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JP7468306B2 - Engine System - Google Patents

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JP7468306B2
JP7468306B2 JP2020187393A JP2020187393A JP7468306B2 JP 7468306 B2 JP7468306 B2 JP 7468306B2 JP 2020187393 A JP2020187393 A JP 2020187393A JP 2020187393 A JP2020187393 A JP 2020187393A JP 7468306 B2 JP7468306 B2 JP 7468306B2
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cylinder
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intake
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

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。 The technology disclosed herein belongs to the technical field of engine systems.

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。 It has been known for some time that increasing the combustion speed can improve engine fuel efficiency. In an engine equipped with a spark plug, the spark plug ignites the mixture in the combustion chamber, generating a flame around the spark plug. This flame reacts with the unburned mixture as it propagates throughout the cylinder, completing one cycle of combustion. Therefore, in order for the flame to react quickly with the unburned mixture and increase the combustion speed, it is advantageous to have a large flame contact area between the flame and the unburned mixture. For this reason, it is preferable to generate a lot of turbulence within the cylinder.

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。 It is known that turbulence of the unburned mixture occurs when the intake flow collapses before the piston reaches top dead center during the compression stroke. However, the state of the intake flow can change from cycle to cycle. For this reason, methods for estimating the intake flow have been studied.

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。 For example, Patent Document 1 describes a technology in which an ignition plug disposed in a combustion chamber is ignited multiple times prior to the ignition timing, the current value of the discharge path of the ignition plug is detected, the flow state of the mixture is estimated according to each current value, and the ignition timing is controlled based on the estimation result.

特開2014-145306号公報JP 2014-145306 A

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。 Here, the inventors of the present application conducted extensive research into improving combustion in response to the intake flow based on the current value of the discharge path as described in Patent Document 1, and discovered that the position of the vortex center formed in the cylinder by the intake flow causes differences in the flow conditions in the cylinder in the latter half of the compression stroke, preventing the flame from propagating uniformly throughout the entire cylinder, which becomes a factor in combustion fluctuations.

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。 Specifically, the intake flow is a combination of vertical and horizontal vortex components, resulting in an oblique flow within the cylinder. When viewed from the cylinder axis direction and the direction perpendicular to the cylinder axis (hereafter referred to as the plan view and side view, respectively), if the vortex center of the intake flow is located near the center of the cylinder, the swirling flow is maintained even in the latter half of the compression stroke, resulting in a uniform or nearly uniform degree of turbulence throughout the cylinder. In this case, the flame propagates evenly or nearly uniformly from near the center of the cylinder to the periphery.

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。 However, the inventors of the present application have discovered that if the position of the vortex center of the vertical vortex component is shifted toward the piston in a side view, the vortex center comes into contact with the top surface of the piston in the latter half of the compression stroke, crushing the lower half of the vertical vortex, and the flow inside the cylinder becomes a positive unidirectional flow from the intake side to the exhaust side. When the flow inside the cylinder becomes a positive unidirectional flow, the exhaust side area inside the cylinder is highly turbulent, but the intake side area is less turbulent. In this case, the flame easily propagates to the exhaust side area, but is less likely to propagate to the intake side area.

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。 Furthermore, if the position of the vortex center of the vertical vortex component is shifted toward the ceiling of the cylinder in a side view, the vortex center will come into contact with the ceiling in the latter half of the compression stroke, crushing the upper half of the vertical vortex, and the flow inside the cylinder will become a non-unidirectional flow from the exhaust side to the intake side. When the flow inside the cylinder becomes a non-unidirectional flow, the intake side area inside the cylinder will be highly turbulent, but the exhaust side area will be less turbulent. In this case, the flame will easily propagate to the intake side area, but will have difficulty propagating to the exhaust side area.

また、吸気流量はエンジン負荷に応じて変動するため、エンジン負荷によっても気筒内の流動状態が変動する。このため、燃焼速度を安定させるためには、エンジン負荷も考慮した対策が必要となる。 In addition, the intake flow rate varies depending on the engine load, so the flow conditions inside the cylinder also vary depending on the engine load. Therefore, in order to stabilize the combustion speed, measures that take the engine load into account are necessary.

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、気筒内の乱流度合いを推定し、この乱流度合いに応じて点火プラグを制御して燃焼変動を抑制することで、燃焼速度を安定させることにある。 The technology disclosed here has been developed in light of these points, and its purpose is to estimate the degree of turbulence in the cylinder and control the spark plug according to this degree of turbulence to suppress combustion fluctuations, thereby stabilizing the combustion speed.

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、圧縮行程の後半の吸気流動及び乱流度合いを推定できることを見出した。 As a result of extensive research, the inventors of the present application have discovered that by detecting the electrical parameters of the spark plug's discharge path during the intake stroke or compression stroke, it is possible to estimate the position of the vortex center in the cylinder, and thus the intake flow and degree of turbulence in the latter half of the compression stroke.

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、前記主燃料噴射時期の後、前記シリンダー内の混合気を燃焼させるべく、該混合気に着火させるための主点火を実行するように前記点火装置を制御する主点火制御部と、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、前記パラメータに基づいて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所定値未満であるときに、前記主燃料噴射時期よりも遅角側でかつ前記主点火よりも進角した時期に、混合気に補助的な点火エネルギを付与するための補助点火を実行するように前記点火装置を制御する補助点火制御部と、を有し、前記補助点火制御部は、前記推定流速が、前記所定値よりも低い領域に設定されかつ前記エンジン負荷に対応して設定された比較値以下であるときには、前記推定流速が前記比較値よりも高いときと比較して、前記補助点火より付与する前記点火エネルギを増大させるように前記点火装置を制御する、という構成とした。 Therefore, the technology disclosed herein is directed to an engine system having an engine having a cylinder with a pent roof type ceiling, an ignition device including an ignition plug arranged in the center of the cylinder, and a fuel injection valve arranged in the center of the cylinder, and further comprises an operating state detector that detects the operating state of the engine, and a controller electrically connected to the ignition device, the fuel injection valve, and the operating state detector, the controller setting a main fuel injection amount and a main fuel injection timing, which is the injection timing, based on the engine load detected by the operating state detector, and controlling the fuel injection valve to inject the amount of main fuel set at the main fuel injection timing, a main ignition control unit that controls the ignition device to perform main ignition to ignite the air-fuel mixture in order to combust the mixture in the cylinder after the main fuel injection timing, The system has a flow velocity estimation unit that controls the ignition device to apply a voltage between the electrodes of the spark plug and detect a parameter related to the current value of the discharge path generated between the electrodes when the mixture does not ignite, and estimates the high or low flow velocity of the intake air based on the parameter; and an auxiliary ignition control unit that controls the ignition device to perform auxiliary ignition to provide auxiliary ignition energy to the mixture at a timing that is retarded from the main fuel injection timing and advanced from the main ignition when the estimated flow velocity is set in a region lower than the predetermined value and is equal to or less than a comparison value set corresponding to the engine load, and controls the ignition device to increase the ignition energy provided by the auxiliary ignition when the estimated flow velocity is set in a region lower than the predetermined value and is equal to or less than a comparison value set corresponding to the engine load, compared to when the estimated flow velocity is higher than the comparison value.

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。 For the sake of convenience, in this specification, unidirectional flow refers to intake flow from the intake side to the exhaust side, and anti-unidirectional flow refers to intake flow from the exhaust side to the intake side, but these may be reversed.

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シリンダーを有するため、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。 With the above configuration, the engine has a cylinder with a pent roof type ceiling, so the intake air introduced into the cylinder forms vertical vortices as well as horizontal vortices. The flow inside the cylinder is an oblique flow inclined with respect to the cylinder axis.

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。 When the main fuel injection is performed from the fuel injection valve, a mixture is formed in the cylinder. When this mixture does not ignite, a voltage is applied to the spark plug to generate a discharge path. The stronger the intake air flow around the spark plug, the longer the discharge path generated in the spark plug. When the discharge path is extended, the resistance between the electrodes increases, and the voltage drop between the electrodes increases. As a result, the time during which the energy applied to the spark plug is consumed, i.e., the discharge time, becomes shorter. From this, the inventors of the present application found that by detecting the discharge time of the current, the flow speed of the intake air flow around the spark plug can be estimated, and the position of the vortex center in the cylinder can be estimated based on the estimated flow speed. Note that the "estimated flow speed" estimated from the parameters need only be a value that allows the high and low flow speeds to be estimated, and does not have to be the flow speed value itself. For example, the inverse of the discharge time can be used as the "estimated flow speed". In addition, as parameters for estimating the flow velocity, in addition to the discharge time, the current value, voltage value, the slope of the current value during discharge, the slope of the voltage value during discharge, etc. may be used as long as the high or low flow velocity can be estimated.

具体的には、吸気流動の縦渦の渦中心がシリンダーの天井部に近づくほど、点火プラグ周りの吸気流動が弱くなって、推定流速が低くなる。一方で、吸気流動の縦渦の渦中心がシリンダーのピストン側に近づくほど、点火プラグ周りの吸気流動が強くなって、推定流速が高くなる。これにより、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することができる。 Specifically, the closer the center of the vertical vortex of the intake flow is to the ceiling of the cylinder, the weaker the intake flow around the spark plug and the lower the estimated flow speed. On the other hand, the closer the center of the vertical vortex of the intake flow is to the piston side of the cylinder, the stronger the intake flow around the spark plug and the higher the estimated flow speed. This makes it possible to estimate whether the intake flow is unidirectional or anti-unidirectional before the mixture in the cylinder is ignited, and to estimate the areas with weak turbulence.

混合気の流速を推定して、乱流度合い弱い領域を推定できた後は、主燃料噴射よりも遅角した時期でかつ主点火よりも進角した時期に、補助点火制御部により点火装置に補助点火を実行する。補助点火により、点火プラグ周りにプラズマが発生する。発生した高温のプラズマは吸気流動により、圧縮行程の後半では、火炎が伝播しにくい領域(乱流度合いの弱い領域、以下、特定領域という)に到達する。これにより、特定領域の混合気の温度を予め上昇させることができる。そして、点火装置により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て、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。この結果、乱流度合いの弱い領域における燃焼速度を高くすることができる
さらに、推定流速が所定値未満のときには、エンジン負荷に応じて、補助点火により付与する点火エネルギを調整する。すなわち、推定流速が低いときには、圧縮行程の後半における混合気の流れは排気側から吸気側への反一方向流動になる。また、エンジン負荷が低いときには、吸気量及び主燃料噴射の噴射量が少ない。このため、混合気の流れとは逆側に位置する排気側は、かなり火炎が伝播しにくくなる。一方で、エンジン負荷が高いときには、吸気量及び主燃料噴射の噴射量が多いため、点火プラグ周りの混合気の流速が低いときであっても、排気側にはある程度の燃料濃度の混合気が存在するため火炎伝播への影響は小さい。このように、推定流速が低いときには、エンジン負荷により火炎伝播への影響が異なる。
After estimating the flow velocity of the mixture and estimating the region with a weak degree of turbulence, the auxiliary ignition control unit causes the ignition device to execute auxiliary ignition at a timing retarded from the main fuel injection and advanced from the main ignition. The auxiliary ignition generates plasma around the spark plug. The generated high-temperature plasma reaches a region where flame is difficult to propagate (region with a weak degree of turbulence, hereinafter referred to as a specific region) in the latter half of the compression stroke due to the intake flow. This makes it possible to increase the temperature of the mixture in the specific region in advance. Then, by igniting the mixture with the ignition device, flame propagation to the specific region is promoted, and the flame propagates evenly or approximately evenly throughout the cylinder. As a result, the combustion speed in the region with a weak degree of turbulence can be increased. Furthermore, when the estimated flow velocity is less than a predetermined value, the ignition energy provided by the auxiliary ignition is adjusted according to the engine load. That is, when the estimated flow velocity is low, the flow of the mixture in the latter half of the compression stroke becomes a counter-unidirectional flow from the exhaust side to the intake side. Also, when the engine load is low, the intake amount and the injection amount of the main fuel injection are small. For this reason, flame propagation is much more difficult on the exhaust side, which is located on the opposite side of the mixture flow. On the other hand, when the engine load is high, the intake air volume and the main fuel injection volume are large, so even if the flow velocity of the mixture around the spark plug is low, the exhaust side has a certain amount of fuel concentration, so the effect on flame propagation is small. Thus, when the estimated flow velocity is low, the effect on flame propagation differs depending on the engine load.

そこで、この構成では、エンジン負荷に対応して設定された比較値を設け、推定流速が比較値以下のときには、推定流速が所定値未満でかつ比較値よりも高いときと比較して補助点火により付与する点火エネルギの量を増大させる。これにより、排気側の広い範囲で、混合気の温度を適切に上昇させることができる。したがって、エンジン負荷に応じて排気側の燃焼速度を適切に高くすることができ、燃焼速度を安定させることができる。 In this configuration, a comparison value is set according to the engine load, and when the estimated flow rate is equal to or lower than the comparison value, the amount of ignition energy provided by the auxiliary ignition is increased compared to when the estimated flow rate is less than a predetermined value and higher than the comparison value. This makes it possible to appropriately increase the temperature of the mixture over a wide range on the exhaust side. Therefore, the combustion rate on the exhaust side can be appropriately increased according to the engine load, and the combustion rate can be stabilized.

