(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃焼室を形成する機関本体と、
前記燃焼室から排出された排気の少なくとも一部をＥＧＲガスとして前記燃焼室へ吸入される吸気へ戻す排気還流部と、
前記排気還流部を経由して戻されるＥＧＲガスの濃度が低い吸気が流れる低ＥＧＲ吸気通路部と、
前記低ＥＧＲ吸気通路部を流れる吸気に比較して、戻されるＥＧＲガスの濃度が高い吸気が流れる高ＥＧＲ吸気通路部と、
一方の端部が前記低ＥＧＲ吸気通路部に接続し、他方の端部が複数の前記燃焼室にそれぞれ接続し、前記燃焼室へ流出した吸気が前記燃焼室を形成する前記機関本体の壁面に沿って流れる第一通路部と、
一方の端部が前記低ＥＧＲ吸気通路部および前記高ＥＧＲ吸気通路部に接続し、他方の端部が複数の前記燃焼室にそれぞれ接続し、前記燃焼室へ流出した吸気が前記燃焼室の中心軸に沿った流れを形成する第二通路部と、
前記第二通路部の接続先を前記低ＥＧＲ吸気通路部または前記高ＥＧＲ吸気通路部に切り替える切替手段と、
前記機関本体の運転条件に応じて前記切替手段の駆動を制御する切替制御手段と、
前記高ＥＧＲ吸気通路と前記低ＥＧＲ吸気通路部とを接続する接続通路部と、
前記機関本体の運転条件に応じて前記燃焼室へ吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を目標ＥＧＲガスの濃度として算出する目標濃度算出手段と、
前記燃焼室に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を実濃度として検出する実濃度検出手段と、
前記排気還流部を経由して前記低ＥＧＲ吸気通路部または前記高ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を制御する排気還流制御手段と、を備え、
前記排気還流制御手段は、前記実濃度検出手段で検出した前記実濃度が前記目標濃度算出手段で算出した前記目標濃度よりも大きいとき、前記排気還流部を経由して前記低ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を減らすとともに、
前記排気還流制御手段で前記排気還流部を経由して前記低ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を減らしても前記実濃度が前記目標濃度よりも大きいとき、
前記切替制御手段は、前記切替手段を駆動して、前記第二通路部の接続先を前記低ＥＧＲ吸気通路部へ切り替える内燃機関。
【請求項２】
前記切替制御手段は、前記切替手段を駆動して、前記高ＥＧＲ吸気通路を流れるＥＧＲガスの濃度が高い吸気に先立って、前記低ＥＧＲ吸気通路部を流れるＥＧＲガスの濃度が低い吸気を前記第二通路部から前記燃焼室へ供給する請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
複数の燃焼室を形成する機関本体と、
前記燃焼室から排出された排気の少なくとも一部をＥＧＲガスとして前記燃焼室へ吸入される吸気へ戻す排気還流部と、
前記排気還流部を経由して戻されるＥＧＲガスの濃度が低い吸気が流れる低ＥＧＲ吸気通路部と、
前記低ＥＧＲ吸気通路部を流れる吸気に比較して、戻されるＥＧＲガスの濃度が高い吸気が流れる高ＥＧＲ吸気通路部と、
一方の端部が前記低ＥＧＲ吸気通路部に接続し、他方の端部が複数の前記燃焼室にそれぞれ接続し、前記燃焼室へ流出した吸気が前記燃焼室を形成する前記機関本体の壁面に沿って流れる第一通路部と、
一方の端部が前記低ＥＧＲ吸気通路部および前記高ＥＧＲ吸気通路部に接続し、他方の端部が複数の前記燃焼室にそれぞれ接続し、前記燃焼室へ流出した吸気が前記燃焼室の中心軸に沿った流れを形成する第二通路部と、
前記第二通路部の接続先を前記低ＥＧＲ吸気通路部または前記高ＥＧＲ吸気通路部に切り替える切替手段と、
前記機関本体の運転条件に応じて前記切替手段の駆動を制御する切替制御手段と、
前記高ＥＧＲ吸気通路と前記低ＥＧＲ吸気通路部とを接続する接続通路部と、
前記機関本体の運転条件に応じて前記燃焼室へ吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を目標ＥＧＲガスの濃度として算出する目標濃度算出手段と、
前記燃焼室に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を実濃度として検出する実濃度検出手段と、
前記排気還流部を経由して前記低ＥＧＲ吸気通路部または前記高ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を制御する排気還流制御手段と、を備え、
前記排気還流制御手段は、前記実濃度検出手段で検出した前記実濃度が前記目標濃度算出手段で算出した前記目標濃度よりも大きいとき、前記排気還流部を経由して前記低ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を減らすとともに、
前記排気還流制御手段で前記排気還流部を経由して前記低ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を減らしても前記実濃度が前記目標濃度よりも大きいとき、
前記排気還流制御手段は、前記排気還流部を経由して前記高ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を減らすとともに、前記低ＥＧＲ吸気通路部から前記接続通路部を経由して前記高ＥＧＲ吸気通路部へＥＧＲガスの濃度が低い吸気を導入する内燃機関。
【請求項４】
前記切替制御手段は、前記切替手段を駆動して、前記高ＥＧＲ吸気通路を流れるＥＧＲガスの濃度が高い吸気に先立って、前記低ＥＧＲ吸気通路部を流れるＥＧＲガスの濃度が低い吸気を前記第二通路部から前記燃焼室へ供給する請求項３記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）を行う内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば内燃機関の排気や窒素など、燃料の燃焼に寄与しない不活性ガスを内燃機関の燃焼室へ供給することにより、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの生成を抑制することが知られている。このような内燃機関として、特許文献１は、燃焼室に二つのポートを接続している。特許文献１の場合、このポートの一方から燃焼室へ排気を含まない新鮮な新気を供給するとともに、ポートの他方から燃焼室へ新気とともに排気を供給している。これにより、特許文献１では、燃焼室において新気の領域と排気を含む吸気の領域とを形成している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の場合、燃焼室には、新気と排気を含む吸気とが同時に流入する。そのため、流入した新気と排気を含む吸気とは、燃焼室において混合し、燃焼室の全体で均質化するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３０５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、燃焼室におけるＥＧＲガスの濃度が高い吸気とＥＧＲガスの濃度が低い吸気との混合を低減し、成層化を促進する内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１から４のいずれか記載の発明では、切替手段は、燃焼室に接続する第二通路部の接続先を低ＥＧＲ吸気通路部または高ＥＧＲ吸気通路部に切り替える。ここで、低ＥＧＲ吸気通路部は、排気還流部を経由して戻されるＥＧＲガスの濃度が低い吸気が流れる。また、高ＥＧＲ吸気通路は、排気還流部を経由して戻されるＥＧＲガスの濃度が低ＥＧＲ吸気通路部よりも高い吸気が流れる。さらに、第一通路部から燃焼室に流入した吸気は、燃焼室を形成する機関本体の壁面に沿った流れを形成する。一方、第二通路部から燃焼室に流入した吸気は、燃焼室の中心軸に沿った流れを形成する。この構成において、機関本体の運転条件に応じて切替手段で第二通路部の接続先を低ＥＧＲ吸気通路部または高ＥＧＲ吸気通路部に切り替えることにより、第一通路部から燃焼室へ流入した吸気と第二通路部から燃焼室へ流入した吸気との混合は低減される。すなわち、第一通路部および第二通路部から流入した吸気は、互いに燃焼室において性質の異なる流れを形成し、互いの混合が低減される。また、第二通路部の接続先を切替手段で切り替えることにより、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気は第二通路部から燃焼室へ流入する時期が制御される。そのため、燃焼室における吸気の流れに応じてＥＧＲガスの濃度の高い吸気が燃焼室へ吸入され、第一通路部から流入するＥＧＲガスの濃度の低い吸気と第二通路部から流入するＥＧＲガスの濃度の高い吸気との混合が低減される。したがって、燃焼室へ戻すＥＧＲガスの量が増大しても、燃焼室におけるＥＧＲガスの濃度の低い吸気とＥＧＲガスの濃度の高い吸気との成層化を促進することができる。
