(57)【要約】【課題】着火性を向上させつつ、燃焼を促進させることができる排ガス還流装置を提供する。【解決手段】内燃機関に排ガスを還流する排ガス還流装置は、還流通路６１の一部を形成するＥＧＲ配管６３、ＥＧＲガスを燃焼室１２ａの内壁に沿わせて、燃焼室１２ａにスワールを形成させるように吸気ポート２１ａにＥＧＲガスを噴出する還流通路６１の一部を形成する噴出口６２ａを有するシリンダヘッド２０、および吸気弁５１ａが吸気ポート２１ａを開弁している開弁期間中に還流通路６１を開通し、吸気弁５１ａが閉弁している閉弁期間は還流通路６１を閉塞するＥＧＲ制御弁６６ａを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁にて開閉制御される吸気通路および排気弁にて開閉制御される排気通路と接続される燃焼室を有する内燃機関に用いられ、前記燃焼室から前記排気通路を介して排出される排ガスを前記吸気通路に還流する排ガス還流装置において、
排ガスを前記吸気通路へ還流する還流通路、および前記還流通路に接続され、前記還流通路を通り前記燃焼室に流入した排ガスを前記燃焼室の内壁に沿わせて、前記燃焼室の中心軸の周囲を旋回させるように前記吸気通路に排ガスを噴出する噴出口を有する通路部材と、
前記吸気弁が前記吸気通路を開弁している開弁期間中に前記還流通路を開通し、前記吸気弁が前記吸気通路を閉弁している閉弁期間は前記還流通路を閉塞する開閉装置と、を備えることを特徴とする排ガス還流装置。
【請求項２】
前記開閉装置は、前記開弁期間における前記燃焼室への吸入空気の流入が始まる吸気開始時期から前記燃焼室への吸入空気の流入が終わる吸気終了時期までの吸気期間中に前記還流通路を開通し、前記吸気期間以外の期間は前記還流通路を閉塞することを特徴とする請求項１に記載の排ガス還流装置。
【請求項３】
前記開閉装置は、通電操作により駆動し、前記還流通路を開閉する開閉弁と、前記開閉弁への通電操作を行い前記開閉弁の開閉動作を制御する制御部とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス還流装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記吸気弁の開閉時期に関連する情報を検出する開閉時期検出手段と、前記開閉時期検出手段にて検出した開閉時期関連情報に基づいて前記吸気期間を推定する推定手段と、を有し、前記推定手段にて推定した前記吸気期間に基づき前記開閉弁の開閉動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の排ガス還流装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、前記燃焼室に供給された燃料が燃焼するときに発生するエネルギを回転力に変換するクランク軸を備えており、
前記制御部は、前記吸気弁の開閉時期に関連する情報を検出する開閉時期検出手段と、前記クランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記開閉時期関連情報、および前記クランク軸の回転速度に基づいて前記吸気期間を推定する推定手段と、を有し、前記推定手段にて推定した前記吸気期間に基づき前記開閉弁の開閉動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の排ガス還流装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、スロットル開度を変化させることにより前記吸気通路の通路断面積を変化させ、前記燃焼室に流入させる吸入空気の流量を制御するスロットルバルブを有するスロットルバルブ装置を備えており、
前記制御部は、前記吸気弁の開閉時期に関連する情報を検出する開閉時期検出手段と、前記スロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、前記開閉時期関連情報、および前記スロットルバルブのスロットル開度に基づいて前記吸気期間を推定する推定手段と、を有し、前記推定手段にて推定した前記吸気期間に基づき前記開閉弁の開閉動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の排ガス還流装置。
【請求項７】
前記内燃機関は、前記燃焼室に供給された燃料が燃焼するときに発生するエネルギを回転力に変換するクランク軸と、スロットル開度を変化させることにより前記吸気通路の通路断面積を変化させ、前記燃焼室に流入させる吸入空気の流量を制御するスロットルバルブを有するスロットルバルブ装置と、を備えており、
前記制御部は、前記吸気弁の開閉時期に関連する情報を検出する開閉時期検出手段と、前記クランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記スロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、前記開閉時期関連情報、前記クランク軸の回転速度、および前記スロットルバルブのスロットル開度に基づいて前記吸気期間を推定する推定手段と、を有し、前記推定手段にて推定した前記吸気期間に基づき前記開閉弁の開閉動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の排ガス還流装置。
【請求項８】
前記内燃機関は、前記燃焼室に供給された燃料が燃焼するときに発生するエネルギを回転力に変換するクランク軸と、回転することにより前記吸気弁を開閉駆動するカムを有し、前記クランク軸と連動して前記カムとともに回転するカム軸と、を備えており、
前記開閉時期関連情報は、前記クランク軸のクランク角度と前記カム軸のカム軸角度との回転位相差であることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の排ガス還流装置。
【請求項９】
前記内燃機関は、前記燃焼室に流入させる吸入空気の流量、または前記燃焼室での吸入空気の流れを制御する弁体を有する弁装置を前記吸気通路に備えており、
前記制御部は、前記弁体の上流側と下流側との間に発生する圧力差を検出する差圧検出手段と、検出された前記圧力差の値に基づいて前記吸気期間を推定する推定手段と、を有し、前記推定手段にて推定した前記吸気期間に基づき前記開閉弁の開閉動作を制御することを特徴とする請求項２に記載の排ガス還流装置。
【請求項１０】
前記制御部が前記還流通路を開通させるときに前記開閉弁に対して行う通電操作は、開弁と閉弁とを交互に繰り返す操作であって、開弁時間と閉弁時間との合計時間に対する開弁時間の割合を変化させる操作であることを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載の排ガス還流装置。
【請求項１１】
前記内燃機関は、前記燃焼室に流入する吸入空気の流量、または前記燃焼室での吸入空気の流れを制御する弁体を有する弁装置を前記吸気通路に備えており、
前記開閉装置は、前記弁体の上流側と下流側との間に発生する圧力差を駆動源とし、前記吸気期間に発生する前記圧力差に応じて前記還流通路を開通し、前記吸気期間以外の期間に発生する前記圧力差に応じて前記還流通路を閉塞する弁部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の排ガス還流装置。
【請求項１２】
前記開閉装置は、前記弁部を往復移動可能に収容する収容部を形成するボデーと、前記弁体の上流側の圧力を前記収容部に導入する第一導入通路と、前記弁体の下流側の圧力を前記収容部に導入する第二導入通路とを備え、
前記収容部が、前記弁部が収容されることにより前記弁部によって第一圧力室と第二圧力室とに分けられ、
前記第一導入通路は、前記第一圧力室に接続され、前記第二導入通路は、前記第二圧力室に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の排ガス還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気弁にて開閉制御される吸気通路および排気弁にて開閉制御される排気通路と接続される燃焼室を有する内燃機関に用いられ、燃焼室から排気通路を介して排出される排ガスを吸気通路に還流する排ガス還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の燃焼室が排気行程となっているときに、他の燃焼室が吸気行程となるように構成されている複数の燃焼室を有する内燃機関に用いられ、特定の燃焼室に接続されている排気通路と、他の燃焼室に接続されている吸気通路とを接続する還流通路を有する排ガス還流装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１によると、還流通路を上述のように接続しているため、排気行程に排出される排ガスが吸気行程中の接続先の吸気通路に噴出されることにより、燃焼室内に形成される燃焼室の中心軸の周囲を旋回する速度を速くする（スワールの強度を高める）ことができるとしている。
