化する。これは、グロープラグ内部の抵抗体の温度に応じた抵抗値が検出されるのに対して、グロープラグの先端温度はスワールにより冷却されて内部よりも低くなることによる。そこで、上記の各実施形態で算出された気流速度に応じて、グロープラグへの通電量を制御するとよい。これにより、グロープラグの先端温度を目標とする温度に制御することができる。

１０…内燃機関、１１…気筒、２４…燃料噴射弁、３０…制御装置。

Claims (9)

1. 内燃機関（１０）の気筒（１１）内における気流速度を算出する気流速度算出装置（３０）であって、
   前記機関には、前記気筒内に複数の噴射孔から燃料を噴射する燃料噴射弁（２４）が設けられており、
   前記燃料噴射弁により所定間隔で前記燃料を２段噴射させる所定噴射を実行する噴射実行手段と、
   前記噴射実行手段により前記所定噴射が実行される際に、前記２段噴射された前記燃料の着火までの着火遅れ期間を算出する期間算出手段と、
   前記着火遅れ期間と前記気流速度との予め設定された関係に、前記期間算出手段により算出された前記着火遅れ期間を適用して前記気流速度を算出する気流速度算出手段と、
   を備えることを特徴とする気筒内の気流速度算出装置。
2. 前記機関には、前記気筒内の気流の流通状態を変更する状態変更手段（２７）が設けられており、
   前記噴射実行手段は、前記状態変更手段により前記気流の流通状態を異ならせて、それぞれ前記所定噴射を実行し、
   前記期間算出手段は、前記噴射実行手段により前記所定噴射が実行される際に、前記気流の流通状態ごとに前記２段噴射された前記燃料の着火までの着火遅れ期間を算出し、
   前記気流速度算出手段は、前記気流の流通状態ごとに算出された前記着火遅れ期間に基づいて、少なくとも１つの前記気流の流通状態での前記気流速度を算出する請求項１に記載の気筒内の気流速度算出装置。
3. 前記所定間隔は、所定範囲の前記気流速度に対して、前記燃料噴射弁により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が最も重なり合う時期から、前記燃料噴射弁により異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が最も重なり合う時期までの間隔に設定されている請求項２に記載の気筒内の気流速度算出装置。
4. 前記気流速度算出手段は、１つの前記着火遅れ期間に対して２つの前記気流速度が対応する、前記着火遅れ期間と前記気流速度との予め設定された関係に、前記気流の流通状態ごとに算出された前記着火遅れ期間を適用して、２つの前記気流速度のうちの一方を特定する請求項３記載の気筒内の気流速度算出装置。
5. 前記気流速度算出手段は、前記気流の流通状態の変化方向と前記着火遅れ期間の変化方向との関係から、２つの前記気流速度のうちの一方を特定する請求項４記載の気筒内の気流速度算出装置。
6. 前記噴射実行手段は、前記所定噴射として、所定範囲の前記気流速度に対して、前記燃料噴射弁により異なる時期に同一の噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士の少なくとも一部が重なり合う噴射間隔で前記燃料を２段噴射させ、
   前記気流速度算出手段は、前記着火遅れ期間と前記気流速度との予め設定された関係に、前記期間算出手段により算出された前記着火遅れ期間を適用して前記気流速度を算出する請求項１に記載の気筒内の気流速度算出装置。
7. 前記所定間隔は、所定範囲の前記気流速度に対して、前記燃料噴射弁により異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士の少なくとも一部が重なり合い始める時期から、前記燃料噴射弁により異なる時期に隣り合う噴射孔から噴射された燃料の噴霧同士が最も重なり合う時期までの間隔に設定されており、
   前記気流速度算出手段は、前記着火遅れ期間と前記気流速度との予め設定された関係に、前記期間算出手段により算出された前記着火遅れ期間を適用して前記気流速度を算出する請求項１に記載の気筒内の気流速度算出装置。
8. 内燃機関の気筒内における気流速度を算出する気流速度算出装置であって、
   前記機関には、前記気筒内に複数の噴射孔から燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、
   前記燃料噴射弁により所定間隔で前記燃料を２段噴射させる所定噴射を実行する噴射実行手段と、
   前記噴射実行手段により前記所定噴射が実行される際に、前記２段噴射された前記燃料の燃焼による機関回転速度の上昇量を算出する上昇量算出手段と、
   前記機関回転速度の上昇量と前記気流速度との予め設定された関係に、前記上昇量算出手段により算出された前記機関回転速度の上昇量を適用して前記気流速度を算出する気流速度算出手段と、
   を備えることを特徴とする気筒内の気流速度算出装置。
9. 前記機関回転速度の上昇量と前記気流速度との予め設定された関係は、前記機関回転速度の上昇量が大きいほど前記気流速度が低く設定されている請求項８に記載の気筒内の気流速度算出装置。