【０００７】
請求項２または４記載の発明では、切替手段は、第二通路部の接続先を切り替えることにより、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気に先立ってＥＧＲガスの濃度の低い吸気を燃焼室へ供給する。これにより、燃焼室には、まずＥＧＲガスの濃度の低い吸気が吸入される。そのため、燃焼室の第二通路部から遠い位置には、ＥＧＲガスの濃度の低い吸気の領域が形成される。これに引き続き第二通路部から燃焼室へＥＧＲガスの濃度の高い吸気を供給することにより、第二通路部から供給されたＥＧＲガスの濃度の高い吸気は、第一通路部から吸入されたＥＧＲガスの濃度の低い吸気および第二通路部から予め供給されたＥＧＲガスの濃度の低い吸気の領域に包まれた状態となる。特に、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気をＥＧＲガスの濃度の低い吸気に引き続き供給することにより、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気は機関本体の吸気行程の遅い時期に燃焼室へ供給される。その結果、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気は、ＥＧＲガスの濃度の低い吸気との接触時間が短縮されるだけでなく、その接触面積も減少する。したがって、燃焼室におけるＥＧＲガスの濃度の低い吸気とＥＧＲガスの濃度の高い吸気との混合が低減され、成層化を促進することができる。
【０００８】
請求項１から４のいずれか記載の発明では、高ＥＧＲ吸気通路部と低ＥＧＲ吸気通路部とを接続する接続通路部を備えている。高ＥＧＲ吸気通路部を流れるＥＧＲガスは、機関本体から排出された排気を多く含むため、低ＥＧＲ吸気通路部の圧力よりも高い。そのため、接続通路部を設けることにより、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気は接続通路部を経由して高ＥＧＲ吸気通路部から低ＥＧＲ吸気通路部へ流れる。これにより、第二通路部を経由して燃焼室へ吸入する吸気ではＥＧＲガスが不足するとき、第一通路部から燃焼室へＥＧＲガスの濃度の高い吸気が供給される。したがって、燃焼室において第一通路部または第二通路部から供給される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を調整することができ、成層化を促進することができる。また、接続通路部で高ＥＧＲ吸気通路部と低ＥＧＲ吸気通路部とを接続することにより、第一通路部および第二通路部を流れる吸気の圧力を均一化することができる。
【０００９】
請求項１から４のいずれか記載の発明では、排気還流制御手段は、実濃度が目標濃度よりも大きいとき、排気還流部を経由して低ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を減らす。機関本体から排出された排気は、低ＥＧＲ吸気通路部および高ＥＧＲ吸気通路部へそれぞれ戻されている。そこで、実濃度検出手段で検出した実濃度が目標とする目標濃度よりも大きいとき、排気還流制御手段は、排気還流部を経由して低ＥＧＲ吸気通路部へ戻されるＥＧＲガスの量を減らしている。これにより、第一通路部から燃焼室へ吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスが減少する。すなわち、機関本体に吸入される新鮮な空気の割合が増加し、機関本体を循環するＥＧＲガスの濃度は全体的に減少する。したがって、燃焼室に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を高精度に制御することができる。
【００１０】
請求項１記載の発明では、切替制御手段は、排気還流部を経由して低ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を減らしても実濃度が目標濃度よりも大きいとき、第二通路部の接続先を低ＥＧＲ吸気通路部へ切り替える。これにより、燃焼室には、低ＥＧＲ吸気通路部からＥＧＲガスの濃度の低い吸気が流入する。その結果、燃焼室におけるＥＧＲガスの濃度の最大値が低下する。したがって、燃焼室に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を高精度に制御することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明では、排気還流制御手段は、排気還流部を経由して低ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を減らしても実濃度が目標濃度よりも高いとき、排気還流部を経由して高ＥＧＲ吸気通路部へ戻すＥＧＲガスの量を減らす。これにより、高ＥＧＲ吸気通路部の圧力は低下するため、低ＥＧＲ吸気通路部におけるＥＧＲガスの濃度の低い吸気は接続通路部を経由して高ＥＧＲ吸気通路部へ流入する。つまり、低ＥＧＲ吸気通路部を流れるＥＧＲガスの濃度の低い吸気は、接続通路部を経由して高ＥＧＲ吸気通路部へ導入される。その結果、低ＥＧＲ吸気通路部だけでなく高ＥＧＲ吸気通路部を経由して燃焼室へ吸入される吸気も、含まれるＥＧＲガスの濃度が減少する。したがって、燃焼室に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態による内燃機関の機械的な構成を示す模式図
【図２】第１実施形態による内燃機関の切替弁の近傍を拡大した模式図
【図３】第１実施形態による内燃機関の電気的な構成を示すブロック図
【図４】第１実施形態による内燃機関における吸気の流れを示す模式図
【図５】第１実施形態による内燃機関において、吸気バルブの開度および切替弁の位置の時間的な変化を説明するための概略図
【図６】第１実施形態による内燃機関において、吸気バルブの開度および切替弁の位置の時間的な変化を説明するための概略図
【図７】全吸気量に占める高ＥＧＲガスの割合と成層度との関係を示す模式図
【図８】第１実施形態による内燃機関の制御の流れを示す概略図
【図９】第２実施形態による内燃機関の制御の流れを示す概略図
【図１０】第３実施形態による内燃機関の制御の流れを示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、内燃機関の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
第１実施形態による内燃機関としてのディーゼルエンジンを図１に示す。ディーゼルエンジン１０は、機関本体１１、排気系１２、吸気系１３、ターボチャージャ１４、排気還流部１５、低ＥＧＲ吸気通路部１６、高ＥＧＲ吸気通路部１７、第一通路部２１、第二通路部２２、切替手段としての切替弁２３および接続通路部２４を備えている。機関本体１１は、図示しないシリンダブロック、シリンダヘッドおよびピストンなどを有しており、複数のシリンダ２５を有している。機関本体１１は、この複数のシリンダ２５に対応して複数の燃焼室２６を形成している。燃焼室２６は、図示しないシリンダブロック、シリンダヘッドおよびピストンの間に形成されている。