【特許文献１】特開平１０−２５２４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、内燃機関は、排気通路に排ガス浄化装置や消音機などの装置を備えているため、これら装置と燃焼室との間の排気通路内の圧力は、吸気通路内の圧力よりも常に高い。また、複数の燃焼室を備える内燃機関では、各燃焼室に接続されている排気通路は、外部に排ガスが放出されるまでに排気通路同士が集合される構造を採用している。したがって、ある特定の排気通路に接続されている燃焼室が排気行程にない場合であっても、他の排気通路に接続されている燃焼室が排気行程となっている場合がある。つまり、特定の排気通路の圧力は、他の排気通路の影響を受け、圧力が高い状態が維持される。
【０００５】
ところが、上述したように排気通路内は、常に吸気通路に比べ圧力が高い状態にあるため、上記従来技術のように排気行程の状態となっている排気通路と、吸気行程の状態となっている吸気通路とを個別に接続したとしても、吸気行程以外の行程時でも、還流通路を介して常に排ガスが吸気通路に流入することとなる。
【０００６】
常に排ガスが吸気通路に流入すると、吸気通路中の排ガスの量が多くなる。このため、吸気行程時に吸入通路から燃焼室に流入するガス中の吸入空気の割合が低くなり、着火性に悪影響を及ぼす。このため、従来技術では、着火性への影響を小さくすべく、還流通路に設けられている排ガスの還流量を制御する制御弁にて排ガス量を制限せざるを得なくなる。したがって、排気行程の状態にある排気通路内の圧力を利用して強制的に排ガスを吸気通路に還流させようとしても、制御弁にて排ガスの流量が制限されているため、吸気行程時に十分な排ガスを還流させることができない。仮に吸気行程時に大量の排ガスを還流させると、上記理由により、着火性が悪化する。
【０００７】
上記の理由により、従来技術では着火性の観点から十分な排ガスを還流させることができないので、排ガスによって燃焼室内に形成させるスワールの強度を十分に高められない。スワールの強度を高められないため、スワールによる混合気の燃焼を促進させる効果が期待できない。ゆえに、上記従来技術では、着火性を向上させつつ、燃焼を促進させることができない。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、着火性を向上させつつ、燃焼を促進させることができる排ガス還流装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、吸気弁にて開閉制御される吸気通路および排気弁にて開閉制御される排気通路と接続される燃焼室を有する内燃機関に用いられ、燃焼室から排気通路を介して排出される排ガスを吸気通路に還流する排ガス還流装置において、排ガスを吸気通路へ還流する還流通路、および還流通路に接続され、還流通路を通り燃焼室に流入した排ガスを燃焼室の内壁に沿わせて、燃焼室の中心軸の周囲を旋回させるように吸気通路に排ガスを噴出する噴出口を有する通路部材と、吸気弁が吸気通路を開弁している開弁期間中に還流通路を開通し、吸気弁が吸気通路を閉弁している閉弁期間は還流通路を閉塞する開閉装置と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
還流通路を流通する排ガスは、吸気期間中に開閉装置を通って燃焼室に流入する。燃焼室に流入した排ガスは、燃焼室の中心軸の周囲を旋回するように燃焼室の内壁に沿って流れる。これにより、吸気通路を介して燃焼室に流入する吸入空気は、この排ガスの流れによって旋回運動が付与され、燃焼室内を旋回する。排ガスは燃焼室の内壁に沿って流れるため、燃焼室の中心軸付近には、燃焼室の内壁付近に比べ、排ガスの濃度が低くなる。このため、燃焼室の中心軸近傍に点火栓が設置されている内燃機関では、混合気の着火性が向上する。
【００１１】
また、排ガス還流装置が吸気弁の開弁期間中に還流通路を開通し、閉弁している期間は還流通路を閉塞する開閉装置を有しているという構成によれば、排ガスが還流される期間が吸気弁の開弁期間に限られることとなるため、従来技術に比べ、噴出口から噴出される排ガスの単位時間当たりの量が多くなる。このため、燃焼室における排ガスの旋回速度が速く、燃焼室にて形成される排ガスによるスワールの強度が強くなり、燃焼が促進される。
【００１２】
以上のようにこの発明によれば、混合気の着火性を向上させつつ、燃焼を促進させることができる。
【００１３】
吸気弁の開弁期間中には、吸気通路内の吸入空気などの作動ガスが燃焼室に流入する吸気期間と、一旦燃焼室に流入した作動ガスが吸気通路に逆流する吹き返し期間が存在する。これら両期間は、吸気弁の開閉時期によって変化することが知られている。
【００１４】
これに対し、請求項２に記載の発明は、開閉装置は、開弁期間における燃焼室への吸入空気の流入が始まる吸気開始時期から燃焼室への吸入空気の流入が終わる吸気終了時期までの吸気期間中に還流通路を開通し、吸気期間以外の期間は還流通路を閉塞することを特徴としている。
【００１５】
この発明によれば、開閉装置は、燃焼室への吸入空気の流入が始まる吸気開始時期から燃焼室への吸入空気の流入が終わる吸気終了時期までの吸気期間中に還流通路を開通するので、噴出口から噴出された排ガスを吸気通路に滞留させることなく、確実に燃焼室に還流させることができる。なお、特許請求の範囲に記載の「吸気期間」とは、実質的に吸気通路を介して燃焼室に吸入空気や排ガスなどが流入を開始する吸気開始時期から流入が停止する吸気終了時期する期間を意味する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、開閉装置は、通電操作により駆動し、還流通路を開閉する開閉弁と、開閉弁への通電操作を行い開閉弁の開閉動作を制御する制御部とを有することを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、制御部が還流通路を開閉する開閉弁は、制御部により通電操作されることにより駆動するので、最適な時期に排ガスを吸気通路に還流させることが容易にできる。
【００１８】
特定の燃焼室の吸気期間を計測するには、吸気通路における燃焼室近傍の気流の変化を計測すればよい。しかしながら、気流の変化を計測する装置を燃焼室の近傍に設置することは非常に困難である。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、制御部は、吸気弁の開閉時期に関連する情報を検出する開閉時期検出手段と、開閉時期検出手段にて検出した開閉時期関連情報に基づいて吸気期間を推定する推定手段と、を有し、推定手段にて推定した吸気期間に基づき開閉弁の開閉動作を制御することを特徴としている。
【００２０】
吸気期間は、上述したように吸気弁の開閉時期によって変化することが知られている。この発明によれば、この吸気弁の開閉時期に関連する情報よって吸気期間を推定する推定手段を有しているため、気流の変化を計測する装置を燃焼室の近傍に設置することなく、吸気期間を容易に求めることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、内燃機関は、燃焼室に供給された燃料が燃焼するときに発生するエネルギを回転力に変換するクランク軸を備えており、制御部は、吸気弁の開閉時期に関連する情報を検出する開閉時期検出手段と、クランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、開閉時期関連情報、およびクランク軸の回転速度に基づいて吸気期間を推定する推定手段と、を有し、推定手段にて推定した吸気期間に基づき開閉弁の開閉動作を制御することを特徴としている。
【００２２】
クランク軸の回転速度が変化すると吸入行程時における燃焼室の容積の変化速度も変化する。クランク軸の回転速度が変化すると、それに応じて容積の変化速度も変化する。このため、吸気通路を通過する吸入空気、燃料、排ガスの流速が変化する。吸入空気などはある程度の質量を持っているため吸気通路を通過する吸入空気などの流速が変化すると、吸入空気などの慣性力も変化するため、上述した吹き返し期間が変化する。
【００２３】
この発明によれば、推定手段は、吸気弁の開閉時期に関連する情報に加え、クランク軸の回転速度も加味して吸気期間を推定しているため、より吸気期間の推定精度が向上する。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、内燃機関は、スロットル開度を変化させることにより吸気通路の通路断面積を変化させ、燃焼室に流入させる吸入空気の流量を制御するスロットルバルブを有するスロットルバルブ装置を備えており、制御部は、吸気弁の開閉時期に関連する情報を検出する開閉時期検出手段と、スロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、開閉時期関連情報、およびスロットルバルブのスロットル開度に基づいて吸気期間を推定する推定手段と、を有し、推定手段にて推定した吸気期間に基づき開閉弁の開閉動作を制御することを特徴としている。