前記エンジンシステムにおいて、前記比較値は、前記エンジン負荷が低いほど前記所定値に近い値を有する、という構成でもよい。 In the engine system, the comparison value may be configured to be closer to the predetermined value the lower the engine load is.

この構成によると、エンジン負荷が低いほど補助点火により付与されてる点火エネルギを増大させる領域が拡大される。これにより、燃焼速度をより安定させることができる。 With this configuration, the lower the engine load, the larger the area in which the ignition energy provided by the auxiliary ignition is increased. This makes it possible to further stabilize the combustion speed.

前記エンジンシステムにおいて、前記流速推定部は、前記エンジンの吸気バルブが閉弁した時期以降に前記パラメータの検出を行うように前記点火装置を制御する、という構成でもよい。 In the engine system, the flow velocity estimation unit may be configured to control the ignition device to detect the parameter after the intake valve of the engine is closed.

すなわち、吸気バルブが閉弁したときには、燃焼室内への吸気の導入が完了しているため、シリンダー内に形成された渦の中心の位置が安定する。このため、吸気バルブが閉弁した時期以降にパラメータを検出することで、圧縮行程の後半における乱流度合いを精度良く推定することができる。この結果、燃焼速度を安定させることができる。 That is, when the intake valve closes, the introduction of intake air into the combustion chamber is completed, and the position of the center of the vortex formed in the cylinder is stable. Therefore, by detecting parameters after the intake valve closes, the degree of turbulence in the latter half of the compression stroke can be estimated with high accuracy. As a result, the combustion speed can be stabilized.

前記エンジンシステムにおいて、前記流速推定部は、圧縮行程中に前記パラメータの検出を行うように前記点火装置を制御する、という構成でもよい。 In the engine system, the flow velocity estimation unit may be configured to control the ignition device to detect the parameter during the compression stroke.

圧縮行程であれば、吸気流動の縦渦成分の渦中心が安定する。したがって、渦中心の位置が安定した段階でパラメータを検出することで、圧縮行程の後半における乱流度合いを精度よく推定することができる。この結果、燃焼速度を安定させることができる。 During the compression stroke, the vortex center of the longitudinal vortex component of the intake flow becomes stable. Therefore, by detecting the parameters at a stage where the position of the vortex center becomes stable, the degree of turbulence in the latter half of the compression stroke can be estimated with high accuracy. As a result, the combustion speed can be stabilized.

前記エンジンシステムにおいて、前記補助点火制御部は、前記エンジン負荷が一定であるときにおいて、前記推定流速が、前記比較値以下であるときには、前記推定流速が低いほど前記補助点火により付与する前記点火エネルギを増大させる、という構成でもよい。 In the engine system, the auxiliary ignition control unit may be configured to increase the ignition energy provided by the auxiliary ignition when the estimated flow velocity is equal to or lower than the comparison value when the engine load is constant, as the estimated flow velocity is lower.

すなわち、推定流速が低いほど、排気側から吸気側への正一方向流動が早い段階から生じる。これに対して、補助点火で付与する点火エネルギを増大させることで、乱流度合いが弱い部分により多くのプラズマを偏在させる。これにより、排気側も燃焼が速くなるため、燃焼速度を安定させることができる。 In other words, the lower the estimated flow velocity, the earlier the unidirectional flow from the exhaust side to the intake side occurs. In response to this, by increasing the ignition energy applied by the auxiliary ignition, more plasma is concentrated in areas with weaker turbulence. This makes combustion faster on the exhaust side as well, stabilizing the combustion speed.

以上説明したように、ここに開示された技術によると、補助点火による点火エネルギを付与するにより、シリンダー内の乱流度合いの低い領域における混合気の温度を上昇させることができる。これにより、低負荷時における燃焼速度を安定させることができる。 As explained above, the technology disclosed herein makes it possible to increase the temperature of the mixture in the low turbulence region in the cylinder by providing ignition energy through auxiliary ignition. This makes it possible to stabilize the combustion speed at low loads.

図1は、エンジンシステムを例示する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an engine system. 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。The upper diagram in FIG. 2 is a plan view illustrating the structure of a combustion chamber of an engine, and the lower diagram is a cross-sectional view taken along line II-II of the upper diagram. 図3は、エンジンシステムのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the engine system. 図4は、点火装置を例示する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an ignition device. 図5は、制御に係る機能ブロックを示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing functional blocks relating to control. 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。FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the center position of the vertical vortex and the flow state inside the cylinder in the latter half of the compression stroke. 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。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the discharge time detected by the spark plug and the center position of the longitudinal vortex. 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。FIG. 8 is a diagram illustrating the change in voltage and current between the electrodes of a spark plug when the strength of the flow near the spark plug is different. 図9は、主燃料噴射の噴射時期、検査放電のタイミング、補助点火のタイミング、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。FIG. 9 is a timing chart illustrating the injection timing of the main fuel injection, the timing of the inspection discharge, the timing of the auxiliary ignition, and the timing of the main ignition. 図10は、点火プラグの補助点火によってプラズマが生じる様子を模式的に示す図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing how plasma is generated by auxiliary ignition of an ignition plug. 図11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プラズマの分布とを説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the change in flow and the distribution of plasma inside the cylinder when the center position of the longitudinal vortex is close to the piston. 図12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プラズマの分布とを説明する図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the change in flow and plasma distribution inside the cylinder when the center position of the vertical vortex is close to the ceiling. 図13は、推定流速とエンジン負荷とで形成される補助点火の点火期間を設定するためのマップである。FIG. 13 is a map for setting the ignition period of the auxiliary ignition formed based on the estimated flow speed and the engine load. 図14は、エンジン負荷が一定のときに、推定流速と補助点火の点火期間との関係を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the relationship between the estimated flow velocity and the ignition period of the auxiliary ignition when the engine load is constant. 図15は、推定流速が一定のときに、エンジン負荷と補助点火の点火期間との関係を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the relationship between engine load and the ignition period of the auxiliary ignition when the estimated flow velocity is constant. 図16は、補助点火をするタイミングをエンジン負荷毎に分けて示すタイミングチャートである。FIG. 16 is a timing chart showing the timing of auxiliary ignition for each engine load. 図17は、補助点火制御のフローチャートの一部である。FIG. 17 is a part of a flowchart of the auxiliary ignition control. 図18は、補助点火制御のフローチャートの残部である。FIG. 18 shows the remainder of the flow chart of the auxiliary ignition control.

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。 Embodiments of the engine system will be described below with reference to the drawings. The engine and engine system described here are examples.

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。 Figure 1 is a diagram illustrating an engine system. Figure 2 is a diagram illustrating the structure of the engine combustion chamber. The positions of the intake side and exhaust side in Figure 1 are interchanged with the positions of the intake side and exhaust side in Figure 2. Figure 3 is a block diagram illustrating an engine control device.

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。 The engine system has an engine 1. The engine 1 has a cylinder 11. In the cylinder 11, an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke are repeated. The engine 1 is a four-stroke engine. The engine 1 is mounted on a four-wheeled automobile. The automobile runs when the engine 1 is operated. The fuel for the engine 1 is gasoline in this configuration example.

(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。
(Engine configuration)
The engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13. The cylinder head 13 is placed on top of the cylinder block 12. A plurality of cylinders 11 are formed in the cylinder block 12. The engine 1 is a multi-cylinder engine. Only one cylinder 11 is shown in Fig. 1.

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。 A piston 3 is inserted into each cylinder 11. The piston 3 is connected to a crankshaft 15 via a connecting rod 14. The piston 3 reciprocates inside the cylinder 11. The piston 3, the cylinder 11, and the cylinder head 13 form a combustion chamber 17.

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。 The underside of the cylinder head 13, i.e., the ceiling of the cylinder 11, is composed of an inclined surface 1311 and an inclined surface 1312, as shown in the lower diagram of Figure 2. The inclined surface 1311 is the inclined surface 1311 on the intake valve 21 side, which will be described later, and has an upward slope toward the center of the cylinder 11. The inclined surface 1312 is the inclined surface 1312 on the exhaust valve 22 side, and has an upward slope toward the center of the cylinder 11. The ceiling of the cylinder 11 is a so-called pent roof type.

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の中に縦渦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。 An intake port 18 is formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11. The intake port 18 is connected to the inside of the cylinder 11. Although detailed illustration is omitted, the intake port 18 is a so-called tumble port. In other words, the intake port 18 has a shape that generates a vertical vortex inside the cylinder 11. The ceiling of the pent roof type cylinder 11 and the tumble port generate a vertical vortex inside the cylinder 11.

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。動弁機構は、吸気バルブ21を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、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弁機構としてもよい。図3に示すように、動弁機構は、吸気S-VT(Sequential-Valve Timing)23を有している。吸気S-VT23は、電動式又は油圧式である。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の開弁期間は変化しない。 An intake valve 21 is disposed in the intake port 18. The intake valve 21 opens and closes the intake port 18. The valve mechanism opens and closes the intake valve 21 at a predetermined timing. The valve mechanism may be a variable valve mechanism that makes the valve timing and/or the valve lift variable. As shown in FIG. 3, the valve mechanism has an intake S-VT (Sequential-Valve Timing) 23. The intake S-VT 23 is an electric or hydraulic type. The intake S-VT 23 continuously changes the rotational phase of the intake camshaft within a predetermined angle range. The opening period of the intake valve 21 does not change.

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。 An exhaust port 19 is formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11. The exhaust port 19 is connected to the combustion chamber 17.

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。動弁機構は、排気バルブ22を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、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弁機構としてもよい。図3に示すように、動弁機構は、排気S-VT24を有している。排気S-VT24は、電動式又は油圧式である。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の開弁期間は変化しない。 An exhaust valve 22 is disposed in the exhaust port 19. The exhaust valve 22 opens and closes the exhaust port 19. The valve mechanism opens and closes the exhaust valve 22 at a predetermined timing. The valve mechanism may be a variable valve mechanism that makes the valve timing and/or the valve lift variable. As shown in FIG. 3, the valve mechanism has an exhaust S-VT 24. The exhaust S-VT 24 is of an electric or hydraulic type. The exhaust S-VT 24 continuously changes the rotational phase of the exhaust camshaft within a predetermined angle range. The opening period of the exhaust valve 22 does not change.

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。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。より詳細に、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。 An injector 6 is attached to each cylinder 11 in the cylinder head 13. As shown in FIG. 2, the injector 6 is disposed in the center of the cylinder 11. More specifically, the injector 6 is disposed in the valley of the pent roof where the inclined surface 1311 and the inclined surface 1312 intersect.

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、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の中央部から周辺部に向かって、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。 The injector 6 injects fuel directly into the cylinder 11. The injector 6 is an example of a fuel injection valve. Although detailed illustration is omitted, the injector 6 is a multi-hole type injector having multiple nozzles. As shown by the two-dot chain line in FIG. 2, the injector 6 injects fuel in a radial pattern from the center of the cylinder 11 toward the periphery. In the illustrated example, the injector 6 has ten nozzle holes arranged at equal angles in the circumferential direction, but the number and arrangement of the nozzle holes are not particularly limited.

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。 A fuel supply system 61 is connected to the injector 6. The fuel supply system 61 includes a fuel tank 63 configured to store fuel, and a fuel supply passage 62 connecting the fuel tank 63 and the injector 6 to each other. A fuel pump 65 and a common rail 64 are interposed in the fuel supply passage 62. The fuel pump 65 pumps fuel to the common rail 64. In this configuration example, the fuel pump 65 is a plunger-type pump driven by the crankshaft 15. The common rail 64 stores the fuel pumped from the fuel pump 65 at high fuel pressure. When the injector 6 opens, the fuel stored in the common rail 64 is injected into the cylinder 11 from the nozzle of the injector 6. The pressure of the fuel supplied to the injector 6 may be changed depending on the operating state of the engine 1. The configuration of the fuel supply system 61 is not limited to the above configuration.

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。 A spark plug 25 is attached to each cylinder 11 in the cylinder head 13. The spark plug 25 forcibly ignites the air-fuel mixture inside the cylinder 11. The center electrode and ground electrode of the spark plug 25 are located near the ceiling of the cylinder 11 in the center of the cylinder 11, though detailed illustration is omitted.

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(アーク放電)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は、シリンダー11内の流動状態の推定に用いられる。点火装置7の構成は後述する。 As shown in FIG. 1 or FIG. 3, the spark plug 25 is electrically connected to the ignition device 7. The ignition device 7 applies a voltage between the electrodes of the spark plug 25 to cause a discharge (arc discharge) and ignite the mixture in the cylinder 11. The ignition device 7, which will be described in detail later, causes the spark plug 25 to discharge when the mixture is not ignited, and detects a parameter related to the current value of the discharge path generated between the electrodes at that time. The detected parameter is used to estimate the flow state in the cylinder 11. The configuration of the ignition device 7 will be described later.

