JP7468305B2 - エンジンシステム - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、エンジンシステムに関する技術分野に属する。

従来より、エンジンの燃費を向上させるために、燃焼速度を高めることが知られている。点火プラグを備えるエンジンでは、点火プラグが燃焼室内の混合気に点火することで点火プラグ周りに火炎が生成されて、この火炎が未燃混合気を反応させながら気筒内の全体に伝播することで１サイクルの燃焼が完了する。したがって、該火炎が未燃混合気を素早く反応させて燃焼速度を高めるためには、火炎と未燃混合気との火炎接触面積が大きい方が有利である。このために気筒内で多くの乱流を生成することが好ましい。

未燃混合気の乱流は、圧縮行程中、ピストンが上死点に到達するまでに吸気流動が潰れて生成されることが知られている。しかし、吸気流動の状態はサイクル毎に変化する可能性がある。このため、従来から吸気流動を推定する手法が検討されている。

例えば特許文献１には、燃焼室に配設された点火プラグで、点火時期よりも前の時期に複数回点火して点火プラグの放電経路の電流値を検出し、各電流値に応じて混合気の流動状態を推定して、該推定結果に基づいて点火時期を制御する技術が記載されている。

特開２０１４－１４５３０６号公報

ここで、本願発明者らは、特許文献１に記載されたような放電経路の電流値に基づく吸気流動に応じた燃焼の改善について鋭意研究した結果、吸気流動によって気筒内に形成された渦中心の位置によって、圧縮行程の後半の気筒内の流動状態に差が生じ、火炎が気筒内の全体に均一に伝播しなくなって、燃焼変動の一要因となることが分かった。

具体的には、吸気流動は縦渦成分と横渦成分とが合成されて、気筒内において斜め流動になる。気筒の筒軸方向及び筒軸に直交する方向から見て（以下、それぞれ平面視及び側面視という）、吸気流動の渦中心の位置が気筒中央付近に存在する場合は圧縮行程の後半でも旋回流が維持される結果、乱流度合いが気筒内全体において均一又は略均一となる。この場合、火炎は、気筒内の中央付近から周辺部へ均等又は略均等に伝播する。

しかし、縦渦成分の渦中心の位置が、側面視でピストン側にずれて存在する場合は、圧縮行程の後半で渦中心がピストンの頂面に接触することにより縦渦の下半分が潰れて、気筒内の流動が、吸気側から排気側に向かう正一方向流動となることを、本願発明者らは見出した。気筒内の流動が前記正一方向流動になると、気筒内において排気側の領域は乱流度合いが強いが、吸気側の領域は乱流度合いが弱くなる。この場合には、火炎は、排気側の領域へは伝播しやすい一方で、吸気側の領域へは伝播しにくくなる。

また、縦渦成分の渦中心の位置が、側面視でシリンダーの天井部側にずれて存在する場合は、圧縮行程の後半で、渦中心が天井部に接触することにより縦渦の上半分が潰れて、気筒内の流動が、排気側から吸気側に向かう反一方向流動となる。気筒内の流動が反一方向流動になると、気筒内において吸気側の領域は乱流度合いが強いが、排気側の領域は乱流度合いが弱くなる。この場合には、火炎は、吸気側の領域へは伝播しやすい一方で、排気側の領域へは伝播しにくくなる。

一方で、横渦成分の渦中心の位置が、平面視で気筒外方側にずれて存在する場合は、気筒内の中心部から周縁部に向かって伝播しようとする火炎の一部が、気筒の中心からずれた横渦の流れによって、その伝播が妨げられる結果、火炎が、特定の領域へは伝播しにくいことを、本願発明者らは見出した。

気筒内の一部の領域への火炎伝播が阻害されることは、燃焼速度を低下させて、燃焼変動を生じさせる要因である。従って、エンジンの燃焼変動を抑制するためには、この一部の領域への火炎伝播を促進する必要がある。エンジンの燃焼変動を抑制することは、エンジンの燃費の向上に有利になる。

ここに開示された技術は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、気筒内の流動状態を推定し、該流動状態に応じて燃料噴射を行うことにより、燃焼変動を抑制することにある。

本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、吸気行程又は圧縮行程で点火プラグの放電経路の電気的パラメータを検出することで、シリンダー内の渦中心の位置が推定でき、圧縮行程の後半における吸気流動及び乱流度合いを推定できることを見出した。

そこで、ここに開示された技術では、ペントルーフ型の天井部を有するシリンダーと、該シリンダーの中央部に配置された点火プラグを含む点火装置と、前記シリンダーの中央部に配置された燃料噴射弁とを有するエンジンを備えたエンジンシステムを対象として、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出器と、前記点火装置、前記燃料噴射弁、及び前記運転状態検出器に電気的に接続された制御器と、を更に備え、前記制御器は、前記運転状態検出器が検出するエンジン負荷に基づいて、主燃料の噴射量とその噴射時期である主燃料噴射時期を設定して、該主燃料噴射時期に設定した量の前記主燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御する主燃料噴射部と、混合気が着火しない時期に、前記点火プラグの電極間に電圧を負荷しかつ該電極間に生じた放電経路の電流値に関するパラメータを検出するように前記点火装置を制御して、前記パラメータから前記シリンダー内における吸気の流速の高低を推定する流速推定部と、前記流速推定部により推定された推定流速が、予め設定された第１設定値未満であるか又は該第１設定値よりも高い第２設定値よりも高いときに、前記主燃料噴射時期よりも遅角側で補助的な燃料噴射である補助燃料噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御する補助燃料噴射部と、を有し、前記第１設定値及び前記第２設定値は、前記運転状態検出器が検出するエンジン回転数が高いほど前記推定流速が高い側に位置する、という構成とした。

本願明細書では、便宜上、正一方向流動は吸気側から排気側に向かう吸気流動を示し、反一方向流動は排気側から吸気側に向かう吸気流動を示すが、これらを逆にしてもよい。

前記の構成によると、エンジンは、ペントルーフ型の天井部の燃焼室を有するため、気筒内に導入された吸気は縦渦を形成しつつ横渦も形成する。気筒内の流動は、気筒軸に対して傾いた斜め流動となる。

燃料噴射弁から主燃料噴射を実行すると気筒内に混合気が形成される。この混合気が着火しない時期に、点火プラグに電圧を印加して放電経路を発生させる。点火プラグに生じた放電経路は、点火プラグ周りの吸気流動が強いほど伸びる。放電経路が伸長すると、電極間の抵抗が増大して、電極間に生じた電圧降下が増加する。この結果、点火プラグに付与したエネルギが消費される時間、すなわち放電時間が短くなる。このことから、本願発明者らは、電流の放電時間を検出することによって、点火プラグ周りの吸気流動の流速を推定でき、その推定流速に基づいて、気筒内における渦中心の位置を推定できることを見出した。尚、パラメータから推定される「推定流速」は、流速の高低が推定できる値であればよく、流速値そのものである必要はない。例えば、「推定流速」として放電時間の逆数を採用することができる。また、流速を推定するパラメータとしては、流速の高低が推定できるのであれば、放電時間の他に、電流値、電圧値、放電時の電流値の傾き、放電時の電圧値の傾き等を採用してもよい。

具体的には、吸気流動の縦渦の中心が気筒中央付近に位置するときは、点火プラグ付近の吸気流動の強さが中程度になって、パラメータから推定される推定流速が、第１設定値から第２設定値までの範囲内に収まる。縦渦の中心がシリンダーの天井部側にずれると、点火プラグ付近の吸気流動の強さが弱くなって、推定流速が、第１設定値未満になる。縦渦の中心がピストン側にずれると、点火プラグ付近の吸気流動の強さが強くなって、推定流速が、第２設定値よりも高くなる。そこで、推定流速が第１設定値よりも高いか、第２設定値よりも低いか比較することで、気筒内の混合気を点火する前に、吸気流動が正一方向流動か、反一方向流動か推定でき、乱流度合いの弱い領域を推定できる。

また、吸気流動の横渦の中心が気筒中央付近に位置するときは、点火プラグ付近の吸気流動の強さが中程度になって、推定流速が、第１設定値から第２設定値までの範囲内に収まる。横渦の中心が気筒中央からずれると、点火プラグ付近の吸気流動の強さが弱くなって、推定流速が第１設定値よりも低くなったり、点火プラグ付近の吸気流動の強さが強くなって、推定流速が第２設定値よりも高くなったりする。そこで、推定流速が、第１設定値未満か、第２設定値よりも高いか比較することで、気筒内の混合気を点火する前に、火炎伝播が妨げられる領域を推定できる。

そして、推定流速が、第１設定値未満か又は第２設定値よりも高いと判定された場合、換言すれば、正一方向流動か、反一方向流動と推定された場合に、主燃料噴射よりも遅角側で補助燃料を噴射する。補助燃料は、乱流度合いが弱い領域、又は、火炎が伝播しにくい領域（以下、特定領域という）に燃料濃度の濃い混合気を形成する。このことにより、圧縮行程の後半では、火炎が伝播する領域には通常の混合気を配置し、特定領域には相対的に濃い混合気を配置することができる。この補助噴射の後に、点火装置が、点火プラグを用いて、混合気に点火することで、特定領域への火炎伝播が促進され、シリンダー内の全体に火炎が、均等又は略均等に伝播する。その結果、特定領域における燃焼速度が速くなる。各サイクルにおいて、必要な場合は補助燃料を噴射することにより、サイクル毎の燃焼速度が一定または略一定になって、燃焼変動が抑制できる。

さらに、この構成では、第１及び第２設定値をエンジン回転数が高いほど推定流速が高い側に位置するようにする。エンジン回転数が高いときには、吸気流動の慣性力が大きい状態のまま圧縮される。このため、渦の中心がシリンダーの筒軸近傍に位置していたとしても、検査用の放電をした時の吸気の流速は、エンジン回転数が低いときと比べると、エンジン回転数が高いときの方が高い。よって、エンジン回転数に応じて、補助燃料噴射を実行する閾値を適切に変更することで、燃焼を適切に促進させることができる。この結果、燃焼速度を安定させることができ、燃焼変動を抑制することができる。