【００１４】
排気系１２は、排気マニホールド３１および排気通路部３２を有している。排気マニホールド３１および排気通路部３２は、排気通路３３を形成している。排気通路部３２から分岐する排気マニホールド３１は、機関本体１１の各燃焼室２６に接続している。機関本体１１の燃焼室２６から排出された排気は、排気マニホールド３１および排気通路部３２が形成する排気通路３３を経由して大気中へ放出される。排気系１２は、排気浄化部３４を有している。排気浄化部３４は、例えば酸化触媒、還元触媒およびＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）などを有している。排気浄化部３４は、排気に含まれるＮＯｘやＰＭ（Particulate Matter）などを、酸化若しくは還元などの化学反応または吸着などの物理的な作用によって浄化する。
【００１５】
吸気系１３は、吸気通路部４１、スロットルバルブ４２およびインタークーラ４３を有している。吸気通路部４１は、吸気通路４４を形成している。吸気通路４４は、一方の端部が大気に開放している。機関本体１１に吸入される新鮮な吸気は、大気に開放している吸気通路４４の端部から吸入される。スロットルバルブ４２は、吸気通路４４を開閉し、吸気通路４４を流れる吸気の流量を制御する。
【００１６】
ターボチャージャ１４は、タービン４７およびコンプレッサ４８を有している。タービン４７は、排気通路３３に設けられており、排気通路３３を流れる排気によって回転する。コンプレッサ４８は、吸気通路４４に設けられている。コンプレッサ４８は、図示しないシャフトによってタービン４７に接続されている。これにより、コンプレッサ４８は、タービン４７の回転がシャフトを経由して伝達される。そのため、排気の流れによってタービン４７が回転すると、コンプレッサ４８も回転する。その結果、吸気通路４４を流れる吸気は、コンプレッサ４８の回転によって圧縮される。圧縮されることにより温度が上昇した吸気は、インタークーラ４３で冷却された後、機関本体１１側へ供給される。
【００１７】
排気還流部１５は、低圧側還流部５１および高圧側還流部５２を有している。低圧側還流部５１は、排気系１２における排気の流れ方向において排気浄化部３４よりも下流側から分岐している。すなわち、低圧側還流部５１は、ターボチャージャ１４のタービン４７および排気浄化部３４を通過した排気が流れる。排気は、ターボチャージャ１４のタービン４７および排気浄化部３４を通過することにより、運動エネルギーが減少する。そのため、低圧側還流部５１へ流入する排気は、圧力が低下している。低圧側還流部５１は、吸気通路部４１に接続している。これにより、排気通路３３を流れる排気の一部は、低圧側還流部５１が形成する低圧側還流通路５３を経由して吸気通路部４１が形成する吸気通路４４へＥＧＲガスとして戻される。低圧側還流部５１は、低圧側開閉弁５４を有している。低圧側開閉弁５４は、低圧側還流通路５３を開閉する。低圧側還流通路５３を経由して排気通路３３から吸気通路４４へ戻されるＥＧＲガスの流量は、低圧側開閉弁５４によって制御される。
【００１８】
高圧側還流部５２は、排気系１２における排気の流れ方向においてターボチャージャ１４のタービン４７よりも上流側から分岐している。すなわち、高圧側還流部５２は、ターボチャージャ１４のタービン４７を通過する前の運動エネルギーを保持した排気が流れる。そのため、高圧側還流部５２へ流入する排気は、低圧側還流部５１を経由する排気に比較して圧力が高い。高圧側還流部５２は、高圧側還流通路５６を形成している。高圧側還流部５２は、高圧側開閉弁５７を有している。高圧側還流通路５６を経由して排気通路３３から機関本体１１側へ戻されるＥＧＲガスの流量は、高圧側開閉弁５７によって制御される。
【００１９】
低ＥＧＲ吸気通路部１６は、低ＥＧＲ吸気通路６１を形成している。低ＥＧＲ吸気通路部１６は、吸気通路部４１に接続している。これにより、低ＥＧＲ吸気通路６１は、吸気通路部４１が形成する吸気通路４４のうち、大気に開放されている側と反対側の端部に接続している。低ＥＧＲ吸気通路６１を流れる吸気は、吸気通路４４を経由して吸入された新鮮な空気と、低圧側還流部５１を経由して戻された排気すなわちＥＧＲガスとが混合されている。すなわち、低ＥＧＲ吸気通路部１６が形成する低ＥＧＲ吸気通路６１を流れる吸気は、新鮮な空気とＥＧＲガスとが混合され、ＥＧＲガスの濃度が低くなっている。
【００２０】
高ＥＧＲ吸気通路部１７は、高ＥＧＲ吸気通路６２を形成している。高ＥＧＲ吸気通路部１７は、高圧側還流部５２に接続している。これにより、高ＥＧＲ吸気通路６２は、高圧側還流部５２が形成する高圧側還流通路５６に接続している。そのため、排気通路３３を流れる排気の一部は、高圧側還流部５２が形成する高圧側還流通路５６を経由して高ＥＧＲ吸気通路部１７が形成する高ＥＧＲ吸気通路６２へＥＧＲガスとして戻される。高ＥＧＲ吸気通路６２を流れる吸気は、高圧側還流部５２を経由して戻されたＥＧＲガスが主である。そのため、高ＥＧＲ吸気通路部１７が形成する高ＥＧＲ吸気通路６２を流れる吸気は、低ＥＧＲ吸気通路部１６が形成する低ＥＧＲ吸気通路６１を流れる吸気よりもＥＧＲガスの濃度が高い。換言すると、高ＥＧＲ吸気通路６２を流れる吸気に含まれる酸素の濃度は、低ＥＧＲ吸気通路６１を流れる吸気に含まれる酸素の濃度よりも低い。
【００２１】
第一通路部２１は、図１および図２に示すように低ＥＧＲ吸気通路部１６に接続している。第一通路部２１の低ＥＧＲ吸気通路部１６と反対側の端部は、機関本体１１が形成する複数の燃焼室２６にそれぞれ接続している。これにより、第一通路部２１が形成する第一通路７１は、一方の端部が低ＥＧＲ吸気通路６１に接続し、他方の端部が燃焼室２６に接続している。第一通路７１から燃焼室２６へ流入した吸気は、燃焼室２６を形成する機関本体１１の壁面に沿った流れ、いわゆるスワール流を形成する。すなわち、第一通路７１から燃焼室２６へ流入した吸気は、自身の運動エネルギーにより、燃焼室２６の中心を軸として回転する旋回流を形成する。
【００２２】
第二通路部２２は、低ＥＧＲ吸気通路部１６および高ＥＧＲ吸気通路部１７に接続している。第二通路部２２の低ＥＧＲ吸気通路部１６および高ＥＧＲ吸気通路部１７と反対側の端部は、機関本体１１が形成する複数の燃焼室２６にそれぞれ接続している。これにより、第二通路部２２が形成する第二通路７２は、一方の端部が低ＥＧＲ吸気通路６１および高ＥＧＲ吸気通路６２に接続し、他方の端部が燃焼室２６に接続している。第二通路７２から燃焼室２６へ流入した吸気は、燃焼室２６の中心軸に沿った流れ、いわゆるタンブル流を形成する。すなわち、第二通路７２から燃焼室２６へ流入した吸気は、自身の運動エネルギーにより、燃焼室２６の中心軸の延長上に縦方向の旋回流を形成する。
【００２３】
切替弁２３は、第二通路部２２と低ＥＧＲ吸気通路部１６および高ＥＧＲ吸気通路部１７との間に設けられている。切替弁２３は、第二通路部２２が形成する第二通路７２の接続先を、低ＥＧＲ吸気通路部１６が形成する低ＥＧＲ吸気通路６１、または高ＥＧＲ吸気通路部１７が形成する高ＥＧＲ吸気通路６２に切り替える。このとき、切替弁２３は、第二通路７２の接続先を低ＥＧＲ吸気通路６１または高ＥＧＲ吸気通路６２のいずれか一方に選択的に切り替えるだけでなく、任意の割合で低ＥＧＲ吸気通路６１および高ＥＧＲ吸気通路６２の双方に接続する構成でもよい。
【００２４】
接続通路部２４は、図１に示すように低ＥＧＲ吸気通路部１６と高ＥＧＲ吸気通路部１７とを接続している。接続通路部２４は、接続通路７５を形成している。これにより、接続通路部２４が形成する接続通路７５は、低ＥＧＲ吸気通路部１６が形成する低ＥＧＲ吸気通路６１と、高ＥＧＲ吸気通路部１７が形成する高ＥＧＲ吸気通路６２とを接続している。ディーゼルエンジン１０は、この接続通路部２４に通路開閉弁７６を備えている。通路開閉弁７６は、接続通路部２４が形成する接続通路７５を開閉する。
