(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁によって開閉される吸気ポートに燃料噴射弁を備えた４サイクルエンジンの制御装置であって、
上記エンジンの冷間時に、燃焼行程終期から吸気行程初期までの間の所定期間だけ運転状態に応じて微小量開弁して、既燃ガスを上記吸気ポートに還流させる既燃ガス還流弁を備え、
上記燃料噴射弁による燃料噴射を上記既燃ガス還流弁の開弁時期に同期させて行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
上記吸気弁を上記既燃ガス還流弁に兼用することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
上記吸気弁が共通の吸気ポートに設けられた第１および第２の吸気弁からなり、該第１および第２の吸気弁の双方を上記既燃ガス還流弁に兼用するとともに、上記燃料噴射弁を上記共通吸気ポートの中央に設けてなることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
上記吸気弁が共通の吸気ポートに設けられた第１および第２の吸気弁からなり、上記第１の吸気弁のみを上記既燃ガス還流弁に兼用するとともに、上記燃料噴射弁を上記第１の吸気弁側にオフセットして設けてなることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
上記吸気弁が、互いに独立的に形成された第１および第２の吸気ポートにそれぞれの設けられた第１および第２の吸気弁からなり、上記第１の吸気弁のみを上記既燃ガス還流弁に兼用するとともに、上記第１の吸気ポートに上記燃料噴射弁を設けてなることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
低負荷時には、吸気行程における上記第２の吸気弁の開弁動作を休止させて、上記第２の吸気ポートを閉じることを特徴とする請求項３ないし５の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
上記第２の吸気ポートにスワール制御弁を設け、低負荷時には該スワール制御弁を閉弁して、上記第２の吸気ポートを閉じることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの制御装置。
【請求項８】
１本のカムシャフトに、第１の既燃ガス還流用カムと吸気用カムと第２の既燃ガス還流用カムとをこの順に並設し、上記カムシャフトに平行に配置されたロッカーシャフトに、上記第１の既燃ガス還流用カムに係合する第１のロッカーアームと、上記第１の吸気弁に係合する第２のロッカーアームと、上記吸気用カムに係合する第３のロッカーアームと、上記第２の吸気弁に係合する第４のロッカーアームと、上記第２の既燃ガス還流用カムに係合する第５のロッカーアームとを互いに隣接させて揺動自在に配置するとともに、互いに隣接する２つのロッカーアームをそれぞれ連動状態または非連動状態に択一的に切り換える第１、第２、第３および第４の切換手段を設けてなることを特徴とする請求項３ないし６の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項９】
上記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時点を、上記既燃ガス還流弁の開弁期間の前半に設定することを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項１０】
上記燃料噴射弁による燃料噴射期間が上記既燃ガス還流弁の開弁期間よりも長いとき、上記燃料噴射弁から噴射された燃料が上記吸気ポートの燃焼室内への開口部に到達するのに要する時間Ｔだけ上記既燃ガス還流弁の開弁開始時点よりも以前に燃料噴射を開始することを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項１１】
上記燃料噴射弁の上流または下流の吸気ポートに吸気ポート絞り手段を設け、上記燃料噴射弁による燃料噴射期間が上記既燃ガス還流弁の開弁期間よりも長いとき、上記吸気ポート絞り手段を作動させることを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項１２】
