(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並行して燃焼室に向けて延びるように形成され、互いに独立している第１および第２吸気ポートと、
前記第１吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第１内側通路と当該第１内側通路以外の部位である第１外側通路とに区画する第１隔壁と、
前記第２吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第２内側通路と当該第２内側通路以外の部位である第２外側通路とに区画する第２隔壁と、
前記第１内側通路および前記第２内側通路のうちの少なくとも一方を流れるように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１外側通路と排気通路とを接続する第１ＥＧＲ通路と、前記第２外側通路と前記排気通路とを接続する第２ＥＧＲ通路と、を含み、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路と、
前記第１内側通路を開閉する第１内側開閉弁と、
前記第１外側通路を開閉する第１外側開閉弁と、
前記第２内側通路を開閉する第２内側開閉弁と、
前記第２外側通路を開閉する第２外側開閉弁と、
内燃機関の冷間時に、前記第１外側開閉弁および前記第２外側開閉弁の開度が、前記第１内側開閉弁および前記第２内側開閉弁の開度よりも小さくなるように制御する冷間時開閉弁制御手段と、
前記冷間時に、前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行する冷間時噴射実行手段と、
前記冷間時に、前記第１ＥＧＲ通路および前記第２ＥＧＲ通路を用いて前記第１外側通路および前記第２外側通路にＥＧＲガスを導入する冷間時ＥＧＲ実行手段と、
前記第１および第２吸気ポートを開閉する吸気弁の閉じ時期を変更可能とする可変動弁機構と、
前記冷間時に、前記第１および第２吸気ポートへの吸気の吹き返しが生ずるように、前記吸気弁の閉じ時期を遅角する冷間時閉じ時期遅角手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
並行して燃焼室に向けて延びるように形成され、互いに独立している第１および第２吸気ポートと、
前記第１吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第１内側通路と当該第１内側通路以外の部位である第１外側通路とに区画する第１隔壁と、
前記第２吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第２内側通路と当該第２内側通路以外の部位である第２外側通路とに区画する第２隔壁と、
前記第１内側通路および前記第２内側通路のうちの少なくとも一方を流れるように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１外側通路と排気通路とを接続する第１ＥＧＲ通路と、前記第２外側通路と前記排気通路とを接続する第２ＥＧＲ通路と、を含み、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路と、
前記第１内側通路を開閉する第１内側開閉弁と、
前記第１外側通路を開閉する第１外側開閉弁と、
前記第２内側通路を開閉する第２内側開閉弁と、
前記第２外側通路を開閉する第２外側開閉弁と、
内燃機関の低負荷時に、前記第１外側開閉弁および前記第１内側開閉弁を全閉とし、前記第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、前記第２外側開閉弁を全開とする低負荷時開閉弁制御手段と、
前記低負荷時に、燃料が前記第２内側通路を流れるように前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行する低負荷時噴射実行手段と、
前記低負荷時に、前記第１ＥＧＲ通路は用いずに前記第２ＥＧＲ通路を用いて前記第２外側通路にＥＧＲガスを導入する低負荷時ＥＧＲ実行手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
並行して燃焼室に向けて延びるように形成され、互いに独立している第１および第２吸気ポートと、
前記第１吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第１内側通路と当該第１内側通路以外の部位である第１外側通路とに区画する第１隔壁と、
前記第２吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第２内側通路と当該第２内側通路以外の部位である第２外側通路とに区画する第２隔壁と、
前記第１内側通路および前記第２内側通路のうちの少なくとも一方を流れるように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１外側通路および前記第２外側通路のうちの少なくとも一方と排気通路とを接続し、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路と、
前記第１内側通路を開閉する第１内側開閉弁と、
前記第１外側通路を開閉する第１外側開閉弁と、
前記第２内側通路を開閉する第２内側開閉弁と、
前記第２外側通路を開閉する第２外側開閉弁と、
内燃機関の冷間始動時に、前記第１外側開閉弁および前記第１内側開閉弁を全閉とし、前記第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、前記第２外側開閉弁を全開とする冷間始動時開閉弁制御手段と、
前記冷間始動時に、燃料が前記第２内側通路を流れるように前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行する冷間始動時噴射実行手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
並行して燃焼室に向けて延びるように形成され、互いに独立し、前記燃焼室内に吸入されるガスが縦渦を発生するように構成されている第１および第２吸気ポートと、
前記第１吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第１内側通路と当該第１内側通路以外の部位である第１外側通路とに区画する第１隔壁と、
前記第２吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第２内側通路と当該第２内側通路以外の部位である第２外側通路とに区画する第２隔壁と、
前記第１内側通路および前記第２内側通路のうちの少なくとも一方を流れるように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１外側通路と排気通路とを接続する第１ＥＧＲ通路と、前記第２外側通路と前記排気通路とを接続する第２ＥＧＲ通路と、を含み、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路と、
前記第１内側通路を開閉する第１内側開閉弁と、
前記第１外側通路を開閉する第１外側開閉弁と、
前記第２内側通路を開閉する第２内側開閉弁と、
前記第２外側通路を開閉する第２外側開閉弁と、
内燃機関の機械圧縮比を可変とする可変圧縮比機構と、
前記内燃機関の高負荷時において前記内燃機関が温間状態にある場合に、前記可変圧縮比機構を用いて機械圧縮比を下げる制御を実行する高負荷温間時圧縮比制御手段と、
前記高負荷時において前記内燃機関が冷間状態にある場合に、高負荷冷間時制御を実行する高負荷冷間時制御実行手段と、
を備え、
前記高負荷冷間時制御は、前記第１内側開閉弁および前記第２内側開閉弁を全開とし、前記第１外側開閉弁および前記第２外側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、かつ、燃料が前記第１内側通路および前記第２内側通路を流れるように前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、かつ、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記第１ＥＧＲ通路および前記第２ＥＧＲ通路を用いて前記第１外側通路および前記第２外側通路にＥＧＲガスを導入する制御であることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
前記ＥＧＲ通路は、前記第１外側通路と前記排気通路とを接続する第１ＥＧＲ通路と、前記第２外側通路と前記排気通路とを接続する第２ＥＧＲ通路と、を含み、
前記内燃機関は、
前記内燃機関の中負荷時に、前記第１外側開閉弁および前記第２外側開閉弁を全開とし、前記第１内側開閉弁および前記第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整する中負荷時開閉弁制御手段と、
前記中負荷時に、燃料が前記第１内側通路および前記第２内側通路を流れるように前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行する中負荷時噴射実行手段と、