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に導入される吸気は、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。 An intake passage 40 is connected to one side of the engine 1. The intake passage 40 is connected to the intake port 18 of each cylinder 11. The intake air introduced into the cylinder 11 flows through the intake passage 40. An air cleaner 41 is disposed at the upstream end of the intake passage 40. The air cleaner 41 filters the intake air. A surge tank 42 is disposed near the downstream end of the intake passage 40. The intake passage 40 downstream of the surge tank 42 constitutes an independent passage that branches off for each cylinder 11. The downstream end of the independent passage is connected to the intake port 18 of each cylinder 11.

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。 A throttle valve 43 is disposed between the air cleaner 41 and the surge tank 42 in the intake passage 40. The throttle valve 43 adjusts the amount of fresh air introduced into the cylinder 11 by adjusting the opening of the valve.

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、サージタンク42よりも下流において、互いに平行な第1吸気通路18a及び第2吸気通路18b(図2参照)のうちの、第2吸気通路18b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18b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吸気通路18a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吸気通路18b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吸気通路18a及び第2吸気通路18b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、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。 The engine 1 has a swirl generating section that generates a swirl flow in the cylinder 11. The swirl generating section has a swirl control valve 56 attached to the intake passage 40, although detailed illustration is omitted. The swirl control valve 56 is disposed in the second intake passage 18b of the first intake passage 18a and the second intake passage 18b (see FIG. 2) that are parallel to each other, downstream of the surge tank 42. The swirl control valve 56 is an opening adjustment valve that can narrow the cross section of the second intake passage 18b. When the opening of the swirl control valve 56 is small, the intake flow rate flowing into the cylinder 11 from the first intake passage 18a shown in FIG. 2 is relatively large and the intake flow rate flowing into the cylinder 11 from the second intake passage 18b is relatively small, so that the swirl flow in the cylinder 11 becomes strong. When the swirl control valve 56 is open, the intake air flow rates from the first intake passage 18a and the second intake passage 18b into the cylinder 11 are approximately equal, weakening the swirl flow in the cylinder 11. When the swirl control valve 56 is fully open, no swirl flow occurs. The swirl flow circulates counterclockwise in FIG. 2, as shown by the white arrow.

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。 In addition, instead of generating a swirl flow using the swirl control valve 56, the intake port 18 of the engine 1 may be configured as a helical port capable of generating a swirl flow.

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。 An exhaust passage 50 is connected to the other side of the engine 1. The exhaust passage 50 is connected to the exhaust port 19 of each cylinder 11. The exhaust passage 50 is a passage through which exhaust gas discharged from the cylinder 11 flows. Although not shown in detail, the upstream portion of the exhaust passage 50 constitutes an independent passage that branches off for each cylinder 11. The upstream end of the independent passage is connected to the exhaust port 19 of each cylinder 11.

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。 An exhaust gas purification system having multiple catalytic converters is arranged in the exhaust passage 50. The upstream catalytic converter has, for example, a three-way catalyst 511 and a GPF (Gasoline Particulate Filter) 512. The downstream catalytic converter has a three-way catalyst 513. The exhaust gas purification system is not limited to the configuration shown in the figure. For example, the GPF may be omitted. In addition, the catalytic converter is not limited to one having a three-way catalyst. Furthermore, the order of the three-way catalyst and the GPF may be changed as appropriate.

吸気通路40と排気通路50との間には、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。 An EGR passage 52 is connected between the intake passage 40 and the exhaust passage 50. The EGR passage 52 is a passage for recirculating a portion of the exhaust gas to the intake passage 40. The upstream end of the EGR passage 52 is connected between the upstream catalytic converter and the downstream catalytic converter in the exhaust passage 50. The downstream end of the EGR passage 52 is connected to the downstream part of the throttle valve 43 in the intake passage 40.

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。 A water-cooled EGR cooler 53 is provided in the EGR passage 52. The EGR cooler 53 cools the exhaust gas. An EGR valve 54 is also provided in the EGR passage 52. The EGR valve 54 adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage 52. By adjusting the opening of the EGR valve 54, the amount of cooled exhaust gas recirculated can be adjusted.

(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I/F回路103と、を備えている。ECU10は、制御器の一例である。
(Configuration of engine control device)
As shown in Fig. 3, the control device for the engine 1 includes an ECU (Engine Control Unit) 10 for operating the engine 1. The ECU 10 is a controller based on a known microcomputer, and includes a central processing unit (CPU) 101 for executing a program, a memory 102 configured, for example, of a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory) for storing programs and data, and an I/F circuit 103 for inputting and outputting electric signals. The ECU 10 is an example of a controller.

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。 As shown in Figures 1 and 3, various sensors SW1 to SW9 are connected to the ECU 10. The sensors SW1 to SW9 output signals to the ECU 10. The sensors include the following:

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。
The air flow sensor SW1 is disposed downstream of the air cleaner 41 in the intake passage 40 and measures the flow rate of fresh air flowing through the intake passage 40.
The intake air temperature sensor SW2 is disposed downstream of the air cleaner 41 in the intake passage 40 and measures the temperature of fresh air flowing through the intake passage 40.
The intake pressure sensor SW3 is attached to the surge tank 42 and measures the pressure of the intake air introduced into the cylinder 11.
The cylinder pressure sensor SW4 is attached to the cylinder head 13 corresponding to each cylinder 11 and measures the pressure in each cylinder 11.
The water temperature sensor SW5 is attached to the engine 1 and measures the temperature of the cooling water.
The crank angle sensor SW6 is attached to the engine 1 and measures the rotation angle of the crankshaft 15.
The accelerator opening sensor SW7 is attached to the accelerator pedal mechanism and measures the accelerator opening corresponding to the amount of operation of the accelerator pedal.
The intake cam angle sensor SW8 is attached to the engine 1 and measures the rotation angle of the intake camshaft.
The exhaust cam angle sensor SW9 is attached to the engine 1 and measures the rotation angle of the exhaust camshaft.

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。 The ECU 10 determines the operating state of the engine 1 based on the signals from these sensors SW1 to SW9, and calculates the control amount of each device according to a predetermined control logic. The control logic is stored in the memory 102. The control logic includes calculating the target amount and/or the control amount using a map stored in the memory 102.

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。 The ECU 100 outputs electrical signals related to the calculated control quantities to the injector 6, the spark plug 25, the intake S-VT 23, the exhaust S-VT 24, the fuel supply system 61, the throttle valve 43, the EGR valve 54, and the swirl control valve 56.

(点火装置の構成)
図4は、点火装置7の構成を例示している。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。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。点火装置7はまた、コンデンサ72と、トランジスタ73と、エネルギ発生装置74と、点火制御器75と、を備えている。
(Configuration of ignition device)
4 illustrates an example of the configuration of the ignition device 7. The ignition device 7 applies a voltage between the center electrode 251 and the ground electrode 252 of the spark plug 25, and causes discharge within the cylinder 11. The ignition device 7 has an ignition coil 70. The ignition coil 70 has a primary coil 70a, a secondary coil 70c, and an iron core 70b. The ignition device 7 also includes a capacitor 72, a transistor 73, an energy generating device 74, and an ignition controller 75.

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。 The center electrode 251 is connected to the secondary coil 70c of the ignition coil 70. The ground electrode 252 is grounded. When the secondary voltage applied between the electrodes by the secondary coil 70c reaches the voltage required for dielectric breakdown, a discharge occurs in the gap between the center electrode 251 and the ground electrode 252.

1次コイル70aの一端はコンデンサ72に接続されている。コンデンサ72は、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。エネルギ発生装置74は、電源を含んでいる。エネルギ発生装置74は、コンデンサ72を充電する。 One end of the primary coil 70a is connected to a capacitor 72. The capacitor 72 stores electrical energy to pass a primary current through the primary coil 70a. The energy generating device 74 includes a power source. The energy generating device 74 charges the capacitor 72.

1次コイル70aの一端はトランジスタ73のコレクタに接続されている。トランジスタ73は、点火コイル70の1次電流を断続する。 One end of the primary coil 70a is connected to the collector of the transistor 73. The transistor 73 turns on and off the primary current of the ignition coil 70.

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。 As mentioned above, one end of the secondary coil 70c is connected to the center electrode 251, and the other end is connected to the ignition controller 75.

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内の混合気に点火する。 The ignition controller 75 controls the energy generating device 74 and the transistor 73 to ignite the mixture in the cylinder 11 using the spark plug 25 at a predetermined timing.

点火制御器75はまた、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次電流とを計測できる。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、その時に電流値に関するパラメータを検出する。 The ignition controller 75 can also measure the secondary voltage that the secondary coil 70c applies between the electrodes of the spark plug 25 and the secondary current that flows from the secondary coil 70c to the spark plug 25. As described above, the ignition device 7 causes the spark plug 25 to discharge when the mixture is not ignited, and detects parameters related to the current value at that time.

(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、火花点火式のエンジンである。インジェクタ6は、エンジン1の運転状態に対応する量の燃料を、吸気行程又は圧縮行程中に、シリンダー11内に噴射する。シリンダー11の中に、混合気が設けられる。点火プラグ25は、圧縮上死点付近の所定のタイミングで、混合気に点火し、混合気が燃焼する。
(Engine operation control)
Next, the operation control of the engine 1 by the ECU 10 will be described. The engine 1 is a spark ignition engine. An injector 6 injects an amount of fuel corresponding to the operating state of the engine 1 into a cylinder 11 during the intake stroke or compression stroke. An air-fuel mixture is provided in the cylinder 11. An ignition plug 25 ignites the mixture at a predetermined timing near the top dead center of the compression stroke, and the mixture is burned.

燃費を向上させるために、このエンジン1は、シリンダー11内に乱流を発生させる。シリンダー11内に乱流が発生すると、燃焼速度が高まる。具体的にエンジン1は、シリンダー11の天井部がペントルーフ型であると共に、吸気ポート18がタンブルポートである。シリンダー11の中に導入された吸気は、縦渦を生成する。エンジン1はまた、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を閉じることによって、シリンダー11の中に導入された吸気は、横渦を生成する。縦渦と横渦とが組み合わさることで、シリンダー11内には、縦渦と横渦とが合成された斜め流動が形成される。 To improve fuel efficiency, the engine 1 generates turbulence in the cylinder 11. When turbulence occurs in the cylinder 11, the combustion speed increases. Specifically, the engine 1 has a pent roof type ceiling of the cylinder 11 and an intake port 18 that is a tumble port. The intake air introduced into the cylinder 11 generates a vertical vortex. The engine 1 also has a swirl control valve 56. By closing the swirl control valve 56, the intake air introduced into the cylinder 11 generates a horizontal vortex. The combination of the vertical vortex and the horizontal vortex forms an oblique flow in the cylinder 11 that is a combination of the vertical vortex and the horizontal vortex.

ここで、シリンダー11内の吸気流動の状態は、毎サイクルで同じではなく、様々な要因によってサイクル毎に変わる可能性がある。シリンダー11内の吸気流動の状態が変わると、燃焼速度が変わる場合がある。燃焼速度がサイクル毎に変わってしまうと、エンジン1の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、及び、エンジン1の制御方法は、サイクル毎に燃焼速度が変わることを抑制することにより、エンジン1の燃焼変動を抑制する。 The state of the intake air flow in the cylinder 11 is not the same in every cycle, but may change from cycle to cycle due to various factors. If the state of the intake air flow in the cylinder 11 changes, the combustion speed may change. If the combustion speed changes from cycle to cycle, this will lead to combustion fluctuations in the engine 1. The engine system and the control method for the engine 1 disclosed herein suppress the change in combustion speed from cycle to cycle, thereby suppressing the combustion fluctuations in the engine 1.

より具体的に、このエンジンシステムは、サイクル毎に、シリンダー11内の流動の状態を推定すると共に、推定した流動の状態に基づいて、必要に応じて、補助点火を行う。 More specifically, this engine system estimates the flow conditions within the cylinder 11 for each cycle and performs auxiliary ignition as necessary based on the estimated flow conditions.

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。 Figure 5 is a block diagram illustrating the configuration of a control device for engine 1 that executes suppression control of combustion fluctuations. Figure 5 illustrates the functional blocks of ECU 10. ECU 10 has a main fuel injection unit 81 and a main ignition control unit 82 as functional blocks. The main fuel injection unit 81 is a functional block that sets the injection amount and injection timing of the main fuel injection, which is the timing of the main fuel injection, based on the required torque (engine load) of engine 1, and causes the injector 6 to perform main fuel injection at the set injection timing. The main ignition control unit 82 is a functional block that ignites the mixture in the cylinder 11 at a predetermined timing using the spark plug 25 after the main fuel injection.