【００２５】
スロットルバルブ装置を有する内燃機関では、スロットルバルブのスロットル開度によって吸気通路を流れる吸入空気の流量が変化する。上述したように吸入空気の流量が変化すると吸入空気の慣性力が変化するため、上述した吹き返し期間も変化する。
【００２６】
この発明によれば、推定手段は、吸気弁の開閉時期に関連する情報に加え、スロットル開度も加味して吸気期間を推定しているため、より吸気期間の推定精度が向上する。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、内燃機関は、燃焼室に供給された燃料が燃焼するときに発生するエネルギを回転力に変換するクランク軸と、スロットル開度を変化させることにより吸気通路の通路断面積を変化させ、燃焼室に流入させる吸入空気の流量を制御するスロットルバルブを有するスロットルバルブ装置と、を備えており、制御部は、吸気弁の開閉時期に関連する情報を検出する開閉時期検出手段と、クランク軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、スロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、開閉時期関連情報、クランク軸の回転速度、およびスロットルバルブのスロットル開度に基づいて吸気期間を推定する推定手段と、を有し、推定手段にて推定した吸気期間に基づき開閉弁の開閉動作を制御することを特徴としている。
【００２８】
この発明によれば、吸気弁の開閉時期に関連する情報に加え、吸入空気などの慣性力に影響を与えるクランク軸の回転速度やスロットルバルブのスロットル開度も加味して吸気期間を推定しているため、より吸気期間の推定精度が向上する。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、内燃機関は、燃焼室に供給された燃料が燃焼するときに発生するエネルギを回転力に変換するクランク軸と、回転することにより吸気弁を開閉駆動するカムを有し、クランク軸と連動してカムとともに回転するカム軸と、を備えており、開閉時期関連情報は、クランク軸のクランク角度とカム軸のカム軸角度との回転位相差であることを特徴としている。
【００３０】
この発明によれば、クランク軸とクランク軸に連動して回転するカム軸を備える内燃機関では、回転位相差を求めることにより吸気弁の開閉時期を容易に求めることができる。
【００３１】
吸気通路に、燃焼室に流入する吸入空気の流量、または燃焼室での吸入空気の流れを制御する弁手段を有する弁装置が設けられている内燃機関では、弁装置が流量や空気の流れを制御すると、燃焼室が吸気を行っている間、弁装置の上流側と下流側との間に圧力差が発生する。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、この事実を利用した発明であり、内燃機関は、燃焼室に流入させる吸入空気の流量、または燃焼室での吸入空気の流れを制御する弁体を有する弁装置を吸気通路に備えており、制御部は、弁体の上流側と下流側との間に発生する圧力差を検出する差圧検出手段と、検出された圧力差の値に基づいて吸気期間を推定する推定手段と、を有し、推定手段にて推定した吸気期間に基づき開閉弁の開閉動作を制御することを特徴としている。
【００３３】
この発明によれば、上記弁体の上流側および下流側の圧力差を検出する手段を有しているため、吸気期間の推定精度の精度を向上させることができる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、制御部が還流通路を開通させるときに開閉弁に対して行う通電操作は、開弁と閉弁とを交互に繰り返す操作であって、開弁時間と閉弁時間との合計時間に対する開弁時間の割合を変化させる操作であることを特徴としている。
【００３５】
この発明によれば、制御部が開弁時間と閉弁時間との合計時間に対する開弁時間の割合を変化させるように通電操作することにより、開閉弁を通過する排ガスの流量も自由に調整することができる。このため、この開閉弁一つで排ガスの還流時期と還流量を精度良く制御することができる。
【００３６】
請求項１１に記載の発明は、内燃機関は、燃焼室に流入する吸入空気の流量、または燃焼室での吸入空気の流れを制御する弁体を有する弁装置を吸気通路に備えており、開閉装置は、弁体の上流側と下流側との間に発生する圧力差を駆動源とし、吸気期間に発生する圧力差に応じて還流通路を開通し、吸気期間以外の期間に発生する圧力差に応じて還流通路を閉塞する弁部を備えていることを特徴としている。
【００３７】
この発明によれば、開閉装置は、弁体の上流側と下流側との間に発生する圧力差を駆動源とし、吸気期間に発生する圧力差に応じて還流通路を開通し、吸気期間以外の期間に発生する圧力差に応じて還流通路を閉塞する弁部を備えている。このため、弁部は、吸気期間に起こる圧力差に応じて自動的に還流通路を開閉することができる。開閉装置は上述したように動作する弁部を備えているため、各種センサからの信号などに基づいて吸気期間を推定せずとも吸気期間中に自動的に排ガスを燃焼室に還流させることができる。各種センサを必要としないため、開閉弁の構造が簡素となる。
【００３８】
請求項１２に記載の発明は、開閉装置は、弁部を往復移動可能に収容する収容部を形成するボデーと、弁体の上流側の圧力を収容部に導入する第一導入通路と、弁体の下流側の圧力を収容部に導入する第二導入通路とを備え、収容部は、弁部が収容されることにより弁部によって第一圧力室と第二圧力室とに分けられ、第一導入通路は、第一圧力室に接続され、第二導入通路は、第二圧力室に接続されていることを特徴としている。
【００３９】
この発明によれば、開閉装置が弁部の両側にそれぞれ弁体の上流側と下流側の圧力を導入するように構成されているので、請求項１１に記載されている弁部の動作を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態による排ガス還流装置６０を適用した内燃機関１（以下、単に「エンジン」という）の概略を示す概略構成図である。内燃機関１は、直列四気筒のガソリンエンジンである。図１では、一番気筒＃１から四番気筒＃４のうちの一番気筒＃１のみを図示している。図２は、図１に示すエンジン１をシリンダヘッド２０側から見た概略構成図である。
【００４１】
エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２を制御する制御装置８０とを有している。
【００４２】
エンジン本体２は、シリンダブロック１０、シリンダヘッド２０、吸気枝管３０、排気枝管４０および排ガス還流装置６０（以下、「ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置」という）等から構成されている。
【００４３】
シリンダブロック１０は、四つの筒状のシリンダ１１ａ〜ｄを有する。ここで、部位に付与される数字の後に付けられる添え字（ａ〜ｄ）は、それぞれ一番気筒＃１、二番気筒＃２、三番気筒＃３および四番気筒＃４に対応している。以下、部位または部品に付与される数字の後に付けられる添え字（ａ〜ｄ）は、それぞれ一番気筒＃１〜四番気筒＃４のものを意味する。
【００４４】
シリンダ１１ａ〜ｄの上方は開口している。シリンダブロック１０の上方には、開口したシリンダ１１ａ〜ｄを塞ぐようにシリンダヘッド２０が図示しないボルト等の締結機構により接続されている。シリンダ１１ａ〜ｄ、ピストン１４、シリンダヘッド２０によって、一番気筒＃１〜四番気筒＃４に対応する燃焼室１２ａ〜ｄが形成されている。
【００４５】
燃焼室１２ａ〜ｄには、それぞれの燃焼室１２ａ〜ｄの中心軸Ｃに沿ってシリンダ１１ａ〜ｄの内壁１３ａ〜ｄに接しながら往復移動するピストン１４が設けられている。ピストン１４は、燃焼室１２ａ〜ｄに供給された燃料が燃焼するときに発生するエネルギを受けてシリンダ１１ａ〜ｄ内を往復移動する。ピストン１４の往復運動は、コンロッド１５を介してクランク軸１６に伝達される。クランク軸１６は、ピストン１４の往復運動を回転運動に変換し、回転力を外部に出力する。
【００４６】
シリンダヘッド２０は、吸入空気、燃料、ＥＧＲ用の排ガス等からなる作動ガスを燃焼室１２ａ〜ｄに供給する吸気ポート２１ａ〜ｄおよび、燃焼室１２ａ〜ｄにて燃焼した燃焼ガスを排ガスとして外部に排出する排気ポート２５ａ〜ｄを有する。
【００４７】
吸気ポート２１ａは、一つの流路が途中で二つに枝分かれするように形成され、上流側の端部に吸気枝管３０に接続される一つの開口部２２ａを有し、下流側の端部に燃焼室１２ａと接続される二つの開口部２３ａ、２４ａを有している。他の吸気ポート２１ｂ〜ｄも、吸気ポート２１ａと同様、上流側の端部に開口部２２ｂ〜ｄを有し、下流側の端部に開口部２３ｂ〜ｄ、２４ｂ〜ｄを有している。シリンダヘッド２０には、各吸気ポート２１ａ〜ｄの開口部２３ａ〜ｄ、２４ａ〜ｄを開閉制御する吸気弁５１ａ〜ｄが設けられている。