【００２５】
ディーゼルエンジン１０は、図３に示すように制御手段としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）８０を備えている。ＥＣＵ８０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ８０は、切替弁２３、スロットルバルブ４２、低圧側開閉弁５４、高圧側開閉弁５７および通路開閉弁７６と接続している。ＥＣＵ８０は、駆動信号を出力することにより、切替弁２３、スロットルバルブ４２、低圧側開閉弁５４、高圧側開閉弁５７および通路開閉弁７６を電気的に駆動する。ＥＣＵ８０は、さらに濃度センサ８１、回転数センサ８２およびアクセル開度センサ８３と接続している。濃度センサ８１は、燃焼室２６に吸入される吸気に含まれる酸素の濃度を検出する。濃度センサ８１は、検出した酸素の濃度を、電気信号としてＥＣＵ８０へ出力する。濃度センサ８１は、複数の燃焼室２６にそれぞれ設け、燃焼室２６における酸素の濃度を検出してもよく、低ＥＧＲ吸気通路６１および高ＥＧＲ吸気通路６２にそれぞれ設け、吸気に戻されるＥＧＲガスの酸素の濃度を検出してもよい。回転数センサ８２は、機関本体１１の回転数を検出する。回転数センサ８２は、検出した機関本体１１の回転数を電気信号としてＥＣＵ８０へ出力する。アクセル開度センサ８３は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出する。アクセル開度センサ８３は、検出したアクセルペダルの踏み込み量を電気信号としてＥＣＵ８０へ出力する。
【００２６】
ＥＣＵ８０は、ＲＯＭに記憶されたコンピュータソフトウェアを実行することにより、運転条件判断部８５、切替制御部８６、目標濃度算出部８７、実濃度検出部８８および排気還流制御部８９をソフトウェア的に実現している。なお、運転条件判断部８５、切替制御部８６、目標濃度算出部８７、実濃度検出部８８および排気還流制御部８９は、ハードウェア的に実現してもよい。運転条件判断部８５は、回転数センサ８２およびアクセル開度センサ８３から出力された電気信号に基づいて、機関本体１１の運転条件を判断する。すなわち、運転条件判断部８５は、回転数センサ８２で取得した機関本体１１の回転数、およびアクセル開度センサ８３で取得したアクセルペダルの踏み込み量などに基づいて、機関本体１１の負荷状態など機関本体１１が運転されている条件を判断する。切替制御部８６は、運転条件判断部８５で判断された機関本体１１の運転条件に基づいて、切替弁２３を駆動する。すなわち、切替制御部８６は、切替弁２３に駆動信号を出力することにより、切替弁２３を駆動して、第二通路７２の接続先を低ＥＧＲ吸気通路６１または高ＥＧＲ吸気通路６２に切り替える。
【００２７】
目標濃度算出部８７は、運転条件判断部８５で判断された機関本体１１の運転条件に基づいて、機関本体１１で要求されるＥＧＲガスの目標濃度を算出する。機関本体１１で要求されるＥＧＲガスの濃度は、機関本体１１の運転条件に応じたマップや関数としてＥＣＵ８０のＲＯＭに記憶されている。これにより、目標濃度算出部８７は、運転条件判断部８５で判断された運転条件に合致するＥＧＲガスの濃度を算出する。実濃度検出部８８は、濃度センサ８１で取得した酸素の濃度に基づいて吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を検出する。ＥＧＲガスを含む吸気は、ＥＧＲガスによって通常の空気に比較して酸素の濃度が低下している。この酸素の濃度は、吸気に含まれるＥＧＲガスすなわち排気の濃度に相関する。そこで、実濃度検出部８８は、濃度センサ８１で取得した酸素の濃度に基づいて、機関本体１１に供給される吸気におけるＥＧＲガスの濃度を検出する。このように、濃度センサ８１および実濃度検出部８８は、特許請求の範囲における実濃度検出手段に相当する。
【００２８】
排気還流制御部８９は、低圧側開閉弁５４および高圧側開閉弁５７を駆動して、機関本体１１に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を制御する。具体的には、排気還流制御部８９は、実濃度検出部８８で検出したＥＧＲガスの実濃度と、運転条件に応じて目標濃度算出部８７で算出した目標濃度とを比較する。排気還流制御部８９は、この比較によって実濃度が目標濃度よりも大きいと判断すると、排気還流部１５を経由して排気通路３３から機関本体１１へ戻すＥＧＲガスの量を減らす。一方、排気還流制御部８９は、実濃度が目標濃度よりも小さいと判断すると、排気還流部１５を経由して排気通路３３から機関本体１１へ戻すＥＧＲガスの量を増やす。具体的には、排気還流制御部８９は、実濃度が目標濃度よりも大きいとき、低圧側開閉弁５４で低圧側還流通路５３の開度を縮小し、高圧側開閉弁５７で高圧側還流通路５６の開度を縮小する。これにより、低圧側還流通路５３または高圧側還流通路５６を経由して低ＥＧＲ吸気通路６１または高ＥＧＲ吸気通路６２へ戻されるＥＧＲガスの量を減少させる。その結果、燃焼室２６へ吸入される吸気は、ＥＧＲガスの濃度が低下する。一方、排気還流制御部８９は、実濃度が目標濃度よりも小さいとき、低圧側開閉弁５４で低圧側還流通路５３の開度を拡大し、高圧側開閉弁５７で高圧側還流通路５６の開度を拡大する。これにより、低圧側還流通路５３または高圧側還流通路５６を経由して低ＥＧＲ吸気通路６１または高ＥＧＲ吸気通路６２へ戻されるＥＧＲガスの量を増加させる。その結果、燃焼室２６へ吸入される吸気は、ＥＧＲガスの濃度が上昇する。
【００２９】
ここで、機関本体１１の運転条件によっては、例えば低圧側還流通路５３を経由して低ＥＧＲ吸気通路６１へ戻すＥＧＲガスの量を減少させても、実濃度が目標濃度よりも大きいことも生じる。この場合、切替制御部８６は、切替弁２３を駆動し、第二通路７２の接続先を、低ＥＧＲ吸気通路６１へ切り替える。これにより、第二通路７２には、低ＥＧＲ吸気通路６１からＥＧＲガスの濃度が低い吸気が流入する。その結果、第二通路７２を経由して燃焼室２６へ吸入される吸気は、ＥＧＲガスの濃度が低下する。
【００３０】
次に、上記の構成によるディーゼルエンジン１０の具体的な作用について説明する。
まず、切替弁２３を含む機関本体１１の詳細な構成および切替弁２３の作動の時期について説明する。
機関本体１１の燃焼室２６は、図４に示すように第一通路部２１および第二通路部２２が接続している。この第一通路部２１が形成する第一通路７１と燃焼室２６との間は、吸気バルブ９１によって開閉される。同様に、第二通路部２２が形成する第二通路７２と燃焼室２６との間は、吸気バルブ９２によって開閉される。切替制御部８６は、機関本体１１が吸気行程、すなわちピストン９３がシリンダ２５の内側を上死点から下死点へ下降するとき、切替弁２３を駆動する。これにより、切替制御部８６は、機関本体１１が吸気行程にあるとき、第二通路部２２の接続先を低ＥＧＲ吸気通路部１６または高ＥＧＲ吸気通路部１７に切り替える。
【００３１】
具体的には、機関本体１１が吸気行程に移行する前、図４（Ａ）に示すように機関本体１１の吸気バルブ９１および吸気バルブ９２は閉弁している。そのため、第一通路７１および第二通路７２と燃焼室２６との間は遮断されている。このとき、ピストン９３は、上死点に位置している。機関本体１１が吸気行程に移行すると、図４（Ｂ）に示すように機関本体１１の吸気バルブ９１および吸気バルブ９２が開弁する。このとき、ピストン９３は、上死点から下死点へ下降する。第一通路部２１は、低ＥＧＲ吸気通路部１６に常に接続している。そのため、第一通路部２１が形成する第一通路７１は、低ＥＧＲ吸気通路部１６が形成する低ＥＧＲ吸気通路６１からＥＧＲガスの濃度の低い低ＥＧＲガスが流入する。第一通路７１から燃焼室２６へ流入した低ＥＧＲガスは、燃焼室２６を形成する機関本体１１の壁面に沿って旋回するスワール流を形成する。
【００３２】