前記エンジンシステムにおいて、前記補助燃料噴射部は、前記推定流速が、前記第１設定値よりも低い領域に設定された第３設定値以下であるときには、前記推定流速が前記第３設定値よりも高くかつ前記第１設定値未満であるときと比較して、前記補助燃料噴射の噴射量を増大させるように構成されており、前記第３設定値は、前記推定流速が低いほどエンジン回転数が低い側に位置する、という構成でもよい。

すなわち、エンジン回転数が高いときには、吸気行程から圧縮行程までの時間が短いため、圧縮行程でも吸気流動の慣性力が大きい。吸気流動の慣性力が大きいと混合気がシリンダー壁に押し付けられやすい。つまり、エンジン回転数が低いときと比較すると、エンジン回転数が高いときの方が着火時における混合気の偏りが大きくなる。推定流速が第１設定値から低い側に離れるほど、反一方向流動が強く形成されるため、このエンジン回転数の影響が大きくなる。そこで、推定流速が第３設定値以下であるときには、補助燃料噴射の噴射量を増大させる。また、第３設定値をエンジン回転数が高いほど推定流速が高い側に位置するようにして、エンジン回転数が高いほど補助燃料噴射の噴射料を増大させる条件を拡大する。これにより、シリンダー全体に火炎伝播しやすくなって、燃焼速度を安定させることができる。この結果、燃焼変動をより効果的に抑制することができる。

前記エンジンシステムにおいて、前記補助燃料噴射部は、前記推定流速が、前記第２設定値よりも高い領域に設定された第４設定値より高いときには、前記推定流速が前記第４設定値未満でかつ前記第２設定値よりも高いときと比較して、前記補助燃料噴射の噴射量を増大させるように構成され、前記第４設定値は、エンジン回転数が高いほど前記推定流速が低い側に位置する、という構成でもよい。

前述したように、エンジン回転数が高いときには、圧縮行程でも吸気流動の慣性力が大きいため、着火時における混合気の偏りが大きくなる。また、推定流速が第２設定値から高い側に離れるほど、正一方向流動が強く形成されるため、このエンジン回転数の影響が大きくなる。こそこで、推定流速が第４設定値よりも高いときには、補助燃料噴射の噴射量を増大させる。また、第４設定値をエンジン回転数が高いほど推定流速が低い側に位置するようにして、エンジン回転数が高いほど補助燃料噴射の噴射料を増大させる条件を拡大する。これにより、シリンダー全体に火炎伝播しやすくなって、燃焼速度を安定させることができる。この結果、燃焼変動をより効果的に抑制することができる。

前記エンジンシステムの一実施形態では、前記点火装置は、吸気バルブが開弁したのち、該吸気バルブが閉弁するまでに、前記パラメータを検出し、前記流速推定部は、前記パラメータに基づいて、前記シリンダー内の横渦の前記点火プラグ付近の流速を推定する。

すなわち、タンブル流れとスワール流れによって発生する斜め流動は縦渦と横渦とに分けることができ、主にスワール流れに起因する横渦の中心は、吸気バルブが開弁したのち吸気バルブが閉まるまでの吸気行程の期間において、安定する。そこで、吸気バルブが開弁したのち、吸気バルブが閉まるまでの期間に、点火装置がパラメータを検出することで、流速推定部は、横渦の中心位置を含んだ流動状態を精度よく推定できる。

前記一実施形態において、前記点火装置は、前記吸気バルブが開弁しかつ、所定の時定数が経過したのち、前記パラメータを検出する、という構成でもよい。

吸気バルブが開いた瞬間から所定期間は吸気がばらつきやすい。従って、この所定期間、点火装置はパラメータの検出を禁止することで、流速推定部は、横渦の点火プラグ付近の流速をさらに精度よく推定できる。

前記エンジンシステムの他の実施形態では、前記点火装置は、吸気バルブが閉弁したのち、前記パラメータを検出し、前記流速推定部は、前記パラメータに基づいて、前記シリンダー内の縦渦の前記点火プラグ付近の流速を推定する。

主にタンブル流れに起因する縦渦の中心は、吸気バルブが閉弁したのちの圧縮行程の期間において安定する。そこで、吸気バルブが閉弁したのちに、点火装置がパラメータを検出することで、流速推定部は、縦渦の中心位置を含んだ流動状態を精度よく推定できる。

以上説明したように、ここに開示された技術によると、エンジン回転数に応じて、補助燃料噴射を実行することにより、エンジンの燃焼速度を安定させることができる。これにより、エンジンの燃焼変動を抑制することができる。

図１は、エンジンシステムを例示する図である。 図２の上図は、エンジンの燃焼室の構造を例示する平面図であり、下図は、上図のII－II断面図である。 図３は、エンジンシステムのブロック図である。 図４は、点火装置を例示する図である。 図５は、エンジンの制御に係る機能ブロックを示すブロック図である。 図６は、縦渦の中心位置と、圧縮行程の後半におけるシリンダー内の流動状態との関係を説明する図である。 図７は、点火プラグが検出する放電時間と、縦渦の中心位置との関係を示す図である。 図８は、点火プラグ付近の流動の強さが異なる場合における、点火プラグの電極間における電圧及び電流の変化を例示する図である。 図９は、横渦の中心位置と、シリンダー内の火炎の伝播状態との関係を説明する図である。 図１０は、点火プラグが検出する放電時間と、横渦の中心位置との関係を示す図である。 図１１は、主燃料噴射の噴射時期、検査放電のタイミング、補助燃料噴射の噴射時期、及び、主点火のタイミングを例示するタイミングチャートである。 図１２は、縦渦の中心位置がピストンに近い場合における、シリンダー内の流動の変化と補助燃料の分布とを説明する図である。 図１３は、縦渦の中心位置が天井部に近い場合における、シリンダー内の流動の変化と補助燃料の分布とを説明する図である。 図１４は、横渦の中心位置が排気バルブ側に傾いた場合、及び、横渦の中心位置が吸気バルブ側に傾いた場合のそれぞれにおける、シリンダー内の流動の変化と補助燃料の分布とを説明する図である。 図１５は、推定流速とエンジン負荷とで形成される補助燃料噴射の噴射量を設定するためのマップである。 図１６は、エンジン負荷が一定のときに、推定流速と補助燃料噴射の噴射量との関係を示すグラフである。 図１７は、推定流速が一定のときに、補助燃料噴射の噴射量とエンジン負荷との関係を示すグラフである。 図１８は、補助燃料噴射をするタイミングをエンジン回転数毎に分けて示すタイミングチャートである。 図１９は、補助燃料噴射制御のフローチャートの一部である。 図２０は、補助燃料噴射制御のフローチャートの残部である。

以下、エンジンシステムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジン、及び、エンジンシステムは例示である。

図１は、エンジンシステムを例示する図である。図２は、エンジンの燃焼室の構造を例示する図である。図１における吸気側と排気側との位置と、図２における吸気側と排気側との位置とは、入れ替わっている。図３は、エンジンの制御装置を例示するブロック図である。

エンジンシステムは、エンジン１を有している。エンジン１は、シリンダー１１を有している。シリンダー１１の中で、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程が繰り返される。エンジン１は、４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって自動車は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。

（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダーブロック１２と、シリンダーヘッド１３とを備えている。シリンダーヘッド１３は、シリンダーブロック１２の上に載置される。シリンダーブロック１２に、複数のシリンダー１１が形成されている。エンジン１は、多気筒エンジンである。図１では、一つのシリンダー１１のみを示す。

各シリンダー１１には、ピストン３が内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダー１１の内部を往復動する。ピストン３、シリンダー１１及びシリンダーヘッド１３は、燃焼室１７を形成する。

シリンダーヘッド１３の下面、つまり、シリンダー１１の天井部は、図２の下図に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、後述する吸気バルブ２１側の傾斜面１３１１であり、シリンダー１１の中央部に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気バルブ２２側の傾斜面１３１２であり、シリンダー１１の中央部に向かって上り勾配となっている。シリンダー１１の天井部は、いわゆるペントルーフ型である。

シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、シリンダー１１内に連通している。吸気ポート１８は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、シリンダー１１の中にタンブル流が発生するような形状を有している。ペントルーフ型のシリンダー１１の天井部と、タンブルポートとは、シリンダー１１の中に縦渦を発生させる。

吸気ポート１８には、吸気バルブ２１が配設されている。吸気バルブ２１は、吸気ポート１８を開閉する。動バルブ機構は、吸気バルブ２１を所定のタイミングで開閉する。動バルブ機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動バルブ機構としてもよい。図３に示すように、動バルブ機構は、吸気Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気Ｓ－ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気バルブ２１の開弁角は変化しない。吸気Ｓ－ＶＴ２３は、電動式又は油圧式である。

シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。

排気ポート１９には、排気バルブ２２が配設されている。排気バルブ２２は、排気ポート１９を開閉する。動バルブ機構は、排気バルブ２２を所定のタイミングで開閉する。動バルブ機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動バルブ機構としてもよい。図３に示すように、動バルブ機構は、排気Ｓ－ＶＴ２４を有している。排気Ｓ－ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気バルブ２２の開弁角は変化しない。排気Ｓ－ＶＴ２４は、電動式又は油圧式である。

シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、シリンダー１１の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ６は、燃料噴射弁の一例である。インジェクタ６は、傾斜面１３１１と傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。図２に示すように、インジェクタ６は、シリンダー１１の中央部に配設されている。

インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型である。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、シリンダー１１の中央部から周縁部に向かって、放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ６は、図例では、周方向に等角度に配置された十個の噴孔を有しているが、噴孔の数、及び、配置は特に制限されない。

インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口からシリンダー１１の中に噴射される。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。

シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、シリンダー１１の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５の中心電極及び接地電極は、詳細な図示は省略するが、シリンダー１１の中央部において、シリンダー１１の天井部の付近に位置している。