【００４８】
各吸気弁５１ａ〜ｄは、クランク軸１６に連動して回転するカム軸５５に取付けられたカム５６によって開閉駆動され、各吸気ポート２１ａ〜ｄの各開口部２３ａ〜ｄ、２４ａ〜ｄを開閉する。
【００４９】
また、シリンダヘッド２０には、吸気弁５１ａ〜ｄの開閉時期をクランク軸１６の所定の回転角度に対して進角または遅角させるバルブタイミング調整装置５０が設けられている。
【００５０】
排気ポート２５ａは、二股に分かれていた流路が途中で一つにまとまるように形成され、上流側の端部に燃焼室１２ａと接続される二つの開口部２６ａ、２７ａを有し、下流側の端部に排気枝管４０に接続される一つの開口部２８ａを有している。他の排気ポート２５ｂ〜ｄも、排気ポート２５ａと同様、上流側の端部に開口部２６ｂ〜ｄ、２７ｂ〜ｄを有し、下流側の端部に開口部２８ｂ〜ｄを有している。シリンダヘッド２０には、各排気ポート２５ａ〜ｄの開口部２６ａ〜ｄ、２７ａ〜ｄを開閉制御する排気弁５３ａ〜ｄが設けられている。
【００５１】
各排気弁５３ａ〜ｄは、クランク軸１６に連動して回転するカム軸５７に取付けられたカム５８によって開閉駆動され、各排気ポート２５ａ〜ｄの各開口部２６ａ〜ｄ、２７ａ〜ｄを開閉する。
【００５２】
また、シリンダヘッド２０には、点火栓としての点火プラグ７０ａ〜ｄがその点火部を燃焼室１２ａ〜ｄに露出させた状態で設けられている。点火部は燃焼室１２ａ〜ｄの中心軸Ｃ付近に配置されている。点火プラグ７０ａ〜ｄは、点火部に火花を発生させることにより、燃焼室１２ａ〜ｄに供給された作動ガスに点火する。
【００５３】
そして、シリンダヘッド２０には、燃焼室１２ａ〜ｄに向かって燃料噴霧を噴射するインジェクタ７１ａ〜ｄがその噴射部を吸気ポート２１ａ〜ｄに露出させた状態で設けられている。なお、インジェクタ７１ａ〜ｄは、直接燃焼室１２ａ〜ｄに燃料噴霧を噴射すべく噴射部を燃焼室１２ａ〜ｄに露出させた状態で設けられていても良い。
【００５４】
吸気枝管３０は、シリンダヘッド２０に固定され、各吸気ポート２１ａ〜ｄに吸入空気を供給する。吸気枝管３０は、図示しないエアクリーナを通過した吸入空気が導入されるサージタンク３１および各吸気ポート２１ａ〜ｄに接続される分岐部３２ａ〜ｄを有する。サージタンク３１の上流側には、燃焼室１２ａ〜ｄに流入させる吸入空気量を調整するスロットルバルブ装置９０が設けられている。
【００５５】
スロットルバルブ装置９０は、燃焼室１２ａ〜ｄに流入させる吸入空気量を制御する。スロットルバルブ装置９０は、回転駆動することにより通路断面積を変化させるスロットルバルブ９１とスロットルバルブ９１を回転駆動する図示しない駆動部とを有する。駆動部がスロットルバルブ９１を駆動しサージタンク３１に接続される流路の流路断面積を調整している状態では、吸気弁５１ａ〜ｄが吸気ポート２１ａ〜ｄを開弁し、実質的に吸入空気および燃料噴霧が燃焼室１２ａ〜ｄに流入する間、当該バルブ９１の上流側および下流側との間に圧力差が発生する。この期間では、当該バルブ９１の下流側の圧力は上流側の圧力に比べ低くなる。
【００５６】
吸気枝管３０の各分岐部３２ａ〜ｄには、気流制御装置９２が設けられている。気流制御装置９２は、燃焼室１２ａ〜ｄに吸入空気が流入したときに、主に中心軸Ｃに沿った方向に旋回する旋回流（タンブル）を発生させるように分岐部３２ａ〜ｄを流れる吸入空気の流れを変化させる。
【００５７】
気流制御装置９２は、分岐部３２ａ〜ｄの流路の一部を塞ぐ気流制御バルブ９３ａ〜ｄと気流制御バルブ９３ａ〜ｄを駆動する図示しない駆動部とを有する。駆動部が気流制御バルブ９３ａ〜ｄを駆動し分岐部３２ａ〜ｄの流路の一部を塞いでいる状態では、吸気弁５１ａ〜ｄが吸気ポート２１ａ〜ｄを開弁し、実質的に吸入空気および燃料噴霧が燃焼室１２ａ〜ｄに流入する間、当該バルブ９３ａ〜ｄの上流側および下流側との間に圧力差が発生する。この期間では、当該バルブ９３ａ〜ｄの下流側の圧力は上流側の圧力に比べ低くなる。
【００５８】
本実施形態では、吸気ポート２１ａ〜ｄおよび吸気枝管３０が特許請求の範囲に記載の吸気通路に相当し、スロットルバルブ装置９０および気流制御装置９２が特許請求の範囲に記載の弁装置に相当する。
【００５９】
排気枝管４０は、シリンダヘッド２０に固定され、各排気ポート２５ａ〜ｄから排出される排ガスを下流側に設置されている図示しない排気処理装置に導く。排気枝管４０は、各排気ポート２５ａ〜ｄに接続される分岐部４１ａ〜ｄおよび分岐部４１ａ〜ｄを集合させる集合部４２を有する。なお、本実施形態では、排気ポート２５ａ〜ｄおよび排気枝管４０が特許請求の範囲に記載の排気通路に相当する。
【００６０】
ＥＧＲ装置６０は、排気ポート２５ａ〜ｄに排出された排ガスをＥＧＲガスとして吸気ポート２１ａ〜ｄに還流する。ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲガスを吸気ポート２１ａ〜ｄに導く還流通路６１、還流通路６１に接続され、ＥＧＲガスを吸気ポート２１ａ〜ｄに向けて噴出する噴出口６２ａ〜ｄ、および還流通路６１を所定の時期に開閉するＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄなどから構成されている。
【００６１】
本実施形態では、還流通路６１はＥＧＲ配管６３、およびシリンダヘッド２０に形成され、吸気ポート２１ａ〜ｄに接続される通路２９ａ〜ｄにて形成されている。通路２９ａ〜ｄは、それぞれの吸気ポート２１ａ〜ｄに対して一つずつ形成されている。噴出口６２ａ〜ｄは、シリンダヘッド２０に形成されている通路２９ａ〜ｄの吸気ポート２１ａ〜ｄ側の開口部である。
【００６２】
ＥＧＲ配管６３は、排気枝管４０に接続される一つの取込部６４と、取込部６４より分岐し、それぞれのＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄに接続され、取り込んだＥＧＲガスをＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄに分配する複数の分配部６５ａ〜ｄとを有し、内部に還流通路６１の一部を形成する。噴出口６２ａ〜ｄは、吸気ポート２１ａ〜ｄの二つの開口部２３ａ〜ｄ、２４ａ〜ｄのうち一方の開口部２３ａ〜ｄに向かって開口している。
【００６３】
ＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄは、上記分配部６５ａ〜ｄと通路２９ａ〜ｄとの間に設置されている。ＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄはＥＧＲガスを噴出する噴出部６７ａ〜ｄを有している。噴出部６７ａ〜ｄはそれぞれ通路２９ａ〜ｄに挿入されている。
【００６４】
ＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄは、還流通路６１を開閉する弁体（図示しない）、および通電操作することにより作動し、弁体を開閉動作させる駆動部を有している。駆動部は、通電されることにより磁力を発生するように構成された電磁駆動部である。弁体は磁性体にて形成されており、電磁駆動部にて発生した磁力により開弁または閉弁方向に移動し、還流通路６１を開閉する。電磁駆動部は、後述する制御装置（以下、ＥＣＵという）８０にて通電操作される。
【００６５】
ＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄは、ＥＧＲ配管６３を介して供給されたＥＧＲガスを噴出部６７ａ〜ｄから噴出する。噴出部６７ａ〜ｄから噴出されたＥＧＲガスは、通路２９ａ〜ｄ、噴出口６２ａ〜ｄ、および開口部２３ａ〜ｄを介して燃焼室１２ａ〜ｄに流入する。
【００６６】
そして、燃焼室１２ａ〜ｄに流入したＥＧＲガスは、中心軸Ｃの周囲を旋回するように内壁１３ａ〜ｄに沿って流れ、燃焼室１２ａ〜ｄ内にスワールを発生させる。燃焼室１２ａ〜ｄに流入した吸入空気もＥＧＲガスの流れに引きずられるように中心軸Ｃの周囲を旋回する。
【００６７】
本実施形態では、ＥＧＲ配管６３およびシリンダヘッド２０が特許請求の範囲に記載の通路部材に相当する。ＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄおよびＥＣＵ８０が特許請求の範囲に記載の開閉装置に相当する。ＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄが特許請求の範囲に記載の開閉弁に相当し、ＥＣＵ８０が特許請求の範囲に記載の制御部に相当する。
【００６８】
ＥＣＵ８０は、インジェクタ７１ａ〜ｄ、バルブタイミング調整装置５０、スロットルバルブ装置９０、気流制御装置９２、点火プラグ７０ａ〜ｄ、およびＥＧＲ装置６０などを制御する。ＥＣＵ８０は、中央演算ユニット（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを備えた周知のマイクロコンピュータと、駆動回路とを備えている。