一方、切替制御部８６は、吸気行程の初期において、切替弁２３による第二通路部２２の接続先を、低ＥＧＲ吸気通路部１６に切り替えている。そのため、第二通路部２２が形成する第二通路７２は、低ＥＧＲ吸気通路部１６が形成する低ＥＧＲ吸気通路６１からＥＧＲガスの濃度の低い低ＥＧＲガスが流入する。第二通路７２から燃焼室２６へ流入した低ＥＧＲガスは、燃焼室２６を形成する機関本体１１の中心軸に沿ってピストン９３の移動方向へ旋回するタンブル流を形成する。これらの結果、低ＥＧＲガスは、燃焼室２６の径方向外側およびピストン９３に近い側に低ＥＧＲガスの領域を形成する。このとき、切替弁２３は、高ＥＧＲ吸気通路部１７と第二通路部２２との間を遮断している。そのため、高ＥＧＲ吸気通路部１７が形成する高ＥＧＲ吸気通路６２は、第二通路部２２が形成する第二通路７２と接続していない。その結果、ＥＧＲガスの濃度の高い高ＥＧＲガスは、切替弁２３によって高ＥＧＲ吸気通路６２に留められている。なお、説明を簡単にするために、図４は、高ＥＧＲガスを網掛け模様で示し、低ＥＧＲガスを無地模様で示している。
【００３３】
切替制御部８６は、機関本体１１が吸気行程に移行して予め設定した期間が経過すると、図４（Ｂ）に示すように第二通路部２２の接続先を高ＥＧＲ吸気通路部１７へ切り替える。そのため、第二通路部２２が形成する第二通路７２は、高ＥＧＲ吸気通路部１７が形成する高ＥＧＲ吸気通路６２から高ＥＧＲガスが流入する。これにより、燃焼室２６には、第二通路部２２が形成する第二通路７２に残留する低ＥＧＲガスに続いて、高ＥＧＲガスが流入する。第二通路７２から燃焼室２６へ流入した高ＥＧＲガスは、燃焼室２６を形成する機関本体１１の中心軸に沿ってピストン９３の移動方向へ旋回するタンブル流を形成する。切替制御部８６は、予め設定した期間が経過すると、図４（Ｃ）に示すように再び第二通路部２２の接続先を低ＥＧＲ吸気通路部１６へ切り替える。そのため、第二通路部２２が形成する第二通路７２は、低ＥＧＲ吸気通路部１６が形成する低ＥＧＲ吸気通路６１から低ＥＧＲガスが流入する。
【００３４】
ピストン９３が下死点に到達し、機関本体１１が吸気行程から圧縮行程に移行すると、図４（Ｄ）に示すように吸気バルブ９１および吸気バルブ９２は閉弁する。吸気バルブ９２が閉弁する時期は、高ＥＧＲ吸気通路６２から第二通路７２に流入した高ＥＧＲガスがほぼすべて燃焼室２６へ流入した時期にあわせられている。そのため、第二通路７２に流入した高ＥＧＲガスは、吸気バルブ９２が閉弁するまでの間に燃焼室２６へ流入する。一方、第二通路部２２が形成する第二通路７２には、切替弁２３の切替によって低ＥＧＲ吸気通路６１から第二通路７２へ流入した低ＥＧＲガスが満たされている。この第二通路７２に満たされた低ＥＧＲガスは、機関本体１１が次回の吸気行程に移行したとき、高ＥＧＲガスに先立って燃焼室２６へ吸入される。
【００３５】
このように、本実施形態では、切替制御部８６は、切替弁２３による第二通路７２の接続先を切り替える時期を制御している。これにより、機関本体１１が吸気行程にあるとき、第一通路７１から燃焼室２６には継続的に低ＥＧＲガスが吸入され、第二通路７２から燃焼室２６には低ＥＧＲガスに引き続いて高ＥＧＲガスが吸入される。そのため、燃焼室２６の内部には、図４（Ｄ）に示すように径方向の周辺部分に低ＥＧＲガスの領域が形成され、これに包まれるように中心付近の上部つまり図示しないシリンダヘッド側にＥＧＲガスの濃度が高い高ＥＧＲガスの領域が形成される。本実施形態では、低ＥＧＲガスを導入する第一通路７１と高ＥＧＲガスを導入する第二通路７２とを分け、かつ第二通路７２から高ＥＧＲガスを導入する時期を機関本体１１の吸気行程の途中に設定している。そのため、燃焼室２６に形成される低ＥＧＲガスの領域と高ＥＧＲガスの領域とは、図４（Ｄ）に示すように成層化すなわち領域が区画された状態で維持される。すなわち、燃焼室２６において異なる吸気の流れを形成する第一通路７１および第二通路７２からＥＧＲガスを燃焼室２６へ導入することにより、低ＥＧＲガスと高ＥＧＲガスとの混合は抑えられる。その結果、低ＥＧＲガスと高ＥＧＲガスとの間では、ＥＧＲガスの濃度差が維持される。この形成された二つの領域は、機関本体１１が圧縮行程に移行しても、領域を維持したまま、つまり成層化したまま圧縮される。
【００３６】
機関本体１１は、ピストンが上死点まで上昇した圧縮行程の末期に図示しない燃料噴射弁から燃料を噴射する。これにより、燃料噴射弁から噴射された燃料は、圧縮によって温度が上昇した燃焼室２６において燃焼する。このとき、燃料噴射弁から燃料が噴射される燃焼室２６のシリンダヘッド側の端部近傍において中心軸上には、上述の通りＥＧＲガスの濃度の高い高ＥＧＲガスの領域が形成されている。そのため、燃料噴射弁から噴射された燃料は、高ＥＧＲガスに含まれる濃度の低い酸素によって緩やかに燃焼する。その結果、燃料の着火遅れが確保され、急激な燃焼にともなう騒音の増大および燃焼温度の急激な上昇が抑えられ、燃焼室２６における温度の上昇にともなうＮＯｘの生成も低減される。
【００３７】
本実施形態の場合、図５に示すように吸気バルブ９１および吸気バルブ９２の開弁または閉弁時期と、切替弁２３による通路の切り替え時期とは関連づけられている。具体的には、切替弁２３は、図６（Ａ）に示すように吸気バルブ９２が開弁した後、図６（Ｂ）に示すように所定の期間が経過するまで、第二通路部２２の接続先を低ＥＧＲ吸気通路部１６に切り替えている。そして、切替弁２３は、吸気バルブ９２が開弁してから所定の期間が経過すると、第二通路部２２の接続先を高ＥＧＲ吸気通路部１７に切り替える。さらに、切替弁２３は、一定の期間、第二通路部２２の接続先を高ＥＧＲ吸気通路部１７に維持した後、吸気バルブ９２が閉弁する前に、第二通路部２２の接続先を低ＥＧＲ吸気通路部１６に再び切り替える。
【００３８】
この場合、切替弁２３による第二通路部２２と低ＥＧＲ吸気通路部１６または高ＥＧＲ吸気通路部１７との接続の切り替え時期は、切替弁２３から燃焼室２６までの第二通路７２の全長に応じて決定される。すなわち、切替弁２３から燃焼室２６までの第二通路７２の全長が短くなるほど、第二通路７２に残存する低ＥＧＲガスまたは高ＥＧＲガスは減少する。つまり、切替弁２３による接続先の切り替えから燃焼室２６への低ＥＧＲガスまたは高ＥＧＲガスの流入に要する期間は短縮される。そのため、例えば基準となる第二通路７２の全長における切替弁２３の切り替え時期を図６（Ｂ）に示すように設定したとき、第二通路７２の全長が長くなるほど、図６（Ｃ）に示すように切替弁２３の切り替え時期は吸気行程の前半側へ変位する。一方、第二通路７２の全長が短くなるほど、図６（Ｄ）に示すように切替弁２３の切り替え時期は吸気行程の後半側へ変位する。また、切替制御部８６は、第二通路７２から燃焼室２６へ流入する高ＥＧＲガスが第一通路７１から燃焼室２６へ流入する低ＥＧＲガスの２０％〜４０％になるように切替弁２３の切り替え時期を制御している。これは、燃焼室２６へ流入する吸気量の全体に占める高ＥＧＲガスの濃度と、低ＥＧＲガスと高ＥＧＲガスとの成層度との間には、図７に示すような実験的な相関があるからである。
【００３９】
次に、上記構成のディーゼルエンジン１０における作動について図８に基づいて説明する。
ディーゼルエンジン１０の運転が開始すると、運転条件判断部８５は機関本体１１の運転条件を判断する（Ｓ１０１）。具体的には、運転条件判断部８５は、回転数センサ８２で取得した機関本体１１の回転数、およびアクセル開度センサ８３で取得したアクセルペダルの踏み込み量などに基づいて機関本体１１の運転条件を判断する。運転条件判断部８５は、例えば図示しない水温センサで検出した機関本体１１の冷却水の温度や図示しない温度センサで取得した吸気の温度なども加味してＳ１０１で判断した運転条件を補正してもよい。また、ＥＣＵ８０は、運転条件判断部８５で判断した機関本体１１の運転条件に基づいて、図示しない燃料噴射弁から燃焼室２６へ噴射する燃料の量を設定する。
【００４０】