ECU10は、流速推定部83、及び、補助点火制御部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に検査用の放電(以下、検査放電という)を実行させる機能ブロックである。また、流速推定部83は、前記検査放電において、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、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。補助点火制御部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の放電により混合気が着火する前に、必要に応じて補助点火を行って、点火エネルギを付与する機能ブロックである。詳しくは後述するが、「補助点火による点火エネルギを付与する」とは、補助点火によりプラズマを生成することを意味する。 The ECU 10 has a flow velocity estimation unit 83 and an auxiliary ignition control unit 84. The flow velocity estimation unit 83 is a functional block that causes the spark plug 25 to perform an inspection discharge (hereinafter referred to as inspection discharge) when the mixture is not ignited in order to inspect the flow state in the cylinder 11. The flow velocity estimation unit 83 is a functional block that estimates the flow state in the cylinder 11, particularly the high or low flow rate of the intake air around the spark plug 25, based on electrical parameters detected using the ignition device 7 and the spark plug 25 during the inspection discharge. The auxiliary ignition control unit 84 is a functional block that performs auxiliary ignition as necessary to provide ignition energy before the mixture is ignited by the discharge of the spark plug 25 based on the flow state in the cylinder 11 estimated by the flow velocity estimation unit 83. As will be described in detail later, "providing ignition energy by auxiliary ignition" means generating plasma by auxiliary ignition.

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、補助点火制御を説明する。 Below, we will explain how the engine system shown in FIG. 5 estimates the state of the intake air flow in the cylinder 11, and then we will explain the auxiliary ignition control according to the estimated state of the intake air flow.

(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。
(Intake flow state estimation)
6 is a diagram showing the center position of the vertical vortex in the first half of the compression stroke and the flow state in the cylinder 11 in the second half of the compression stroke. Chart 601 in Fig. 6 illustrates the flow state in the cylinder 11 when the center position of the vertical vortex in the first half of the compression stroke is close to the piston 3 in the cylinder 11, and chart 604 illustrates the flow state in the cylinder 11 in the second half of the compression stroke when the crank angle has progressed from the state of chart 601.

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。 Similarly, chart 602 illustrates the flow state in cylinder 11 when the center of the vertical vortex is located halfway between piston 3 and the ceiling of cylinder 11 during the first half of the compression stroke, and chart 605 illustrates the flow state in cylinder 11 during the second half of the compression stroke when the crank angle has progressed from the state of chart 602.

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。 Chart 603 illustrates the flow state inside cylinder 11 when the center of the vertical vortex is close to the ceiling of cylinder 11 during the first half of the compression stroke, and chart 606 illustrates the flow state inside cylinder 11 during the second half of the compression stroke when the crank angle has progressed from the state of chart 603.

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。 The first half of the compression stroke refers to the first half when the compression stroke is divided into two halves, and the second half of the compression stroke refers to the second half when the compression stroke is divided into two halves.

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。 First, as shown in chart 602, when the center of the vertical vortex in the cylinder 11 is near the center of the cylinder 11, the swirling flow is maintained even in the latter half of the compression stroke, as shown in chart 605. As a result, the degree of turbulence is uniform or approximately uniform throughout the cylinder 11. In this case, the flame propagates uniformly or approximately uniformly from near the center to the periphery of the cylinder 11. Because the propagation of the flame is promoted by the turbulence in the cylinder 11, the burning speed is relatively fast.

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。 As shown in chart 601, when the center of the vertical vortex is shifted to the piston 3 side (here, the lower side of the cylinder 11), as shown in chart 604, the vortex center comes into contact with the top surface of the piston 3 in the latter half of the compression stroke, and the lower half of the vertical vortex is crushed. As a result, as shown by the arrow in chart 604, the flow in the cylinder 11 becomes a one-way flow from the intake valve 21 to the exhaust valve 22 (hereinafter referred to as a positive one-way flow). When the flow in the cylinder 11 becomes a positive one-way flow, the degree of turbulence in the cylinder 11 becomes uneven. Specifically, the degree of turbulence in the area on the exhaust valve 22 side in the cylinder 11 is strong, but the degree of turbulence in the area on the intake valve 21 side is weak (see the area surrounded by the dashed line in the same figure). At this time, the flame generated by the ignition of the mixture in the center of the cylinder 11 easily propagates to the area on the exhaust valve 22 side, but does not easily propagate to the area on the intake valve 21 side. In the case of chart 604, the burning speed is slower than in the case of chart 605.

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(ここではシリンダー11の上方側)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。 As shown in chart 603, when the position of the vortex center of the vertical vortex is shifted to the ceiling side (here, the upper side of the cylinder 11) in a side view, as shown in chart 606, the vortex center comes into contact with the ceiling of the cylinder 11 in the latter half of the compression stroke, and the upper half of the vertical vortex is crushed. As a result, as shown by the arrow in chart 606, the flow in the cylinder 11 becomes a unidirectional flow from the exhaust valve 22 to the intake valve 21 (hereinafter referred to as an anti-unidirectional flow). When the flow in the cylinder 11 becomes an anti-unidirectional flow, the degree of turbulence in the cylinder 11 becomes uneven. Specifically, in the cylinder 11, the degree of turbulence in the area on the intake valve 21 side is strong, but the degree of turbulence in the area on the exhaust valve 22 side is weak (see the area surrounded by the dashed line in the same figure). In this case, the flame easily propagates to the area on the intake valve 21 side, but does not easily propagate to the area on the exhaust valve 22 side. In the case of chart 606, the combustion speed is slower than in the case of chart 605.

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を用いて検出される。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。 In the engine system, the flow state in the cylinder 11 is detected by the ignition device 7. Specifically, the ignition device 7 discharges in the cylinder 11 when the mixture is not ignited in response to a control signal from the flow velocity estimation unit 83, and detects the discharge time at that time. The flow velocity estimation unit 83 estimates the flow velocity near the spark plug 25 based on the detected discharge time, and determines the center position of the vertical vortex based on the estimated flow velocity.

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。 Figure 7 illustrates the time change 701 of the voltage between the electrodes of the spark plug 25 and the time change 702 of the current between the electrodes when the strength of the flow near the spark plug 25 is different. When a voltage is applied between the electrodes by imparting energy to the spark plug 25, a discharge path is formed between the center electrode 251 and the ground electrode 252. The stronger the flow near the spark plug 25, the more the discharge path is carried by the flow and extends. The extension of the discharge path increases the resistance between the electrodes, accelerating the drop in the voltage applied between the electrodes. The stronger the flow near the spark plug 25, the shorter the time it takes for the energy imparted to the spark plug 25 to be consumed, i.e., the discharge time.

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。 More specifically, as shown by the solid line in FIG. 7, when there is no flow near the spark plug 25, the discharge path does not extend much, so the discharge time is long. The stronger the flow near the spark plug 25, the longer the discharge path (see chart 704), so the discharge time becomes shorter, as shown by the dashed lines in charts 701 and 702. In other words, the discharge time of the current between the electrodes of the spark plug 25 is proportional to the strength of the flow near the spark plug 25. If the ignition device 7 detects the discharge time, the flow velocity estimation unit 83 can estimate the strength of the flow near the spark plug 25 (i.e., the flow velocity).

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。 Figure 8 shows the relationship between the discharge time detected by the ignition device 7 and the central position of the vertical vortex in the cylinder 11. Figure 8 shows the relationship between the discharge time and the flow velocity near the spark plug 25. As mentioned above, there is a proportional relationship between the discharge time and the flow velocity, and the shorter the discharge time, the faster the flow velocity, and the longer the discharge time, the slower the flow velocity.

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。 As shown in chart 802 of FIG. 8, when the center position of the vertical vortex is halfway between the piston 3 and the ceiling of the cylinder 11 during the first half of the compression stroke, the spark plug 25 and the center position of the vortex are some distance apart, so the flow velocity near the spark plug 25 is between V1 and V2.

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。 On the other hand, as shown in chart 801, when the center position of the vertical vortex is close to the piston 3 in the first half of the compression stroke, the spark plug 25 is far away from the center of the vortex, so the flow velocity near the spark plug 25 is faster than V1.

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。 Also, as shown in chart 803, when the center position of the vertical vortex is close to the ceiling during the first half of the compression stroke, the spark plug 25 and the center of the vortex are close to each other, so the flow speed near the spark plug 25 is slower than V2.

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が放電を行いかつ、点火装置7が検出した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所定値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所定値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所定値Vp1と第2所定値Vp2との間の場合は、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。 The vertical vortex formed in the cylinder 11 mainly by the tumble flow becomes stable and its center position is determined during the compression stroke after the intake valve 21 is closed. Therefore, in the first half of the compression stroke, when the spark plug 25 discharges and the estimated flow velocity estimated from the discharge time detected by the ignition device 7 is higher than the second predetermined value Vp2 corresponding to the speed V1 (in FIG. 8, when the discharge time is shorter than the first threshold), it can be estimated that the center position of the vertical vortex is close to the piston 3, and when the estimated flow velocity is lower than the first predetermined value Vp1 corresponding to the speed V2 (in FIG. 8, when the discharge time is longer than the second threshold), it can be estimated that the center position of the vertical vortex is close to the ceiling. When the estimated flow velocity is between the first predetermined value Vp1 and the second predetermined value Vp2, it can be estimated that the center position of the vertical vortex is the middle position of the cylinder 11.

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。 The "estimated flow velocity" referred to here is not necessarily the flow velocity itself, but may be anything that can estimate the flow velocity of the intake air. For example, the reciprocal of the discharge time may be used as the estimated flow velocity.

(補助点火時期の設定)
図9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9の左から右にクランク角は進む。
(Auxiliary ignition timing setting)
9 is a timing chart illustrating the timing of fuel injection by the injector 6 and the timing of discharge and ignition by the spark plug 25. The crank angle progresses from left to right in FIG.

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、乱流度合いが弱くなる領域、及び/又は、火炎が伝播しにくい領域(以下、特定領域という)が発生する。補助点火は、こうした特定領域に、局所的にプラズマを配置することで混合気の温度を上昇させ、それによって、当該特定領域への火炎伝播を促進させる。 As mentioned above, when the center position of the longitudinal vortex and/or transverse vortex shifts due to variations in the intake flow, areas where the degree of turbulence is weak and/or areas where flame propagation is difficult (hereinafter referred to as specific areas) are generated in the cylinder 11. Auxiliary ignition raises the temperature of the mixture by locally disposing plasma in such specific areas, thereby promoting flame propagation to the specific areas.

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(図11の主燃料噴射1104参照)を噴射させる。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。 First, the main fuel injection unit 81 performs main fuel injection during the intake stroke from when the intake valve 21 opens until when the intake valve 21 closes, and injects fuel (see main fuel injection 1104 in FIG. 11) into the cylinder 11 through the injector 6. The injected fuel flows and diffuses into the cylinder 11, forming an air-fuel mixture in the cylinder 11.

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が閉弁したのちの、圧縮行程における、例えば前半に検査放電1106を実行させる。検査放電1106は、主燃料噴射の後で、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、検査放電1106の放電時間を検出する。流速推定部83は、検査放電1106の際に検出された放電時間から、点火プラグ25周りの縦渦の流速を推定して、縦渦の中心位置を推定する。 The flow velocity estimation unit 83 causes the ignition device 7 and the spark plug 25 to execute an inspection discharge 1106, for example, in the first half of the compression stroke after the intake valve 21 closes. The inspection discharge 1106 is a discharge that is performed during the period after the main fuel injection when the mixture is not ignited. The ignition device 7 detects the discharge time of the inspection discharge 1106. The flow velocity estimation unit 83 estimates the flow velocity of the longitudinal vortex around the ignition plug 25 from the discharge time detected during the inspection discharge 1106, and estimates the center position of the longitudinal vortex.

点火装置7が検出した放電時間が、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所定値Vp1と第2所定値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ている。この場合、補助点火が不要である。図9のチャート1102に示すように、補助点火制御部84は、補助点火を中止し、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9の主点火1107参照)。この場合、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。 When the discharge time detected by the ignition device 7 is between the first threshold value and the second threshold value (i.e., when the flow velocity estimated by the flow velocity estimation unit 83 is between the first predetermined value Vp1 and the second predetermined value Vp2), the center position of the vertical vortex is located halfway between the piston 3 and the ceiling of the cylinder 11. In this case, auxiliary ignition is not required. As shown in the chart 1102 of FIG. 9, the auxiliary ignition control unit 84 stops auxiliary ignition, and the main ignition control unit 82 uses the spark plug 25 to ignite the mixture at a predetermined timing near the compression top dead center in the latter half of the compression stroke (see main ignition 1107 in FIG. 9). In this case, since the center position of the vertical vortex is located in the center of the cylinder 11, the degree of turbulence is uniform or approximately uniform throughout the cylinder 11. The flame propagates uniformly or approximately uniformly from the center to the periphery of the cylinder 11. The combustion speed is relatively fast.