【００６９】
ＥＣＵ８０は、図１に示すようにクランク軸１６の回転速度およびクランク角度を検出するクランクポジションセンサ８１、カム軸５５のカム軸角を検出するカムポジションセンサ８２、スロットルバルブ９１のスロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ８３などの各種センサが接続され、各種センサからの信号が入力される入力回路と、マイクロコンピュータにてＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って算出した各指令信号に応じた各駆動信号をインジェクタ７１ａ〜ｄ、バルブタイミング調整装置５０、スロットルバルブ装置９０、気流制御装置９２、点火プラグ７０ａ〜ｄ、およびＥＧＲ装置６０などへ出力する出力回路と、を有している。
【００７０】
ＥＣＵ８０は、車両の運転状態に基づいてエンジン１を制御する。ＥＣＵ８０は、例えば運転者からのトルク要求や、エンジン１の負荷状態などに基づき、目標となるエンジントルクを算出し、クランク軸１６から求められたエンジントルクが出力されるように、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ７１ａ〜ｄからの燃料噴射量、噴射時期、バルブタイミング調整装置５０による吸気弁５１ａ〜ｄの開閉時期、スロットルバルブ装置９０によるスロットルバルブ９１のスロットル開度、気流制御装置９２による気流制御バルブ９３ａ〜ｄの作動、点火プラグ７０ａ〜ｄによる点火時期、ＥＧＲ装置６０によるＥＧＲガス量、ＥＧＲガス供給時期を制御する。
【００７１】
本実施形態では、ＥＣＵ８０は、一番気筒＃１→三番気筒＃３→四番気筒＃４→二番気筒＃２の順番で各気筒＃１〜＃４の膨張行程が実施されるように各種装置５０、６０、７０ａ〜ｄ、７１ａ〜ｄ、９０、９２を制御する。
【００７２】
次に、ＥＧＲ装置６０、特にＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄについて説明する。ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ装置６０を制御する。ＥＧＲ装置６０は、既に説明したようにＥＧＲ配管６３と、ＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄとなどから構成されている。
【００７３】
ＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄは、それぞれ既に説明したように弁体と電磁駆動部を有している。電磁駆動部は、ＥＣＵ８０にて通電操作される。具体的には、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄを作動させる間、開弁と閉弁とを交互に繰り返し作動させ、開弁時間と閉弁時間との合計時間に対する開弁時間の割合を制御してＥＧＲガス量を制御する。ＥＣＵ８０は、通電時間と非通電時間との合計時間に対する通電時間の割合であるデューティ比を変化させることにより開弁時間と閉弁時間との合計時間に対する弁体の開弁時間の割合を制御する。デューティ比が０％に近づくほど開弁時間の割合が小さくなりＥＧＲガス量は少なくなり、１００％に近づくほど開弁時間の割合が大きくなりガス量が多くなる。
【００７４】
このようにＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄをデューティ比制御にて制御させることにより、ＥＣＵ８０は、ＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄのみでＥＧＲガスの供給時期と、供給するＥＧＲガス量とを制御することができる。
【００７５】
次に、ＥＧＲ装置６０の制御について説明する。図３は、ＥＧＲ装置６０の制御の内容を示すフローチャートである。
【００７６】
ステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」という。他のステップについても同様とする。）では、クランクポジションセンサ８１より入力されるクランク軸１６のクランク位置信号、カムポジションセンサ８２より入力されるカム軸５５のカム軸位置信号、スロットルポジションセンサ８３より入力されるスロットルバルブ９１のスロットルバルブ位置信号、などのエンジン運転状態信号を読み込む。
【００７７】
Ｓ２０では、読み込んだ上記エンジン運転状態信号よりクランク軸１６のクランク角度および回転速度、スロットルバルブ９１のスロットル開度、ならびにカム軸５５のカム軸角度、クランク角度に対するカム軸角度の回転位相差としての進角量などのエンジン運転状態を検出する。ここでの処理Ｓ２０が、特許請求の範囲に記載の開閉時期検出手段、回転速度検出手段、およびスロットル開度検出手段に相当する。
【００７８】
続くＳ３０では、ＥＧＲ装置６０が作動する条件を満たしているか否かを判断する。本実施形態では、エンジン負荷状態に基づいて判断する。負荷状態が中低負荷状態にあるときにＥＧＲ装置６０の作動条件が成立したと判断し、高負荷状態にあるときに非成立であると判断する。エンジン負荷状態は、Ｓ２０にて検出したエンジン運転状態および出力回路から出力される各指令信号などに基づき算出される。
【００７９】
なお、Ｓ３０では、単にエンジン負荷状態が算出できればよい。必ずしも上記エンジン運転状態や各指令値の全てを使用してエンジン負荷状態を求める必要は無い。上記エンジン運転状態、および各指令値の一部を使用して求めても良い。また、上記エンジン運転状態の他にアクセルペダルの踏み込み量を使用しても良いし、その踏み込み量と上記エンジン運転状態とを組み合わせても良い。
【００８０】
Ｓ３０にてＥＧＲ装置６０作動条件が成立したと判断するとＳ４０に進む。ＥＧＲ装置６０作動条件が非成立の場合はＳ１０に戻る。
【００８１】
Ｓ４０では、ＥＧＲガスを供給する気筒（＃１〜＃４）における吸気期間を推定する。本実施形態でいうところの吸気期間とは、実質的に吸気枝管３０および吸気ポート２１ａ〜ｄを介して各気筒＃１〜＃４の燃焼室１２ａ〜ｄに吸入空気、ＥＧＲガス、および燃料噴霧などの作動ガスが流入を開始する吸気開始時期から作動ガスの流入が停止する吸気停止時期までの期間である。
【００８２】
例えば、各気筒の吸気弁５１ａ〜ｄの開弁期間とＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄの開弁期間を示す図４に図示するがごとく、吸気弁５１ａ〜ｄが開弁している期間であっても燃焼室１２ａ〜ｄに作動ガスが流入する期間と、一旦燃焼室１２ａ〜ｄに流入した作動ガスが吸気ポート２１ａ〜ｄに逆流する吹き返し期間とが存在する。
【００８３】
吹き返し期間について、一番気筒＃１を用いて説明する。図４に示すように、この実施形態では、吸気弁５１ａの閉弁時期は、一番気筒＃１のピストン１４が上死点にある時を基準とした場合、クランク角度が１８０ｄｅｇを越えた後となっている。このように吸気弁５１ａの閉弁時期が下死点以降であると、燃焼室１２ａに流入する作動ガスが吸気ポート２１ａに戻ることがある。このような現象が吹き返しである。吹き返し期間は、主に吸気弁５１ａの開弁期間および閉弁時期、ならびにクランク軸１６の回転速度（適宜、「エンジン回転速度」という）によって変わる。
【００８４】
例えば、吸気弁５１ａの閉弁時期が下死点を越えた時期であっても、エンジン回転速度が小さい状態よりも大きい状態よりも、吹き返し期間は短くなる。これは、エンジン回転速度が低い状態にあるときピストン１４の移動速度は小さい、燃焼室１２ａに流入する作動ガスの流速も、大きい状態にあるときよりも小さくなる。作動ガスの慣性力もそれに応じて小さくなるため、ピストン１４が下死点から上死点に向かって移動することによる燃焼室１２ａの容積の減少により、作動ガスは吸気ポート２１ａに戻るからである。吸気期間は、吸気弁５１ａの開弁期間から上述の吹き返し期間を差し引いた期間となる。
【００８５】
Ｓ４０では、ＥＣＵ８０のＲＯＭに記憶された、図５に示す進角量（Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘｎ）およびスロットルバルブ９１のスロットル開度（Ｙ１、Ｙ２・・・Ｙｎ）毎のエンジン回転速度、クランク角度、吸気期間の関係を求めたマップに基づいて、上記吸気期間が推定される。ここで使用する進角量とは、所定のクランク角度に対するカム軸角度の回転位相差であり、所定のクランク角度からカム軸角度が進角側にずれているのかの程度を示している。進角量が大きければ、カム軸角度は所定のクランク角度に対して大きく進角側にずれていることを意味し、進角量の分だけ吸気弁５１ａ〜ｄの閉弁時期が遅くなる。なお、本実施形態における進角量は、特許請求の範囲に記載の開閉時期関連情報に相当する。ここでの処理Ｓ４０が、特許請求の範囲に記載の推定手段に相当する。