前記中負荷時に、前記第１ＥＧＲ通路および前記第２ＥＧＲ通路を用いて前記第１外側通路および前記第２外側通路にＥＧＲガスを導入する中負荷時ＥＧＲ実行手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関。
【請求項６】
前記ＥＧＲ通路は、前記第１外側通路と前記排気通路とを接続する第１ＥＧＲ通路と、前記第２外側通路と前記排気通路とを接続する第２ＥＧＲ通路と、を含み、
前記第１および第２吸気ポートは、前記燃焼室内に吸入されるガスが縦渦を発生するように構成されており、
前記内燃機関は、
前記内燃機関の高負荷時に、前記第１内側開閉弁および前記第２内側開閉弁を全開とし、前記第１外側開閉弁および前記第２外側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整する高負荷時開閉弁制御手段と、
前記高負荷時に、燃料が前記第１内側通路および前記第２内側通路を流れるように前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行する高負荷時噴射実行手段と、
前記高負荷時に、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記第１ＥＧＲ通路および前記第２ＥＧＲ通路を用いて前記第１外側通路および前記第２外側通路にＥＧＲガスを導入する高負荷時ＥＧＲ実行手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関。
【請求項７】
前記燃料噴射弁は、
前記第１内側開閉弁の直下に配置され、前記第１内側通路内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
前記第２内側開閉弁の直下に配置され、前記第２内側通路内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に係り、特に、筒内において混合気とＥＧＲガスの成層化を行う内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、第１吸気ポートと第２吸気ポートとの合流部よりも上流側の吸気通路にスワール制御弁を備え、かつ、第２吸気ポートの通路壁面に開口するＥＧＲ通路を備える内燃機関が開示されている。このスワール制御弁は、全閉時に第１吸気ポートの開口部の全体および第２吸気ポートの開口部の一部を閉塞するように構成されている。
【０００３】
上記従来の内燃機関によれば、吸入空気量が少ない低負荷側の運転域では、スワール制御弁を全閉または中間の所定位置に制御しつつ、ＥＧＲ通路を介して第２吸気ポートへのＥＧＲガスの供給が行われる。その結果、スワール制御弁によって塞がれていない第２吸気ポート側の部位を新気およびＥＧＲガスが通過することとなる。これにより、筒内に強力な吸気のスワール（横渦）を生じさせることができるので、ＥＧＲガスと新気とが層状化した状態で筒内に吸入されるようにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１４７０２１号公報
【特許文献２】実開平７−３８６６５号公報
【特許文献３】特開２０１０−７１２３０号公報
【特許文献４】特開２００９−２１５９６０号公報
【特許文献５】特開２００５−１２７２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の内燃機関の構成によれば、低負荷側の運転域においてスワール制御弁を閉弁させた場合には、第２吸気ポート内において新気とＥＧＲガスとが混合してしまう。また、上記従来の内燃機関の構成によれば、内燃機関の負荷が高くなるにつれ、吸入空気量を稼ぐためにスワール制御弁がより大きく開かれていく。その結果、第１吸気ポート側を流れる空気量が増えていくので、生成されるスワールが弱くなっていく。従って、上記従来の内燃機関の構成では、幅広い負荷領域において混合気とＥＧＲガスとが独立して成層化された筒内状態を生成することが困難である。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、幅広い負荷領域において混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することのできる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、内燃機関であって、
並行して燃焼室に向けて延びるように形成され、互いに独立している第１および第２吸気ポートと、
前記第１吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第１内側通路と当該第１内側通路以外の部位である第１外側通路とに区画する第１隔壁と、
前記第２吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第２内側通路と当該第２内側通路以外の部位である第２外側通路とに区画する第２隔壁と、
前記第１内側通路および前記第２内側通路のうちの少なくとも一方を流れるように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１外側通路と排気通路とを接続する第１ＥＧＲ通路と、前記第２外側通路と前記排気通路とを接続する第２ＥＧＲ通路と、を含み、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路と、
前記第１内側通路を開閉する第１内側開閉弁と、
前記第１外側通路を開閉する第１外側開閉弁と、
前記第２内側通路を開閉する第２内側開閉弁と、
前記第２外側通路を開閉する第２外側開閉弁と、
内燃機関の冷間時に、前記第１外側開閉弁および前記第２外側開閉弁の開度が、前記第１内側開閉弁および前記第２内側開閉弁の開度よりも小さくなるように制御する冷間時開閉弁制御手段と、
前記冷間時に、前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行する冷間時噴射実行手段と、
前記冷間時に、前記第１ＥＧＲ通路および前記第２ＥＧＲ通路を用いて前記第１外側通路および前記第２外側通路にＥＧＲガスを導入する冷間時ＥＧＲ実行手段と、
前記第１および第２吸気ポートを開閉する吸気弁の閉じ時期を変更可能とする可変動弁機構と、
前記冷間時に、前記第１および第２吸気ポートへの吸気の吹き返しが生ずるように、前記吸気弁の閉じ時期を遅角する冷間時閉じ時期遅角手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、内燃機関であって、
並行して燃焼室に向けて延びるように形成され、互いに独立している第１および第２吸気ポートと、
前記第１吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第１内側通路と当該第１内側通路以外の部位である第１外側通路とに区画する第１隔壁と、
前記第２吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第２内側通路と当該第２内側通路以外の部位である第２外側通路とに区画する第２隔壁と、
前記第１内側通路および前記第２内側通路のうちの少なくとも一方を流れるように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１外側通路と排気通路とを接続する第１ＥＧＲ通路と、前記第２外側通路と前記排気通路とを接続する第２ＥＧＲ通路と、を含み、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路と、
前記第１内側通路を開閉する第１内側開閉弁と、
前記第１外側通路を開閉する第１外側開閉弁と、
前記第２内側通路を開閉する第２内側開閉弁と、
前記第２外側通路を開閉する第２外側開閉弁と、
内燃機関の低負荷時に、前記第１外側開閉弁および前記第１内側開閉弁を全閉とし、前記第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、前記第２外側開閉弁を全開とする低負荷時開閉弁制御手段と、
前記低負荷時に、燃料が前記第２内側通路を流れるように前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行する低負荷時噴射実行手段と、
前記低負荷時に、前記第１ＥＧＲ通路は用いずに前記第２ＥＧＲ通路を用いて前記第２外側通路にＥＧＲガスを導入する低負荷時ＥＧＲ実行手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記ＥＧＲ通路は、前記第１外側通路と前記排気通路とを接続する第１ＥＧＲ通路と、前記第２外側通路と前記排気通路とを接続する第２ＥＧＲ通路と、を含み、
前記内燃機関は、
前記内燃機関の中負荷時に、前記第１外側開閉弁および前記第２外側開閉弁を全開とし、前記第１内側開閉弁および前記第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整する中負荷時開閉弁制御手段と、