図１又は図３に示すように、点火プラグ２５は、点火装置７に対して電気的に接続されている。点火装置７は、点火プラグ２５の電極間に電圧を印加することによって放電を実行させて、シリンダー１１内の混合気に点火する。点火装置７は、詳細は後述するが、混合気が着火しない時期に、点火プラグ２５に放電を実行させ、その時に電極間に生じた放電経路の電流値に関するパラメータを検出する。検出したパラメータに基づいて、シリンダー１１内の流動状態を推定できる。点火装置７の構成は、後述する。

エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダー１１の吸気ポート１８に連通している。シリンダー１１に導入する吸気は、吸気通路４０を流れる。吸気通路４０の上流端部には、エアクリーナー４１が配設されている。エアクリーナー４１は、吸気を濾過する。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、シリンダー１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダー１１の吸気ポート１８に接続されている。

吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットルバルブ４３が配設されている。スロットルバルブ４３は、バルブの開度を調整することによって、シリンダー１１の中への新気の導入量を調節する。

エンジン１は、シリンダー１１内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、詳細な図示は省略するが、吸気通路４０に取り付けられたスワールコントロールバルブ５６を有している。スワールコントロールバルブ５６は、互いに平行な第１吸気通路及び第２吸気通路のうちの、第２吸気通路に配設されている。スワールコントロールバルブ５６は、第２吸気通路の断面を絞ることができる開度調節バルブである。スワールコントロールバルブ５６の開度が小さいと、図２に示す第１吸気ポート２１ａからシリンダー１１に流入する吸気流量が相対的に多くかつ、第２吸気ポート２１ｂからシリンダー１１に流入する吸気流量が相対的に少ないから、シリンダー１１内のスワール流が強くなる。スワールコントロールバルブ５６の開度が大きいと、第１吸気ポート２１ａ及び第２吸気ポート２１ｂのそれぞれからシリンダー１１に流入する吸気流量が、略均等になるから、シリンダー１１内のスワール流が弱くなる。スワールコントロールバルブ５６を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、図２に白抜きの矢印で示すように、図２における反時計回り方向に周回する。

尚、スワールコントロールバルブ５６によってスワール流を発生させる代わりに、エンジン１の吸気ポート１８を、スワール流を生成可能なヘリカルポートに構成してもよい。

エンジン１の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各シリンダー１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、シリンダー１１から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダー１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダー１１の排気ポート１９に接続されている。

排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、例えば三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。

吸気通路４０と排気通路５０との間には、外部ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０におけるスロットルバルブ４３の下流部に接続されている。

ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、排気ガスを冷却する。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲバルブ５４が配設されている。ＥＧＲバルブ５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスの流量を調節する。ＥＧＲバルブ５４の開度を調節することによって、冷却した排気ガスの還流量を調節することができる。

（エンジンの制御装置の構成）
エンジン１の制御装置は、図３に示すように、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号の入出力をする入出力バス１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、制御器の一例である。

ＥＣＵ１０には、図１及び図３に示すように、各種のセンサＳＷ１～ＳＷ９が接続されている。センサＳＷ１～ＳＷ９は、信号をＥＣＵ１０に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。

エアフローセンサＳＷ１は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量を計測する、
吸気温度センサＳＷ２は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の温度を計測する、
吸気圧センサＳＷ３は、サージタンク４２に取り付けられかつ、シリンダー１１に導入される吸気の圧力を計測する、
筒内圧センサＳＷ４は各シリンダー１１に対応してシリンダーヘッド１３に取り付けられかつ、各シリンダー１１内の圧力を計測する、
水温センサＳＷ５は、エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する、
クランク角センサＳＷ６は、エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を計測する、
アクセル開度センサＳＷ７は、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する、
吸気カム角センサＳＷ８は、エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する、
排気カム角センサＳＷ９は、エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を計測する。

ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１～ＳＷ９の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶されている。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶しているマップを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。

ＥＣＵ１００は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気Ｓ－ＶＴ２３、排気Ｓ－ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットルバルブ４３、ＥＧＲバルブ５４、及び、スワールコントロールバルブ５６に出力する。

（点火装置の構成）
点火装置７は、点火プラグ２５の中心電極２５１と接地電極２５２との間に電圧を印加し、シリンダー１１内において放電させる。点火装置７は点火コイル７０を有している。中心電極２５１は、点火コイル７０の２次コイル７０ｃに接続されている。接地電極２５２は、接地されている。２次コイル７０ｃによって、電極間に印加された２次電圧が、絶縁破壊に要求される電圧に達すると、中心電極２５１と接地電極２５２との間にある空隙に放電が生じる。

点火コイル７０は、１次コイル７０ａ、２次コイル７０ｃ、及び、鉄芯７０ｂを有している。１次コイル７０ａの一端はコンデンサ７２に接続されており、他端はトランジスタ７３のコレクタに接続されている。２次コイル７０ｃの一端は、前述したように、中心電極２５１に接続されており、他端は、点火制御器７５に接続されている。点火制御器７５は、２次コイル７０ｃが点火プラグ２５の電極間に印加する２次電圧と、２次コイル７０ｃから点火プラグ２５に流れる２次電流とを計測することができる。

また、点火装置７には、点火コイル７０の１次コイル７０ａに１次電流を流すため電気エネルギを蓄えるコンデンサ７２と、コンデンサ７２を充電するエネルギ発生装置７４と、点火コイル７０の１次電流を断続するトランジスタ７３と、を備えている。エネルギ発生装置７４は、電源を含んでいる。点火制御器７５は、エネルギ発生装置７４及びトランジスタ７３を制御し、所定のタイミングで、点火プラグ２５を用いて、シリンダー１１内の混合気に点火を実行させる。

また、前述の通り、点火装置７は、混合気が着火しない時期に、点火プラグ２５に放電を実行させ、その時に検出した電気的なパラメータに基づいて、シリンダー１１内の流動状態を推定する。

（エンジンの運転制御）
次に、ＥＣＵ１０によるエンジン１の運転制御について説明する。このエンジン１は、燃費を向上させるために、シリンダー１１内に乱流を発生することによって、燃焼速度を高める。具体的にエンジン１は、吸気ポート１８がタンブルポートであって、シリンダー１１の中に縦渦が発生する。

ここで、吸気流動の状態は毎サイクル変わる可能性があり、シリンダー１１内の吸気流動の状態が変わると、燃焼速度がサイクル毎に変わる。その結果、燃焼変動を招いてしまう。ここに開示するエンジンシステムは、サイクル毎に燃焼速度が変わることを抑制し、それによって、燃焼変動を抑制する。

具体的には、このエンジンシステムは、シリンダー１１内の吸気流動の状態を推定し、推定した吸気流動の状態に応じて、シリンダー１１内に補助燃料を噴射する。

図５は、燃焼変動の抑制制御を実行するエンジン１の制御装置の構成を例示するブロック図である。図５は、ＥＣＵ１０が有する機能ブロックを図示している。ＥＣＵ１０は、機能ブロックとして、主燃料噴射部８１、及び、主点火制御部８２を有している。主燃料噴射部８１は、エンジン１の要求トルク（エンジン負荷）に基づいて、主となる燃料噴射の時期である主燃料噴射の噴射量及び噴射時期を設定するとともに、インジェクタ６に、設定した噴射時期に主燃料噴射を実行させる機能ブロックである。主点火制御部８２は、主燃料噴射の後に、点火プラグ２５を用いて、シリンダー１１内に設けられた混合気に、所定のタイミングで点火させる機能ブロックである。

ＥＣＵ１０は、流速推定部８３、及び、補助燃料噴射部８４を有している。流速推定部８３は、シリンダー１１内の流動状態を検査するために、混合気が着火しない時期に、点火プラグ２５に放電を実行させる機能ブロックである。また、流速推定部８３は、流速推定部８３により実行された検査用の放電（以下、検査放電という）において、点火装置７及び点火プラグ２５を用いて検出したパラメータに基づいて、シリンダー１１内の流動状態、特に点火プラグ２５周りの吸気の流速の高低を推定する機能ブロックである。補助燃料噴射部８４は、流速推定部８３が推定したシリンダー１１内の流動状態に基づき、点火プラグ２５が混合気に点火する前に、必要に応じてシリンダー１１内に補助燃料を噴射する機能ブロックである。

以下、図５に例示するエンジンシステムが実行する、シリンダー１１内の吸気流動の状態推定を説明し、その後、推定した吸気流動の状態に応じた、補助燃料の噴射制御を説明する。

（吸気流動の状態推定）
図６は、圧縮行程の前半における縦渦の中心位置と、圧縮行程の後半におけるシリンダー１１内の流動状態とを示す図である。図６のチャート６０１は、圧縮行程の前半において縦渦の中心の位置が、シリンダー１１内のピストン３に近い位置である場合の、シリンダー１１内の流動状態を例示し、チャート６０４は、チャート６０１の状態からクランク角が進行した圧縮行程の後半での、シリンダー１１内の流動状態を例示している。

同様に、チャート６０２は、圧縮行程の前半において縦渦の中心の位置が、シリンダー１１内のピストン３と天井部との中間位置である場合の、シリンダー１１内の流動状態を例示し、チャート６０５は、チャート６０２の状態からクランク角が進行した圧縮行程の後半での、シリンダー１１内の流動状態を例示している。

また、チャート６０３は、圧縮行程の前半において縦渦の中心の位置が、シリンダー１１内の天井部に近い位置である場合の、シリンダー１１内の流動状態を例示し、チャート６０６は、チャート６０３の状態からクランク角が進行した圧縮行程の後半での、シリンダー１１内の流動状態を例示している。

尚、圧縮行程の前半とは、圧縮行程を前半と後半とに二等分した場合の前半であり、圧縮行程の後半とは、圧縮行程を前半と後半とに二等分した場合の後半である。

先ず、チャート６０２に示すように、シリンダー１１内の縦渦の中心が、シリンダー１１の中央付近に存在する場合は、チャート６０５に示すように、圧縮行程の後半でも旋回流が維持される。その結果、乱流度合いが、シリンダー１１内の全体において均等又は略均等となる。この場合、火炎は、シリンダー１１内の中央付近から周辺部へ、均等又は略均等に伝播する。火炎の伝播はシリンダー１１内の乱流によって促進されるから、燃焼速度は比較的速い。