上記燃料噴射弁による燃料噴射を、排気弁の開弁期間と上記吸気弁の開弁期間とのオーバーラップ期間にも行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１３】
上記既燃ガス還流弁が開弁される運転状態において、上記既燃ガス還流弁の開弁時期に同期して上記吸気ポートの上方壁部に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、上記既燃ガス還流弁の開弁動作が休止される運転状態において、吸気行程に同期して燃料を上記吸気ポートの燃焼室への開口部に向けて噴射する第２の燃料噴射弁とを備えてなることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１４】
第１および第２の吸気弁が共通の吸気ポートに設けられる場合において、上記第１の吸気弁を上記既燃ガス還流弁に兼用し、かつ上記第１の燃料噴射弁を上記共通吸気ポートの上記第１の吸気弁側にオフセットして設け、上記第２の燃料噴射弁を上記共通吸気ポートの中央に設けてなることを特徴とする請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１５】
第１および第２の吸気弁によってそれぞれ開閉される第１および第２の吸気ポートが互いに独立して設けられる場合において、上記第１の吸気弁を上記既燃ガス還流弁に兼用し、かつ上記第１の燃料噴射弁を上記第１の吸気ポートに設け、上記第２の燃料噴射弁を上記第２の吸気ポートに設けることを特徴とする請求項１３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１６】
上記既燃ガス還流弁の開弁により上記吸気ポートに還流される既燃ガスを上記吸気ポート内で旋回させる手段を備えなることを特徴とする請求項１ないし１５の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項１７】
上記既燃ガスを旋回させる手段が、既燃ガスが還流される吸気ポートを傾斜湾曲させることからなることを特徴とする請求項１６に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１８】
上記既燃ガスを旋回させる手段が、既燃ガスが還流される吸気ポートに設けられた偏向板からなることを特徴とする請求項１６に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１９】
上記既燃ガスを旋回させる手段が、上記既燃ガス還流弁に兼用する吸気バルブの傘部に設けられた偏向板からなることを特徴とする請求項１６に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２０】
上記エンジンが多気筒エンジンよりなる場合において、各気筒の燃焼状態を検出する手段を設け、該検出手段により燃焼速度が遅いことが検出された気筒の空燃比をリッチ側に補正し、または該気筒の点火時期を進角させることを特徴とする請求項１ないし１９の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項２１】
上記エンジンの排気通路にシャッター弁を設け、冷間高負荷時に上記シャッター弁を閉制御することを特徴とする請求項１ないし２０の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項２２】
上記既燃ガス還流弁が開弁される運転状態から該既燃ガス還流弁の開弁動作が休止される運転状態への切替え時におけるトルク変動を低減する手段を備えてなることを特徴とする請求項１ないし２１の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項２３】
上記トルク変動低減手段が、上記エンジンの排気通路に設けたシャッター弁を徐々に開制御する手段からなることを特徴とする請求項２２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２４】
上記トルク変動低減手段が、空燃比を一旦リーン側に補正した後、徐々に空燃比を適正空燃比に戻す手段からなることを特徴とする請求項２２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２５】
上記トルク変動低減手段が、点火時期を一旦遅角させた後、徐々に適正点火時期に戻す手段からなることを特徴とする請求項２２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２６】