次に、点火装置7が検出した放電時間が第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所定値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9のチャート1101に示すように、補助点火制御部84は、第1補助点火1108を実行するように、点火装置7を制御する。点火装置7は、例えば圧縮行程の前半又は圧縮行程の後半の第2噴射時期において、第1補助点火1108を実行する。 Next, a case where the discharge time detected by the ignition device 7 is shorter than the first threshold value (i.e., the flow velocity estimated by the flow velocity estimation unit 83 is higher than the second predetermined value Vp2) will be described. In this case, the center position of the vertical vortex is close to the piston 3 in the cylinder 11, and a positive unidirectional flow occurs in the cylinder 11 in the latter half of the compression stroke. As shown in the chart 1101 of FIG. 9, the auxiliary ignition control unit 84 controls the ignition device 7 to perform the first auxiliary ignition 1108. The ignition device 7 performs the first auxiliary ignition 1108, for example, at the second injection timing in the first half of the compression stroke or the second half of the compression stroke.

図10に示すように補助点火を行うと、点火プラグ25の電極251,252間にプラズマが発生する。発生したプラズマは、吸気流動により流れる。プラズマが滞留した領域の混合気の温度は、該プラズマにより上昇する。プラズマにより温められた混合気は、反応が促進されるため火炎伝播しやすくなる。補助点火による点火エネルギを増大させて、補助点火の点火時間を長くしたり、補助点火の電圧を大きくしたりすると、プラズマの量が増大する。プラズマの量が増大すると、広い範囲の混合気の温度を上昇させることができる。 As shown in Figure 10, when auxiliary ignition is performed, plasma is generated between the electrodes 251, 252 of the spark plug 25. The generated plasma flows with the intake air flow. The temperature of the mixture in the area where the plasma is retained is raised by the plasma. The mixture warmed by the plasma promotes reaction, making it easier for flames to propagate. Increasing the ignition energy of the auxiliary ignition, lengthening the ignition time of the auxiliary ignition, or increasing the auxiliary ignition voltage increases the amount of plasma. Increasing the amount of plasma makes it possible to raise the temperature of the mixture over a wide range.

図11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補助点火1108で生成されたプラズマ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。 Figure 11 is a diagram explaining the change in flow inside the cylinder 11 and the distribution of plasma generated by the first auxiliary ignition 1108 when the center position of the vertical vortex is located near the piston 3 in the cylinder 11. As described above, when the center position of the vertical vortex is located near the piston 3, as the piston 3 rises from P1201, P1202, P1203, and P1204, the center of the vortex hits the top surface of the piston 3, crushing the lower half of the vertical vortex, and as shown by the black arrow in P1205, the flow inside the cylinder 11 in the latter half of the compression stroke becomes a positive unidirectional flow from the intake valve 21 toward the exhaust valve 22.

圧縮行程の相対的に早いタイミング(P1203)でシリンダー11内に生成されたプラズマは、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付近の混合気の温度を上昇させることができる。 The plasma generated in the cylinder 11 at a relatively early timing (P1203) of the compression stroke is carried by the vertical vortex from the exhaust valve 22 side to the intake valve 21 side before the vortex collapses, because the pressure inside the cylinder 11 is not very high (see the hatched areas of P1204 and P1205). As a result, the temperature of the mixture near the intake valve 21 can be raised.

第1補助点火1108の後、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側の混合気の温度が高いため、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所定値Vp1と第2所定値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。 After the first auxiliary ignition 1108, the main ignition control unit 82 uses the spark plug 25 to ignite the mixture at a predetermined timing near the compression top dead center in the latter half of the compression stroke (see main ignition 1107 in chart 1101). Due to the positive unidirectional flow, the flame is less likely to propagate toward the intake valve 21 side, but the higher temperature of the mixture on the intake valve 21 side promotes flame propagation toward the intake valve 21 side. This increases the combustion speed, which is about the same as when the discharge time is between the first and second thresholds (when the estimated flow speed is between the first and second predetermined values Vp1 and Vp2). This suppresses combustion fluctuations in the engine 1.

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所定値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9のチャート1103に示すように、補助点火制御部84は、第2補助点火1109を実行させるように、点火装置7を制御する。点火装置7は、圧縮行程の後半の第2点火時期において、第2補助点火1109を実行する。 Next, a case where the second discharge time detected by the ignition device 7 is longer than the second threshold value (i.e., the flow velocity estimated by the flow velocity estimation unit 83 is less than the first predetermined value Vp1) will be described. In this case, the center position of the vertical vortex is close to the ceiling of the cylinder 11, and a non-unidirectional flow occurs in the cylinder 11 in the latter half of the compression stroke. As shown in the chart 1103 of FIG. 9, the auxiliary ignition control unit 84 controls the ignition device 7 to execute the second auxiliary ignition 1109. The ignition device 7 executes the second auxiliary ignition 1109 at the second ignition timing in the latter half of the compression stroke.

図12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補助点火1109で発生したプラズマ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。 Figure 12 is a diagram explaining the change in flow inside the cylinder 11 and the distribution of plasma generated by the second auxiliary ignition 1109 when the center position of the vertical vortex is located near the ceiling of the cylinder 11. As described above, when the center position of the vertical vortex is located near the ceiling, as the piston 3 rises from P1301, P1302, P1303, and P1304, the center of the vortex hits the ceiling, crushing the upper half of the vertical vortex, and as shown by the black arrow in P1305, the flow inside the cylinder 11 in the latter half of the compression stroke becomes a counter-unidirectional flow from the exhaust valve 22 toward the intake valve 21.

インジェクタ6は、圧縮行程の後半に第2補助点火を実行する(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内に生成されたプラズマは、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ともに、相対的に流動が弱い排気バルブ側へ流れる(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付近の混合気の温度を上昇させることができる。 The injector 6 executes a second auxiliary ignition in the latter half of the compression stroke (see P1304). Because the pressure inside the cylinder 11 is high in the latter half of the compression stroke, the plasma generated inside the cylinder 11 receives this strong compression pressure and remains in the center of the cylinder 11 while flowing toward the exhaust valve, where the flow is relatively weak (see the hatched areas of P1304 and P1305). As a result, the temperature of the mixture near the exhaust valve 22 can be increased.

第2補助点火1109の後、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側の混合気の温度が高いため、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所定値Vp1と第2所定値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。 After the second auxiliary ignition 1109, the main ignition control unit 82 uses the spark plug 25 to ignite the mixture at a predetermined timing near the compression top dead center in the latter half of the compression stroke (see main ignition 1107 in chart 1103). Due to the anti-unidirectional flow, the flame is less likely to propagate toward the exhaust valve 22 side, but the high temperature of the mixture on the exhaust valve 22 side promotes flame propagation toward the exhaust valve 22 side. This increases the combustion speed, which is about the same as when the discharge time is between the first and second thresholds (when the estimated flow speed is between the first and second predetermined values Vp1 and Vp2). This suppresses combustion fluctuations in the engine 1.

従って、シリンダー11内における流動状態に応じて、補助点火を行うことにより、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。 Therefore, by performing auxiliary ignition according to the flow state within the cylinder 11, even if the state of the intake flow varies from cycle to cycle and the center position of the vertical vortex varies, the ECU 10 can make the combustion speed the same or approximately the same, thereby suppressing combustion fluctuations.

(補助点火の期間の設定)
前述のように、本実施形態では、ECU10は、吸気行程において検査放電を実行し、検査放電の放電経路の電気的パラメータに応じて混合気の流速を推定して、プラズマを乱流度合いの低い箇所に偏在させる。
(Setting the auxiliary ignition period)
As described above, in this embodiment, the ECU 10 performs a test discharge during the intake stroke, estimates the flow speed of the mixture based on the electrical parameters of the discharge path of the test discharge, and biases the plasma to areas with low turbulence.

ここで、推定流速が低いとき、すなわち、縦渦の渦中心がシリンダー11の天井部側に位置しているときには、圧縮行程の後半でも、燃焼室17内の吸気の流速が低い。さらに、エンジン負荷が低いときには更に吸気流量及び主燃料噴射の噴射が少ない。このため、縦渦の渦中心がシリンダー11の天井部側に位置しているときには、圧縮行程の後半において、混合気の流れとは逆側に位置する排気バルブ22側は、乱流度合いが弱く、かなり火炎伝播しにくくなる。この結果、燃焼速度が不安定になってしまう。そこで、本実施形態では、ECU10(厳密には、補助点火制御部84)を、補助点火制御において、推定流速とエンジン負荷に応じて、補助点火により付与する点火エネルギ(以下、補助点火エネルギという)の量を調整するように構成した。具体的には、補助点火の期間を調整して、補助点火エネルギの量を調整するようにした。 Here, when the estimated flow velocity is low, that is, when the center of the vertical vortex is located on the ceiling side of the cylinder 11, the flow velocity of the intake air in the combustion chamber 17 is low even in the latter half of the compression stroke. Furthermore, when the engine load is low, the intake air flow rate and the main fuel injection are even smaller. Therefore, when the center of the vertical vortex is located on the ceiling side of the cylinder 11, in the latter half of the compression stroke, the degree of turbulence is weak on the exhaust valve 22 side located on the opposite side to the mixture flow, making it difficult for flame to propagate. As a result, the combustion speed becomes unstable. Therefore, in this embodiment, the ECU 10 (strictly speaking, the auxiliary ignition control unit 84) is configured to adjust the amount of ignition energy (hereinafter referred to as auxiliary ignition energy) provided by auxiliary ignition in the auxiliary ignition control according to the estimated flow velocity and the engine load. Specifically, the amount of auxiliary ignition energy is adjusted by adjusting the period of auxiliary ignition.

図13は、推定電流と判定負荷とに基づいて、補助点火の点火期間を設定するためのマップである。縦軸は推定流速であり、横軸はエンジン負荷である。この図13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、放電時間が短いほど、点火プラグ25周りの混合気の流速は高いため、図13の縦軸はシリンダー11内における吸気の流速の高低を反映しているといえる。尚、推定流速の値として、図7の上図700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。 Figure 13 is a map for setting the ignition period of the auxiliary ignition based on the estimated current and the determined load. The vertical axis is the estimated flow speed, and the horizontal axis is the engine load. This map in Figure 13 is stored in the memory 102 of the ECU 10. Note that here, the reciprocal of the discharge time is used as the value of the estimated flow speed. As mentioned above, the shorter the discharge time, the higher the flow speed of the mixture around the spark plug 25, so it can be said that the vertical axis of Figure 13 reflects the level of the intake air flow speed in the cylinder 11. Note that the value of the estimated flow speed may be a flow speed value calculated from the discharge time, etc., based on a graph such as that shown in the upper diagram 700 of Figure 7.

図13に示すように、補助点火は、推定流速が第1所定値Vp1未満の領域と、推定流速が第1所定値Vp1よりも高い第2所定値Vp2よりも高い領域とのそれぞれで実行される。ここでは、第1所定値Vp1は、速度V1に相当する放電時間の逆数であり、第2所定値Vp2は、速度V2に相当する放電時間の逆数である。 As shown in FIG. 13, auxiliary ignition is performed in a region where the estimated flow velocity is less than a first predetermined value Vp1, and in a region where the estimated flow velocity is higher than a second predetermined value Vp2 that is higher than the first predetermined value Vp1. Here, the first predetermined value Vp1 is the reciprocal of the discharge time corresponding to the velocity V1, and the second predetermined value Vp2 is the reciprocal of the discharge time corresponding to the velocity V2.

推定流速が第1所定値Vp1未満の領域、すなわち、縦渦の中心がシリンダー11の天井部に偏る領域は、第1比較値B1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1比較値B1以下の領域であり、第2領域R2は、推定流速が第1所定値Vp1未満でかつ第1比較値B1よりも高い領域である。第1比較値B1は、エンジン負荷が低いほど第1所定値Vp1に近い値を有する。これにより、第1領域R1は、相対的にエンジン負荷の低い範囲が多い領域となり、第2領域R2は、相対的にエンジン負荷が高い範囲が多い領域となっている。 The region where the estimated flow velocity is less than the first predetermined value Vp1, i.e., the region where the center of the vertical vortex is biased toward the ceiling of the cylinder 11, is divided into two regions, a first region R1 and a second region R2, by the first comparison value B1. The first region R1 is the region where the estimated flow velocity is equal to or less than the first comparison value B1, and the second region R2 is the region where the estimated flow velocity is less than the first predetermined value Vp1 and higher than the first comparison value B1. The lower the engine load, the closer the first comparison value B1 is to the first predetermined value Vp1. As a result, the first region R1 is a region where there are many ranges where the engine load is relatively low, and the second region R2 is a region where there are many ranges where the engine load is relatively high.