チャート６０１に示すように、縦渦の中心の位置が、ピストン３側（ここではシリンダー１１の下方側）付近にずれて存在する場合は、チャート６０４に示すように、圧縮行程の後半で、渦中心がピストン３の頂面に接触することにより縦渦の下半分が潰れる。これにより、チャート６０４に矢印で示すように、シリンダー１１内の流動が、吸気バルブ２１から排気バルブ２２に向かう方向に流れる一方向の流動（以下、正一方向流動という）になる。シリンダー１１内の流動が正一方向流動となると、シリンダー１１内の乱流度合いが不均等になる。具体的には、シリンダー１１内において、排気バルブ２２側の領域の乱流度合いは強いが、吸気バルブ２１側の領域の乱流度合いは弱くなる（同図の一点鎖線で囲んだ領域を参照）。このときには、シリンダー１１の中央部において混合気に着火したことにより発生した火炎は、排気バルブ２２側の領域へは伝播しやすい一方、吸気バルブ２１側の領域へは伝播しにくい。チャート６０４の場合、チャート６０５の場合と比べて燃焼速度が遅くなる。

チャート６０３に示すように、縦渦の渦中心の位置が、側面視で天井部側（ここでは気筒上方側）付近にずれて存在する場合は、チャート６０６に示すように、圧縮行程の後半で、渦中心がシリンダー１１の天井部に接触することにより縦渦の上半分が潰れる。これにより、チャート６０６に矢印で示すように、シリンダー１１内の流動が、排気バルブ２２から吸気バルブ２１へ向かう方向に流れる一方向の流動（以下、反一方向流動という）になる。シリンダー１１内の流動が反一方向流動となると、シリンダー１１内の乱流度合いが不均等になる。具体的には、シリンダー１１内において、吸気バルブ２１側の領域の乱流度合いは強いが、排気バルブ２２側の領域の乱流度合いが弱くなる（同図の一点鎖線で囲んだ領域を参照）。この場合、火炎は、吸気バルブ２１側の領域へは伝播しやすい一方、排気バルブ２２側の領域へは伝播しにくい。チャート６０６の場合、チャート６０５の場合と比べて燃焼速度が遅くなる。

エンジンシステムにおいて、シリンダー１１内の流動状態は、点火装置７によって検出される。具体的には、点火装置７は、流速推定部８３からの制御信号により、混合気が着火しない時期に、シリンダー１１内において検査放電を行い、そのときの放電時間を検出する。流速推定部８３は、検出された放電時間に基づいて、点火プラグ２５付近の流速を推定するとともに、推定した流速に基づいて縦渦の中心位置を判断する。

図７は、点火プラグ２５付近の流動の強さが異なる場合における、点火プラグ２５の電極間における電圧の時間変化７０１、及び、電流の時間変化７０２を例示している。点火プラグ２５にエネルギを付与することによって、その電極間に電圧を印加すれば、中心電極２５１と接地電極２５２との間に放電経路が形成される。放電経路は、点火プラグ２５付近の流動が強いほど、その流動に流されて伸びる。放電経路が伸長することで、電極間の抵抗が増大し、電極間に印加した電圧の降下が促進する。点火プラグ２５付近の流動の強さが強くなるほど、点火プラグ２５に付与したエネルギが消費される時間、つまり放電時間が短くなる。

より詳細に、図７に実線で示すように、点火プラグ２５付近の流動がない場合、放電経路はあまり伸長しないので、放電時間は長い。点火プラグ２５付近の流動が強くなるほど、放電経路は伸長するので（チャート７０４参照）、チャート７０１、７０２に破線で示すように、放電時間が短くなる。つまり、点火プラグ２５の電極間における電流の放電時間と、点火プラグ２５付近の流動の強さとは、比例する。点火装置７が放電時間を検出すれば、流速推定部８３は、点火プラグ２５付近の流動の強さ（つまり、流速）を推定できる。

図８は、点火装置７が検出する放電時間と、シリンダー１１内における縦渦の中心位置との関係を示している。図８は、放電時間と、点火プラグ２５付近の流速との関係を示している。前述したように、放電時間と流速とは比例関係を有しており、放電時間が短いほど流速が速く、放電時間が長いほど流速が遅い。

図８のチャート８０２に示すように、縦渦の中心位置が、圧縮行程の前半において、シリンダー１１内のピストン３と天井部との中間位置である場合、点火プラグ２５と渦の中心位置とが、ある程度離れるため、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ１とＶ２との間になる。

一方、チャート８０１に示すように、縦渦の中心位置が、圧縮行程の前半において、ピストン３に近い位置である場合、点火プラグ２５と渦の中心とが大きく離れるため、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ１よりも速くなる。

また、チャート８０３に示すように、縦渦の中心位置が、圧縮行程の前半において、天井部に近い位置である場合、点火プラグ２５と渦の中心とが近いため、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ２よりも遅くなる。

主としてタンブル流によりシリンダー１１内に形成される縦渦は、吸気バルブ２１が閉じた後の圧縮行程において安定になり、その中心位置が定まる。従って、圧縮行程の前半において、点火プラグ２５が放電（後述する第２放電）を行いかつ、点火装置７が検出した放電時間（後述する第２放電時間）から推定される推定流速が、速度Ｖ１に対応する第２設定値Ｖｐ２よりも高い場合（図８では、放電時間が第１閾値よりも短い場合）は、縦渦の中心位置が、ピストン３に近い位置であると推定でき、推定流速が速度Ｖ２に対応する第１設定値Ｖｐ１よりも低い場合（図８では、放電時間が第２閾値よりも長い場合）は、縦渦の中心位置が、天井部に近い位置であると推定できる。推定流速が第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２との間の場合（図８では、放電時間が第１閾値と第２閾値との間にある場合）は、縦渦の中心位置が、シリンダー１１の中間位置であると推定できる。

尚、ここでいう「推定流速」は、吸気の流速の高低を推定できるものであればよく、流速そのものである必要はない。例えば、放電時間の逆数を推定流速として採用してもよい。

図９は、吸気行程における横渦の中心位置と、圧縮行程の後半のシリンダー１１内の流動状態との関係を示す図である。図９のチャート９０１は、吸気行程において横渦の中心の位置が、シリンダー１１内の排気バルブ２２側に傾いた場合の、シリンダー１１内の流動状態を例示する。チャート９０４は、チャート９０１の状態からクランク角が進行した圧縮行程の後半以降における、火炎の伝播流動状態を例示している。

同様に、チャート９０２は、吸気行程において横渦の中心の位置が、シリンダー１１内の中央部において、シリンダー１１の軸にほぼ沿っている場合の、シリンダー１１内の流動状態を例示する。チャート９０５は、チャート９０２の状態からクランク角が進行した圧縮行程の後半以降における、火炎の伝播状態を例示している。

また、チャート９０３は、吸気行程において横渦の中心の位置が、シリンダー１１内の吸気バルブ２１側に傾いた場合の、シリンダー１１内の流動状態を例示する。チャート９０６は、チャート９０３の状態からクランク角が進行した圧縮行程の後半における、火炎の伝播状態を例示している。

先ず、チャート９０２に示すように、シリンダー１１内の横渦の中心が、平面視でシリンダー１１の中央部において、シリンダー１１の軸に沿って存在する場合は、圧縮行程の後半でも横渦の中心が軸付近に位置する。シリンダー１１内における乱流度合いも、シリンダー１１内の全体において均等又は略均等である。シリンダー１１の中央部において、点火プラグ２５が混合気に点火すると、火炎は、チャート９０５に破線の矢印で示すように、横渦によって周方向に曲げられながら、シリンダー１１内の中央部から周辺部へと伝播する。火炎は、シリンダー１１内の中央付近から周辺部へ、均等又は略均等に伝播する。火炎の伝播は、シリンダー１１内の乱流によって促進されるから、燃焼速度は比較的速い。

チャート９０１に示すように、横渦の中心の位置が、平面視で排気バルブ２２側に傾いている場合は、横渦の中心とシリンダー１１の中心とがずれる。シリンダー１１内における乱流度合いは、シリンダー１１内の全体において不均等になる。また、圧縮行程の後半の圧縮上死点付近において、シリンダー１１の中央部において、点火プラグ２５が混合気に点火すると、火炎は、チャート９０４に破線の矢印で示すように、横渦によって周方向に曲げられながら、シリンダー１１内の中央部から周辺部へと伝播する。このとき、横渦の中心から離れるほど、横渦の流速が速くなる（チャート９０４の同心円参照）。つまり、横渦の中心から遠い吸気バルブ２１側は相対的に横渦の流速が速い。シリンダー１１の中央部から排気バルブ２２側へと伝播する火炎は、周方向に曲げられながら径方向の外方へ伝播する一方、シリンダー１１の中央部から吸気バルブ２１側へと伝播する火炎は、横渦の速い流速によって強く曲げられる結果、径方向の外方へ伝播しにくくなる。その結果、チャート９０４に一点鎖線で示すように、吸気バルブ２１側の領域が、火炎伝播しにくい領域（以下、特定領域という）となる。この場合は、チャート９０５の場合と比較して、燃焼速度が遅くなる。

チャート９０３に示すように、横渦の中心の位置が、平面視で吸気バルブ２１側に傾いている場合も、横渦の中心と、シリンダー１１の中心とがずれる。シリンダー１１内における乱流度合いは、シリンダー１１内の全体において不均等になる。また、圧縮行程の後半の圧縮上死点付近において、シリンダー１１の中央部において、点火プラグ２５が混合気に点火すると、火炎は、チャート９０６に破線の矢印で示すように、横渦によって周方向に曲げられながら、シリンダー１１内の中央部から周辺部へと伝播する。このとき、実線の矢印で示すように、シリンダー１１の中央部から吸気バルブ側に向かう方向は、反時計回りの横渦の流れに対向する方向となる。その結果、シリンダー１１の中央部から排気バルブ側へと伝播する火炎は、周方向に曲げられながら径方向の外方へ伝播する一方、シリンダー１１の中央部から吸気バルブ側へと伝播する火炎は、横渦の流れに押し戻される結果、径方向の外方へ伝播しにくくなる。チャート９０６に一点鎖線で示すように、吸気バルブ側の領域が、前記特定領域となる。この場合も、チャート９０５の場合と比較して、燃焼速度が遅くなる。