目標濃度算出部８７は、Ｓ１０１で判断された機関本体１１の運転条件に基づいて、機関本体１１で要求されるＥＧＲガスの濃度を目標濃度として算出する（Ｓ１０２）。目標濃度算出部８７は、上述のように予め記憶されているマップや関数に基づいて機関本体１１の運転条件に応じた目標濃度を算出する。また、実濃度検出部８８は、機関本体１１に供給されるＥＧＲガスの濃度を実濃度として検出する（Ｓ１０３）。すなわち、実濃度検出部８８は、濃度センサ８１で取得した機関本体１１に供給される吸気に含まれる酸素の濃度に基づいて、吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を算出する。
【００４１】
Ｓ１０２で目標濃度を算出するとともに、Ｓ１０３で実濃度を検出すると、排気還流制御部８９は目標濃度が実濃度よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０４）。排気還流制御部８９は、目標濃度が実濃度よりも大きいと判断すると（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を拡大する（Ｓ１０５）。目標濃度が実濃度よりも大きいと判断されたとき、機関本体１１に吸入される吸気に含まれているＥＧＲガスは不足していることになる。そのため、排気還流制御部８９は、吸気に含まれるＥＧＲガスを増加させるために、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を拡大する。これにより、低圧側還流通路５３を経由して低ＥＧＲ吸気通路６１へ戻されるＥＧＲガスの量、または高圧側還流通路５６を経由して高ＥＧＲ吸気通路６２へ戻されるＥＧＲガスの量は、いずれか一方または両方が増加する。このとき、切替制御部８６は、切替弁２３の切り替え時期について変更しない。
【００４２】
一方、排気還流制御部８９は、目標濃度が実濃度よりも大きくないと判断すると（Ｓ１０４：Ｎｏ）、実濃度が目標濃度よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０６）。排気還流制御部８９は、実濃度が目標濃度よりも大きいと判断すると（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を縮小する（Ｓ１０７）。実濃度が目標濃度よりも大きいと判断されたとき、機関本体１１に吸入される吸気に含まれているＥＧＲガスは過剰であることになる。そのため、排気還流制御部８９は、吸気に含まれるＥＧＲガスを減少させるために、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を縮小する。これにより、低圧側還流通路５３を経由して低ＥＧＲ吸気通路６１へ戻されるＥＧＲガスの量、または高圧側還流通路５６を経由して高ＥＧＲ吸気通路６２へ戻されるＥＧＲガスの量は、いずれか一方または両方が減少する。このとき、切替制御部８６は、切替弁２３の切り替え時期について変更しない。
【００４３】
排気還流制御部８９は、実濃度が目標濃度よりも大きくないと判断したとき（Ｓ１０６：Ｎｏ）、再びＳ１０１以降の処理を繰り返す。また、Ｓ１０４において目標濃度が実濃度よりも大きくないと判断され、かつＳ１０６において実濃度が目標濃度よりも大きくないと判断されたとき、実濃度は目標濃度に一致していることになる。そのため、排気還流制御部８９は、低圧側開閉弁５４および高圧側開閉弁５７の開度を変更することなく、Ｓ１０１以降の処理を繰り返す。また、排気還流制御部８９は、Ｓ１０５において低圧側開閉弁５４若しくは高圧側開閉弁５７の開度を拡大、またはＳ１０７において低圧側開閉弁５４若しくは高圧側開閉弁５７の開度を縮小すると、Ｓ１０１へリターンし、Ｓ１０１以降の処理を繰り返す。
以上の手順によって、排気還流制御部８９は、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７の一方または両方の開度を制御し、機関本体１１に吸入される吸気に含まれているＥＧＲガスの量を調整する。
【００４４】
以上説明したように、第１実施形態では、切替弁２３は、燃焼室２６に接続する第二通路部２２の接続先を低ＥＧＲ吸気通路部１６または高ＥＧＲ吸気通路部１７に切り替える。機関本体１１の運転条件に応じて切替弁２３で第二通路部２２の接続先を低ＥＧＲ吸気通路部１６または高ＥＧＲ吸気通路部１７に切り替えることにより、第一通路部２１から燃焼室２６へ流入した吸気と第二通路部２２から燃焼室２６へ流入した吸気との混合は低減される。すなわち、第一通路部２１および第二通路部２２から流入した吸気は、互いに燃焼室２６において性質の異なる流れを形成し、互いの混合が低減される。また、第二通路部２２の接続先を切替弁２３で切り替えることにより、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気は第二通路部２２から燃焼室２６へ流入する時期が制御される。そのため、機関本体１１の吸気行程の後半にＥＧＲガスの濃度の高い吸気が燃焼室２６へ吸入され、第一通路部２１から流入するＥＧＲガスの濃度の低い吸気と第二通路部２２から流入するＥＧＲガスの濃度の高い吸気との混合は低減される。したがって、燃焼室２６におけるＥＧＲガスの濃度の低い吸気とＥＧＲガスの濃度の高い吸気との成層化を促進することができる。特に、燃焼室２６へ吸入するＥＧＲガスの濃度が高くなっても、第一通路部２１から吸入する比較的ＥＧＲガスの濃度の低い吸気と第二通路部２２から吸入する比較的ＥＧＲガスの濃度の高い吸気とは、燃焼室２６で異なる流れを形成し、混合が回避される。したがって、循環するＥＧＲガスの濃度に関わらず、燃焼室２６における成層化を促進することができる。
【００４５】
第１実施形態では、切替弁２３は、第二通路部２２の接続先を切り替えることにより、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気に先立ってＥＧＲガスの濃度の低い吸気を第二通路部２２から燃焼室２６へ供給する。これにより、第二通路部２２が形成する第二通路７２から燃焼室２６には、まずＥＧＲガスの濃度の低い吸気が吸入される。そのため、燃焼室２６の第二通路７２から遠い位置、すなわちピストン９３に近い位置には、ＥＧＲガスの濃度の低い吸気の領域が形成される。これに引き続き第二通路７２から燃焼室２６へＥＧＲガスの濃度の高い吸気を供給することにより、第二通路７２から供給されたＥＧＲガスの濃度の高い吸気は、第一通路７１から吸入されたＥＧＲガスの濃度の低い吸気および第二通路７２から予め供給されたＥＧＲガスの濃度の低い吸気に包まれた状態となる。特に、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気をＥＧＲガスの濃度の低い吸気に引き続き供給することにより、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気は機関本体１１の吸気行程の遅い時期に燃焼室２６へ供給される。その結果、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気は、ＥＧＲガスの濃度の低い吸気との接触時間が短縮されるだけでなく、その接触面積も減少する。したがって、燃焼室２６におけるＥＧＲガスの濃度の低い吸気とＥＧＲガスの濃度の高い吸気との混合が低減され、成層化を促進することができる。
【００４６】
第１実施形態では、低ＥＧＲ吸気通路部１６と高ＥＧＲ吸気通路部１７とを接続する接続通路部２４を備えている。高ＥＧＲ吸気通路部１７を流れるＥＧＲガスは、機関本体１１から排出された排気を多く含むため、低ＥＧＲ吸気通路部１６の圧力よりも高い。そのため、接続通路部２４を設けることにより、ＥＧＲガスの濃度の高い吸気は接続通路部２４を経由して高ＥＧＲ吸気通路部１７から低ＥＧＲ吸気通路部１６へ流れる。これにより、第二通路部２２を経由して燃焼室２６へ吸入する吸気ではＥＧＲガスが不足するとき、第一通路部２１から燃焼室２６へＥＧＲガスの濃度の高い吸気が供給される。したがって、燃焼室２６において第一通路部２１または第二通路部２２から供給される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を調整することができ、成層化を促進することができる。また、接続通路部２４で低ＥＧＲ吸気通路部１６と高ＥＧＲ吸気通路部１７とを接続することにより、第一通路部２１および第二通路部２２を流れる吸気の圧力を均一化することができる。さらに、接続通路部２４が形成する接続通路７５は、通路開閉弁７６で開閉する構成としてもよい。これにより、接続通路部２４を経由して低ＥＧＲ吸気通路部１６と高ＥＧＲ吸気通路部１７との間を流れる吸気は、通路開閉弁７６によってその流量が調整される。したがって、低ＥＧＲ吸気通路部１６を流れる吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度および高ＥＧＲ吸気通路部１７を流れる吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を高精度に調整することができる。