前記中負荷時に、燃料が前記第１内側通路および前記第２内側通路を流れるように前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行する中負荷時噴射実行手段と、
前記中負荷時に、前記第１ＥＧＲ通路および前記第２ＥＧＲ通路を用いて前記第１外側通路および前記第２外側通路にＥＧＲガスを導入する中負荷時ＥＧＲ実行手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記ＥＧＲ通路は、前記第１外側通路と前記排気通路とを接続する第１ＥＧＲ通路と、前記第２外側通路と前記排気通路とを接続する第２ＥＧＲ通路と、を含み、
前記第１および第２吸気ポートは、前記燃焼室内に吸入されるガスが縦渦を発生するように構成されており、
前記内燃機関は、
前記内燃機関の高負荷時に、前記第１内側開閉弁および前記第２内側開閉弁を全開とし、前記第１外側開閉弁および前記第２外側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整する高負荷時開閉弁制御手段と、
前記高負荷時に、燃料が前記第１内側通路および前記第２内側通路を流れるように前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行する高負荷時噴射実行手段と、
前記高負荷時に、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記第１ＥＧＲ通路および前記第２ＥＧＲ通路を用いて前記第１外側通路および前記第２外側通路にＥＧＲガスを導入する高負荷時ＥＧＲ実行手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明は、内燃機関であって、
並行して燃焼室に向けて延びるように形成され、互いに独立している第１および第２吸気ポートと、
前記第１吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第１内側通路と当該第１内側通路以外の部位である第１外側通路とに区画する第１隔壁と、
前記第２吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第２内側通路と当該第２内側通路以外の部位である第２外側通路とに区画する第２隔壁と、
前記第１内側通路および前記第２内側通路のうちの少なくとも一方を流れるように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１外側通路および前記第２外側通路のうちの少なくとも一方と排気通路とを接続し、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路と、
前記第１内側通路を開閉する第１内側開閉弁と、
前記第１外側通路を開閉する第１外側開閉弁と、
前記第２内側通路を開閉する第２内側開閉弁と、
前記第２外側通路を開閉する第２外側開閉弁と、
内燃機関の冷間始動時に、前記第１外側開閉弁および前記第１内側開閉弁を全閉とし、前記第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、前記第２外側開閉弁を全開とする冷間始動時開閉弁制御手段と、
前記冷間始動時に、燃料が前記第２内側通路を流れるように前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行する冷間始動時噴射実行手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、内燃機関であって、
並行して燃焼室に向けて延びるように形成され、互いに独立し、前記燃焼室内に吸入されるガスが縦渦を発生するように構成されている第１および第２吸気ポートと、
前記第１吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第１内側通路と当該第１内側通路以外の部位である第１外側通路とに区画する第１隔壁と、
前記第２吸気ポートの内部を、前記第１および第２吸気ポートが対向し合う側に位置する第２内側通路と当該第２内側通路以外の部位である第２外側通路とに区画する第２隔壁と、
前記第１内側通路および前記第２内側通路のうちの少なくとも一方を流れるように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１外側通路と排気通路とを接続する第１ＥＧＲ通路と、前記第２外側通路と前記排気通路とを接続する第２ＥＧＲ通路と、を含み、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路と、
前記第１内側通路を開閉する第１内側開閉弁と、
前記第１外側通路を開閉する第１外側開閉弁と、
前記第２内側通路を開閉する第２内側開閉弁と、
前記第２外側通路を開閉する第２外側開閉弁と、
内燃機関の機械圧縮比を可変とする可変圧縮比機構と、
前記内燃機関の高負荷時において前記内燃機関が温間状態にある場合に、前記可変圧縮比機構を用いて機械圧縮比を下げる制御を実行する高負荷温間時圧縮比制御手段と、
前記高負荷時において前記内燃機関が冷間状態にある場合に、高負荷冷間時制御を実行する高負荷冷間時制御実行手段と、
を備え、
前記高負荷冷間時制御は、前記第１内側開閉弁および前記第２内側開閉弁を全開とし、前記第１外側開閉弁および前記第２外側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、かつ、燃料が前記第１内側通路および前記第２内側通路を流れるように前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、かつ、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記第１ＥＧＲ通路および前記第２ＥＧＲ通路を用いて前記第１外側通路および前記第２外側通路にＥＧＲガスを導入する制御であることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記燃料噴射弁は、
前記第１内側開閉弁の直下に配置され、前記第１内側通路内に燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
前記第２内側開閉弁の直下に配置され、前記第２内側通路内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、低負荷時には、例えば、第１外側開閉弁および第１内側開閉弁を全閉とし、第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、第２外側開閉弁を全開とし、かつ、燃料が第２内側通路を流れるように燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、かつ、第２外側通路にＥＧＲガスを導入することにより、筒内の中央に空気と燃料との混合気層が形成され、かつ、混合気層の外周にＥＧＲガス層が形成されるという理想的な形態で、混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することができる。また、上記低負荷時よりも負荷が高い状況では、例えば、第１外側開閉弁および第２外側開閉弁を全開とし、第１内側開閉弁および第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、かつ、燃料が第１内側通路および第２内側通路を流れるように燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、かつ、第１外側通路および第２外側通路の少なくとも一方にＥＧＲガスを導入することにより、筒内の中央に混合気層を形成し、かつ、混合気層の外側の一方もしくは双方にＥＧＲガス層を形成することができる。このように、本発明によれば、幅広い負荷領域において混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することが可能となる。そして、本発明によれば、第１および第２吸気ポートに吹き返されるガス中の高温のＥＧＲガスの割合を大きくすることができるので、吹き返されるＥＧＲガスによって吸気弁や吸気ポート壁の温度上昇を促進させることができる。
【００１７】