図１０は、点火装置７が検出する放電時間と、シリンダー１１内における横渦の中心位置との関係を示している。図１０のチャート１０００は、放電時間と、点火プラグ２５付近の流速との関係を示している。

スワール流の形成のため、吸気は、主に第１吸気通路１８ａからシリンダー１１内に流入する。図１０のチャート１００２に示すように、主に第１吸気通路１８ａから流入する吸気によって、吸気行程におけるシリンダー１１内には流速分布が生じる。吸気行程における速度分布が、シリンダー１１の中央部とライナーとの間の所定の径方向位置において流速最大となり、そこから中央部に向かうに従い流速が低下しかつ、ライナーに向かうに従い流速が低下するような分布であれば、横渦の中心はシリンダー１１の中央部付近において、軸に沿うようになる。この場合、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ３とＶ４との間になる。

一方、チャート１００１に示すように、吸気行程において、ライナー付近の流速が極端に高い流速分布になると、横渦の中心は、排気バルブ２２側へ傾く。この場合、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ４よりも低くなる。

また、チャート１００３に示すように、吸気行程における流速分布において最大流速が比較的に低く、流速分布の尖度が低い場合、横渦の中心は、吸気バルブ２１側へ傾く。この場合、点火プラグ２５付近の流速は、Ｖ３よりも高くなる。

主としてスワール流によりシリンダー１１内に形成される横渦は、吸気バルブ２１が開弁したのち、閉弁するまでの吸気行程において安定化する。点火装置７は、吸気行程において、点火プラグ２５に放電（後述する第１放電）させ、その放電時間（後述する第１放電時間）を検出する。より詳細には、吸気バルブ２１が開弁した瞬間から所定期間は、吸気の流動がばらつきやすい。吸気バルブ２１の開弁から所定時間が経過したのち、吸気バルブ２１が閉弁するまでにおいて、横渦は安定化する。点火装置７は、吸気バルブ２１の開弁から所定時間が経過したのち、点火プラグ２５に放電させ、その放電時間を検出する。

流速推定部８３は、推定流速が、速度Ｖ３に対応する第２設定値Ｖｐ２よりも高い場合（図１０では、放電時間が第１閾値よりも短い場合）は、横渦の中心位置が吸気バルブ２１側へ傾いていると推定でき、推定流速が、速度Ｖ４に対応する第１設定値Ｖｐ１よりも長い場合（図１０では、放電時間が第２閾値よりも長い場合）は、横渦の中心位置が排気バルブ２２側へ傾いていると推定できる。推定流速が第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２との間の場合（図１０では、放電時間が第１閾値と第２閾値との間である場合）は、横渦の中心位置が、シリンダー１１の中央部において、シリンダー１１の軸に沿っていると推定できる。尚、それぞれ第１設定値Ｖｐ１に対応する速度Ｖ４と速度Ｖ２とは同じとは限らない。同様に、それぞれ第２設定値Ｖｐ２に対応する速度Ｖ３と速度Ｖ１とは同じとは限らない。

（補助燃料噴射の噴射時期の設定）
図１１は、インジェクタ６による燃料噴射、及び、点火プラグ２５による、放電及び点火のタイミングを例示するタイミングチャートである。図１１の左から右にクランク角は進む。

前述したように、吸気流動のばらつきによって、縦渦、及び／又は、横渦の中心位置がずれると、シリンダー１１内において、特定領域が発生する。補助燃料は、こうした特定領域に、局所的に燃料濃度の高い混合気を配置し、それによって、当該特定領域への火炎伝播を促進させる。

先ず、主燃料噴射部８１は、吸気バルブ２１が開弁した後、吸気バルブ２１が閉弁するまでの吸気行程の期間において主燃料噴射を実行して、インジェクタ６を通じてシリンダー１１内に燃料を噴射させる（主燃料噴射１１０４参照）。噴射された燃料は、流動によってシリンダー１１内に拡散し、シリンダー１１内に混合気を形成する。

チャート１１０２に示すように、流速推定部８３は、点火装置７及び点火プラグ２５に、吸気バルブ２１が開弁してから、所定の時定数Δｔが経過した後の吸気行程期間において、第１放電１１０５を実行させる。第１放電１１０５は、混合気が着火しない期間に行われる放電である。点火装置７は、第１放電に対応する第１放電時間を検出する。流速推定部８３は、第１放電１１０５の際に検出された第１放電時間から、点火プラグ２５付近の横渦の流速を推定して、横渦の中心位置を推定する。

流速推定部８３はまた、点火装置７及び点火プラグ２５に、吸気バルブ２１が閉弁したのちの、圧縮行程における、例えば前半に第２放電１１０６を実行させる。第２放電１１０６も、混合気が着火しない期間に行われる放電である。点火装置７は、第２放電に対応する第２放電時間を検出する。流速推定部８３は、第２放電１１０６の際に検出された第２放電時間から、点火プラグ２５付近の縦渦の流速を推定して、縦渦の中心位置を推定する。

点火装置７が検出した第１放電時間、及び、第２放電時間が共に、第１閾値と第２閾値との間である場合（つまり、流速推定部８３により推定された流速が第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２との間である場合）、縦渦の中心位置がシリンダー１１におけるピストン３と天井部との中間に位置しかつ、横渦の中心位置がシリンダー１１の中央部において、シリンダー１１の軸に沿っている。この場合、補助燃料の噴射が不要である。図１１のチャート１１０２に示すように、補助燃料噴射部８４は、補助燃料の噴射を中止し、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程の後半における、圧縮上死点付近における所定のタイミングで、混合気に点火する（図１１の主点火１１０７参照）。この場合、横渦及び縦渦の中心位置が、シリンダー１１の中央部に位置しているから、乱流度合いは、シリンダー１１内の全体において均等又は略均等である。火炎は、シリンダー１１の中央部から周辺部に向かって均等又は略均等に伝播する。燃焼速度は比較的速い。

次に、点火装置７が検出した第２放電時間が第１閾値よりも短い場合（すなわち、流速推定部８３で推定される流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高い場合）について説明する。この場合、縦渦の中心位置は、シリンダー１１におけるピストン３に近い位置であり、圧縮行程の後半には、シリンダー１１内に正一方向流動が生じる。図１１のチャート１１０１に示すように、補助燃料噴射部８４は、第１補助燃料噴射を実行するように、インジェクタ６を制御する。インジェクタ６は、例えば圧縮行程の前半又は圧縮行程の後半の第１噴射時期において、第１補助燃料１１０８を噴射する。

図１２は、縦渦の中心位置が、シリンダー１１におけるピストン３に近い位置にある場合における、シリンダー１１内の流動の変化と第１補助燃料１１０８の分布とを説明する図である。前述したように、縦渦の中心位置がピストン３の付近に位置している場合、Ｐ１２０１、Ｐ１２０２、Ｐ１２０３、Ｐ１２０４とピストン３が上昇するに従い、渦の中心がピストン３の頂面に当たることにより縦渦の下半分が潰れ、Ｐ１２０５に黒色矢印で示すように、圧縮行程の後半におけるシリンダー１１内の流動が、吸気バルブ２１から排気バルブ２２に向かう方向の正一方向流動となる。

圧縮行程の相対的に早いタイミング（Ｐ１２０３）でシリンダー１１内に噴射された第１補助燃料１１０８は、シリンダー１１内の圧力がそれほど高くないため、渦が潰れる前に、縦渦に乗って、排気バルブ２２側から吸気バルブ２１側へと運ばれる（Ｐ１２０４、Ｐ１２０５のハッチングを付した箇所を参照）。その結果、吸気バルブ２１付近に濃い混合気を配置することができる。

第１補助燃料１１０８の噴射後、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程の後半における、圧縮上死点付近における所定のタイミングで、混合気に点火する（チャート１１０１の主点火１１０７参照）。正一方向流動によって、火炎は、吸気バルブ２１側へ伝播しにくいが、吸気バルブ２１側の混合気の燃料濃度が高いため、吸気バルブ２１側への火炎伝播が促進される。その分、燃焼速度が高くなり、燃焼速度は、放電時間が第１閾値と第２閾値との間である場合（推定流速が第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２との間である場合）と同程度に高まる。よって、エンジン１の燃焼変動が抑制される。

次に、点火装置７が検出した第２放電時間が第２閾値よりも長い場合（すなわち、流速推定部８３により推定された流速が第１設定値Ｖｐ１未満である場合）について説明する。この場合、縦渦の中心位置は、シリンダー１１における天井部に近い位置であり、圧縮行程の後半には、シリンダー１１内に反一方向流動が生じる。図１１のチャート１１０３に示すように、補助燃料噴射部８４は、第２補助燃料噴射を実行するように、インジェクタ６を制御する。インジェクタ６は、圧縮行程の後半の第２噴射時期において、第２補助燃料１１０９を噴射する。第２補助燃料１１０９の噴射時期は、第１補助燃料１１０８の噴射時期よりも遅い。

図１３は、縦渦の中心位置が、シリンダー１１における天井部に近い位置にある場合における、シリンダー１１内の流動の変化と第２補助燃料１１０９の分布とを説明する図である。前述したように、縦渦の中心位置が天井部付近に位置している場合、Ｐ１３０１、Ｐ１３０２、Ｐ１３０３、Ｐ１３０４とピストン３が上昇するに従い、渦の中心が天井部に当たることにより縦渦の上半分が潰れ、Ｐ１３０５に黒色の矢印で示すように、圧縮行程の後半におけるシリンダー１１内の流動が、排気バルブ２２から吸気バルブ２１に向かう方向の反一方向流動となる。