【００８６】
吸気弁５１ａ〜ｄのクランク角度に対する進角量毎のマップを用意するのは、バルブタイミング調整装置５０による吸気弁５１ａ〜ｄの閉弁時期の変化に対応するためである。なお、当該進角量は、クランク角度とカム軸角度との回転位相差に基づいて求めることができる。当該マップは、予め実験などで得られた結果に基づいて作成されたものである。ＥＣＵ８０は、各気筒＃１〜＃４の吸気期間を当該マップに基づいて推定する。これによれば、燃焼室１２ａ〜ｄの近傍に気流の変化を計測する装置を設けずとも容易に吸気期間を推定することができる。
【００８７】
本実施形態の吸気期間を推定するマップではエンジン回転速度を加味している。このため、エンジン回転速度の変化による作動ガスの慣性力の変化にも対応することができ、吸気期間の推定精度が向上する。
【００８８】
また、本実施形態で用いるマップでは、スロットル開度毎にもマップを用意している。このため、吸気ポート２１ａ〜ｄを通過する吸入空気量が変化することによる吸入空気の慣性力の変化にも対応することができ、吸気期間の推定精度が向上する。
【００８９】
本実施形態では、上述したように、吸気期間を推定する際にエンジン回転数およびスロットル開度の両方を加味しているため、吸気弁５１ａ〜ｄの開弁期間のみで吸気期間を推定する場合や開弁期間とエンジン回転数またはスロットル開度のいずれかを加味して吸気期間を推定する場合に比べ、吸気期間の推定精度が向上する。
【００９０】
本実施形態では、吸気弁５１ａの開弁時期がクランク角度０ｄｅｇ（ピストン１４が上死点にあるとき）である例のみを示しているが（図４を参照）、当該開弁時期がピストン１４の上死点前である場合、または当該開弁時期がピストン１４の上死点後ではあるが排気弁５３ａが開弁している状態にある場合、上述で説明した以外のところでも吹き返しの現象が生じることがある。好ましくは、この点も加味したマップを作成し、ＲＯＭに記憶し、それに基づき吸気期間を推定するのが良い。
【００９１】
続いて、Ｓ５０では、エンジン負荷状態に基づき燃焼室１２ａ〜ｄに流入させるＥＧＲガス量を定める。そして、Ｓ６０では、上記Ｓ４０およびＳ５０にて求められた吸気期間およびＥＧＲガス量の情報に基づき、対象となる吸気弁５１ａ〜ｄの吸気期間中に所定のガス量でＥＧＲガスが還流されるようにＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄの作動時間およびデューティ比を定める。
【００９２】
ＥＣＵ８０は、このようにして定めた作動時間およびデューティ比に基づきＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄを制御する。これにより、ＥＣＵ８０にて制御されたＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄは、吸気期間中に還流通路６１を開通し、当該吸気期間の吸気終了時期から次の吸気期間における吸気開始時期までの期間は閉塞することとなる。
【００９３】
この期間中にＥＧＲガスが通路２９ａ〜ｄより噴出されることにより、燃焼室１２ａ〜ｄに流入したＥＧＲガスが図２の燃焼室１２ａ〜ｄに図示する矢印のように、燃焼室１２ａ〜ｄの内壁１３ａ〜ｄに沿って流れ、燃焼室１２ａ〜ｄ内にスワールが発生する。このＥＧＲガスの流れにより、ＥＧＲガスとともに吸気ポート２１ａ〜ｄより燃焼室１２ａ〜ｄに流入する吸入空気および燃料噴霧は、ＥＧＲガスの流れによって旋回運動が付与され、燃焼室１２ａ〜ｄ内を旋回する。
【００９４】
ＥＧＲガスは燃焼室１２ａ〜ｄの内壁１３ａ〜ｄに沿って流れるため、燃焼室１２ａ〜ｄの中心軸Ｃ付近には、燃焼室１２ａ〜ｄの内壁１３ａ〜ｄ付近に比べ、ＥＧＲガスの濃度が低くなる。このように、中心軸Ｃ、つまり点火プラグ７０ａ〜ｄの近傍のＥＧＲガスの濃度が低くなるため、混合気の着火性が向上する。
【００９５】
また、本実施形態では、ＥＧＲ装置６０は、上述したようにＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄが還流通路６１を開通し、ＥＧＲガスを吸気ポート２１ａ〜ｄに還流する期間を吸気弁５１ａ〜ｄが閉弁している閉弁期間ではなく、開弁している開弁期間中に限っている。図６はクランク角度とＥＧＲガスの流量との関係を示している。このため、燃焼室１２ａ〜ｄに還流するＥＧＲガスの量を従来技術と本実施形態で同じとした場合、図６に示すように、全期間に亘ってＥＧＲガスが吸気ポートに還流されてしまう従来技術（破線を参照）と比較すると、本実施形態（実線を参照）の方が通路２９ａ〜ｄから噴出されるＥＧＲガスの単位時間当たりの量が多くなる。このため、燃焼室１２ａ〜ｄにて形成されるＥＧＲガスの旋回速度が速くなる。つまりスワールの強度が強くなる。その結果、混合気の燃焼が促進され、燃焼期間が短くなり、燃焼効率の高い燃焼が実現できる。
【００９６】
以上のように、ＥＧＲ装置６０を採用することにより、着火性を向上させつつ、燃焼を促進させることができる。
【００９７】
吸気ポート２１ａ〜ｄにＥＧＲガスが滞留する時間が長ければ長いほど、ＥＧＲガスと混合気とが均質に混ざり合う。ＥＧＲガスと混合気とが均質に混ざり合った状態で、燃焼室１２ａ〜ｄにてスワールを形成したとしても、点火プラグ７０ａ〜ｄの近傍に集まる混合気の層中のＥＧＲガスの濃度が高くなってしまう。
【００９８】
特に、本実施形態では、通路２９ａ〜ｄからＥＧＲガスを噴出する期間が、吸気弁５１ａ〜ｄの開弁期間の中でも、吸気期間に限られており、吸気期間以外の期間には噴出させていない。このため、上述したように吹き返し期間にＥＧＲガスを還流することが無くなる。このため、ＥＧＲガスを吸気ポート２１ａ〜ｄに滞留させることなく、確実に燃料室１２ａ〜ｄに還流させることができる。このため、点火プラグ７０ａ〜ｄの近傍のＥＧＲガスの濃度を極力低くすることができる。
【００９９】
加えて、このＥＧＲ装置６０によれば、点火プラグ７０ａ〜ｄの近傍のＥＧＲガスの濃度を低くすることができるため、着火性を損ねることなく、より多くのＥＧＲガスを燃焼室１２ａ〜ｄに流入させることができる。これにより、作動ガスの絶対量をより多くすることができるため、エンジン１の熱効率が向上する。
【０１００】
さらに、このＥＧＲ装置６０によれば、より多くのＥＧＲガスを燃焼室１２ａ〜ｄに流入させられるため、吸気ポート２１ａ〜ｄ内の圧力が高まり、吸入空気の燃焼室１２ａ〜ｄへの流入を妨げることとなる。そうすると、ＥＣＵ８０は、要求トルクに応じた吸入空気量を確保するため、スロットルバルブ９１のスロットル開度を大きくする制御を行うこととなる。これによれば、エンジン１のポンピングロスを低下させることができる。したがって、このＥＧＲ装置６０をエンジン１に適用することにより、機械損失を低下させることができ、エンジン１の機械効率を向上させることができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、ＥＧＲガスの吸気ポート２１ａ〜ｄへの還流をＥＣＵ８０による通電操作されることにより駆動するＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄにて制御している。これによれば、最適な時期にＥＧＲガスを吸気ポート２１ａ〜ｄへ還流させることが容易にできる。また、この実施形態によれば、還流期間を吸気期間の中で自由に変更することも可能である。また、この実施形態によれば、デューティ比を変更することにより、単位時間当たりのＥＧＲガスの還流量を自由に変更することができる。これによれば、形成するスワールの強さを自由に変更することができる。
【０１０２】
（第１実施形態の変形例）
この変形例は、気流制御装置９２を備えていない形式のエンジン１ａに第１実施形態によるＥＧＲ装置６０を適用した例である。図７は、ＥＧＲ装置６０を適用したエンジン１ａの概略を示す概略構成図である。このエンジン１も第１実施形態と同様、直列四気筒のガソリンエンジンである。この変形例のエンジン１では、スロットルバルブ装置９０が各気筒＃１〜＃４に接続される分岐部３２ａ〜ｄ毎に設けられている。図７では、一番気筒＃１のみを図示している。
【０１０３】
この変形例においても、ＥＣＵ８０は、第１実施形態の図３に示す制御フローを実行し、図５に示すマップに基づき吸気期間を推定し、その推定した吸気期間中にＥＧＲ制御弁６６ａ〜ｄの弁体の開閉動作を制御する。この実施形態によっても、燃焼室１２ａ〜ｄに形成されるスワールの強度をより強くすることができ、混合気の着火性を向上させつつ、燃焼を促進させることができる。
