述的圖8。
[0072]如圖6Β的上部分所示，當已經出現具有ω滾動形狀的滾流時，塞間隙位置處的缸內氣體的流動方向在壓縮上止點的附近反轉，也就是說，流動方向自從進氣閥側朝向排氣閥側的流動改變?yōu)閺呐艢忾y側朝向進氣閥側的流動。這種缸內氣體流動方向的改變隨著離塞間隙位置的距離而減弱，如下面比較圖6Α和6Β中的圖形所示。在圖6Α和6Β所示的情況下，流動方向的反轉不會在測量點C處出現。
[0073]如上所述，當滾動中心軸彎曲，并且壓縮行程的后半段中的滾流的渦心中出現偏移時，獲得ω滾動形狀，并且缸內氣體的流動方向在壓縮上止點附近的缸徑中心位置(也是塞間隙中心)處反轉。因此可認為，當火花塞32周圍的氣體(最初從進氣閥側朝向排氣閥側)的流速接近壓縮上止點時，通常滾動形狀(也稱為“第一滾動形狀”)向零收斂，如下面描述的圖8所示，然而，在ω滾動形狀(也稱為“第二滾動形狀”)中，當塞附近流速減小時，壓縮行程的后半段中的火花塞32周圍的氣體的流動方向自從進氣閥側朝向排氣閥側的方向反轉為從排氣閥側朝向進氣閥側的方向。
[0074]圖7Α和7Β用于闡述適合于產生具有ω滾動形狀的滾流的條件。圖7Α表示進氣行程中間的缸內氣體流動?；钊?2的速度在進氣行程的中間具有最大值，并且進氣閥26的閥升程量一般被設定為在此時最大。因此，具有大流量的進氣團M在進氣行程的中間流入缸體，并且位于進氣閥26的附近，如圖7Α中的箭頭所示。
[0075]圖7Β示出壓縮行程(S卩，當活塞12從圖7Α所示的時間起執(zhí)行一個行程時)中間的特定時間處的缸內氣體流動。圖7Β所示的滾動中心點指示主要由進氣團M構成的流的渦心(SP這樣的狀態(tài):其中，已經出現相對于燃燒室14的容積中心的偏移)。
[0076]在圖7Α和7Β所示的情況下，如圖7Β所示，圖7Α所示的進氣團M在活塞12的一個行程內在缸體內旋轉大約270°，并且位于進氣側。在這種情況下，從一開始由于進氣團M的存在，加速了壓縮行程的后半段中的滾流的渦心相對于燃燒室14的容積中心的偏移。而且，在這種情況下，由于進氣團M在其中活塞12的速度具有最大值的壓縮行程的中間時段位于進氣偵U，因此團M的流動通過活塞12的升高進一步加速。結果，增強了后續(xù)壓縮行程中的滾流渦心的偏移。
[0077]與這種情況相反，當進氣團在壓縮行程的中間時段位于排氣側時，活塞12的升高起作用抵消了該大規(guī)模流的力。同時，此時位于進氣側的非大規(guī)模流通過活塞12的升高而被略微加速。結果，與圖7A和7B所示的情況相比，滾流的渦心接近燃燒室14的容積中心，并且消除了滾動中心軸的彎曲。
[0078]上述內容清楚地表明，當活塞12的速度在壓縮行程中具有最大值時(即處于壓縮行程的中間時段)，在具有大流量的進氣團M位于進氣側的條件下，滾流的渦心偏移有效地增大，并且有效地產生具有ω滾動形狀的滾流。因此，通過將滾流比從特定值改變?yōu)橐粋€行程中的缸內氣體的旋轉期間的滾流比，如圖7Α和7Β所示，可以增大滾流的渦心偏移度并且增強具有ω滾動形狀的流。
[0079]下面描述在實施例1中執(zhí)行的控制的特定部分。圖8用于針對通常滾動形狀與ω滾動形狀比較和解釋壓縮行程后半段中的塞附近流速的變化。在圖8中，假設這樣的情況:其中，產生具有ω滾動形狀的滾流時的火花塞32周圍的氣體流動方向的反轉時間在稀薄燃燒工作期間的點火時間的設定范圍之后。該實施例以及下面描述的實施例2到5中的控制基于該假設。
[0080]如圖8所示，當產生具有ω滾動形狀的滾流時，隨著具有ω滾動形狀的流的產生在壓縮行程的后半段中進行，塞附近流速減小的程度大于在產生具有通常滾動形狀的滾流的情況下的減小程度，并且火花塞32周圍的氣體的流動方向不久反轉。隨著具有ω滾動形狀的流變強(即，滾流的渦心偏移增強)，塞附近流速的這種減小變得更為顯著。因此，通過控制滾流以使?jié)L流形狀在通常滾動形狀與ω滾動形狀之間改變，可以控制點火時的塞附近流速。