インジェクタ６は、圧縮行程の後半に第２補助燃料１１０９を噴射する（Ｐ１３０４参照）。圧縮行程の後半はシリンダー１１内の圧力が高いため、シリンダー１１内に噴射された第２補助燃料１１０９は、その強い圧縮圧を受けて、シリンダー１１内の中央部に留まると共に、相対的に流動が弱い排気バルブ２２側へ流れる（Ｐ１３０４、Ｐ１３０５のハッチングを付した箇所を参照）。その結果、排気バルブ２２付近に濃い混合気を配置することができる。

第２補助燃料１１０９の噴射後、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程の後半における、圧縮上死点付近における所定のタイミングで、混合気に点火する（チャート１１０３の主点火１１０７参照）。反一方向流動によって、火炎は、排気バルブ２２側へ伝播しにくいが、排気バルブ２２側の混合気の燃料濃度が高いため、排気バルブ２２側への火炎伝播が促進される。その分、燃焼速度が高くなり、燃焼速度は、放電時間が第１閾値と第２閾値との間である場合（推定流速が第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２との間である場合）と同程度に高まる。よって、エンジン１の燃焼変動が抑制される。

従って、シリンダー１１内における流動状態に応じて、補助燃料の噴射を行うことにより、吸気流動の状態がサイクル毎にばらついて、縦渦の中心位置がばらついても、ＥＣＵ１０は、燃焼速度を同じ、又は、略同じにすることができるから、燃焼変動が抑制できる。

次に、点火装置７が検出した第１放電時間が第１閾値よりも短い場合（すなわち、流速推定部８３で推定される流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高い場合）について説明する。この場合、横渦の中心位置は、シリンダー１１における吸気バルブ側に傾いている。図１１のチャート１１０１に示すように、補助燃料噴射部８４は、第１補助燃料噴射を実行するように、インジェクタ６を制御する。。インジェクタ６は、例えば圧縮行程の前半又は圧縮行程の後半の第１噴射時期において、第１補助燃料噴射を実行する。

図１４のＰ１４０１及びＰ１４０２は、横渦の中心位置が吸気バルブ２１側に傾いている場合における、シリンダー１１内の流動の変化と、第１補助燃料噴射で噴射された第１補助燃料１１０８の分布とを説明する図である。横渦の中心が吸気バルブ２１側に傾いている場合、Ｐ１４０１に例示するように、圧縮行程におけるシリンダー１１内の速度分布は、流速分布の尖度が低いため、極端に速い流速の箇所は存在しない。

第２放電後の、圧縮行程の前半又は後半において、シリンダー１１内の中央部から放射状に噴射された第１補助燃料は、流れに乗って周方向に搬送される。補助燃料噴射のタイミングが相対的に進角しているため、排気バルブ２２側へ噴射された補助燃料の噴霧は、点火タイミングまでの長い時間を利用して、吸気バルブ２１側まで運ばれる。その結果、点火タイミング（Ｐ１４０２）において、吸気バルブ２１側の混合気の燃料濃度が高まる。

第１補助燃料の噴射後、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程の後半における、圧縮上死点付近における所定のタイミングで、混合気に点火する（チャート１１０１の主点火１１０７参照）。前述したように、火炎は、中心位置がずれた横渦によって、径方向の外方への伝播が妨げられる結果、吸気バルブ２１側へ伝播しにくいが、吸気バルブ２１側の混合気の燃料濃度が高いため、吸気バルブ２１側への火炎伝播が促進される。その分、燃焼速度が高くなり、燃焼速度は、放電時間が第１閾値と第２閾値との間である場合（推定流速が第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２との間である場合）と同程度に高まる。エンジン１の燃焼変動が抑制される。

次に、点火装置７が検出した第１放電時間が第２閾値よりも長い場合すなわち、流速推定部８３で推定される流速が第１設定値Ｖｐ１よりも低い場合）について説明する。この場合、横渦の中心位置は、シリンダー１１における排気バルブ２２側に傾いている。図１１のチャート１１０３に示すように、補助燃料噴射部８４は、第２補助燃料噴射を実行するように、インジェクタ６を制御する。インジェクタ６は、圧縮行程の後半の第２噴射時期において、第２補助燃料１１０９を噴射する。第２補助燃料１１０９の噴射時期は、第１補助燃料１１０８の噴射時期よりも遅い。

図１４のＰ１４０３及びＰ１４０４は、横渦の中心位置が排気バルブ２２側に傾いている場合における、シリンダー１１内の流動の変化と、第２補助燃料１１０９の分布とを説明する図である。横渦の中心が排気バルブ２２側に傾いている場合、Ｐ１４０３に例示するように、圧縮行程の後半におけるシリンダー１１内の速度分布は、ライナー付近において極端に速い流速が存在する。

圧縮行程の後半の遅いタイミングにおいて、シリンダー１１内の中央部から放射状に噴射された第２補助燃料１１０９の内、吸気バルブ２１側に噴射された補助燃料は、遅い流速の流れに乗ることで移動量が少なく、吸気バルブ２１側に留まる。一方、排気バルブ２２側に噴射された補助燃料は、速い流速の流れに乗ることで、周方向に、速やかに吸気バルブ２１側まで運ばれる。その結果、点火タイミング（Ｐ１４０４）において、補助燃料の噴霧が重なり合い、吸気バルブ２１側の混合気の燃料濃度が高まる。

第２補助燃料１１０９の噴射後、主点火制御部８２は、点火プラグ２５を用いて、圧縮行程の後半における、圧縮上死点付近における所定のタイミングで、混合気に点火する（チャート１１０３の主点火１１０７参照）。前述したように、火炎は、中心位置がずれた横渦によって伝播方向が曲げられる結果、吸気バルブ側へ伝播しにくいが、吸気バルブ側の混合気の燃料濃度が高いため、吸気バルブ側への火炎伝播が促進される。その分、燃焼速度が高くなり、燃焼速度は放電時間が第１閾値と第２閾値との間である場合（推定流速が第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２との間である場合）と同程度に高まる。よって、エンジン１の燃焼変動が抑制される。

従って、シリンダー１１内における流動状態に応じて、補助燃料の噴射を行うことにより、吸気流動の状態がサイクル毎にばらついて、横渦の中心位置がばらついても、ＥＣＵ１０は、燃焼速度を同じ、又は、略同じにすることができるから、エンジン１の燃焼変動が抑制できる。

尚、第１放電、第２放電、及び、主点火のそれぞれにおいて、点火プラグ２５に付与されるエネルギは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

（補助燃料噴射の噴射量の設定）
前述のように、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、吸気行程及び圧縮行程において検査放電（前述の第１及び第２放電）を実行し、検査放電の放電経路の電気的なパラメータから吸気の流速を推定して、該推定流速に応じて補助燃料噴射（第１及び第２補助燃料噴射）を行う。尚、以下では、前述の第１補助燃料噴射と第２補助燃料噴射とを区別せずに、単に補助燃料噴射ということがある。

図１５は、推定流速とエンジン回転数とに基づいて、補助燃料噴射の噴射量を設定するためのマップである。縦軸は推定流速であり、横軸はエンジン回転数である。この図１５のマップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。尚、ここでは、推定流速の値として放電時間の逆数を採用している。前述したように、放電時間が長いほど、点火プラグ２５周りの吸気の流速は高いため、図１５の縦軸は吸気の流速を反映しているといえる。推定流速として、電圧の傾きを採用したり、図８及び図１０に示すようなグラフに基づいて放電時間等から算出した流速値を用いたりしてもよい。また、ここでいう推定流速は、第１放電のパラメータから推定される横渦の流速と、第２放電のパラメータから推定される縦渦の流速の両方を含む。

図１５に示すように、補助燃料噴射は、推定流速が第１設定値Ｖｐ１未満の領域と、推定流速が第１設定値Ｖｐ１よりも高い第２設定値Ｖｐ２よりも高い領域とのそれぞれで実行される。この図１５に示す第１設定値Ｖｐ１及び第２設定値Ｖｐ２は、前述した第１設定値Ｖｐ１及び第２設定値Ｖｐ２である。

推定流速が第１設定値Ｖｐ１未満の領域は、第３設定値Ｖｐ３により、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との２つの領域に分けられている。第１領域Ｒ１は、推定流速が第３設定値Ｖｐ３以下の領域であり、第２領域Ｒ２は、推定流速が第３設定値Ｖｐ３よりも高くかつ第１設定値Ｖｐ１以下の領域である。

図１５に示すように、推定流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高い領域は、第４設定値Ｖｐ４により、第３領域Ｒ３と第４領域Ｒ４との２つの領域に分けられている。推定流速が第２設定値Ｖｐ２より高い領域において、第３領域Ｒ３は、推定流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高くかつ第４設定値Ｖｐ４以下の領域であり、第４領域Ｒ４は、推定流速が第４設定値Ｖｐ４よりも高い領域である。

推定流速が第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２との間の領域は、第５領域Ｒ５となっている。

図１５に示すように、第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２とは、エンジン回転数が高いほど推定流速が高い値を有する。つまり、第５領域Ｒ５は、エンジン回転数が高いほど推定流速が高い領域に広がっている。これは、エンジン回転数が高いときには、ピストン３が下降して吸気する吸気行程の時間が短く、該ピストン３の下降速度も高いため、吸気の流速が高くなって、検査放電時における吸気の流速が高くなる。このため、吸気の渦中心が適切な位置にあったとしても、そのときの推定流速は、エンジン回転数が高いときの方が、エンジン回転数が低いときと比較して高くなる。このことから、第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２とは、エンジン回転数が高いほど推定流速が高い値を有するようになり、第５領域Ｒ５は前述のように広がる。

推定流速が第１設定値Ｖｐ１未満の領域では、補助燃料噴射の噴射量は、第１領域Ｒ１における噴射量を第１噴射量とし、第２領域Ｒ２における噴射量を第２噴射量としたときに、第１噴射量の方が第２噴射量よりも多い。すなわち、エンジン回転数が高いときの方が、混合気がシリンダー１１の壁側に偏りやすいため、補助燃料噴射の噴射量を増大させて、シリンダー１１内の乱流度合いの低い部分に燃料の濃い領域を広く形成する。図１５に示すように、補助燃料噴射の噴射量が切り換わる境界である第３設定値Ｖｐ３は、推定流速が低いほどエンジン回転数が低い側に位置している。推定流速が第１設定値Ｖｐ１未満の領域では、推定流速が第１設定値Ｖｐ１に対して低いほど、シリンダー１１内では混合気の偏りが大きい。このため、推定流速が低いときには、エンジン回転数が低いときであっても補助燃料噴射の噴射量を増大させることが好ましい。