【０１０４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるＥＧＲ装置６０１は、第１実施形態のＥＧＲ装置６０の変形例である。第２実施形態は、第１実施形態と同様、吸気枝管３０にスロットルバルブ装置９０および気流制御装置９２を備える形式のエンジン１にＥＧＲ装置６０１を適用した実施形態である。ＥＧＲ装置６０１は、吸気期間を推定する方法がＥＧＲ装置６０と異なっている。ＥＧＲ装置６０１では、気流制御装置９２の気流制御バルブ９３ａ〜ｄの上流側と下流側との圧力差に基づき吸気期間を推定している。
【０１０５】
図８は、本発明の第２実施形態によるＥＧＲ装置６０１を適用したエンジン１の概略を示す概略構成図である。このエンジン１も第１実施形態と同様、直列四気筒のガソリンエンジンである。図８では、一番気筒＃１のみを図示している。ここでは、一番気筒＃１に関する事項のみを説明する。二番気筒＃２〜四番気筒＃４については、一番気筒＃１と構造がほぼ同じであるため、説明を省略する。
【０１０６】
吸気枝管３０の分岐部３２ａに、気流制御バルブ９３ａの上流側と下流側との圧力差を検出する差圧センサ８４が取付けられている。差圧センサ８４は、分岐部３２ａ〜ｄ毎に取付けられている。当該バルブ９３ａが分岐部３２ａにおける流路の一部を塞いでいるときであって、実質的に燃焼室１２ａに吸入空気などが流入する期間に発生する当該バルブ９３ａの上流側と下流側との間に発生する圧力差を差圧センサ８４が検出する。なお、この実施形態では、差圧センサ８４が特許請求の範囲に記載の差圧検出手段に相当する。
【０１０７】
差圧センサ８４は、センシング部８５、当該バルブ９３ａの上流側の圧力をセンシング部８５に導入する導入通路部８６、および当該バルブ９３ａの下流側の圧力をセンシング部８５に導入する導入通路部８７などから構成されている。
【０１０８】
センシング部８５は、例えば板状に形成されている起歪体、および起歪体上に設けられる歪みゲージなどから構成されている。センシング部８５は、起歪体の一方の面に導入通路部８６を介して上流側の圧力が導入され、他方の面に導入通路部８７を介して下流側の圧力が導入されるようになっている。起歪体は、これらの圧力の大きさによって撓む。起歪体が撓むことにより、歪みゲージは歪み、その歪みの程度、つまり圧力差に応じた信号を出力する。
【０１０９】
ＥＣＵ８０は、この差圧センサ８４が検出した結果に基づいて吸気期間を推定し、その推定した吸気期間中にＥＧＲ制御弁６６ａの弁体の開閉動作を制御する。この実施形態によっても、燃焼室１２ａに形成されるスワールの強度をより強くすることができ、混合気の着火性を向上させつつ、燃焼を促進させることができる。
【０１１０】
本実施形態では、吸気期間中に必ず起こる現象、つまり気流制御バルブ９３ａの上流側と下流側との間に発生する圧力差を差圧センサ８４にて直接検出し、その検出結果に基づいて吸気期間を推定しているため、吸気期間の推定精度が向上する。
【０１１１】
差圧センサ８４は上記のような形式のセンサに限らない。例えば、一対の電極間の静電容量から圧力差を検出する形式のセンサであっても良い。また、気圧を計測可能な圧力センサを上流側と下流側のそれぞれに設置し、両センサからの出力信号に基づいて圧力差を検出するようにしても良い。
【０１１２】
（第２実施形態の変形例）
この変形例は、気流制御装置９２を備えていない形式のエンジン１ａに第２実施形態によるＥＧＲ装置６０１を適用した例である。図９は、ＥＧＲ装置６０１を適用したエンジン１ａの概略を示す概略構成図である。このエンジン１ａも第１実施形態と同様、直列四気筒のガソリンエンジンである。この変形例のエンジン１ａでは、スロットルバルブ装置９０が各気筒＃１〜＃４に接続される分岐部３２ａ〜ｄ毎に設けられている。図９では、一番気筒＃１のみを図示している。ここでは、一番気筒＃１に関する事項のみを説明する。二番気筒＃２〜四番気筒＃４については、一番気筒＃１と構造がほぼ同じであるため、説明を省略する。
【０１１３】
吸気枝管３０の分岐部３２ａに、スロットルバルブ９１の上流側と下流側との圧力差を検出する差圧センサ８４が取付けられている。差圧センサ８４は、分岐部３２ａ〜ｄ毎に取付けられている。スロットルバルブ装置９０が燃焼室１２ａへの吸入空気量を調整すべく、スロットルバルブ９１を回転駆動するときの実質的に燃焼室１２ａに吸入空気などが流入する期間に発生する当該バルブ９１の上流側と下流側との間に発生する圧力差を差圧センサ８４が検出する。この実施形態に使用される差圧センサ８４は、上記第２実施形態にて説明した差圧センサ８４と同じである。
【０１１４】
この変形例においても、第２実施形態と同様、ＥＣＵ８０は、この差圧センサ８４が検出した結果に基づいて吸気期間を推定し、その推定した吸気期間中にＥＧＲ制御弁６６ａの弁体の開閉動作を制御する。この実施形態によっても、燃焼室１２ａに形成されるスワールの強度をより強くすることができ、混合気の着火性を向上させつつ、燃焼を促進させることができる。
【０１１５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるＥＧＲ装置６０２は、第１および第２実施形態のＥＧＲ装置６０、６０１の変形例である。第３実施形態は、第１、第２実施形態と同様、吸気枝管３０にスロットルバルブ装置９０および気流制御装置９２を備える形式のエンジン１にＥＧＲ装置６０２を適用した実施形態である。ＥＧＲ装置６０２は、各通路２９ａ〜ｄに接続されるＥＧＲ制御弁６６１ａ〜ｄを備えている。ＥＧＲ制御弁６６１ａ〜ｄは、それぞれ対応する気流制御装置９２の気流制御バルブ９３ａ〜ｄの上流側と下流側との間に発生する圧力差を駆動源とし、この圧力差に応じて還流通路６１を開閉する弁部１１０を有している。
【０１１６】
図１０は、本発明の第３実施形態によるＥＧＲ装置６０２を適用したエンジン１の概略を示す概略構成図である。このエンジン１も第１実施形態と同様、直列四気筒のガソリンエンジンである。図１０では、一番気筒＃１のみを図示している。ここでは、一番気筒＃１に関する事項のみを説明する。二番気筒＃２〜四番気筒＃４については、一番気筒＃１と構造がほぼ同じであるため、説明を省略する。
【０１１７】
ＥＧＲ制御弁６６１ａは、弁部１１０、弁部１１０を往復移動可能に収容する収容部１０１を有するボデー１００、収容部１０１に気流制御バルブ９３ａの上流側の圧力を導入する上流側導入通路１０８、および収容部１０１に当該バルブ９３ａの下流側の圧力を導入する下流側導入通路１０９などから構成されている。
【０１１８】
弁部１１０は、円柱状に形成されており、収容部１０１を弁部１１０の軸方向に移動できるように収容されている。弁部１１０の中央部分には、環状の凹部１１１が形成されている。
【０１１９】
収容部１０１は、弁部１１０の軸方向長さよりも長い。このため収容部１０１に弁部１１０が収容されることにより、収容部１０１が第一圧力室１０６と第二圧力室１０７に分けられる。図１０においては、弁部１１０の左側に第一圧力室１０６が形成され、弁部１１０の右側に第二圧力室１０７が形成されている。
【０１２０】
ボデー１００は、収容部１０１の他に、第一圧力室１０６と気流制御バルブ９３ａの上流側に接続された配管１１３とを接続する通路１０２、通路２９ａと第二圧力室１０７とを接続する通路１０３、ＥＧＲ配管６３が接続される開口部１０５、および弁部１１０を凹部１１１と開口部１０５とが軸方向で重なるように配置させた状態で、開口部１０５と通路１０３とを凹部１１１を介して接続する通路１０４を有している。
【０１２１】
上流側導入通路１０８は、配管１１３および通路１０２にて形成され、下流側導入通路１０９は通路２９ａおよび通路１０３にて形成されている。
【０１２２】
各通路１０２、１０３、１０４および開口部１０５は、弁部１１０が第一圧力室１０６側に移動することにより、凹部１１１よりも第二圧力室１０７側の側壁にて、開口部１０５と通路１０４との連通が遮断され、弁部１１０が第二圧力室１０７側に移動することにより、開口部１０５と通路１０４とが連通するようにボデー１００に形成されている。
【０１２３】
弁部１１０が開口部１０５と通路１０４との連通を遮断している状態で、第一圧力室１０６に、配管１１３および通路１０２を介して当該バルブ９３ａの上流側の圧力が導入され、第二圧力室１０７に通路２９ａ、通路１０３を介して当該バルブ９３ａの下流側の圧力が導入される。
【０１２４】
第二圧力室１０７に弁部１１０を第一圧力室１０６側に押圧するスプリング１１２が配置されている。
【０１２５】
このように構成されたＥＧＲ制御弁６６１ａによると、第一圧力室１０６の圧力と第二圧力室１０７の圧力との間に圧力差が発生すると、弁部１１０に第一圧力室１０６または第二圧力室１０７へ向かう推力が発生する。
【０１２６】
第一圧力室１０６の圧力よりも第二圧力室１０７の圧力が小さくなると、弁部１１０に第二圧力室１０７に向かう推力が発生する。第一圧力室１０６の圧力よりも第二圧力室１０７の圧力が大きくなると、弁部１１０に第一圧力室１０６に向かう推力が発生する。推力は両圧力室１０６、１０７間に発生する圧力差に依存する。
【０１２７】