上記トルク変動低減手段が、上記既燃ガス還流弁の開弁時期を徐々に遅らせる手段からなることを特徴とする請求項２２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２７】
上記エンジンが排気通路から吸気通路へ排気ガスを還流させる外部ＥＧＲ手段を備えており、上記トルク変動低減手段が、一旦所定量の外部ＥＧＲ量を導入した後、該外部ＥＧＲ量を徐々に減少させる手段からなることを特徴とする請求項２２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項２８】
上記燃料噴射弁による加速時の臨時噴射を吸気行程の初期に行うことを特徴とする請求項１ないし２７の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項２９】
減速時における吸入空気量の減少に伴う空燃比のリッチ化に対応して、点火時期を遅角補正することを特徴とする請求項１ないし２８の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項３０】
上記既燃ガス還流弁の開始時期に同期させた上記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時点を上記既燃ガス還流弁の閉弁時点にほぼ一致させてなることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３１】
上記燃料噴射弁に、燃料とともにエアを該燃料噴射弁から噴出させるエアアシスト手段を付設するとともに、上記既燃ガス還流弁の開弁中は、上記エアアシスト手段により還流既燃ガスの圧力以上の圧力を有するエアを上記燃料噴射弁から噴出させることを特徴とする請求項１ないし３０の１つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項３２】
既燃ガス還流弁を上記吸気弁とは別個に備えてなることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３３】
上記既燃ガス還流弁を上記吸気ポートから分岐された既燃ガス還流ポートに設け、上記燃料噴射弁から噴射される燃料が上記吸気ポートを横切って上記既燃ガス還流ポートに向かうように、上記燃料噴射弁を上記既燃ガス還流ポートを指向させて上記吸気ポートに配設するとともに、上記既燃ガス還流弁が開弁される運転状態においては、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を上記既燃ガス還流弁の開弁時期に同期させて行い、かつ上記既燃ガス還流弁のが開弁動作が休止される運転状態においては、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を吸気行程に同期させて行うことを特徴とする請求項３２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３４】
上記吸気弁が上記既燃ガス還流弁よりも大径に形成されてなることを特徴とする請求項３３に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に、吸気弁によって開閉される吸気ポートに燃料噴射弁を備えた４サイクルエンジンにおいて、特に冷間時におけるエミッション特性の向上を図ったエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用エンジンでは、排気ガス浄化の観点から、排気ガスの一部を吸気系または燃焼室に還流して、排気ガス中のＮＯX の含有率を低下させることが行われている。
【０００３】
この排気ガス還流（以下「ＥＧＲ」と略称する）には、排気通路と吸気通路とを、途中に流量制御弁（ＥＧＲ弁）を設けたパイプで連通させ、このパイプを通じて排気ガスの一部を吸気系に還流する外部ＥＧＲ方式と、既燃ガスの一部を燃焼室内に残留させる内部ＥＧＲ方式とに大別される。
【０００４】
ところで、上記内部ＥＧＲ方式の場合、既燃ガスの一部が燃焼室内に残留するので、比較的温度の高い残留ガスが新規混合気を加熱するため、燃料の気化を促進させることができる。そして、この内部ＥＧＲは、吸気行程と排気行程とのオーバーラップ期間を長くすることにより達成でき、例えば、特開平５−２７２３６４号公報には、吸気行程と排気行程とのオーバーラップ期間を可変することによって、エンジンの運転状態に応じた内部ＥＧＲ量を得るようにしたエンジンが記載されている。