第２の発明によれば、低負荷時には、例えば、第１外側開閉弁および第１内側開閉弁を全閉とし、第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、第２外側開閉弁を全開とし、かつ、燃料が第２内側通路を流れるように燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、かつ、第２外側通路にＥＧＲガスを導入することにより、筒内の中央に空気と燃料との混合気層が形成され、かつ、混合気層の外周にＥＧＲガス層が形成されるという理想的な形態で、混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することができる。また、上記低負荷時よりも負荷が高い状況では、例えば、第１外側開閉弁および第２外側開閉弁を全開とし、第１内側開閉弁および第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、かつ、燃料が第１内側通路および第２内側通路を流れるように燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、かつ、第１外側通路および第２外側通路の少なくとも一方にＥＧＲガスを導入することにより、筒内の中央に混合気層を形成し、かつ、混合気層の外側の一方もしくは双方にＥＧＲガス層を形成することができる。このように、本発明によれば、幅広い負荷領域において混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することが可能となる。そして、本発明によれば、低負荷時に、筒内の中央に空気と燃料との混合気層が形成され、かつ、混合気層の外周にＥＧＲガス層が形成されるという理想的な形態で、混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することができる。
【００１８】
第５の発明によれば、中負荷時に、筒内の中央に混合気層を形成し、かつ、混合気層の両側にＥＧＲガス層を形成することができる。
【００１９】
第６の発明によれば、高負荷時に、第１および第２内側通路からの混合気の流れによって強いタンブル流が生成されるため、筒内において空気と燃料とＥＧＲガスとのミキシングを促進することができる。これにより、空気、燃料およびＥＧＲガスの均質混合気を筒内に生成するとともに、ノッキングを抑制することができる。
【００２０】
第３の発明によれば、低負荷時には、例えば、第１外側開閉弁および第１内側開閉弁を全閉とし、第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、第２外側開閉弁を全開とし、かつ、燃料が第２内側通路を流れるように燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、かつ、第２外側通路にＥＧＲガスを導入することにより、筒内の中央に空気と燃料との混合気層が形成され、かつ、混合気層の外周にＥＧＲガス層が形成されるという理想的な形態で、混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することができる。また、上記低負荷時よりも負荷が高い状況では、例えば、第１外側開閉弁および第２外側開閉弁を全開とし、第１内側開閉弁および第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、かつ、燃料が第１内側通路および第２内側通路を流れるように燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、かつ、第１外側通路および第２外側通路の少なくとも一方にＥＧＲガスを導入することにより、筒内の中央に混合気層を形成し、かつ、混合気層の外側の一方もしくは双方にＥＧＲガス層を形成することができる。このように、本発明によれば、幅広い負荷領域において混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することが可能となる。そして、本発明によれば、冷間始動時に、筒内の中央に混合気層を形成し、かつ、混合気層の外周に空気層を形成することができる。そして、例えば、筒内全体の空燃比としてはストイキよりもリーンな値となるように燃料噴射量を制御し、かつ点火時期を圧縮上死点後の時期に遅角することによって、排気通路に配置される触媒への投入エネルギーを高めるようにすることで、触媒を効果的に暖機することが可能となる。
【００２１】
第４の発明によれば、低負荷時には、例えば、第１外側開閉弁および第１内側開閉弁を全閉とし、第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、第２外側開閉弁を全開とし、かつ、燃料が第２内側通路を流れるように燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、かつ、第２外側通路にＥＧＲガスを導入することにより、筒内の中央に空気と燃料との混合気層が形成され、かつ、混合気層の外周にＥＧＲガス層が形成されるという理想的な形態で、混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することができる。また、上記低負荷時よりも負荷が高い状況では、例えば、第１外側開閉弁および第２外側開閉弁を全開とし、第１内側開閉弁および第２内側開閉弁の開度を要求空気量に応じて調整し、かつ、燃料が第１内側通路および第２内側通路を流れるように燃料噴射弁を用いて燃料噴射を実行し、かつ、第１外側通路および第２外側通路の少なくとも一方にＥＧＲガスを導入することにより、筒内の中央に混合気層を形成し、かつ、混合気層の外側の一方もしくは双方にＥＧＲガス層を形成することができる。このように、本発明によれば、幅広い負荷領域において混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することが可能となる。そして、本発明によれば、高負荷かつ冷間時において、上記高負荷冷間時制御を実行することにより、機械圧縮比を下げる制御を実施した場合と比べて、高タンブル化による燃焼速度の向上によって、燃焼温度を高めつつノッキングを抑制することができる。これにより、シリンダ壁温度が上昇させることができるので、内燃機関を効果的に暖機できるようになる。
【００２２】
第７の発明によれば、第１または第２内側開閉弁を半開き状態で制御している場合に、第１または第２内側開閉弁の下流に生ずる減圧領域に向けて燃料を噴射することが可能となる。このため、そのような場合に、噴射された燃料の気化を促進させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す内燃機関の各気筒の第１および第２吸気ポート周辺の構成を説明するための図である。
【図３】第１および第２開閉弁の具体的な構成を説明するための図である。
【図４】第１および第２開閉弁の具体的な構成を説明するための図である。
【図５】図２に示す燃料噴射弁の詳細な設定を説明するための図である。
【図６】内燃機関の低負荷時の制御Ａおよび本制御Ａの実行時の動作を説明するための図である。
【図７】図６に示す低負荷時よりも負荷の高い中負荷時の制御Ｂおよび本制御Ｂの実行時の動作を説明するための図である。
【図８】図７に示す中負荷時よりも更に負荷の高い高負荷時（過給時を含む）の制御Ｃおよび本制御Ｃの実行時の動作を説明するための図である。
【図９】図１乃至図４に示すハードウェア構成を用いた冷間始動時の触媒暖機制御Ｄを説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１１】負荷に応じて低負荷時の制御と中負荷時の制御とを切り替えることの利点を説明するために用いる図である。
【図１２】内燃機関の冷間時のバルブおよびポート壁の温度上昇制御Ｅを説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１４】可変圧縮比機構を備える内燃機関における暖機制御Ｆを説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
【００２５】
吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが設置されている。コンプレッサ２０ａは、排気通路１４に配置されたタービン２０ｂと連結軸を介して一体的に連結されている。
【００２６】
コンプレッサ２０ａの下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。各気筒の吸気ポート２６、２８（図２および３参照）には、ポート内に燃料を噴射するための燃料噴射弁３０がそれぞれ設けられている。尚、吸気ポート２６、２８に対する燃料噴射弁３０（３０ａ、３０ｂ）の詳細な配置については、図２および３を参照して後述する。
【００２７】
また、内燃機関１０は、吸気ポート２６、２８および排気ポート３２（図３参照）を開閉するための吸気弁３４（図２、３参照）および排気弁３６（図３参照）をそれぞれ備えている。吸気弁３４は、吸気可変動弁機構３８により駆動される。ここでは、吸気可変動弁機構３８は、吸気弁３４の閉じ時期を変更可能な機構であるものとする。このような可変動弁機構３８を実現する具体的な構成は、特に限定されるものではないが、例えば、吸気弁３４の作用角およびリフト量を連続的に変更可能な機械式の機構や、クランクシャフト４０の回転位相に対する吸気カムシャフト（図示省略）の回転位相を変更することで、吸気弁３４の開閉時期を変更可能な位相可変機構（ＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構）（図示省略）を用いることができる。
【００２８】