一方で、推定流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高い領域では、補助燃料噴射の噴射量は、第３領域Ｒ３における噴射量を第３噴射量とし、第４領域Ｒ４における噴射量を第４噴射量としたときに、第４噴射量の方が第３噴射量よりも多い。推定流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高い領域では、推定流速が第２設定値Ｖｐ２に対して高いほど、シリンダー１１の側壁に吸気が押し付けられるため、シリンダー１１内では混合気の偏りが大きい。このため、第４領域Ｒ４の方が第３領域Ｒ３よりも補助燃料噴射の噴射量を増大させることが好ましい。図１５に示すように、第４設定値Ｖｐ４は、エンジン回転数が高いほど推定流速が低い側に位置する。エンジン回転数が高いときには、圧縮行程でも吸気流動の慣性力が大きいため、主点火時における混合気の偏りが大きくなる。このため、推定流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高い領域では、エンジン回転数が高いときの方が、推定流速が相対的に低いときから補助燃料噴射の噴射量を増大させることが好ましい。

第５領域Ｒ５では、吸気の渦の中心が適切な位置、すなわち、気筒軸の近傍でかつ気筒軸方向の中央の位置に位置するため、補助燃料噴射を実行しない。

尚、図１５のマップは、推定流速として用いる値によって、第１設定値Ｖｐ１、第２設定値Ｖｐ２、第３設定値Ｖｐ３、及び第４設定値Ｖｐ４の形状が多少変形するが、各領域Ｒ１～Ｒ５における補助燃料噴射の噴射量の関係は変化しない。

図１６は、エンジン回転数が図１５に示すエンジン回転数Ｒｏのときにおける、推定流速に対する補助燃料噴射の噴射量を示している。図８に示すように、第１領域Ｒ１では、推定流速が低いほど第１噴射量を多くする。また、第２領域Ｒ２でも、第１領域Ｒ１と同様に、推定流速が低いほど第２噴射量を多くする。推定流速が第１設定値Ｖｐ１未満の領域では、推定流速が低いほど、シリンダー１１内に乱流度合いが低い領域が形成されやすく、広い範囲に燃料の濃い領域を形成する必要があるためである。また、第１噴射量と第２噴射量とは、第３設定値Ｖｐ３を境に大きく変化し、不連続になっている。尚、推定流速に対する第１噴射量の傾きと、推定流速に対する第２噴射量の傾きとは、同じでもよく、異なっていてもよい。

図１６に示すように、推定流速が第１設定値Ｖｐ１と第２設定値Ｖｐ２との間にある領域Ｒ５では、補助燃料噴射を実行しないため、噴射量は０となる。

図１６に示すように、第３領域Ｒ３及び第４領域Ｒ４では、推定流速が高いほど第３及び第４噴射量を多くする。前述したように、推定流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高い領域では、推定流速が高いほど、シリンダー１１内に乱流度合いが低い領域が形成されやすく、広い範囲に燃料の濃い領域を形成する必要がある。そこで、点火プラグ２５周りの推定流速が高いほど補助燃料噴射の噴射量を大きくして、シリンダー１１の吸気バルブ２１側に燃料の濃い領域を適切に形成する。また、第３噴射量と第４噴射量は、第４設定値Ｖｐ４を境に大きく変化し、不連続になっている。尚、推定流速に対する第３噴射量の傾きと、推定流速に対する第４噴射量の傾きとは、同じでもよく、異なっていてもよい。

一方で、図１７は、推定流速が図７に示す推定値ＶＡのときにおける、エンジン回転数に対する補助燃料噴射の噴射量を示している。図１７に示すように、推定流速が一定の場合には、第１噴射量及び第２噴射量ともに、エンジン回転数にかかわらず一定である。尚、図示は省略しているが、第３噴射量及び第４噴射量も、推定流速が一定である場合には、エンジン回転数にかかわらず一定である。

このように、前記検査放電における放電経路のパラメータから推定される推定流速と、エンジン回転数とに基づいて、補助燃料噴射の噴射量を調整することで、シリンダー１１内における火炎伝播がしにくい領域に適切に燃料の濃い領域を適切に形成することができる。この結果、シリンダー１１全体に火炎伝播しやすくなり、燃焼速度を安定させることができる。

図１８は、インジェクタ６による燃料噴射及び点火プラグ２５による点火のタイミングを示す。図１８（ａ）はエンジンの状態が第１領域Ｒ１に属するときの各タイミングであり、図１８（ｂ）はエンジンの状態が第２領域Ｒ２に属するときの各タイミングである。尚、図１８では、推定流速が同じ場合を示している。

図１８に示すように、エンジンの状態が第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２のいずれに属しているときでも、インジェクタ６により吸気行程において主燃料噴射が実行される。

主燃料噴射の後、点火プラグ２５により第１放電及び第２放電が実行される。第１放電は、吸気行程中に実行され、第２放電は、吸気バルブ２１が閉弁した後、特に圧縮行程の前半に実行される。

第１及び第２放電の後、圧縮行程の後半において、混合気に着火させる前に、インジェクタ６により補助燃料噴射が実行される。前述したように、第１噴射量の方が第２噴射量よりも多く設定されている。このため、補助燃料噴射部８４が、エンジンの状態が第１領域Ｒ１のときの方が、第２領域Ｒ２のときよりも、インジェクタ６の開弁期間を長くする。

そして、補助燃料噴射の後、ピストン３が圧縮上死点に至る前に、主点火制御部８２により点火プラグ２５が作動されて、混合気を燃焼させるべく、主点火が実行される。このときには、補助燃料噴射により、シリンダー１１内の乱流度合いの低い部分に、燃料の濃い領域が形成されているため、シリンダー１１全体に火炎が速やかに伝播する。

（フローチャート）
次に、図１９及び図２０を参照しながら、ＥＣＵ１０の補助噴射制御の処理動作について説明する。

まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１～ＳＷ９からの情報を取得する。

次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ１０は、要求トルクを算出する。ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷＯの検出結果に基づいて要求トルクを算出する。このステップＳ２で算出される要求トルクは、補助燃料噴射の噴射量を算出する際の判定負荷に相当する。

次いで、ステップＳ３において、ＥＣＵ１０は、主燃料噴射の噴射量と噴射時期とを設定する。

続いて、ステップＳ４において、ＥＣＵ１０は、点火時期を設定する。この点火時期は、混合気を燃焼させるための主点火の時期である。

次に、ステップＳ５において、ＥＣＵ１０は、検査放電の時期を設定する。このステップＳ５において、ＥＣＵ１０は、第１放電の時期と第２放電の時期とをそれぞれ設定する。ＥＣＵ１０は、第１放電の時期を、主燃料噴射の噴射時期よりも遅角側でかつ吸気行程の時期に設定するとともに、第２放電の時期を、吸気バルブ２１が閉じた後の圧縮行程の前半に設定する。

次いで、ステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ５で設定した時期に検査放電を実行する。ＥＣＵ１０は、点火装置７から、第１及び第２放電において点火プラグ２５に発生した放電経路の放電時間をそれぞれ取得する。尚、フローチャートには示していないが、検査放電を実行する前に、前記ステップＳ３で設定した噴射時期に主燃料噴射が実行されている。

続いて、ステップＳ７において、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の吸気の流速を推定する。ここでは、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ６の検査放電の放電時間の逆数を推定流速として算出する。

続いて、ステップＳ８において、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７で算出した推定流速が第１設定値Ｖｐ１以下であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、推定流速が第１設定値Ｖｐ１未満であるＹＥＳのときには、ステップＳ９に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、推定流速が第１設定値Ｖｐ１より高いＮＯのときには、ステップＳ１２に進む。ＥＣＵ１０は、横渦の推定流速及び縦渦の推定流速のうち少なくとも一方が第１設定値Ｖｐ１未満であれば、このステップＳ８においてＹＥＳであると判定する。

前記ステップＳ９では、ＥＣＵ１０は、エンジン回転数と、前記ステップＳ７において算出された推定流速とから、エンジン１の状態が第１領域Ｒ１に属しているか否か、すなわち、推定流速が第３設定値Ｖｐ３以下であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、図１５に示したマップを読み込んで判定を行う。ＥＣＵ１０は、エンジン１の状態が第１領域Ｒ１に属しているＹＥＳのときには、ステップＳ１０に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、エンジン１の状態が第２領域Ｒ２に属しているＮＯのときには、ステップＳ１１に進む。

前記ステップＳ１０では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射量を第１噴射量に設定する。このときＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７において推定した推定流速に応じて、第１噴射量を調整する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０の後は前記ステップＳ１７に進む。

前記ステップＳ１１では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射量を第２噴射量に設定する。このときＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７において推定した推定流速に応じて、第２噴射量を調整する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１１の後は前記ステップＳ１７に進む。

一方で、前記ステップＳ８においてＮＯのときに進むステップＳ１２では、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７で算出された推定流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高いか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、推定流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高いＹＥＳのときには、ステップＳ１４に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、推定流速が第２設定値Ｖｐ２以下であるＮＯのときには、ステップＳ１３に進む。ＥＣＵ１０は、第１推定流速及び第２推定流速のうち少なくとも一方が第２設定値Ｖｐ２よりも高いのであれば、このステップＳ１２においてＹＥＳであると判定する。

前記ステップＳ１３では、ＥＣＵ１０は、エンジン１の状態が第５領域Ｒ５に属するとして、補助燃料噴射なしと判断する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３の後はリターンする。