【０００５】
一方、吸気ポートに燃料噴射弁を備えた従来の４サイクルエンジンでは、特に冷間時において、液状の燃料が吸気ポートの壁面に付着すことに起因して、排気ガス中のＨＣ含有量が多く、その低減が望まれていた。
【０００６】
ところで、排気行程とこれに続く吸気行程との間のオーバーラップ期間には、比較的温度の高い既燃ガスの一部が吸気ポートに超音速で還流され、この既燃ガスが、冷間時に吸気ポートの壁面に付着した液体状態の燃料を気化させるように作用するから、上記オーバーラップ期間を長くすることにより、冷間時におけるＨＣ排出量を低減できることが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記オーバーラップ期間を長くすると、運転状態によっては燃焼の安定性が損なわれるという問題があり、さらに、オーバーラップ期間における既燃ガスの吸気ポートへの還流が、筒内圧力が低下した排気行程の末期に行われるために、オーバーラップ期間のごく初期にしか既燃ガスの超音速流が発生せず、したがって、従来の内部ＥＧＲ方式による冷間時のＨＣ排出量低減効果は僅かなものであった。
【０００８】
上述の事情に鑑み、本発明は、還流既燃ガスの超音速流を有効に利用して、冷間時におけるＨＣ排出量低減を図ったエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるエンジンの制御装置は、吸気弁によって開閉される吸気ポートに燃料噴射弁を備えた４サイクルエンジンの制御装置であって、図１（ａ），（ｂ）に示すように、燃焼行程終期から吸気行程初期までの間の所定期間だけ運転状態に応じて微小量開弁して、既燃ガスを上記吸気ポートに還流させる既燃ガス還流弁を備えるとともに、上記燃料噴射弁による燃料噴射を上記既燃ガス還流弁の開弁時期に同期させて行う、ことを特徴とする。
【００１０】
上記既燃ガス還流弁はエンジンの冷間時に開弁するように制御され、吸気弁を上記既燃ガス還流弁に兼用することができる。
【００１１】
本発明の１つの態様においては、上記吸気弁が共通の吸気ポートに設けられた第１および第２の吸気弁からなり、該第１および第２の吸気弁の双方を上記既燃ガス還流弁に兼用するとともに、上記燃料噴射弁を上記共通吸気ポートの中央に設ける。そして、低負荷時には、吸気行程における上記第２の吸気弁の開弁動作を休止させて、第２の吸気ポートを閉じるように構成することが好ましい。
【００１２】
本発明の他の態様においては、上記吸気弁が共通の吸気ポートに設けられ第１および第２の吸気弁からなり、上記第１の吸気弁のみを上記既燃ガス還流弁に兼用するとともに、上記燃料噴射弁を上記第１の吸気弁側にオフセットして設ける。この場合も、低負荷時には、吸気行程における上記第２の吸気弁の開弁動作を休止させて、第２の吸気ポートを閉じるように構成することが好ましい。
【００１３】
本発明のさらに他の態様においては、上記吸気弁が、互いに独立的に形成された第１および第２の吸気ポートにそれぞれの設けられた第１および第２の吸気弁からなり、上記第１の吸気弁のみを上記既燃ガス還流弁に兼用するとともに、上記第１の吸気ポートに上記燃料噴射弁を設ける。この場合も、低負荷時には、吸気行程における上記第２の吸気弁の開弁動作を休止させるか、あるいは第２の吸気ポートに設けたスワール制御弁を閉弁して、上記第２の吸気ポートを閉じるように構成することが好ましい。
【００１４】
上記第１および第２の吸気弁を駆動するために、１本のカムシャフトに、第１の既燃ガス還流用カムと吸気用カムと第２の既燃ガス還流用カムとをこの順に並設し、上記カムシャフトに平行に配置されたロッカーシャフトに、上記第１の既燃ガス還流用カムに係合する第１のロッカーアームと、上記第１の吸気弁に係合する第２のロッカーアームと、上記吸気用カムに係合する第３のロッカーアームと、上記第２の吸気弁に係合する第４のロッカーアームと、上記第２の既燃ガス還流用カムに係合する第５のロッカーアームとを互いに隣接させて揺動自在に配置するとともに、互いに隣接する２つのロッカーアームをそれぞれ連動状態または非連動状態に択一的に切換える第１、第２、第３および第４の切換手段を設ける。
【００１５】