また、内燃機関１０は、タービン２０ｂよりも上流側の排気通路１４とスロットルバルブ２４よりも下流側の吸気通路１２とを接続するＥＧＲ通路４２を備えている。より具体的には、ＥＧＲ通路４２は、ＥＧＲクーラ４４の下流において分岐し、各気筒の吸気ポート２６および２８のそれぞれに接続されている。ＥＧＲ通路４２の途中には、ＥＧＲ通路４２を通る排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するためのＥＧＲクーラ４４が設けられている。ＥＧＲ通路４２における吸気側の各接続口の近傍には、各吸気ポート２６、２８に向けて分岐した後のＥＧＲ通路４２を開閉するためのＥＧＲ弁４６がそれぞれ設けられている。これらのＥＧＲ弁４６の開度を全閉位置および全開位置を含めて変えることにより、各気筒の吸気ポート２６および２８へのＥＧＲガスの導入の有無および導入されるＥＧＲガス量を調整することができる。尚、各吸気ポート２６、２８に対するＥＧＲ通路４２（４２ａ、４２ｂ）およびＥＧＲ弁４６（４６ａ、４６ｂ）の詳細な配置については、図２を参照して後述する。
【００２９】
また、図１に示すように、タービン２０ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための触媒４８が配置されている。更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ１８に加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ５２、内燃機関１０の冷却水温度（以下、単に、「水温」と称することがある）を検出するための水温センサ５４、および車両のアクセルペダルの開度を検出するためのアクセル開度センサ５６等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁３０、吸気可変動弁機構３８に加え、点火プラグ５８（図３参照）、吸気の流れを制御するための第１および第２開閉弁（気流制御弁）６０および６２（図２乃至図４参照）、並びに内燃機関１０の機械圧縮比を変更可能とする可変圧縮比機構６４等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。尚、可変圧縮比機構６４を実現する具体的な構成は、特に限定されるものではないが、例えば、クランクケースに対してシリンダブロックをシリンダ長手方向に移動させることによりシリンダ長を変化させる機構を用いることができる。
【００３０】
図２は、図１に示す内燃機関１０の各気筒の吸気ポート２６、２８周辺の構成を説明するための図である。図２に示すように、第１吸気ポート２６と第２吸気ポート２８とは、互いに独立したポートとして、並行して燃焼室６６に向けて延びるように形成されている。ここでは、これらの吸気ポート２６、２８の形状は、筒内で吸気がタンブル（縦渦）を発生するように設定されているものとする。
【００３１】
第１吸気ポート２６の内部には、第１吸気ポート２６の内部を、第１吸気ポート２６と第２吸気ポート２８とが対向し合う側（内側）に位置する第１内側通路２６ａと、当該第１内側通路２６ａ以外の部位である第１外側通路２６ｂとに区画する第１隔壁６８ａが設けられている。また、第２吸気ポート２８の内部にも、同様に、第２吸気ポート２８の内部を、第１吸気ポート２６と第２吸気ポート２８とが対向し合う側（内側）に位置する第２内側通路２８ａと、当該第２内側通路２８ａ以外の部位である第２外側通路２８ｂとに区画する第２隔壁６８ｂが設けられている。
【００３２】
また、図２に示すように、上述した燃料噴射弁３０は、第１内側通路２６ａ内に燃料を噴射可能な第１燃料噴射弁３０ａと、第２内側通路２８ａ内に燃料を噴射可能な第２燃料噴射弁３０ｂとからなる。更に、図１に示す分岐後のＥＧＲ通路４２は、第１外側通路２６ｂに接続される第１ＥＧＲ通路４２ａと、第２外側通路２８ｂに接続される第２ＥＧＲ通路４２ｂとからなる。まだ、第１ＥＧＲ通路４２ａの途中には、第１ＥＧＲ弁４６ａが設置されており、第２ＥＧＲ通路４２ｂの途中には、第２ＥＧＲ弁４６ｂが設置されている。
【００３３】
また、上記隔壁６８ａ、６８ｂの長さは、吸気弁３４が閉じている期間中に、ＥＧＲ通路４２ａまたは４２ｂから導入されるＥＧＲガスが外側通路２６ｂまたは２８ｂから内側通路２６ａまたは２８ａに少し流れ込む程度の長さに設定されている。その理由は、ＥＧＲ制御の実行時に外側通路２６ｂまたは２８ｂから筒内に吸入されるガスをＥＧＲガスのみにするためである。また、このような設定によれば、内側通路２６ａ（または２８ａ）から外側通路２６ｂ（または２８ｂ）への空気の移動を抑制することができる。これにより、筒内全体の空燃比を理論空燃比（ストイキ）に制御する場合に、内側通路２６ａ、２８ａから燃焼室６６の中央（点火プラグ５８の近傍）に供給される混合気が予定よりもリッチとなることによって未燃ＨＣやＣＯの排出量が増加するのを防止することができる。
【００３４】
更に、上述した開閉弁６０、６２は、図２に示すように、各吸気ポート２６、２８の各通路２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの上流端にそれぞれ配置され、各通路２６ａ等の開口面積を可変とする開閉弁である。より具体的には、開閉弁６０、６２は、第１内側通路２６ａを開閉する第１内側開閉弁６０ａと、第１外側通路２６ｂを開閉する第１外側開閉弁６０ｂと、第２内側通路２８ａを開閉する第２内側開閉弁６２ａと、第２外側通路２８ｂを開閉する第２外側開閉弁６２ｂとからなる。更に付け加えると、内側開閉弁６０ａ、６２ａは、内側通路２６ａ、２８ａ内において、燃料噴射弁３０ａ、３０ｂの直ぐ上流に設置されている。
【００３５】
図３および図４は、開閉弁６０、６２の具体的な構成を説明するための図である。開閉弁６０、６２は、より具体的には、図３に示すように気流制御ユニット７０として構成されている。図４（Ａ）は、図３中の気流制御ユニット７０の拡大図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す気流制御ユニット７０を吸気の下流側から見た図である。
【００３６】
図４（Ｂ）に示すように、気流制御ユニット７０は、各開閉弁６０ａ、６０ｂ、６２ａ、６２ｂに対してステッピングモータ７２を個別に備えている。ステッピングモータ７２の出力軸に固定された第１歯車７４は、駆動チェーン７６を介して、各開閉弁６０ａ等の作動軸７８に固定された第２歯車８０と連動して回転するように構成されている。各ステッピングモータ７２は、ＥＣＵ５０に接続されている。このような構成によれば、任意のステッピングモータ７２の回転角度を制御することにより、任意の開閉弁６０ａ等の開度を連続的に可変することができる。
【００３７】
図５は、図２に示す燃料噴射弁３０ａ、３０ｂの詳細な設定を説明するための図である。図５に示すように、開閉弁６０ａ、６２ａの開度が半開き状態に制御されていると、燃料噴射弁３０ａ、３０ｂが配置されている開閉弁６０ａ、６２ａの直下には、周囲よりも圧力の低い減圧領域が生ずることとなる。本実施形態では、燃料噴射弁３０ａ、３０ｂの各噴孔は、このような減圧領域に燃料を噴射できるように設定されているものとする。このような構成によれば、開閉弁６０ａ、６２ａの開度が半開き状態に制御されている状況下において、上記減圧領域に燃料を噴射することによって、噴射された燃料の気化を促進することができる。
【００３８】
［実施の形態１の制御］
燃費向上やＮＯｘ排出量の低減を図るための１つの方策として、大量のＥＧＲガスを筒内に導入することが挙げられる。そして、大量のＥＧＲガスの導入下において安定した燃焼を確保するためには、幅広い負荷領域において、空気と燃料との混合気と、ＥＧＲガスとを独立して成層化できることが望まれる。その一方で、高負荷時のノッキング抑制のためには、本実施形態の吸気ポート２６、２８のように強いタンブル流を筒内に生成可能な吸気ポートを備えることが好ましい。しかしながら、特に高タンブル型の内燃機関では、筒内において混合気とＥＧＲガスとのミキシングが促進されるため、混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することが難しいという問題がある。
【００３９】
そこで、本実施形態では、幅広い負荷領域において混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化させるために、以上説明したハードウェア構成を利用して、以下のような制御（混合気とＥＧＲガスとの成層化については、後述する低負荷時および中負荷時の制御Ａ、Ｂが該当）を実行することにした。
【００４０】
（低負荷時の制御Ａ）
図６は、内燃機関１０の低負荷時の制御Ａおよび本制御Ａの実行時の動作を説明するための図である。本実施形態では、図６に示すように、低負荷時には、第１吸気ポート２６側の第１内側開閉弁６０ａおよび第１外側開閉弁６０ｂはそれぞれ全閉に制御される。第２内側開閉弁６２ａの開度は半開き状態で内燃機関１０の要求空気量に応じて調整される。第２外側開閉弁６２ｂは全開に制御される。
【００４１】
また、低負荷時には、第１吸気ポート２６側の第１燃料噴射弁３０ａは用いずに第２吸気ポート２８側の第２燃料噴射弁３０ｂのみを用いた燃料噴射が実行される。この場合の燃料噴射は、吸気弁３４が開いている状態で吸気行程中のピストンの下降と同期して実行される態様の噴射（いわゆる、吸気同期噴射）が用いられ、上記減圧領域に向けて燃料が噴射される。