図13に示すように、推定流速が第2所定値Vp2よりも高い領域、すなわち、縦渦の中心がピストン3側に偏る領域は、第2比較値B2と第3比較値B3とにより、第3領域R3、第4領域R4、及び第5領域R5の3つの領域に分けられている。第3領域R3は、推定流速が第2所定値Vp2よりも高くかつ第2比較値B2以下の領域であり、第4領域R4は、推定流速が第2比較値B2よりも高くかつ第3比較値B3以下の領域であり、第5領域R5は、推定流速が第3比較値B3よりも高い領域である。第2比較値B2は、エンジン負荷が高いほど第2所定値Vp2に近い値を有する。一方で、第3比較値B3は、エンジン負荷が高いほど僅かに推定流速が低い値を有している。これにより、第3領域R3は、相対的にエンジン負荷の低い範囲が多い領域となり、第4領域R4は、相対的にエンジン負荷が高い範囲が多い領域となっている。第5領域R5は、エンジン負荷が低い領域から高い領域まで全体的に広がっている。 13, the region where the estimated flow velocity is higher than the second predetermined value Vp2, i.e., the region where the center of the vertical vortex is biased toward the piston 3, is divided into three regions, the third region R3, the fourth region R4, and the fifth region R5, by the second comparison value B2 and the third comparison value B3. The third region R3 is a region where the estimated flow velocity is higher than the second predetermined value Vp2 and is equal to or lower than the second comparison value B2, the fourth region R4 is a region where the estimated flow velocity is higher than the second comparison value B2 and is equal to or lower than the third comparison value B3, and the fifth region R5 is a region where the estimated flow velocity is higher than the third comparison value B3. The second comparison value B2 has a value closer to the second predetermined value Vp2 as the engine load increases. On the other hand, the third comparison value B3 has a value where the estimated flow velocity is slightly lower as the engine load increases. As a result, the third region R3 is a region where the range of relatively low engine loads is large, and the fourth region R4 is a region where the range of relatively high engine loads is large. The fifth region R5 extends from low to high engine loads.

推定流速が第1所定値Vp1未満の領域では、補助点火の期間は、第1領域R1における点火期間を第1点火期間とし、第2領域R2における点火期間を第2点火期間としたときに、第1点火期間の方が第2点火期間よりも長い。すなわち、エンジン負荷が低いときには、吸気流量及び主燃料噴射の噴射量が少なく、乱流度合いの弱い排気側はかなり火炎伝播しにくくなる。一方で、エンジン負荷が高いときには、吸気流量及び主燃料噴射の噴射量が多く、乱流度合いの弱い排気側にもある程度の燃料濃度の混合気が存在するため、排気側への火炎伝播に対する影響が小さい。このため、エンジン負荷が低くかつ推定流速が低いときには、エンジン負荷が高いときと比較して、補助点火の期間を長くして、シリンダー11内の排気バルブ22側にプラズマを広く分布させる。 In the region where the estimated flow velocity is less than the first predetermined value Vp1, the period of auxiliary ignition is longer than the second ignition period when the ignition period in the first region R1 is the first ignition period and the ignition period in the second region R2 is the second ignition period. That is, when the engine load is low, the intake flow rate and the injection amount of the main fuel injection are small, and the flame is hardly propagated on the exhaust side where the degree of turbulence is weak. On the other hand, when the engine load is high, the intake flow rate and the injection amount of the main fuel injection are large, and a mixture with a certain fuel concentration is present on the exhaust side where the degree of turbulence is weak, so the effect on the flame propagation to the exhaust side is small. Therefore, when the engine load is low and the estimated flow velocity is low, the period of auxiliary ignition is made longer than when the engine load is high, and the plasma is widely distributed on the exhaust valve 22 side in the cylinder 11.

図13に示すように、第1領域R1、すなわち、補助点火の点火期間を増大させる領域は、推定流速が低いほど高負荷側に広がっている。推定流速が低いほど、縦渦の渦中心はシリンダー11の天井部に偏っていることを表す。このため、推定流速が低いほど、排気バルブ22側から吸気バルブ21側への反一方向流動が早く生じる。排気バルブ22側から吸気バルブ21側への反一方向流動が早期に生じると、混合気が吸気バルブ21側に長い期間押し付けられるようになる。このため、推定流速が低いときには、エンジン負荷が高いときでも排気バルブ22側の燃料の濃度が低くなりやすい。したがって、推定流速が低いときには、エンジン負荷が高いときでも補助点火の点火期間を長くして、シリンダー11内に付与する補助点火エネルギを増大させるようにしている。 As shown in FIG. 13, the first region R1, i.e., the region in which the ignition period of the auxiliary ignition is increased, spreads toward the high load side as the estimated flow velocity decreases. The lower the estimated flow velocity, the more the vortex center of the vertical vortex is biased toward the ceiling of the cylinder 11. Therefore, the lower the estimated flow velocity, the earlier the anti-unidirectional flow from the exhaust valve 22 side to the intake valve 21 side occurs. If the anti-unidirectional flow from the exhaust valve 22 side to the intake valve 21 side occurs early, the mixture is pressed against the intake valve 21 side for a long period of time. Therefore, when the estimated flow velocity is low, the concentration of fuel on the exhaust valve 22 side is likely to be low even when the engine load is high. Therefore, when the estimated flow velocity is low, the ignition period of the auxiliary ignition is lengthened even when the engine load is high, and the auxiliary ignition energy provided in the cylinder 11 is increased.

一方で、推定流速が第2所定値Vp2よりも高い領域では、補助点火の点火期間は、第3領域R3における点火期間を第3点火期間とし、第4領域R4における点火期間を第4点火期間としたときに、第4点火期間の方が第3点火期間よりも長い。吸気の流速が高いときには、縦渦の慣性力及び遠心力が大きくなる。前述したように、吸気の流速が高いとき、すなわち、縦渦の渦中心がピストン側に偏っているときには、圧縮行程の後半における吸気の流れは、吸気バルブ21側から排気バルブ22側への正一方向流動になる。このため、吸気バルブ21側は火炎伝播しにくくなる。エンジン負荷が高いときには、吸気流量及び主燃料噴射の噴射量が多く、縦渦の慣性力及び遠心力が大きいため、圧縮行程の後半には混合気が排気バルブ22側に大きく偏る。一方で、エンジン負荷が低いときには、縦渦の慣性力及び遠心力が小さいため、圧縮行程の後半における混合気の偏りが小さくなる。したがって、推定流速が高いときには、エンジン負荷が高いときの方が、エンジン負荷が低いときよりも吸気バルブ21側の広い範囲にプラズマが形成されるように、第4点火期間を第3点火期間よりも多くしている。 On the other hand, in the region where the estimated flow velocity is higher than the second predetermined value Vp2, when the ignition period of the auxiliary ignition is the third ignition period in the third region R3 and the fourth ignition period in the fourth region R4, the fourth ignition period is longer than the third ignition period. When the flow velocity of the intake air is high, the inertial force and centrifugal force of the vertical vortex become large. As described above, when the flow velocity of the intake air is high, that is, when the vortex center of the vertical vortex is biased toward the piston side, the flow of the intake air in the latter half of the compression stroke becomes a positive unidirectional flow from the intake valve 21 side to the exhaust valve 22 side. For this reason, it becomes difficult for the flame to propagate on the intake valve 21 side. When the engine load is high, the intake flow rate and the injection amount of the main fuel injection are large, and the inertial force and centrifugal force of the vertical vortex are large, so that the mixture is significantly biased toward the exhaust valve 22 side in the latter half of the compression stroke. On the other hand, when the engine load is low, the inertial force and centrifugal force of the vertical vortex are small, so the air-fuel mixture is less biased in the latter half of the compression stroke. Therefore, when the estimated flow velocity is high, the fourth ignition period is longer than the third ignition period so that plasma is formed in a wider area on the intake valve 21 side when the engine load is high than when the engine load is low.

図12に示すように、第3領域R3、すなわち、補助点火の点火期間が相対的に短い領域は推定流速が低いほど高負荷側に広がっている。推定流速が高いほど、縦渦の渦中心はピストン3側に偏っていることを表す。このため、推定流速が第2所定値Vp2に近いほど、吸気バルブ21側から排気バルブ22側への正一方向流動が生じるまでに時間がかかる。このため、推定流速が第2所定値Vp2に近いときには、エンジン負荷が高いときでも混合気の偏りが小さくなる。したがって、推定流速が第2所定値Vp2にときには、エンジン負荷が高いときでも補助点火エネルギの量が少なくてもよく、補助点火の噴射量が短くてもよいようになる。 As shown in FIG. 12, the third region R3, i.e., the region where the ignition period of the auxiliary ignition is relatively short, spreads toward the high load side as the estimated flow velocity decreases. The higher the estimated flow velocity, the more the vortex center of the vertical vortex is biased toward the piston 3 side. Therefore, the closer the estimated flow velocity is to the second predetermined value Vp2, the longer it takes for a positive unidirectional flow to occur from the intake valve 21 side to the exhaust valve 22 side. Therefore, when the estimated flow velocity is close to the second predetermined value Vp2, the bias of the mixture is small even when the engine load is high. Therefore, when the estimated flow velocity is the second predetermined value Vp2, the amount of auxiliary ignition energy may be small and the injection amount of auxiliary ignition may be short even when the engine load is high.

第5領域R5における補助点火の点火期間である第5点火期間については後述する。 The fifth ignition period, which is the ignition period of the auxiliary ignition in the fifth region R5, will be described later.

尚、図13のマップは、推定流速として用いる値によって、各比較値B1~B3の形状が多少変形するが、各領域R1~R5における補助点火の点火期間の関係は変化しない。 In addition, in the map of FIG. 13, the shapes of the comparison values B1 to B3 change slightly depending on the value used as the estimated flow velocity, but the relationship of the auxiliary ignition period in each of the regions R1 to R5 does not change.

図14は、エンジン負荷が図13に示すエンジン負荷Tq1のときにおける、推定流速に対する補助点火の点火期間を示している。つまり、図14は、エンジン負荷が一定のときにおける、補助点火エネルギの量と推定速度との関係を示す。図14に示すように、第1領域R1では、推定流速が低いほど第1点火期間を長くする。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点火期間を多くする。推定流速が低いほど、縦渦の渦中心は天井部側に偏っている。このため、排気バルブ22側から吸気バルブ21側への反一方向流動が早期に生じて、排気バルブ22側に火炎伝播しにくくなる。したがって、推定流速が低いほど、補助点火の点火期間を長くして、プラズマを多く生成することで、排気バルブ22側の広い範囲にプラズマを分布させる。また、第1点火期間と第2点火期間とは、第1比較値B1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点火期間の傾きと、推定流速に対する第2点火期間の傾きとは、同じでもよく、異なっていてもよい。 Figure 14 shows the ignition period of the auxiliary ignition with respect to the estimated flow speed when the engine load is the engine load Tq1 shown in Figure 13. That is, Figure 14 shows the relationship between the amount of auxiliary ignition energy and the estimated speed when the engine load is constant. As shown in Figure 14, in the first region R1, the lower the estimated flow speed, the longer the first ignition period. Also, in the second region R2, similar to the first region R1, the lower the estimated flow speed, the longer the second ignition period. The lower the estimated flow speed, the more the vortex center of the vertical vortex is biased toward the ceiling. Therefore, the earlier the anti-unidirectional flow from the exhaust valve 22 side to the intake valve 21 side occurs, making it difficult for the flame to propagate to the exhaust valve 22 side. Therefore, the lower the estimated flow speed, the longer the ignition period of the auxiliary ignition is, and by generating more plasma, the plasma is distributed over a wide area on the exhaust valve 22 side. Also, the first ignition period and the second ignition period change significantly at the boundary of the first comparison value B1, and are discontinuous. The slope of the first ignition period relative to the estimated flow velocity and the slope of the second ignition period relative to the estimated flow velocity may be the same or different.

図14に示すように、推定流速が第1所定値Vp1と第2所定値Vp2との間にあるときには、補助点火を実行しないため、点火期間は0となる。 As shown in FIG. 14, when the estimated flow velocity is between the first predetermined value Vp1 and the second predetermined value Vp2, auxiliary ignition is not performed, so the ignition period is 0.

図14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点火期間を長くする。推定流速が高いほど、すなわち、点火プラグ25周りにおける吸気の流速が高いほど、圧縮行程の後半における縦渦の慣性力及び遠心力が高くなって、混合気が排気バルブ22側に偏りやすくなる。そこで、点火プラグ25周りの縦渦の流速が高いほど、すなわち、推定流速が高いほど、補助点火の点火期間を長くして、シリンダー11の吸気バルブ21側にプラズマを適切に分布させる。また、第3点火期間と第4点火期間は、第2比較値B2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点火期間の傾きと、推定流速に対する第4点火期間の傾きとは、同じでもよく、異なっていてもよい。 As shown in FIG. 14, in the third region R3 and the fourth region R4, the higher the estimated flow velocity, the longer the third and fourth ignition periods are. The higher the estimated flow velocity, i.e., the higher the flow velocity of the intake air around the spark plug 25, the higher the inertial force and centrifugal force of the vertical vortex in the latter half of the compression stroke, and the more likely the mixture is to be biased toward the exhaust valve 22. Therefore, the higher the flow velocity of the vertical vortex around the spark plug 25, i.e., the higher the estimated flow velocity, the longer the ignition period of the auxiliary ignition is to appropriately distribute the plasma to the intake valve 21 side of the cylinder 11. In addition, the third ignition period and the fourth ignition period change significantly at the boundary of the second comparison value B2 and are discontinuous. Note that the slope of the third ignition period with respect to the estimated flow velocity and the slope of the fourth ignition period with respect to the estimated flow velocity may be the same or different.