上記燃料噴射弁による燃料噴射は、上記既燃ガス還流弁（吸気弁）の開弁時期に同期させて行っている。この燃料噴射の終了時点は、一般に既燃ガス還流弁の開弁期間の前半に設定するが、燃料噴射期間が既燃ガス還流弁の開弁期間よりも長いときには、上記燃料噴射弁から噴射された燃料が上記吸気ポートの燃焼室内への開口部に到達するのに要する時間Ｔだけ上記既燃ガス還流弁の開弁開始時点よりも以前に燃料噴射を開始するようにしている。
【００１６】
また、上記燃料噴射弁の上流または下流の吸気ポートに吸気ポート絞り手段を設け、上記燃料噴射弁による燃料噴射期間が上記既燃ガス還流弁の開弁期間よりも長いとき、上記吸気ポート絞り手段を作動させるようにしている。
【００１７】
また、上記燃料噴射弁による燃料噴射を、上記既燃ガス還流弁の開弁時期に同期させて行うことに加えて、排気弁の開弁期間と上記吸気弁の開弁期間とのオーバーラップ期間にも行っても良い。
【００１８】
さらに、上記燃料噴射弁の燃料噴射方向を上記吸気ポートの上壁部に指向させても良い。
【００１９】
本発明によるエンジンの制御装置のさらに他の態様によれば、既燃ガス還流弁の開弁時期に同期して吸気ポートの上方壁部に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、上記既燃ガス還流弁の開弁動作がを休止される運転状態において、吸気行程に同期して燃料を吸気ポートの燃焼室への開口部に向けて噴射する第２の燃料噴射弁とを備えている。
【００２０】
その場合、第１および第２の吸気弁が共通の吸気ポートに設けられる場合においては、上記第１の吸気弁を上記既燃ガス還流弁に兼用し、かつ上記第１の燃料噴射弁を上記共通の吸気ポート上記第１の吸気弁側にオフセットして設け、上記第２の燃料噴射弁を共通の吸気ポートの中央に設ける。
【００２１】
また、第１の吸気弁によって開閉される第１の吸気ポートと、第２の吸気弁によって開閉される第２の吸気ポートとが互いに独立して設けられる場合においては、上記第１の吸気弁を上記既燃ガス還流弁に兼用し、かつ上記第１の燃料噴射弁を上記第１に吸気ポートに設け、上記第２の燃料噴射弁を上記第２の吸気ポートに設ける。
【００２２】
本発明によるエンジンの制御装置のさらに他の態様によれば、上記既燃ガス還流弁の開弁により上記吸気ポートに還流される既燃ガスを上記吸気ポート内で旋回させる手段を備えている。
【００２３】
この既燃ガスの旋回手段は、既燃ガスが還流される吸気ポートを傾斜湾曲させるのみでも得られ、吸気ポートあるいは既燃ガス還流弁に兼用する吸気バルブの傘部に偏向板を設けることによっても得られる。
【００２４】
エンジンが多気筒エンジンよりなる場合においては、各気筒の燃焼状態を検出する手段を設け、該検出手段により、燃焼速度が遅いことが検出された気筒の空燃比をリッチ側に補正し、または該気筒の点火時期を進角させることが好ましい。
【００２５】
さらに、エンジンの排気通路にシャッター弁を設け、このシャッター弁を冷間高負荷時に閉制御する。
【００２６】
上記既燃ガス還流弁が開弁される運転状態から該既燃ガス還流弁の開弁動作が休止される運転状態への切替え時に発生するおそれがあるトルク変動を低減する手段を設けることも好ましい。
【００２７】
このトルク変動低減手段は、例えば、エンジンの排気通路に設けたシャッター弁を徐々に開制御する手段からなる。上記トルク変動低減手段はまた、空燃比を一旦リーン側に補正した後、徐々に適正空燃比に戻す手段、あるいは点火時期を一旦遅角させた後、徐々に適正点火時期に戻す手段からなる。
【００２８】
さらに、上記トルク変動低減手段は、既燃ガス還流弁の開弁時期を徐々に遅らせる手段からなる場合もある。
【００２９】
また、エンジンが、排気通路から吸気通路へ排気ガスを還流させる外部ＥＧＲ手段を備えている場合、上記トルク変動低減手段は、一旦所定量の外部ＥＧＲ量を導入した後、該外部ＥＧＲ量を徐々に減少させる手段からなる。
【００３０】
エンジンの加速時に、燃料噴射弁により臨時噴射が行われる場合は、この臨時噴射を吸気行程の初期に行っている。また、減速時においては、吸入空気量の減少に伴う空燃比のリッチ化に対応して、点火時期を遅角補正している。
【００３１】
既燃ガス還流弁の開始時期に同期させた燃料噴射の終了時点は上記既燃ガス還流弁の閉弁時点にほぼ一致させることが好ましい。
【００３２】
上記燃料噴射弁に、燃料とともにエアを該燃料噴射弁から噴出させるエアアシスト手段が付設されている場合は、上記既燃ガス還流弁の開弁中は、上記エアアシスト手段により還流既燃ガスの圧力以上の圧力を有するエアを上記燃料噴射弁から噴出させることが好ましい。