前記ステップＳ１４では、ＥＣＵ１０は、エンジン回転数と、前記ステップＳ７において算出された推定流速とから、エンジンの状態が第３領域Ｒ３に属しているか否か、すなわち、推定流速が第４設定値Ｖｐ４以下であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、図１５に示したマップを読み込んで判定を行う。ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第３領域Ｒ３に属しているＹＥＳのときには、ステップＳ１５に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、エンジンの状態が第４領域Ｒ４に属しているＮＯのときには、ステップＳ１６に進む。

前記ステップＳ１５では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射量を第３噴射量に設定する。このときＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７において推定した推定流速に応じて、第３噴射量を調整する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１５の後は前記ステップＳ１７に進む。

前記ステップＳ１６では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射量を第４噴射量に設定する。このときＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７において推定した推定流速に応じて、第４噴射量を調整する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１６の後は前記ステップＳ１７に進む。

そして、図１９に示すように、前記ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１５，Ｓ１６の後に進むステップＳ１７では、ＥＣＵ１０は、補助燃料噴射の噴射時期を設定する。ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ７で算出した推定流速が第１設定値Ｖｐ１未満であるときには、補助燃料噴射の噴射時期を圧縮行程の後半の時期に設定する一方で、前記ステップＳ７で算出した推定流速が第２設定値Ｖｐ２よりも高いときには、補助燃料噴射の噴射時期を圧縮行程の前半又は後半の時期に設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１７の後はリターンする。

ＥＣＵ１０は、フローチャートの後、補助燃料噴射を実行する。これにより、シリンダー１１内の渦の状態に応じて、乱流度合いの低い領域に燃料の濃い領域を形成することができ、シリンダー１１全体の燃焼速度を安定させることができる。

（まとめ）
したがって、本実施形態では、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出器（センサＳＷ１～ＳＷ９）と、点火装置７、インジェクタ６、及び前記運転状態検出器に電気的に接続されたＥＣＵ１０とを備える。ＥＣＵ１０は、前記運転状態検出器（特に、アクセル開度センサＳＷ７）が検出するエンジン負荷に基づいて、主燃料の噴射量とその噴射時期である主燃料噴射時期を設定して、該主燃料噴射時期に設定した量の主燃料を噴射するようにインジェクタ６を制御する主燃料噴射部８１と、混合気が着火しない時期に、点火プラグ２５の電極間に電圧を負荷しかつ該電極間に生じた放電経路の電流値に関するパラメータを検出するための放電を実行するように点火装置７を制御して、該放電におけるパラメータからシリンダー１１内における吸気の流速の高低を推定する流速推定部８３と、流速推定部８３により推定された推定流速が、第１設定値Ｖｐ１未満であるか又は該第１設定値Ｖｐ１よりも高い第２設定値Ｖｐ２よりも高いときに、主燃料噴射時期よりも遅角側で補助的な燃料噴射である補助燃料噴射を行うようにインジェクタ６を制御する補助燃料噴射部８４と、を有する。第１設定値Ｖｐ１及び第２設定値Ｖｐ２は、前記運転状態検出器（特に、クランク角センサＳＷ６）が検出するエンジン回転数が高いほど推定流速が高い側に位置する。このように、エンジン回転数によるシリンダー１１内の吸気流動の違いに応じて、補助燃料噴射を実行する閾値を適切に変更することで、前記特定領域における混合気の燃焼を適切に促進させることができる。この結果、燃焼速度を安定させることができ、燃焼変動を抑制することができる。

特に、本実施形態では、補助燃料噴射部８４は、推定流速が、第１設定値Ｖｐ１よりも低い領域に設定された第３設定値Ｖｐ３以下であるときには、推定流速が第３設定値Ｖｐ３よりも高くかつ第１設定値Ｖｐ１未満であるときと比較して、補助燃料噴射の噴射量を増大させるように構成されており、第３設定値Ｖｐ３は、推定流速が低いほどエンジン回転数が低い側に位置する。エンジン回転数が高いときには、吸気行程から圧縮行程までの時間が短いため、圧縮行程でも吸気流動の慣性力が大きい。吸気流動の慣性力が大きいと混合気がシリンダー１１の側壁に押し付けられやすい。つまり、エンジン回転数が低いときと比較すると、エンジン回転数が高いときの方が主点火における混合気の偏りが大きくなる。推定流速が第１設定値Ｖｐ１から低い側に離れるほど、反一方向流動が強く形成されるため、このエンジン回転数の影響が大きくなる。このため、推定流速が第３設定値Ｖｐ３以下であるときには、補助燃料噴射の噴射量を増大させる。さらに、第３設定値Ｖｐ３をエンジン回転数が高いほど推定流速が高い側に位置するようにすることで、エンジン回転数が高いほど補助燃料噴射の噴射量を増大させる条件を拡大させる。これにより、エンジン回転数が高いときであってもシリンダー１１全体に火炎伝播しやすくなって、燃焼速度を安定させることができる。この結果、燃焼変動をより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、補助燃料噴射部８４は、推定流速が、第２設定値Ｖｐ２よりも高い領域に設定された第４設定値Ｖｐ４より高いときには、推定流速が第４設定値Ｖｐ４以下でかつ第２設定値Ｖｐ２よりも高いときと比較して、補助燃料噴射の噴射量を増大させるように構成され、第４設定値Ｖｐ４は、エンジン回転数が高いほど推定流速が低い側に位置する。推定流速が第２設定値Ｖｐ２から高い側に離れるほど、正一方向流動が強く形成されるため、エンジン回転数の影響が大きくなる。そこで、推定流速が第４設定値Ｖｐ４よりも高いときには、補助燃料噴射の噴射量を増大させる。また、第４設定値Ｖｐ４をエンジン回転数が高いほど推定流速が低い側に位置するようにして、エンジン回転数が高いほど補助燃料噴射の噴射料を増大させる条件を拡大させる。これにより、エンジン回転数が高いときであってもシリンダー１１全体に火炎伝播しやすくなって、燃焼速度を安定させることができる。この結果、燃焼変動をより効果的に抑制することができる。

（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば前述の実施形態では、インジェクタ６は、吸気行程中に主燃料噴射を実行していた。これに限らず、インジェクタ６は、圧縮行程中に主燃料噴射を実行してもよい。点火プラグ２５は、第１放電を、主燃料噴射よりも後に行ってもよいし、主燃料噴射よりも前に行ってもよい。同様に、点火プラグ２５は、第２放電を、主燃料噴射よりも後に行ってもよいし、主燃料噴射よりも前に行ってもよい。

前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

ここに開示された技術は、ペントルーフ型の天井部を有するシリンダーと、シリンダーの中央部に配置された点火プラグを含む点火装置と、シリンダーの中央部に配置された燃料噴射弁とを有するエンジンを備えたエンジンシステムとして有用である。

１ エンジン
６ インジェクタ（燃料噴射弁）
７ 点火装置
１０ ＥＣＵ（制御器）
１１ シリンダー
２１ 吸気バルブ
２５ 点火プラグ
８１ 主燃料噴射部
８３ 流速推定部
８４ 補助燃料噴射部
ＳＷ６ クランク角センサ（運転状態検出器）

Claims (6)

1. ペントルーフ型の天井部を有するシリンダーと、該シリンダーの中央部に配置された点火プラグを含む点火装置と、前記シリンダーの中央部に配置された燃料噴射弁とを有するエンジンを備えたエンジンシステムであって、
   前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出器と、
   前記点火装置、前記燃料噴射弁、及び前記運転状態検出器に電気的に接続された制御器と、を更に備え、
   前記制御器は、
   前記運転状態検出器が検出するエンジン負荷に基づいて、主燃料の噴射量とその噴射時期である主燃料噴射時期を設定して、該主燃料噴射時期に設定した量の前記主燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御する主燃料噴射部と、
   混合気が着火しない時期に、前記点火プラグの電極間に電圧を負荷しかつ該電極間に生じた放電経路の電流値に関するパラメータを検出するように前記点火装置を制御して、前記パラメータから前記シリンダー内における吸気の流速の高低を推定する流速推定部と、
   前記流速推定部により推定された推定流速が、予め設定された第１設定値未満であるか又は該第１設定値よりも高い第２設定値よりも高いときに、前記主燃料噴射時期よりも遅角側で補助的な燃料噴射である補助燃料噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御する補助燃料噴射部と、
   を有し、
   前記第１設定値及び前記第２設定値は、前記運転状態検出器が検出するエンジン回転数が高いほど前記推定流速が高い側に位置することを特徴とするエンジンシステム。
2. 請求項１に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記補助燃料噴射部は、前記推定流速が、前記第１設定値よりも低い領域に設定された第３設定値未満であるときには、前記推定流速が前記第３設定値よりも高くかつ前記第１設定値未満であるときと比較して、前記補助燃料噴射の噴射量を増大させるように構成されており、
   前記第３設定値は、前記推定流速が低いほどエンジン回転数が低い側に位置することを特徴とするエンジンシステム。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記補助燃料噴射部は、前記推定流速が、前記第２設定値よりも高い領域に設定された第４設定値より高いときには、前記推定流速が前記第４設定値未満でかつ前記第２設定値よりも高いときと比較して、前記補助燃料噴射の噴射量を増大させるように構成され、
   前記第４設定値は、エンジン回転数が高いほど前記推定流速が低い側に位置することを特徴とするエンジンシステム。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載のエンジンシステムにおいて、
   前記点火装置は、吸気バルブが開弁したのち、該吸気バルブが閉弁するまでに、前記パラメータを検出し、
   前記流速推定部は、前記パラメータに基づいて、前記シリンダー内の横渦の前記点火プラグ付近の流速を推定することを特徴とするエンジンシステム。
5. 請求項４に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記点火装置は、前記吸気バルブが開弁しかつ、所定の時定数が経過したのち、前記パラメータを検出することを特徴とするエンジンシステム。
6. 請求項１～３のいずれか１つに記載のエンジンシステムにおいて、
   前記点火装置は、吸気バルブが閉弁したのち、前記パラメータを検出し、
   前記流速推定部は、前記パラメータに基づいて、前記シリンダー内の縦渦の前記点火プラグ付近の流速を推定することを特徴とするエンジンシステム。

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