【００４７】
第１実施形態では、排気還流制御部８９は、実濃度が目標濃度よりも大きいとき、排気還流部１５を経由して低ＥＧＲ吸気通路部１６へ戻すＥＧＲガスの量を減らす。これにより、第一通路部２１から燃焼室２６へ吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスが減少するとともに、機関本体１１から排出され高ＥＧＲ吸気通路部１７を経由して戻されるＥＧＲガスの量も減少する。すなわち、機関本体１１に吸入される新鮮な空気の割合が増加し、機関本体１１を循環するＥＧＲガスの濃度は全体的に減少する。その結果、燃焼室２６に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度は、低ＥＧＲ吸気通路部１６を経由して戻されるＥＧＲガスの量に基づいて、全体的に変更される。したがって、燃焼室２６に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を制御することができる。
【００４８】
なお、排気還流制御部８９は、低圧側開閉弁５４と高圧側開閉弁５７とを独立して制御してもよい。低圧側開閉弁５４の開度を制御することにより、低ＥＧＲ吸気通路部１６および高ＥＧＲ吸気通路部１７の双方においてＥＧＲガスの濃度が変化する。すなわち、低圧側開閉弁５４の開度を制御することにより、新鮮な空気に加えるＥＧＲガスの量が変更される。そのため、低圧側開閉弁５４によるＥＧＲガスの量の制御は、機関本体１１を循環するＥＧＲガスの全体的かつ基礎的な濃度に影響する。一方、高圧側開閉弁５７を制御することにより、高ＥＧＲ吸気通路部１７においてＥＧＲガスの濃度が選択的に変化する。そのため、高圧側開閉弁５７によるＥＧＲガスの量の制御は、機関本体１１を循環するＥＧＲガスの濃度の最大値に影響する。したがって、低圧側開閉弁５４および高圧側開閉弁５７の開度を個別に制御することにより、機関本体１１を循環するＥＧＲガスの基礎的な濃度だけでなく、ＥＧＲガスの濃度の最大値を任意に調整することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
第２実施形態によるディーゼルエンジン１０について説明する。
第２実施形態によるディーゼルエンジン１０は、構成が第１実施形態と共通し、切替弁の切り替え時期が第１実施形態と相違している。したがって、図９に基づいて第２実施形態によるディーゼルエンジン１０の制御について説明する。なお、第１実施形態と共通する制御については、説明を省略する。
ディーゼルエンジン１０の運転が開始すると、運転条件判断部８５は機関本体１１の運転条件を判断する（Ｓ２０１）。目標濃度算出部８７は、Ｓ２０１で判断された機関本体１１の運転条件に基づいて、機関本体１１で要求されるＥＧＲガスの濃度を目標濃度として算出する（Ｓ２０２）。また、実濃度検出部８８は、機関本体１１に供給されるＥＧＲガスの濃度を実濃度として検出する（Ｓ２０３）。
【００５０】
排気還流制御部８９は、Ｓ２０２で算出した目標濃度がＳ２０３で検出した実濃度よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２０４）。排気還流制御部８９は、目標濃度が実濃度よりも大きいと判断すると（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を拡大する（Ｓ２０５）。一方、排気還流制御部８９は、目標濃度が実濃度よりも大きくないと判断すると（Ｓ２０４：Ｎｏ）、実濃度が目標濃度よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２０６）。排気還流制御部８９は、実濃度が目標濃度よりも大きいと判断すると（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を縮小する（Ｓ２０７）。
【００５１】
ここで、排気還流制御部８９は、Ｓ２０７において低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を縮小した後、実濃度が目標濃度よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２０８）。すなわち、排気還流制御部８９は、Ｓ２０７において低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を縮小した後、機関本体１１に吸入される吸気に含まれているＥＧＲガスが目標濃度まで減少したか否かを判断する。Ｓ２０８において実濃度が目標濃度よりも大きいと判断されると（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）、切替制御部８６は、切替弁２３の切り替え時期を変更する（Ｓ２０９）。すなわち、排気還流制御部８９は、Ｓ２０７においてＥＧＲガスの戻し量を減少させた後、Ｓ２０８において実濃度が目標濃度よりも大きいか否かを判断する。Ｓ２０８において実濃度が目標濃度よりも大きいと判断されたとき、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７の開度の縮小では吸気に含まれるＥＧＲガスの削減が不十分であることを意味している。つまり、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７の開度を縮小して排気系１２から吸気系１３へ戻すＥＧＲガスの量を減らしても、実濃度が十分に低下しない状態である。そこで、切替制御部８６は、第二通路部２２の接続先を高ＥＧＲ吸気通路部１７から低ＥＧＲ吸気通路部１６へ切り替えるために切替弁２３を駆動する時期を変更する。具体的には、切替制御部８６は、第二通路部２２の接続先を、低ＥＧＲ吸気通路部１６から高ＥＧＲ吸気通路部１７へ切り替える時期を遅らせる。これにより、高ＥＧＲ吸気通路部１７から第二通路部２２へ高ＥＧＲガスが流入する時期が遅くなり、燃焼室２６へ吸入される高ＥＧＲガスの量は減少する。その結果、燃焼室２６におけるＥＧＲガスの実濃度は低下する。また、この場合、切替制御部８６は、第二通路部２２の接続先を、高ＥＧＲ吸気通路部１７から低ＥＧＲ吸気通路部１６へ切り替える時期を早めてもよい。
【００５２】
一方、Ｓ２０８において実濃度が目標濃度よりも大きくないと判断されると（Ｓ２０８：Ｎｏ）、排気還流制御部８９は、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７の開度の縮小によるＥＧＲガスの削減が十分であると判断してＳ２０１へリターンし、Ｓ２０１以降の処理を繰り返す。また、排気還流制御部８９は、Ｓ２０５において低圧側開閉弁５４若しくは高圧側開閉弁５７の開度を拡大したとき、Ｓ２０６において実濃度が目標濃度よりも大きくないと判断したとき（Ｓ２０６：Ｎｏ）、またはＳ２０９で切替制御部８６において切替弁２３の切り替え時期を変更すると、Ｓ２０１へリターンし、Ｓ２０１以降の処理を繰り返す。
【００５３】