図14に示すように、第5点火期間は、推定流速にかかわらず一定である。第5点火期間は、同じエンジン負荷における第4点火期間の最大期間と同じである。すなわち、第5領域R5は、吸気の流速が非常に高い領域であり、縦渦の遠心力がかなり大きく、混合気が燃焼室17の壁面側(ライナー壁側や天井部側)に偏りやすい。このため、補助点火の点火期間を長くして、プラズマを多く生成してしまうと、吸気バルブ21側の壁面付近における混合気の温度が上昇する。混合気の温度が過剰に上昇すると、主点火の前に混合気が着火してしまうおそれがある。したがって、第5領域R5における第5点火期間は、一定の値になっている。第3比較値B3が、エンジン負荷が高いほど推定流速が低い側に位置しているのは、エンジン負荷が高いときには、燃料の噴射量が大きく、着火しやすいためである。 As shown in FIG. 14, the fifth ignition period is constant regardless of the estimated flow velocity. The fifth ignition period is the same as the maximum period of the fourth ignition period at the same engine load. That is, the fifth region R5 is a region where the flow velocity of the intake air is very high, the centrifugal force of the vertical vortex is quite large, and the mixture is likely to be biased toward the wall side (liner wall side or ceiling side) of the combustion chamber 17. For this reason, if the ignition period of the auxiliary ignition is lengthened and a lot of plasma is generated, the temperature of the mixture near the wall side on the intake valve 21 side will rise. If the temperature of the mixture rises excessively, there is a risk that the mixture will ignite before the main ignition. Therefore, the fifth ignition period in the fifth region R5 is a constant value. The reason why the third comparison value B3 is located on the side of the lower estimated flow velocity as the engine load increases is because when the engine load is high, the amount of fuel injected is large and ignition is easy.

一方で、図15は、推定流速が図13に示す推定値VAのときにおける、エンジン負荷に対する補助点火の点火期間を示している。図8に示すように、推定流速が一定の場合には、第1点火期間及び第2点火期間ともに、エンジン負荷にかかわらず一定である。尚、図示は省略しているが、第3点火期間及び第4点火期間も、推定流速が一定である場合には、エンジン負荷にかかわらず一定である。 On the other hand, Figure 15 shows the ignition period of auxiliary ignition with respect to engine load when the estimated flow velocity is the estimated value VA shown in Figure 13. As shown in Figure 8, when the estimated flow velocity is constant, both the first ignition period and the second ignition period are constant regardless of the engine load. Although not shown, when the estimated flow velocity is constant, the third ignition period and the fourth ignition period are also constant regardless of the engine load.

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、エンジン負荷とに基づいて、補助点火の点火期間を調整することで、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プラズマを分布させて、当該領域の混合気を温めることができる。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。 In this way, by adjusting the ignition period of the auxiliary ignition based on the estimated flow velocity estimated from the parameters of the discharge path in the test discharge and the engine load, it is possible to appropriately distribute plasma to areas in the cylinder 11 where flame propagation is difficult, and to heat the mixture in those areas. As a result, flame propagation becomes easier throughout the cylinder 11, and the combustion speed can be stabilized.

図16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16(a)はエンジン1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、(b)はエンジン1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16では、推定流速が同じ場合を示している。 Figure 16 shows the timing of fuel injection by the injector 6 and ignition by the spark plug 25. Figure 16 (a) shows the timing when the state of the engine 1 belongs to the first region R1, and (b) shows the timing when the state of the engine 1 belongs to the second region R2. Note that Figure 16 shows the case where the estimated flow speed is the same.

図16に示すように、エンジン1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。このときの噴射量は、相対的にエンジン負荷の高い第2領域R2に属しているときの方が多い。主燃料噴射部81は、インジェクタ6の開弁期間を長くすることで、主燃料噴射の噴射量を多くする。 As shown in FIG. 16, main fuel injection is performed by the injector 6 during the intake stroke regardless of whether the state of the engine 1 is in the first region R1 or the second region R2. The injection amount at this time is greater when the engine is in the second region R2, where the engine load is relatively high. The main fuel injection unit 81 increases the injection amount of the main fuel injection by lengthening the opening period of the injector 6.

主燃料噴射の後、点火プラグ25により検査放電が実行される。この検査放電は、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。 After the main fuel injection, a test discharge is performed by the spark plug 25. This test discharge is performed after the intake valve 21 is closed, particularly during the first half of the compression stroke.

検査放電の後、圧縮行程の後半において、混合気に着火させる前に、点火プラグ25により補助点火が実行される。前述したように、第1点火期間の方が第2点火期間よりも多く設定されている。このため、補助点火制御部84が、エンジン1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、補助点火の点火期間を長くする。 After the test discharge, in the latter half of the compression stroke, auxiliary ignition is performed by the spark plug 25 before the mixture is ignited. As described above, the first ignition period is set to be longer than the second ignition period. Therefore, the auxiliary ignition control unit 84 makes the ignition period of the auxiliary ignition longer when the state of the engine 1 is in the first region R1 than when it is in the second region R2.

そして、補助点火の後、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が再度作動されて、シリンダー11内の混合気に着火される。このときには、補助点火により、シリンダー11内の乱流度合いの低い部分は、プラズマが分布されて温められているため、シリンダー11全体に火炎が速やかに伝播する。 Then, after the auxiliary ignition, before the piston 3 reaches the top dead center of compression, the main ignition control unit 82 activates the spark plug 25 again to ignite the mixture in the cylinder 11. At this time, the auxiliary ignition distributes plasma and warms the less turbulent parts of the cylinder 11, so the flame quickly spreads throughout the entire cylinder 11.

(フローチャート)
次に、図17及び図18を参照しながら、ECU10の補助点火制御の処理動作について説明する。
(flowchart)
Next, the auxiliary ignition control processing operation of the ECU 10 will be described with reference to FIG. 17 and FIG.

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。 First, in step S1, the ECU 10 acquires information from each of the sensors SW1 to SW9.

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SWO7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、補助点火の点火期間を算出する際の判定負荷に相当する。 Next, in step S2, the ECU 10 calculates the required torque. The ECU 10 calculates the required torque based on the detection result of the accelerator opening sensor SWO7. The required torque calculated in step S2 corresponds to the load to be determined when calculating the ignition period of the auxiliary ignition.

次いで、ステップS3において、ECU10は、燃料の噴射量と噴射時期とを設定する。 Next, in step S3, the ECU 10 sets the fuel injection amount and injection timing.

続いて、ステップS4において、ECU10は、主点火時期を設定する。この主点火時期は、混合気に実際に着火させるための点火時期である。 Next, in step S4, the ECU 10 sets the main ignition timing. This main ignition timing is the ignition timing for actually igniting the air-fuel mixture.

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。ECU10は、検査放電の時期を、吸気バルブ21が閉じた後の時期であって、シリンダー11内の混合気が着火しない時期に設定する。 Next, in step S5, the ECU 10 sets the timing of the inspection discharge. The ECU 10 sets the timing of the inspection discharge to a time after the intake valve 21 is closed and at a time when the mixture in the cylinder 11 is not ignited.

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、検査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噴射が実行されている。 Next, in step S6, the ECU 10 executes the inspection discharge at the time set in step S5. The ECU 10 acquires from the ignition device 7 the discharge time of the discharge path that occurred in the ignition plug 25 during the inspection discharge. Although not shown in the flowchart, before executing the inspection discharge, the main injection is performed at the injection time set in step S3.

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。 Next, in step S7, the ECU 10 estimates the flow velocity of the intake air in the cylinder 11. Here, the ECU 10 calculates the inverse of the discharge time of the inspection discharge in step S6 as the estimated flow velocity.

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所定値Vp1未満であるか否かを判定する。ECU10は、推定流速が第1所定値Vp1未満であるYESのときには、ステップS8に進む。一方で、ECU10は、推定流速が第1所定値Vp1より高いNOのときには、ステップS12に進む。 Next, in step S8, the ECU 10 determines whether the estimated flow speed calculated in step S7 is less than the first predetermined value Vp1. If the estimated flow speed is less than the first predetermined value Vp1 (YES), the ECU 10 proceeds to step S8. On the other hand, if the estimated flow speed is higher than the first predetermined value Vp1 (NO), the ECU 10 proceeds to step S12.

前記ステップS9では、ECU10は、前記ステップS2において算出されたエンジン負荷と、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、すなわち第1比較値B1以下の領域に属するか否かを判定する。ECU10は、図13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。 In step S9, the ECU 10 determines whether the state of the engine 1 belongs to the first region R1, i.e., whether it belongs to the region below the first comparison value B1, based on the engine load calculated in step S2 and the estimated flow speed calculated in step S7. The ECU 10 makes the determination by reading the map shown in FIG. 13. If the state of the engine 1 belongs to the first region R1 (YES), the ECU 10 proceeds to step S10. On the other hand, if the state of the engine 1 belongs to the second region R2 (NO), the ECU 10 proceeds to step S11.

前記ステップS10では、ECU10は、補助点火の点火期間を第1点火期間に設定する。ステップS10の後は前記ステップS19に進む。 In step S10, the ECU 10 sets the ignition period of the auxiliary ignition to the first ignition period. After step S10, the process proceeds to step S19.

前記ステップS11では、ECU10は、補助点火の点火期間を第2点火期間に設定する。ステップS11の後は前記ステップS19に進む。 In step S11, the ECU 10 sets the ignition period of the auxiliary ignition to the second ignition period. After step S11, the process proceeds to step S19.

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所定値Vp2よりも高いか否かを判定する。ECU10は、推定流速が第2所定値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所定値Vp2以下であるNOのときには、ステップS13に進む。 On the other hand, in step S12, which is reached when step S8 is NO, the ECU 10 determines whether the estimated flow speed calculated in step S7 is higher than the second predetermined value Vp2. If the estimated flow speed is higher than the second predetermined value Vp2 (YES), the ECU 10 proceeds to step S14. On the other hand, if the estimated flow speed is equal to or lower than the second predetermined value Vp2 (NO), the ECU 10 proceeds to step S13.

前記ステップS13では、ECU10は、補助点火なしと判断する。ECU10は、ステップS13の後はリターンする。 In step S13, the ECU 10 determines that auxiliary ignition is not performed. After step S13, the ECU 10 returns.

前記ステップS14では、ECU10は、前記ステップS2において算出されたエンジン負荷と、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3領域R3に属しているか否かを判定する。ECU10は、図13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又は第5領域R5に属しているNOのときには、ステップS16に進む。 In step S14, the ECU 10 determines whether the state of the engine 1 belongs to the third region R3 based on the engine load calculated in step S2 and the estimated flow speed calculated in step S7. The ECU 10 reads the map shown in FIG. 13 to make the determination. If the state of the engine 1 belongs to the third region R3 (YES), the ECU 10 proceeds to step S15. On the other hand, if the state of the engine belongs to the fourth region R4 or the fifth region R5 (NO), the ECU 10 proceeds to step S16.

前記ステップS15では、ECU10は、補助点火の点火期間を第3点火期間に設定する。ECU10は、ステップS15の後は前記ステップS19に進む。 In step S15, the ECU 10 sets the ignition period of the auxiliary ignition to the third ignition period. After step S15, the ECU 10 proceeds to step S19.

一方で、前記ステップS16では、ECU10は、エンジン1の状態が第4領域R4に属しているか否かを判定する。ECU10は、エンジン1の状態が第4領域R4に属しているYESのときには、ステップS17に進む。一方で、ECU10は、エンジン1の状態が第5領域R5に属しているNOのときには、ステップS18に進む。 On the other hand, in step S16, the ECU 10 determines whether the state of the engine 1 belongs to the fourth region R4. If the result is YES, meaning that the state of the engine 1 belongs to the fourth region R4, the ECU 10 proceeds to step S17. On the other hand, if the result is NO, meaning that the state of the engine 1 belongs to the fifth region R5, the ECU 10 proceeds to step S18.

前記ステップS17では、ECU10は、補助点火の点火期間を第4点火期間に設定する。ECU10は、ステップS17の後は前記ステップS19に進む。 In step S17, the ECU 10 sets the ignition period of the auxiliary ignition to the fourth ignition period. After step S17, the ECU 10 proceeds to step S19.

前記ステップS18では、ECU10は、補助点火の点火期間を第5点火期間に設定する。ECU10は、ステップS18の後は前記ステップS19に進む。 In step S18, the ECU 10 sets the ignition period of the auxiliary ignition to the fifth ignition period. After step S18, the ECU 10 proceeds to step S19.