【００４２】
更に、低負荷時には、第１吸気ポート２６側の第１ＥＧＲ通路４２ａは用いずに第２吸気ポート２８側の第２ＥＧＲ通路４２ｂのみを用いて、第２ＥＧＲ弁４６ｂの開度調整によってＥＧＲガスを筒内に供給するＥＧＲ制御が実行される。
【００４３】
以上の低負荷時の制御Ａによれば、吸気弁３４の閉弁期間中に、第２外側通路２８ｂ内にＥＧＲガスが満たされることになる。そして、吸気行程において吸気弁３４が開かれた場合には、全開とされていることにより第２内側通路２８ａに比して開口面積の大きい第２外側通路２８ｂからの吸気流が主流となる。その結果、図６（Ａ）に示すように、第２外側通路２８ｂから筒内に吸入されるＥＧＲガスによって、シリンダ側壁に沿って強いスワール流が生成されるようになる。
【００４４】
一方、第２外側通路２８ｂよりも中央寄り（内側）に位置し、かつ、第２外側通路２８ｂに比して開口面積の小さい第２内側通路２８ａからは、図６（Ａ）に示すように、第２外側通路２８ｂを用いて生成される上記の強いスワール流の中心部分に、空気（新気）と燃料との混合気が第２外側通路２８ｂからのＥＧＲガスよりも弱い勢いで供給されるようになる。このため、シリンダ側壁の周辺部には、筒内ガスが圧縮される過程において上記の強いスワール流によりＥＧＲガス層が維持される。
【００４５】
その結果、低負荷時の制御Ａによれば、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、燃焼室６６の中央に空気と燃料との混合気層が形成され、かつ、混合気層の外周にＥＧＲガス層が形成されるという理想的な混合気とＥＧＲガスの成層化を実現することができる。このようにして実現された成層化によって、燃費（熱効率）向上等のために低負荷時に大量のＥＧＲガスが導入される場合において、燃焼を良好に安定させることができる。
【００４６】
（中負荷時の制御Ｂ）
図７は、図６に示す低負荷時よりも負荷の高い中負荷時の制御Ｂおよび本制御Ｂの実行時の動作を説明するための図である。本実施形態では、図７に示すように、中負荷時には、第１外側開閉弁６０ｂおよび第２外側開閉弁６２ｂはそれぞれ全開に制御される。第１内側開閉弁６０ａおよび第２内側開閉弁６２ａの開度はそれぞれ半開き状態で要求空気量に応じて調整される。
【００４７】
また、中負荷時には、第１燃料噴射弁３０ａおよび第２燃料噴射弁３０ｂの双方を用いて、吸気同期噴射により上記減圧領域に向けた燃料噴射が実行される。更に、中負荷時には、第１ＥＧＲ通路４２ａおよび第２ＥＧＲ通路４２ｂの双方を用いて、第１ＥＧＲ弁４６ａおよび第２ＥＧＲ弁４６ｂの開度を適宜調整することによってＥＧＲガスを筒内に供給するＥＧＲ制御が実行される。
【００４８】
以上の中負荷時の制御Ｂによれば、吸気弁３４の閉弁期間中に、第１外側通路２６ｂおよび第２外側通路２８ｂ内にＥＧＲガスが満たされることになる。そして、吸気行程において吸気弁３４が開かれた場合には、全開とされていることにより内側通路２６ａ、２８ａに比して開口面積の大きい外側通路２６ｂ、２８ｂからの吸気流が主流となる。これらの外側通路２６ｂ、２８ｂからの流れは、図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、筒内におけるシリンダ側壁に近い部位に吸入される。しかしながら、この部位には、筒内の中央部位とは異なり、大きなタンブル流を生成するために十分な空間がないため、大きなタンブル流が生成されることはなく、低流動のＥＧＲガス層が形成されることになる。
【００４９】
一方、内側（中央寄り）の内側通路２６ａ、２８ａからの混合気は、空間の大きな筒内の中央部位に吸入される。しかしながら、内側通路２６ａ、２８ａの開口面積は内側開閉弁６０ａ、６０ｂによって比較的小さくなるように制御されているので、内側通路２６ａ、２８ａからの流れには、十分な流量がなく、このため、これらの内側通路２６ａ、２８ａからの流れによってタンブル流の主流が生成されることはない。その結果、外側通路２６ｂ、２８ｂからの流れによって形成された低流動の２つのＥＧＲガス層の間に、低流動の混合気層が形成されることになる。
【００５０】
以上のように、中負荷時の制御Ｂが適用された場合の筒内は、低流動状態となり、図７（Ｃ）に示すように、筒内の中央に混合気層が形成され、かつ、混合気層の両側にＥＧＲガス層が形成される。そして、筒内ガスが圧縮される過程において、このように混合気とＥＧＲガスとが成層化された状態が維持される。このような中負荷時の制御Ｂによれば、片側の吸気ポート２８のみを利用する低負荷時の制御Ａによっては要求空気量を満たせなくなる中負荷時において、低負荷時の制御Ａと同じハードウェアを用いた本制御Ｂのみで、混合気とＥＧＲガスの成層化により燃焼を良好に安定させることができる。このため、中負荷時においても、燃焼悪化を抑制しつつ、大量のＥＧＲガスの導入により熱効率を向上させることができる。
【００５１】
（高負荷時（過給時を含む）の制御Ｃ）
図８は、図７に示す中負荷時よりも更に負荷の高い高負荷時（過給時を含む）の制御Ｃおよび本制御Ｃの実行時の動作を説明するための図である。本実施形態では、図８に示すように、高負荷時には、第１内側開閉弁６０ａおよび第２内側開閉弁６２ａはそれぞれ全開に制御される。第１外側開閉弁６０ｂおよび第２外側開閉弁６２ｂの開度は、それぞれ、全閉を基本として吸入空気量が不足する場合にのみ要求空気量に応じて調整される。
【００５２】
また、高負荷時には、第１燃料噴射弁３０ａおよび第２燃料噴射弁３０ｂの双方を用いて、吸気同期噴射により燃料噴射が実行される。更に、高負荷時には、第１ＥＧＲ弁４６ａおよび第２ＥＧＲ弁４６ｂの開度を運転条件に応じて（全閉を含めて）適宜調整することによって第１ＥＧＲ通路４２ａおよび第２ＥＧＲ通路４２ｂの双方を用いたＥＧＲ制御が実行される。
【００５３】
以上の高負荷時の制御Ｃによれば、吸気行程において吸気弁３４が開かれた場合には、全開とされていることにより外側通路２６ｂ、２８ｂに比して開口面積の大きい内側通路２６ａ、２８ａからの吸気の流量が多くなり、この吸気流が主流となる。これらの内側通路２６ａ、２８ａからの流れは、図８（Ａ）に示すように、筒内の中央部位に吸入される。この中央部位には、その周囲に比して大きなタンブル流を生成するために十分な空間があるため、図８（Ｂ）に示すように、大きなタンブル流が生成されることになる。
【００５４】
一方、外側通路２６ｂ、２８ｂからは、外側開閉弁６０ｂ、６２ｂの開度調整に応じた量のガス（より具体的には、ＥＧＲ通路４２ａ、４２ｂからＥＧＲガスが導入されない場合には空気（新気）、ＥＧＲガスが導入される場合には空気およびＥＧＲガス）が筒内に吸入される。既述したように、この場合の外側開閉弁６０ｂ、外側開閉弁６２ｂの開度は、それぞれ、全閉を基本として吸入空気量が不足する場合にのみ要求空気量に応じて調整されるものであるため、これらの外側通路２６ｂ、２８ｂからの流れには、十分な流量がない。
【００５５】
以上のように、高負荷時の制御Ｃが適用された場合の筒内には、内側通路２６ａ、２８ａからの混合気の流れによって強いタンブル流が生成されるため、図８（Ｂ）に示すように、筒内において空気と燃料とＥＧＲガスとのミキシングが促進される。このため、図８（Ｃ）に示すように、圧縮上死点付近において、筒内にＥＧＲガスをも含めた均質な混合気が生成されるようになる。このような高負荷時の制御Ｃによれば、中負荷時の制御Ｂによっては要求空気量を満たせなくなる高負荷時および過給時において、低負荷時および中負荷時の制御Ａ、Ｂと同じハードウェアを用いた制御Ｃのみでタンブル流を強化することにより、空気、燃料およびＥＧＲガスの均質混合気を筒内に生成するとともに、ノッキングを抑制することができる。
【００５６】
（冷間始動時の触媒暖機制御Ｄ）
図９は、図１乃至図４に示すハードウェア構成を用いた冷間始動時の触媒暖機制御Ｄを説明するための図である。本実施形態では、図９に示すように、冷間始動時には、第１吸気ポート２６側の第１内側開閉弁６０ａおよび第１外側開閉弁６０ｂはそれぞれ全閉に制御される。第２内側開閉弁６２ａの開度は全閉以外の開度で内燃機関１０の要求空気量に応じて調整される。第２外側開閉弁６２ｂは全開に制御される。
【００５７】
また、冷間始動時には、第１吸気ポート２６側の第１燃料噴射弁３０ａは用いずに第２吸気ポート２８側の第２燃料噴射弁３０ｂのみを用いた燃料噴射が実行される。この場合の燃料噴射は、吸気同期噴射を用いて、上記減圧領域に向けて燃料が噴射される。尚、冷間始動時には、ＥＧＲ通路４２ａ、ＥＧＲ通路４２ｂを用いたＥＧＲ制御は実行されない。
【００５８】
以上の冷間始動時の触媒暖機制御Ｄによれば、吸気行程において吸気弁３４が開かれた場合には、全開とされていることにより第２内側通路２８ａに比して開口面積の大きい第２外側通路２８ｂからの吸気流が主流となる。その結果、図９（Ａ）に示すように、第２外側通路２８ｂから筒内に吸入される空気（新気）によって、シリンダ側壁に沿って強いスワール流が生成されるようになる。
【００５９】