第２実施形態では、切替制御部８６は、排気還流部１５を経由して低ＥＧＲ吸気通路部１６へ戻すＥＧＲガスの量を減らしても実濃度が目標濃度よりも大きいとき、第二通路部２２の接続先を高ＥＧＲ吸気通路部１７に接続する時期であっても、低ＥＧＲ吸気通路部１６へ切り替える。これにより、燃焼室２６には、低ＥＧＲ吸気通路部１６からＥＧＲガスの濃度の低い吸気が流入する。その結果、燃焼室２６におけるＥＧＲガスの濃度の最大値が低下する。したがって、燃焼室２６に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を高精度に制御することができる。
【００５４】
（第３実施形態）
第３実施形態によるディーゼルエンジン１０について説明する。
第３実施形態によるディーゼルエンジン１０も、構成が第１実施形態と共通するのに対し、高圧側開閉弁５７の開閉時期が第１実施形態と相違している。したがって、図１０に基づいて第３実施形態によるディーゼルエンジン１０の制御について説明する。なお、第１実施形態または第２実施形態と共通する制御については、説明を省略する。
ディーゼルエンジン１０の運転が開始すると、運転条件判断部８５は機関本体１１の運転条件を判断する（Ｓ３０１）。目標濃度算出部８７は、Ｓ３０１で判断された機関本体１１の運転条件に基づいて、機関本体１１で要求されるＥＧＲガスの濃度を目標濃度として算出する（Ｓ３０２）。また、実濃度検出部８８は、機関本体１１に供給されるＥＧＲガスの濃度を実濃度として検出する（Ｓ３０３）。
【００５５】
排気還流制御部８９は、Ｓ３０２で算出した目標濃度がＳ２０３で検出した実濃度よりも大きいか否かを判断する（Ｓ３０４）。排気還流制御部８９は、目標濃度が実濃度よりも大きいと判断すると（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を拡大する（Ｓ３０５）。一方、排気還流制御部８９は、目標濃度が実濃度よりも大きくないと判断すると（Ｓ３０４：Ｎｏ）、実濃度が目標濃度よりも大きいか否かを判断する（Ｓ３０６）。排気還流制御部８９は、実濃度が目標濃度よりも大きいと判断すると（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）、低圧側開閉弁５４弁または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を縮小する（Ｓ３０７）。
【００５６】
ここで、排気還流制御部８９は、Ｓ３０７において低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を縮小した後、実濃度が目標濃度よりも大きいか否かを判断する（Ｓ３０８）。すなわち、排気還流制御部８９は、Ｓ３０７において低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７のいずれか一方または両方の開度を縮小した後、機関本体に吸入される吸気に含まれているＥＧＲガスが目標濃度まで減少したか否かを判断する。Ｓ３０８において実濃度が目標濃度よりも大きいと判断されると（Ｓ３０８：Ｙｅｓ）、排気還流制御部８９は、高圧側開閉弁５７の開度をさらに縮小する（Ｓ３０９）。すなわち、排気還流制御部８９は、Ｓ３０７においてＥＧＲガスの戻し量を減少させた後、Ｓ３０８において実濃度が目標濃度よりも大きいか否かを判断する。Ｓ３０８において実濃度が目標濃度よりも大きいと判断されたとき、上述のように低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７の開度の縮小では吸気に含まれるＥＧＲガスの削減が不十分であることを意味している。そこで、排気還流制御部８９は、高圧側開閉弁５７の開度をさらに縮小する。これにより、高圧側還流部５２を経由して高ＥＧＲ吸気通路部１７側へ戻されるＥＧＲガスは減少する。高ＥＧＲ吸気通路部１７側へ戻されるＥＧＲガスが減少すると、高ＥＧＲ吸気通路部１７における吸気の圧力は低下する。そのため、低ＥＧＲ吸気通路部１６を流れる低ＥＧＲガスは、接続通路部２４を経由して高ＥＧＲ吸気通路部１７側へ流入する。その結果、高ＥＧＲ吸気通路部１７から第二通路部２２を経由して燃焼室２６へ流入する吸気は、ＥＧＲガスの濃度が低下する。
【００５７】
一方、Ｓ３０８において実濃度が目標濃度よりも大きくないと判断されると（Ｓ３０８：Ｎｏ）、排気還流制御部８９は、低圧側開閉弁５４または高圧側開閉弁５７の開度の縮小によるＥＧＲガスの削減が十分であると判断してＳ３０１へリターンし、Ｓ３０１以降の処理を繰り返す。また、排気還流制御部８９は、Ｓ３０５において低圧側開閉弁５４若しくは高圧側開閉弁５７の開度を拡大、Ｓ３０６において実濃度が目標濃度よりも大きくないと判断したとき（Ｓ３０６：Ｎｏ）、またはＳ３０９で高圧側開閉弁５７の開度をさらに縮小すると、Ｓ３０１へリターンし、Ｓ３０１以降の処理を繰り返す。
【００５８】
第３実施形態では、排気還流制御部８９は、排気還流部１５を経由して低ＥＧＲ吸気通路部１６へ戻すＥＧＲガスの量を減らしても実濃度が目標濃度よりも高いとき、排気還流部１５を経由して高ＥＧＲ吸気通路部１７へ戻すＥＧＲガスの量を減らす。これにより、高ＥＧＲ吸気通路部１７の圧力は低下するため、低ＥＧＲ吸気通路部１６におけるＥＧＲガスの濃度の低い吸気は接続通路部２４を経由して高ＥＧＲ吸気通路部１７へ流入する。つまり、低ＥＧＲ吸気通路部１６を流れるＥＧＲガスの濃度の低い吸気は、接続通路部２４を経由して高ＥＧＲ吸気通路部１７へ導入される。その結果、低ＥＧＲ吸気通路部１６だけでなく高ＥＧＲ吸気通路部１７を経由して燃焼室２６へ吸入される吸気も、含まれるＥＧＲガスの濃度が減少する。したがって、燃焼室２６に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度を高精度に制御することができる。
【００５９】
なお、第３実施形態の場合、低ＥＧＲ吸気通路部１６から高ＥＧＲ吸気通路部１７へＥＧＲガスの濃度の低い吸気を導入するとき、通路開閉弁７６で接続通路７５を開閉してもよい。これにより、低ＥＧＲ吸気通路部１６が形成する低ＥＧＲ吸気通路６１と高ＥＧＲ吸気通路部１７が形成する高ＥＧＲ吸気通路６２との間の吸気の流量は高精度に制御される。したがって、燃焼室２６に吸入される吸気に含まれるＥＧＲガスの濃度をより高精度に制御することができる。
【００６０】
（その他の実施形態）
本発明は、以上で説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
例えば上記の複数の実施形態では、ディーゼルエンジン１０を例に説明した。しかし、ディーゼルエンジン１０に限らずガソリンエンジンに適用してもよい。また、複数の実施形態では、切替手段として、旋回式の切替弁２３を例に説明した。しかし、切替手段は、旋回式の切替弁２３に限らず、スプール式の開閉弁であってもよく、切替弁２３に代えて機械的に流路を切り替えるフラップなどであってもよい。すなわち、複数の実施形態による切替弁２３は、切替手段の一例であり、各実施形態と同様の作用を生じるものであれば任意に採用することができる。さらに、複数の実施形態では、切替弁２３は、ＥＣＵ８０からの電気的な指令によって駆動される例について説明した。しかし、切替弁２３は、例えば機関本体１１の図示しないクランクシャフトと直接または間接に機械的に接続し、機関本体１１の駆動力によって機関本体１１の回転に同期して作動する構成としてもよい。さらに、切替弁２３は、電気に限らず、例えば油圧などを利用して駆動する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
図面中、１０はディーゼルエンジン（内燃機関）、１は機関本体、１５は排気還流部、１６は低ＥＧＲ吸気通路部、１７は高ＥＧＲ吸気通路部、２１は第一通路部、２２は第二通路部、２３は切替弁（切替手段）、２４は接続通路部、２６は燃焼室、８１は濃度センサ（実濃度検出手段）、８６は切替制御部（切替制御手段）、８７は目標濃度算出部（目標濃度算出手段）、８８は実濃度検出部（実濃度検出手段）、８９は排気還流制御部（排気還流制御手段）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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