第一圧力室１０６の圧力が第二圧力室１０７の圧力よりも小さく、そのときの圧力差が第一の値以上となり、推力がスプリング１１２の付勢力よりも大きくなると、弁部１１０は、第二圧力室１０７側に移動する。そして、凹部１１１が開口部１０５と重なると、開口部１０５と通路１０４が連通する。
【０１２８】
一方、上記圧力差が上記第一の値よりも小さい第二の値以下となり、推力がスプリング１１２の付勢力よりも小さくなると、弁部１１０は、第一圧力室１０６側に移動する。そして、弁部１１０の凹部１１１よりも第二圧力室１０７側の側面にて開口部１０５と通路１０４との連通が遮断される。
【０１２９】
なお、本実施形態では、通路１０２および配管１１３内の通路が特許請求の範囲に記載の第一導入通路に相当し、通路１０３および通路２９ａが特許請求の範囲に記載の第二導入通路であり、かつ特許請求の範囲に記載の還流通路の一部に相当する。
【０１３０】
ＥＧＲ配管６３に、ＥＧＲ配管６３を流通するＥＧＲガスの流量を制御する流量制御弁１２０が配置されている。この流量制御弁１２０はＥＣＵ８０にて制御される。
【０１３１】
また、本実施形態では、ＥＧＲガス量を流量制御弁１２０にて制御するようにしているため、開口部１０５、通路１０４、凹部１１１、およびＥＧＲ配管６３は、流量制御弁１２０が流通するＥＧＲガス量を最大に制御したとき、そのＥＧＲガス量を流通できるような寸法となっている。
【０１３２】
次に、本実施形態のＥＧＲ装置６０２の動作を、図１０、図１１を用いて説明する。ここでは、一番気筒＃１を用いて説明する。二番気筒＃２〜四番気筒＃４については、一番気筒＃１の動作とほぼ同じであるため、説明を省略する。
【０１３３】
気流制御装置９２の気流制御バルブ９３ａが分岐部３２ａの一部を塞いでいる状態で一番気筒＃１における吸気弁５１ａが開弁すると（クランク角度０ｄｅｇ）、当該バルブ９３ａの上流側と下流側との間に圧力差が発生する。
【０１３４】
圧力差が発生することにより、第一圧力室１０６と第二圧力室１０７との間にも圧力差が発生する。この圧力差が所定値以上となると、弁部１１０は、第二圧力室１０７側に移動し始める。
【０１３５】
弁部１１０が移動して、凹部１１１が開口部１０５に重なると、開口部１０５と通路１０４とが連通する。これにより、ＥＧＲ配管６３内のＥＧＲガスが通路２９ａに導かれる。そして、通路２９ａよりＥＧＲガスが噴出される。なお、本実施形態では、ＥＧＲガスの通路２９ａからのＥＧＲガス量は、流量制御弁１２０にて調整される。
【０１３６】
吸気弁５１ａが開弁している期間であっても、上述したように、ピストン１４の位置によって吹き返しが発生する（図１１参照）。吹き返しが発生すると、当該バルブ９３ａの上流側と下流側との間に発生する圧力差が小さくなる。これに伴い、第一圧力室１０６と第二圧力室１０７との間に発生する圧力差も小さくなる。
【０１３７】
圧力差が小さくなり、上記所定値未満となると、第二圧力室１０７側に移動していた弁部１１０は、第一圧力室１０６側に移動し始める。開口部１０５に重なっていた凹部１１１は、第一圧力室１０６側に移動する。その後、弁部１１０における凹部１１１よりも第二圧力室１０７側の側面が開口部１０５と重なり、開口部１０５と通路１０４との連通が遮断され、通路２９ａからのＥＧＲガスの噴出が停止する（図１１参照）。
【０１３８】
このように、本実施形態によるＥＧＲ装置６０２によってもＥＧＲガスを吸気期間中に燃焼室１２ａに流入させられる。このため、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０１３９】
また、本実施形態では、第１および第２実施形態とは異なり、ＥＣＵ８０にて吸気期間を推定し、ＥＧＲ制御弁６６１ａを電気的に動作させるという第１および第２実施形態とは異なり、気流制御バルブ９３ａの上流側と下流側との間に発生する圧力差を利用して、自動的に吸気期間のみにＥＧＲガスを燃焼室１２ａに供給するようにしている。これによれば、ＥＧＲ制御弁６６１ａを駆動するための駆動装置や吸気期間を推定するための各種センサを必要とないため、構造が簡単となる。
【０１４０】
（第３実施形態の変形例）
この変形例は、気流制御装置９２を備えていない形式のエンジン１に第３実施形態によるＥＧＲ装置６０２を適用した例である。図１２は、ＥＧＲ装置６０２を適用したエンジン１ａの概略を示す概略構成図である。このエンジン１ａも第１実施形態と同様、直列四気筒のガソリンエンジンである。この変形例のエンジン１ａでは、スロットルバルブ装置９０が各気筒＃１〜＃４に接続される分岐部３２ａ〜ｄ毎に設けられている。図１２では、一番気筒＃１のみを図示している。ここでは、一番気筒＃１に関する事項のみを説明する。二番気筒＃２〜四番気筒＃４については、一番気筒＃１と構造がほぼ同じであるため、説明を省略する。
【０１４１】
吸気枝管３０の分岐部３２ａに、スロットルバルブ９１の上流側と下流側との間に発生する圧力差を導入可能にＥＧＲ制御弁６６１ａが取付けられている。ＥＧＲ制御弁６６１ａの通路１０２に配管１１３が接続され、通路１０３に通路２９ａに接続されている。
【０１４２】
ＥＧＲ制御弁６６１ａの弁部１１０は、スロットルバルブ装置９０が燃焼室１２ａへの吸入空気量を調整すべく、スロットルバルブ９１を回転駆動するときに発生する圧力差を駆動源とし、吸気期間中に還流通路６１を開通する。
【０１４３】
この変形例においても、第３実施形態と同様、スロットルバルブ９１の上流側と下流側との間に発生する圧力差を利用して、自動的に吸気期間のみにＥＧＲガスを燃焼室１２ａに供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の第１実施形態による排ガス還流装置（ＥＧＲ装置）を適用したエンジンの概略を示す概略構成図である。
【図２】図１に示すエンジンをシリンダヘッド側から見た概略構成図である。
【図３】ＥＧＲ装置の制御の内容を示すフローチャートである。
【図４】吸気弁およびＥＧＲ制御弁の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】吸気期間を推定する際に使用する進角量およびスロットル開度毎のエンジン回転速度、クランク角度、吸気期間の関係を示すマップである。
【図６】クランク角度とＥＧＲガスの流量との関係を示すグラフである。
【図７】第１実施形態によるＥＧＲ装置を、気流制御装置を備えていない形式のエンジンに適用した場合のエンジンの概略を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるＥＧＲ装置を適用したエンジンの概略を示す概略構成図である。
【図９】第２実施形態によるＥＧＲ装置を、気流制御装置を備えていない形式のエンジンに適用した場合のエンジンの概略を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるＥＧＲ装置を適用したエンジンの概略を示す概略構成図である。
【図１１】図１０に示す実施形態の吸気弁およびＥＧＲ制御弁の動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】第３実施形態によるＥＧＲ装置を、気流制御装置を備えていない形式のエンジンに適用した場合のエンジンの概略を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１  エンジン（内燃機関）、１２ａ〜ｄ  燃焼室、１３ａ〜ｄ  内壁、１４  ピストン、１６  クランク軸、２０  シリンダヘッド（通路部材）、２１ａ〜ｄ  吸気ポート（吸気通路）、２９ａ〜ｄ  通路（還流通路）、３０  吸気枝管（吸気通路）、３２ａ〜ｄ  分岐部、５０  バルブタイミング調整装置、５１ａ〜ｄ  吸気弁、６０  排ガス還流装置、６１  還流通路、６２ａ〜ｄ  噴出口、６３  ＥＧＲ配管（通路部材）、６４  取込部、６５ａ〜ｄ  分配部、６６ａ〜ｄ  ＥＧＲ制御弁（開閉装置）、６７ａ〜ｄ  噴出部、７０  点火プラグ（点火栓）、７１  インジェクタ、８０  制御装置（制御部、開閉装置）、８１  クランクポジションセンサ、８２  カムポジションセンサ、８３  スロットルポジションセンサ、８４  差圧センサ、９０  スロットルバルブ装置（弁装置）、９１  スロットルバルブ（弁体）、９２  気流制御装置（弁装置）、９３ａ〜ｄ  気流制御バルブ（弁体）
【図１】
2010151081.tif 000003
【図２】
2010151081.tif 000004
【図３】
2010151081.tif 000005
【図４】
2010151081.tif 000006
【図５】
2010151081.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010151081.tif 000009
【図８】
2010151081.tif 000010
【図９】
2010151081.tif 000011
【図１０】
2010151081.tif 000012
【図１１】
2010151081.tif 000013
【図１２】
2010151081.tif 000014