一方、第２外側通路２８ｂよりも中央寄りに位置し、かつ、第２外側通路２８ｂに比して開口面積の小さい第２内側通路２８ａからは、図９（Ａ）に示すように、第２外側通路２８ｂを用いて生成される上記の強いスワール流の中心部分に、空気（新気）と燃料との混合気が第２外側通路２８ｂからの空気よりも弱い勢いで供給されるようになる。このため、シリンダ側壁の周辺部には、筒内ガスが圧縮される過程において上記の強いスワール流により空気層が維持される。
【００６０】
その結果、冷間始動時の触媒暖機制御Ｄによれば、図９（Ａ）および（Ｂ）に示すように、燃焼室６６の中央に空気と燃料との混合気層が形成され、かつ、混合気層の外周に空気層が形成されるという状態で筒内ガスの成層化を実現することができる。このように、本制御Ｄによれば、各吸気ポート２６、２８にそれぞれ燃料噴射弁３０ａ、３０ｂを備える構成の内燃機関１０において、点火プラグ５８の近傍に濃い混合気を集めて成層混合気を形成することができる。そのうえで、冷間始動時の上記制御Ｄでは、筒内全体の空燃比としては、ストイキよりもリーンな値となるように燃料噴射量を制御しつつ、点火時期を圧縮上死点後の時期に遅角することにより、触媒４８への投入エネルギーを高めるようにしている。これにより、冷間始動時において、触媒４８を良好に暖機することができる。
【００６１】
（実施の形態１における具体的処理）
図１０は、以上説明した本実施形態１の制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
図１０に示すルーチンでは、先ず、エンジン冷却水温度等に基づいて、内燃機関１０の冷間始動時であるか否かが判定される（ステップ１００）。
【００６２】
上記ステップ１００において冷間始動時ではないと判定された場合には、吸入空気量等に基づき取得される負荷率が第１所定値ＫＬ１以下であるか否かに基づいて、内燃機関１０の低負荷時であるか否かが判定される（ステップ１０２）。その結果、低負荷時であると判定された場合には、図６を参照して上述した低負荷時の制御Ａが実行される（ステップ１０４）。
【００６３】
一方、上記ステップ１０２において低負荷時ではないと判定された場合には、次いで、現在の負荷率が第２所定値ＫＬ２（＞上記第１所定値ＫＬ１）以下であるか否かに基づいて、低負荷時よりも負荷率の高い中負荷時であるか否かが判定される（ステップ１０６）。その結果、中負荷時であると判定された場合には、図７を参照して上述した中負荷時の制御Ｂが実行される（ステップ１０８）。
【００６４】
一方、上記ステップ１０６において中負荷時ではない（現在の負荷率が上記第２所定値ＫＬ２よりも高い）と判定された場合には、負荷時よりも負荷率の高い高負荷時もしくは過給時であると判断することができる。この場合には、図８を参照して上述した高負荷時の制御Ｃが実行される（ステップ１１０）。
【００６５】
一方、上記ステップ１００において冷間始動時であると判定された場合には、図９を参照して上述した冷間始動時の触媒暖機制御Ｄが実行される（ステップ１１２）。
【００６６】
以上説明したように、図１乃至図４に示すハードウェア構成を有する本実施形態の内燃機関１０によれば、図６を参照して説明した低負荷時の制御Ａと、図７を参照して説明した中負荷時の制御Ｂとを負荷に応じて選択することにより、２通りの態様で混合気とＥＧＲガスとの成層化を実現することができる。このように、上記ハードウェア構成によれば、高タンブル型の内燃機関１０において、幅広い負荷領域で混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することが可能となる。
【００６７】
次に、負荷に応じて低負荷時の制御Ａと中負荷時の制御Ｂとを切り替えることの利点について説明する。図１１は、その説明のために用いる図であり、より具体的には、中負荷域において、低負荷時の制御Ａを用いることが適切ではない理由を説明するためのものである。
【００６８】
中負荷時の制御Ｂによれば、要求空気量に応じて第１内側開閉弁６０ａおよび第２内側開閉弁６２ａの開度を調整することにより、低負荷時および中負荷時の何れにおいても混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することが可能である。その一方で、低負荷時には、低負荷時の制御Ａを用いることによって強いスワール流を筒内に生成することで、混合気とＥＧＲガスとを理想的に成層化することが可能である。
【００６９】
ここで、要求空気量の少ない低負荷時であれば、２つの吸気ポート２６、２８のうちの一方のみを利用しただけでも、必要な空気量を筒内に供給可能である。しかしながら、要求空気量が増えてくると、２つの吸気ポート２６、２８のうちの一方のみを利用しただけでは、必要な空気量を筒内に供給できなくなってくる。このような場合に、上述した本実施形態の制御とは異なり、低負荷時の制御Ａを継続しようとすると、第１内側開閉弁６０ａを開き、かつ、第１燃料噴射弁３０ａによる燃料噴射を行うことにより、第１内側通路２６ａからも空気と燃料を供給することが必要になってくる。
【００７０】
その結果、図１１（Ａ）に示すように、第１内側通路２６ａからの吸気流によって、第２外側通路２８ｂから筒内に導入されたＥＧＲガスのスワール流が弱められてしまい、スワール比の低下を招くこととなる。このため、図１１（Ｂ）に示すように、上記図６（Ｂ）に示す本実施形態の成層混合気分布と比べて、混合気層とＥＧＲガス層の分布が変化してしまう。より具体的には、スワール比の低下によって、第２外側通路２８ｂからのＥＧＲガスがシリンダ側壁に沿って１周できなくなり、図１１（Ｂ）に示すように、点火プラグ５８の近傍（燃焼室６６の中央）にＥＧＲガスと混合気との境界が近づくこととなる。これにより、着火が不安定となってしまう。また、本実施形態の燃料噴射弁３０ａ、３０ｂのように２つの吸気ポートの双方に燃料噴射弁を個別に備えた構成でなくても、外側から導入されるＥＧＲガス流量に対して中央に導入される混合気の流量が大きくなってくればスワール比が低下するので、上記境界の移動に起因する着火性に関する問題が同様に発生することとなる。
【００７１】
これに対し、本実施形態では、既述したように負荷に応じて低負荷時の制御Ａと中負荷時の制御Ｂとを切り替えたことにより、上記図１１を参照して説明した着火性に関する問題を回避しつつ、幅広い負荷領域で混合気とＥＧＲガスとを独立して成層化することが可能となる。
【００７２】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「低負荷時開閉弁制御手段」、「低負荷時噴射実行手段」および「低負荷時ＥＧＲ実行手段」がそれぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０８の処理を実行することにより、前記第５の発明における「中負荷時開閉弁制御手段」、「中負荷時噴射実行手段」および「中負荷時ＥＧＲ実行手段」がそれぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ１１０の処理を実行することにより、前記第６の発明における「高負荷時開閉弁制御手段」、「高負荷時噴射実行手段」および「高負荷時ＥＧＲ実行手段」がそれぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ１１２の処理を実行することにより、前記第３の発明における「冷間始動時開閉弁制御手段」および「冷間始動時噴射実行手段」がそれぞれ実現されている。
【００７３】
実施の形態２．
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１乃至図４に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に図１０に示すルーチンに代えて後述の図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００７４】
［実施の形態２の制御］
（冷間時のバルブおよびポート壁の温度上昇制御Ｅ）
図１２は、内燃機関１０の冷間時のバルブおよびポート壁の温度上昇制御Ｅを説明するための図である。
本実施形態のシステムは、図１乃至図４に示すハードウェア構成を用いて、低負荷域から中負荷域においてエンジン冷却水温度が所定値以下となる冷間時に、吸気弁３４や吸気ポート２６、２８の壁面の温度を上昇させるための制御Ｅを行う点に特徴を有している。
【００７５】
より具体的には、本実施形態では、冷間時に、中負荷時の制御Ｂと同様に、第１外側開閉弁６０ｂおよび第２外側開閉弁６２ｂはそれぞれ全開に制御される。第１内側開閉弁６０ａおよび第２内側開閉弁６２ａの開度はこれらの一方が全閉となる場合も含めて要求空気量に応じて調整される。また、第１燃料噴射弁３０ａおよび第２燃料噴射弁３０ｂのうちの少なくとも一方を用いた燃料噴射が実行される。更に、第１ＥＧＲ弁４６ａおよび第２ＥＧＲ弁４６ｂの開度を運転条件に応じて適宜調整することによって第１ＥＧＲ通路４２ａおよび第２ＥＧＲ通路４２ｂの双方を用いたＥＧＲ制御が実行される。更に、吸気可変動弁機構３８を用いて、第１および第２吸気ポート２６、２８への吸気の吹き返しが生ずるように、吸気弁３４の閉じ時期が遅角される。
【００７６】
（実施の形態２における具体的処理）
図１３は、以上説明した本実施形態２の制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