そして、図17に示すように、前記ステップS10,S11,S15,S17,S18の後に進むステップS19では、ECU10は、補助点火の点火時期を設定する。ECU10は、前記ステップS4で設定した主点火時期よりも進角側の時期に、補助点火の点火時期を設定する。ECU10は、前記ステップS7で算出した推定流速が第1所定値Vp1以下であるときには、補助点火の点火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所定値Vp2よりも高いときには、補助点火の点火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S19の後はリターンする。 As shown in FIG. 17, in step S19, which follows steps S10, S11, S15, S17, and S18, the ECU 10 sets the ignition timing of the auxiliary ignition. The ECU 10 sets the ignition timing of the auxiliary ignition to a timing that is more advanced than the main ignition timing set in step S4. When the estimated flow speed calculated in step S7 is equal to or less than a first predetermined value Vp1, the ECU 10 sets the ignition timing of the auxiliary ignition to a timing in the latter half of the compression stroke, whereas when the estimated flow speed calculated in step S7 is higher than a second predetermined value Vp2, the ECU 10 sets the ignition timing of the auxiliary ignition to a timing in the first or second half of the compression stroke. The ECU 10 returns after step S19.

ECU10は、フローチャートの後、補助点火及び主点火を実行する。これにより、シリンダー11内の縦渦の状態に応じて、乱流度合いの低い領域にプラズマを分布させることができ、シリンダー11の燃焼速度を安定させることができる。 After the flow chart, the ECU 10 executes auxiliary ignition and main ignition. This allows the plasma to be distributed to areas with low turbulence depending on the state of the vertical vortex in the cylinder 11, stabilizing the combustion speed in the cylinder 11.

(まとめ)
したがって、本実施形態では、 エンジン1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)で検出された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インジェクタ6を制御する主燃料噴射部81と、主燃料噴射時期の後、シリンダー11内の混合気を燃焼させるべく、該混合気に着火させるための主点火を実行する主点火制御部82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所定値未満であるときに、主燃料噴射時期よりも遅角側でかつ主点火の時期に、混合気に補助点火エネルギを付与するための補助点火を実行するように点火装置7を制御する補助点火制御部84とを有する。補助点火制御部84は、推定流速が、第1所定値Vp1よりも低い領域に設定されかつエンジン負荷に応じて変化する第1比較値B1以下であるときには、推定流速が第1比較値B1よりも高いときと比較して、補助点火より付与する点火エネルギを増大させるように点火装置7を制御する。これにより、エンジン負荷に応じて補助点火エネルギの量が調整されて、生成されるプラズマの量が調整される。そして、補助点火により生成されたプラズマによって、火炎伝播しにくい領域の混合気の温度が上昇する。この結果、燃焼速度を安定させることができる。
(summary)
Therefore, this embodiment includes an operating state detector (sensors SW1 to SW9) that detects the operating state of the engine 1, an ignition device 7, an injector 6, and an ECU 10 that is electrically connected to the operating state detector. The ECU 10 has a main fuel injection unit 81 that sets a main fuel injection amount and a main fuel injection timing, which is the injection timing, based on the engine load detected by the operating state detector (in particular, the accelerator opening sensor SW7), and controls the injector 6 to inject the amount of main fuel set at the main fuel injection timing; a main ignition control unit 82 that executes main ignition for igniting the air-fuel mixture in the cylinder 11 to combust the mixture after the main fuel injection timing; a flow velocity estimation unit 83 that controls the ignition device 7 to apply a voltage between the electrodes of the ignition plug 25 and execute a discharge for detecting a parameter related to a current value of a discharge path generated between the electrodes, during a period when the mixture is not ignited, and estimates the level of the flow velocity of the intake air in the cylinder 11 from the parameter in the discharge; and an auxiliary ignition control unit 84 that controls the ignition device 7 to execute auxiliary ignition for providing auxiliary ignition energy to the air-fuel mixture, on the retard side of the main fuel injection timing and at the main ignition timing, when the estimated flow velocity estimated by the flow velocity estimation unit 83 is less than a predetermined value. When the estimated flow velocity is set in a region lower than the first predetermined value Vp1 and is equal to or lower than a first comparison value B1 that varies depending on the engine load, the auxiliary ignition control unit 84 controls the ignition device 7 to increase the ignition energy provided by the auxiliary ignition, compared to when the estimated flow velocity is higher than the first comparison value B1. This adjusts the amount of auxiliary ignition energy according to the engine load, and adjusts the amount of plasma generated. The plasma generated by the auxiliary ignition increases the temperature of the mixture in the region where flame propagation is difficult. As a result, the combustion speed can be stabilized.

特に、本実施形態では、第1比較値B1は、エンジン負荷が低いほど第1所定値Vp1に近い値を有する。推定流速が第1所定値Vp1未満のときには、圧縮行程の後半における混合気の流れは排気側から吸気側への反一方向流動になる。また、エンジン負荷が低いときには、吸気量及び主燃料噴射の噴射量が少ない。このため、混合気の流れとは逆側に位置する排気バルブ22側は、かなり火炎が伝播しにくくなる。第1比較値B1が、エンジン負荷が低いほど第1所定値Vp1に近い値を有することで、エンジン負荷が低いときに補助点火エネルギの量を多くすることができる。これにより、燃焼速度をより安定させることができる。 In particular, in this embodiment, the lower the engine load, the closer the first comparison value B1 is to the first predetermined value Vp1. When the estimated flow rate is less than the first predetermined value Vp1, the flow of the mixture in the latter half of the compression stroke is a one-way flow from the exhaust side to the intake side. In addition, when the engine load is low, the intake amount and the injection amount of the main fuel injection are small. For this reason, it is very difficult for the flame to propagate on the exhaust valve 22 side, which is located on the opposite side to the flow of the mixture. By making the first comparison value B1 closer to the first predetermined value Vp1 as the engine load is lower, the amount of auxiliary ignition energy can be increased when the engine load is low. This makes it possible to further stabilize the combustion speed.

また、本実施形態では、補助点火制御部84は、エンジン負荷が一定であるときにおいて、推定流速が、第1比較値B1以下であるときには、該推定流速が低いほど補助点火エネルギの量を増大させる。すなわち、推定流速が低いほど、排気バルブ22側から吸気バルブ21側への正一方向流動が早い段階から生じる。したがって、推定流速が低いほど、補助点火エネルギの量を増大させて、排気バルブ22側の広い範囲において混合気の温度を上昇させる。これにより、火炎伝播が促進されるため、燃焼速度をより安定させることができる。 In addition, in this embodiment, when the engine load is constant and the estimated flow speed is equal to or lower than the first comparison value B1, the auxiliary ignition control unit 84 increases the amount of auxiliary ignition energy as the estimated flow speed decreases. In other words, the lower the estimated flow speed, the earlier the forward unidirectional flow from the exhaust valve 22 side to the intake valve 21 side occurs. Therefore, the lower the estimated flow speed, the more the amount of auxiliary ignition energy is increased, raising the temperature of the mixture over a wide range on the exhaust valve 22 side. This promotes flame propagation, making it possible to stabilize the combustion speed.

(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。
Other Embodiments
The technology disclosed herein is not limited to the above-described embodiment, and may be substituted without departing from the spirit and scope of the claims.

例えば、前述の実施形態では、エンジン1の吸気バルブ21が閉弁した時期以降にパラメータを検出して、縦渦の渦中心を推定するようにしていた。これに限らず、吸気行程中にもパラメータを検出することで、横渦の渦中心についても推定するようにしてもよい。横渦の渦中心が推定された後は、横渦と縦渦のそれぞれの中心位置に応じて、補助点火の点火時期を設定するようにすればよい。 For example, in the above embodiment, the parameters are detected after the intake valve 21 of the engine 1 is closed to estimate the center of the vertical vortex. However, the present invention is not limited to this, and the center of the transverse vortex may also be estimated by detecting parameters during the intake stroke. After the center of the transverse vortex is estimated, the ignition timing of the auxiliary ignition can be set according to the central positions of the transverse and vertical vortices.

また、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。 In the above embodiment, the injector 6 performs the main fuel injection during the intake stroke. However, the present invention is not limited to this, and the injector 6 may perform the main fuel injection during the compression stroke. The spark plug 25 may perform the first discharge after the main fuel injection or before the main fuel injection. Similarly, the spark plug 25 may perform the second discharge after the main fuel injection or before the main fuel injection.

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。 The above-described embodiments are merely examples and should not be interpreted as limiting the scope of the present disclosure. The scope of the present disclosure is defined by the claims, and all modifications and variations that fall within the scope of equivalence of the claims are within the scope of the present disclosure.

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。 The technology disclosed herein is useful as an engine system having an engine with a cylinder having a pent roof type ceiling, an ignition device including a spark plug located in the center of the cylinder, and a fuel injection valve located in the center of the cylinder.

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
82 主点火制御部
83 流速推定部
84 補助点火制御部
B1 第1比較値(比較値)
SW7 アクセル開度センサ(運転状態検出器)
Vp1 第1所定値
1 Engine 6 Injector (fuel injection valve)
7 Ignition device 10 ECU (controller)
11 Cylinder 21 Intake valve 25 Spark plug 81 Main fuel injection unit 82 Main ignition control unit 83 Flow velocity estimation unit 84 Auxiliary ignition control unit B1 First comparison value (comparison value)
SW7 Accelerator opening sensor (driving state detector)
Vp1 First Predetermined Value

Claims (5)

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、
前記主燃料噴射時期の後、前記シリンダー内の混合気を燃焼させるべく、該混合気に着火させるための主点火を実行するように前記点火装置を制御する主点火制御部と、
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、前記パラメータに基づいて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所定値未満であるときに、前記主燃料噴射時期よりも遅角側でかつ前記主点火よりも進角した時期に、混合気に補助的な点火エネルギを付与するための補助点火を実行するように前記点火装置を制御する補助点火制御部と、
を有し、
前記補助点火制御部は、前記推定流速が、前記所定値よりも低い領域に設定されかつ前記エンジン負荷に対応して設定された比較値以下であるときには、前記推定流速が前記比較値よりも高いときと比較して、前記補助点火より付与する前記点火エネルギを増大させるように前記点火装置を制御することを特徴とするエンジンシステム。
An engine system including an engine having a cylinder having a pent roof type ceiling, an ignition device including an ignition plug disposed in a center portion of the cylinder, and a fuel injection valve disposed in a center portion of the cylinder,
an operating condition detector for detecting an operating condition of the engine;
a controller electrically connected to the ignition device, the fuel injection valve, and the operating condition detector;
The controller includes:
a main fuel injection unit that sets an injection amount of main fuel and a main fuel injection timing that is an injection timing of the main fuel based on an engine load detected by the operating state detector, and controls the fuel injection valve so as to inject the main fuel in the amount set at the main fuel injection timing;
a main ignition control unit that controls the ignition device to execute main ignition for igniting the air-fuel mixture in the cylinder to combust the air-fuel mixture after the main fuel injection timing;
a flow velocity estimation unit that controls the ignition device to apply a voltage between electrodes of the spark plug and detect a parameter related to a current value of a discharge path generated between the electrodes during a period when the air-fuel mixture is not ignited, and estimates a flow velocity of the intake air based on the parameter;
an auxiliary ignition control unit that controls the ignition device to execute auxiliary ignition for providing auxiliary ignition energy to the air-fuel mixture at a timing that is retarded from the main fuel injection timing and advanced from the main ignition timing when the estimated flow velocity estimated by the flow velocity estimating unit is less than a predetermined value;
having
the auxiliary ignition control unit controls the ignition device to increase the ignition energy provided by the auxiliary ignition when the estimated flow velocity is set in a region lower than the predetermined value and is equal to or lower than a comparison value set corresponding to the engine load, compared to when the estimated flow velocity is higher than the comparison value.
請求項1に記載のエンジンシステムにおいて、
前記比較値は、前記エンジン負荷が低いほど前記所定値に近い値を有することを特徴とするエンジンシステム。
2. The engine system according to claim 1,
An engine system, characterized in that the comparison value has a value closer to the predetermined value as the engine load is lower.
請求項1又は2に記載のエンジンシステムにおいて、
前記流速推定部は、前記エンジンの吸気バルブが閉弁した時期以降に前記パラメータの検出を行うように前記点火装置を制御することを特徴とするエンジンシステム。
3. The engine system according to claim 1,
The engine system according to claim 1, wherein the flow velocity estimation unit controls the ignition device so as to detect the parameter after an intake valve of the engine is closed.
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、
前記流速推定部は、圧縮行程中に前記パラメータの検出を行うように前記点火装置を制御することを特徴とするエンジンシステム。
In the engine system according to any one of claims 1 to 3,
The engine system according to claim 1, wherein the flow velocity estimation unit controls the ignition device so as to detect the parameter during a compression stroke.
請求項1~4のいずれか1つに記載のエンジンシステムにおいて、
前記補助点火制御部は、前記エンジン負荷が一定であるときにおいて、前記推定流速が、前記比較値以下であるときには、前記推定流速が低いほど前記補助点火により付与する前記点火エネルギを増大させることを特徴とするエンジンシステム。
In the engine system according to any one of claims 1 to 4,
an auxiliary ignition control unit that, when the engine load is constant and the estimated flow speed is equal to or lower than the comparison value, increases the ignition energy provided by the auxiliary ignition as the estimated flow speed becomes lower.
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