[0081]圖9用于解釋本發(fā)明的實施例1的點火時的塞附近流速的特定控制。在實施例中，滾流形狀根據引擎轉速在通常滾動形狀與ω滾動形狀之間改變，以便在稀薄燃燒工作區(qū)域中將點火時的塞附近流速控制在預定流速范圍(點火最佳范圍)內。更具體地說，如圖9所示，在稀薄燃燒工作區(qū)域中的低引擎轉速側的第一引擎轉速區(qū)域Rl中，控制滾流，使得抑制具有ω滾動形狀的流的產生，并且產生具有通常滾動形狀的滾流。在稀薄燃燒工作區(qū)域中的高引擎轉速側的第二引擎轉速區(qū)域R2中，控制滾流，使得產生具有ω滾動形狀的滾流。
[0082]作為該實施例中的滾流控制對象的稀薄燃燒工作區(qū)域可以提前設定，以便執(zhí)行稀薄燃燒工作，或者可以在該工作期間適當地改變該區(qū)域或其占據的區(qū)段在整個工作區(qū)域中的位置。進一步地，稀薄燃燒工作區(qū)域可以是其中在內燃機10中要執(zhí)行稀薄燃燒工作的整個工作區(qū)域，也可以是該整個工作區(qū)域中的局部區(qū)域:在該局部區(qū)域內，通過以最高A/F(或A/F范圍)操作或通過使用最高EGR比(或EGR比范圍)執(zhí)行操作來最嚴格地確保點火能力。
[0083]圖9所示的流速范圍是最佳流速范圍(S卩，最佳點火范圍)，在該范圍內，可避免上面已經參考圖2和3描述的與稀薄燃燒工作中的空氣-燃料混合物的點火能力相關的問題。進一步地，該最佳點火范圍考慮了周期之間的點火展開(spread)。在圖9中，在虛線所示的塞附近流速-引擎轉速特征中，稀薄燃燒工作區(qū)域中點火時的塞附近流速可能不落在流速范圍內。與之相比，在該實施例的內燃機10中，通過根據引擎轉速的變化控制產生具有ω滾動形狀的滾流和不產生具有ω滾動形狀的滾流，可以使點火時的塞附近流速落在稀薄燃燒工作區(qū)域中的流速范圍內。
[0084]下面解釋在實施例1中執(zhí)行的特定控制的具體實例。圖1OA到1C用于解釋用于通過以下方式控制點火時的塞附近流速的方法:即，通過使用TCV 24調整滾流比來控制具有ω滾動形狀的滾流的產生和不產生。
[0085]對于圖1OA到1C所示的方法，通過使用TCV 24控制滾流，在通常滾動形狀與ω滾動形狀之間控制滾流形狀。其中TCV開度被固定為圖1OA到1C所示的第一 TCV開度的情況由虛線示出，而不管引擎轉速如何。當TCV開度這樣被固定為第一TCV開度時，塞附近流速偏離稀薄燃燒工作區(qū)域中的高旋轉側區(qū)域中的最佳點火范圍，這是因為在引擎轉速增加之后，氣體的流速增加。同樣，當TCV開度被固定為第二 TCV開度時，塞附近流速也偏離低旋轉側區(qū)域中的最佳點火范圍，如虛線所示。
[0086]假設第一TCV開度被設定為獲得比適合于產生具有ω滾動形狀的滾流的范圍(這是以一個行程中的缸內氣體的旋轉期間的滾流比為中心的預定范圍，如在圖7Α和7Β所示的實例中那樣)內的滾流比大的滾流比。通過使用已經這樣設定的第一TCV開度，可以抑制具有ω滾動形狀的滾流的產生，并且產生具有通常滾動形狀的滾流。進一步地，假設第二TCV開度被設定為獲得適合于產生具有ω滾動形狀的滾流比的范圍內的滾流比。通過使用已經這樣設定的第二TCV開度，可以引起滾流的渦心的偏移，并且產生具有ω滾動形狀的滾流。此外，第二 TCV開度被假設為這樣的TCV開度:該TCV開度被設定為使得塞附近流速不落在第一引擎轉速NEl處的最佳點火范圍的下限以下。
[0087]在圖1OA到1C所示的情況下，在稀薄燃燒工作區(qū)域中的低旋轉側的區(qū)域(也稱為第一引擎轉速區(qū)域Rl)中，通過使用具有通常滾動形狀的滾流來使用第一TCV開度，以使塞附近流速可以落在最佳點火范圍內。因此，在該實施例中，在低于第一引擎轉速NE I的引擎轉速區(qū)域Rl中，TCV開度被控制為第一TCV開度，在第一引擎轉速NEl，在TCV開度被固定為第一 TCV開度的同時達到最佳點火范圍的上限。
[0088]同時，在等于或高于第一引擎轉速NEl的高引擎轉速區(qū)域(也稱為第二引擎轉速區(qū)域R2)中，TCV開度被控制為第二TCV開度。因此，通過產生具有ω滾動形狀的滾流，可以在第一引擎轉速NEl的附近減小塞附近流速，在第一引擎轉速NEl，改變滾流形狀，如圖1OA所示。通過這樣根據引擎轉速改變滾流形狀，可以使稀薄燃燒工作區(qū)域中點火時的塞附近流速保持在最佳點火范圍內。