図１３に示すルーチンでは、先ず、エンジン冷却水温度が所定値以下であるか否かの判断に基づいて、内燃機関１０の冷間時であるか否かが判定される（ステップ２００）。
【００７７】
上記ステップ２００において冷間時であると判定された場合には、次いで、現在の負荷率を既述した所定値ＫＬ１、ＫＬ２と比較した結果に基づいて、低負荷時または中負荷時の何れであるか否かが判定される（ステップ２０２）。その結果、低負荷時または中負荷時であると判定された場合には、図１２を参照して上述した冷間時のバルブおよびポート壁の温度上昇制御Ｅが実行される（ステップ２０４）。
【００７８】
以上説明した本実施形態の冷間時のバルブおよびポート壁の温度上昇制御Ｅによれば、外側開閉弁６０ｂ、６２ｂの開度よりも内側開閉弁６０ａ、６０ｂの開度が小さく制御されるので、吸気弁３４の遅閉じの作用によって吸気下死点後に筒内のガスが吸気ポート２６、２８に戻る際に、内側通路２６ａ、２８ａ内の圧力（背圧）が高くなる。このため、内側通路２６ａ、２８ａに向けて筒内のガスが戻りにくくなる一方、相対的に背圧の低い外側通路２６ｂ、２８ｂには比較的ガスが戻り易くなる。本制御Ｅの実行時の各開閉弁６０ａの制御は、既述した中負荷時の制御Ｂと同じであるので、図１２（Ａ）に示すように、筒内の中央に混合気層が形成されるとともに、その両側にＥＧＲガス層が形成される。従って、本制御Ｅが実行されると、吸気下死点後においてピストンが上昇する際に、内側通路２６ａ、２８ａに戻される混合気量に対して、外側通路２６ｂ、２８ｂに戻されるＥＧＲガス量の割合が大きくなる。
【００７９】
上記のように、本制御Ｅによれば、混合気に比して高温のＥＧＲガスが吸気弁３４の遅閉じ制御によって吸気ポート２６、２８に多く戻されることになるので、冷間時において、ガスが通過する吸気弁３４付近や吸気ポート２６、２８の壁面（隔壁６８ａ、６８ｂを含む）の温度を効果的に上昇させることができる。これにより、冷間時において、吸気弁３４や吸気ポート２６、２８に付着する燃料量を減らすことができるとともに、その付着燃料量の変動に起因する燃焼のサイクル変動を抑制することができる。
【００８０】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「冷間時開閉弁制御手段」、「冷間時噴射実行手段」、「冷間時ＥＧＲ実行手段」および「冷間時閉じ時期遅角手段」がそれぞれ実現されている。
【００８１】
実施の形態３．
次に、図１４および図１５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、図１乃至図４に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に図１０に示すルーチンに代えて後述の図１５に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００８２】
［実施の形態３の制御］
（可変圧縮比機構付き内燃機関における暖機制御Ｆ）
図１４は、可変圧縮比機構６４を備える内燃機関１０における暖機制御Ｆを説明するための図である。
上記図１に示すように、内燃機関１０は、機械圧縮比を変更可能とする可変圧縮比機構６４を備えている。このため、高負荷時には、このような可変圧縮比機構６４を利用して機械圧縮比を下げることにより、ノッキングを抑制することが可能である。本実施形態のシステムでは、冷間時における暖機促進のために、エンジン冷却水温度が所定値以下であるか否か（すなわち、冷間時であるか或いは温間時であるか）に応じて、高負荷時におけるノッキング抑制のための制御を異ならせている。
【００８３】
具体的には、図１４に示すように、始動後の水温が所定値以下の状況においては、高負荷時であっても、ノッキング抑制のために可変圧縮比機構６４を用いて機械圧縮比を下げる制御を行わずに、図８を参照して上述した高負荷時の制御Ｃを暖機制御Ｆとして実行するようにし、これにより、高タンブル化を図るようにした。その一方で、水温が上記所定値よりも高い場合（図１４では、水温が上記所定値に所定のヒステリシス分を加えた値よりも高くなった場合）には、高タンブル化のための暖機制御Ｆを止めて、可変圧縮比機構６４を用いて機械圧縮比を下げる制御を実行するようにした。
【００８４】
（実施の形態３における具体的処理）
図１５は、以上説明した本実施形態３の制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
図１５に示すルーチンでは、先ず、現在の負荷率が例えば上記第２所定値ＫＬ２よりも高いか否かの判断に基づいて、高負荷時であるか否かが判定される（ステップ３００）。その結果、高負荷時であると判定された場合には、次いで、上記ステップ２００と同様の処理によって冷間時であるか或いは温間時であるかが判定される（ステップ３０２）。
【００８５】
上記ステップ３０２において冷間時であると判定された場合には、次いで、高タンブル化のために、図８を参照して上述した高負荷時の制御と同様の制御内容の暖機制御Ｆが実行される（ステップ３０４）。一方、上記ステップ３０２において温間時であると判定された場合には、可変圧縮比機構６４を用いて機械圧縮比を下げる制御が実行される（ステップ３０６）。
【００８６】
以上説明した本実施形態の制御によれば、温間時には、可変圧縮比機構６４を用いた低圧縮比化によってノッキング抑制を図ることができる。そして、冷間時には、高タンブル化のために暖機制御Ｆを実行することにより、燃焼速度の向上によるノッキング抑制を図ることができる。ここで、機械圧縮比を下げる制御を実施してノッキングを抑制するよりも、高タンブル化を図れる暖機制御Ｆを実施して燃焼速度の向上によってノッキングを抑制した方が、燃焼温度が高くなり、シリンダ壁温度が上昇する。このため、内燃機関１０を効果的に暖機できるようになる。
【００８７】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより前記第４の発明における「高負荷温間時圧縮比制御手段」が、上記ステップ３０４の処理を実行することにより前記第４の発明における「高負荷冷間時制御実行手段」が、それぞれ実現されている。また、上記暖機制御Ｆが前記第４の発明における「高負荷冷間時制御」に相当している。
【００８８】
ところで、上述した実施の形態１乃至３においては、吸気ポート２６、２８毎に個別に燃料噴射弁３０ａ、３０ｂを備える内燃機関１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における燃料噴射弁は、必ずしも上記構成のものに限定されるものではなく、第１内側通路および第２内側通路のうちの少なくとも一方を流れるように燃料を噴射するものであればよい。
【００８９】
また、上述した実施の形態１乃至３においては、各外側通路２６ｂ、２８ｂの双方に対してＥＧＲ通路４２ａ、４２ｂが接続された構成を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明におけるＥＧＲ通路は、必ずしも上記構成のものに限定されるものではなく、第１外側通路および第２外側通路の何れか一方に接続されたものであってもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１８  エアフローメータ
２０  ターボ過給機
２０ａ  コンプレッサ
２０ｂ  タービン
２４  スロットルバルブ
２６  第１吸気ポート
２６ａ  第１内側通路
２６ｂ  第１外側通路
２８  第２吸気ポート
２８ａ  第２内側通路
２８ｂ  第２外側通路
３０ａ  第１燃料噴射弁
３０ｂ  燃料噴射弁
３２  排気ポート
３４  吸気弁
３６  排気弁
３８  吸気可変動弁機構
４２ａ  第１ＥＧＲ通路
４２ｂ  第２ＥＧＲ通路
４６ａ  第１ＥＧＲ弁
４６ｂ  第２ＥＧＲ弁
４８  触媒
５０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５４  水温センサ
６０  第１開閉弁
６０ａ  第１内側開閉弁
６０ｂ  第１外側開閉弁
６２ａ  第２内側開閉弁
６２ｂ  第２外側開閉弁
６４  可変圧縮比機構
６６  燃焼室
６８ａ  第１隔壁
６８ｂ  第２隔壁
７０  気流制御ユニット
【図１】
0005589763.tif 000002
【図２】
0005589763.tif 000003
【図３】
0005589763.tif 000004
【図４】
0005589763.tif 000005
【図５】
0005589763.tif 000006
【図６】
0005589763.tif 000007
【図７】
0005589763.tif 000008
【図８】
0005589763.tif 000009
【図９】
0005589763.tif 000010
【図１０】
0005589763.tif 000011
【図１１】
0005589763.tif 000012
【図１２】
0005589763.tif 000013
【図１３】
0005589763.tif 000014
【図１４】
0005589763.tif 000015
【図１５】
0005589763.tif 000016