[0089]進一步地，對于圖1OA到1C所示的方法，TCV開度在相對于第一引擎轉速NEl的高旋轉側的區(qū)域R2中被固定為第二TCV開度，但是替代地，也可以調整TCV開度，以便在高旋轉側的區(qū)域中的更高引擎轉速上獲得具有更高的滾流渦心偏移度的滾流比。因此，在引擎轉速增加之后，進一步增強具有ω滾動形狀的流，從而可以緩和由高旋轉側的區(qū)域中的引擎轉速變化導致的塞附近流速的變化，如圖9所示。
[0090]圖11是示出由ECU40執(zhí)行以實現本發(fā)明的實施例1中的特定控制的控制例程的流程圖。對于每個缸體針對內燃機10的每個周期重復地執(zhí)行該例程。
[0091]在圖11所示的例程中，E⑶40首先使用空氣流量計20和曲柄角傳感器42的輸出，并且確定(指定)內燃機10的當前工作區(qū)域(該工作區(qū)域通過引擎轉速和引擎負載來確定)(步驟100)。然后，ECU 400判定當前工作區(qū)域是否為其中空氣-燃料混合物中的燃料濃度低的稀薄燃燒工作區(qū)域(步驟102)。
[0092]當在步驟102判定當前工作區(qū)域為稀薄燃燒工作區(qū)域時，E⑶40確定目標A/F(步驟104)。針對抑制NOx排出量的目的’ECU 40存儲其中根據工作區(qū)域確定目標A/F的映射(圖中未示出)，并且在步驟104通過參考該映射來確定目標A/F。
[0093]然后，ECU40根據所確定的目標A/F確定要被提供給火花塞32的點火能量(步驟106)。點火能量例如可通過設置火花塞32的多個點火線圈以及在必要時改變用于放電的點火線圈數來調整。
[0094]然后，ECU40判定當前的引擎轉速NE的是否低于第一引擎轉速NEl(步驟108)。如上所述，第一引擎轉速NEl是用于根據稀薄燃燒工作區(qū)域中的引擎轉速改變滾流形狀的閾值。
[0095]當在步驟108做出肯定的判定時(NE〈NE1)，E⑶40通過使用第一TCV開度確定流速控制值(目標TCV開度)，以及根據預定的映射等確定用于實現目標A/F下的所需轉矩的節(jié)流閥開度、燃料噴射量以及點火時間的目標值(步驟110)。同時，當在步驟108做出否定的判定時(NE > NEl)，E⑶40通過使用第二TCV開度確定流速控制值(目標TCV開度)，以及根據預定的映射等確定用于實現目標A/F下的所需轉矩的節(jié)流閥開度、燃料噴射量以及點火時間的目標值(步驟112)。接著，E⑶40根據所確定的目標值控制致動器(步驟114)。此處所指的致動器是節(jié)流閥22、TCV24、燃料噴射閥30和火花塞32。
[0096]根據上述圖11所示的例程，通過使用TCV24，根據引擎轉速在通常滾動形狀與ω滾動形狀之間改變滾流形狀。通過TCV 24的這種控制，稀薄燃燒工作區(qū)域中點火時的塞附近流速可被保持在最佳點火范圍內，而不考慮引擎轉速的值。因此，可以提高稀薄燃燒工作期間空氣-燃料混合物的點火能力。
[0097]通過該實施例的滾流控制方法，與通過在不改變滾流形狀的情況下調整滾流比來控制塞附近流速的方法相比，減小了滾流比的調整量。因此，可以在不過分減弱缸內氣體的湍動(湍動對于燃燒很重要)的情況下，通過控制塞附近流速來提高點火能力。
[0098]在上述實施例1中，TCV開度被控制在第一TCV開度與第二TCV開度之間，以便根據稀薄燃燒工作區(qū)域中的引擎轉速控制具有ω滾動形狀的滾流的產生和不產生，在第一TCV開度，獲得這樣的滾流比:該滾流比大于適合于產生具有ω滾動形狀的滾流的范圍內的滾流比，在第二TCV開度，獲得適合于產生具有ω滾動形狀的滾流的范圍內的滾流比。但是，用于不產生具有ω滾動形狀的滾流的TCV開度可以是預定的TCV開度(而非第一TCV開度)，在該預定的TCV開度，獲得這樣的滾流比:該滾流比小于適合于產生具有ω滾動形狀的滾流的范圍內的滾流比。
[0099]在圖11所示的上述實施例1的控制中，通過以下方式將點火時的塞附近流速控制在最佳點火范圍:即，控制TCV開度，以便獲得與稀薄燃燒工作區(qū)域中處于目標流速范圍(最佳點火范圍)內的塞附近流速的目標值對應的目標TCV開度。除了這種控制之外，還可以執(zhí)行下面的反饋控制。因此，例如可以通過提供用于測量被施加到火花塞32上的點火線圈放電電壓的裝置，基于放電電壓測量塞附近流速。例如，也可以基于使用曲柄角傳感器42等推