【００３３】
本発明においては、エンジンが専用の既燃ガス還流弁を吸気弁とは別個に設ける場合もある。その場合、上記専用の既燃ガス還流弁を上記吸気ポートから分岐された既燃ガス還流ポートに設け、上記燃料噴射弁から噴射される燃料が上記吸気ポートを横切って上記既燃ガス還流ポートに向かうように、上記燃料噴射弁を上記既燃ガス還流ポートを指向させて上記吸気ポートに配設するとともに、上記既燃ガス還流弁が開弁される運転状態においては、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を上記既燃ガス還流弁の開弁時期に同期させて行い、かつ上記既燃ガス還流弁のが開弁動作が休止される運転状態においては、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を吸気行程に同期させて行うようにしている。また、上記吸気弁が上記既燃ガス還流弁よりも大径に形成されていることが好ましい。
【００３４】
【作用および発明の効果】
本発明によれば、燃焼行程終期から吸気行程初期までの間の所定期間だけ運転状態に応じて微小量開弁して、既燃ガスを上記吸気ポートに還流させる既燃ガス還流弁を備えていることにより、図１に示すように、高温の既燃ガスの一部が超音速で吸気ポートに還流（ブローバック）して、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧に衝突するから、燃料の気化が促進されるとともに、内部ＥＧＲ効果により、ＮＯX 排出量が低減される。
【００３５】
特に、上記既燃ガスの還流を冷間時に行うことにより、冷間時に燃料噴射弁から噴射される粗大液滴が分裂・崩壊して、気化が促進されるため、燃焼室内に流入する燃料の壁面付着量が減少し、ＨＣ排出量が大幅に低減される効果がある。
【００３６】
すなわち、上記既燃ガス還流弁の開弁時期に同期して上記燃料噴射弁により燃料が噴射されることで、吸気ポートに超音速で還流される高温・高圧の既燃ガスが燃料噴霧に衝突して、粗大燃料液滴をも分裂・崩壊させ、気化を促進することになり、これにより、燃料の壁面付着を低減して、特に冷間時のＨＣ排出量を効果的に低減できるのである。
【００３７】
また、吸気弁が第１および第２の吸気弁からなる場合に、第１の吸気弁のみ、または双方の吸気弁を既燃ガス還流弁に兼用することにより、エンジンの燃焼室に対する弁配置は変更せず、弁駆動機構の変更のみで本発明を実施できる利点がある。そして、低負荷時には、吸気行程にける上記第２の吸気弁の開弁動作を休止させることにより、燃焼室内にスワールが生成し、既燃ガス際循環による燃焼性悪化のおそれを回避することができる。
【００３８】
また、上記第１および第２の吸気弁を駆動するために、１本のカムシャフトに、第１の既燃ガス還流用カムと吸気用カムと第２の既燃ガス還流用カムとをこの順に並設し、上記カムシャフトに平行に配置されたロッカーシャフトに、上記第１の既燃ガス還流用カムに係合する第１のロッカーアームと、上記第１の吸気弁に係合する第２のロッカーアームと、上記吸気用カムに係合する第３のロッカーアームと、上記第２の吸気弁に係合する第４のロッカーアームと、上記第２の既燃ガス還流用カムに係合する第５のロッカーアームとを互いに隣接させて揺動自在に配置するとともに、互いに隣接する２つのロッカーアームをそれぞれ連動状態または非連動状態に択一的に切り換える第１、第２、第３および第４の切換手段を設けたことにより、上記第１〜第４の切換え手段の連動状態または非連動状態の選択により、吸気ポートの構造および燃料噴射弁の配置に適応した種々の上記第１および第２の吸気弁の動作態様の選択が可能になる。
【００３９】
また、本発明においては、上記燃料噴射弁による燃料噴射を、上記既燃ガス還流弁（吸気弁）の開弁時期に同期させて行っており、特に、気化に時間を要する粗大液滴や燃料だれを発生しやすい噴射終了時点を還流の運動量が大きい既燃ガス還流期間の前半に設定することにより、高温のブローバックガスを燃料噴霧に効果的に衝突させることができる。
【００４０】
また、上記燃料噴射弁の上流または下流の吸気ポートに吸気ポート絞り手段を設け、上記燃料噴射弁による燃料噴射期間が上記既燃ガス還流弁の開弁期間よりも長いとき、上記吸気ポート絞り手段を作動させるようにしているため、還流時間が長くなり、燃料の気化が促進される。
【００４１】
また、上記燃料噴射弁による燃料噴射を複数回に分けて行い、上記既燃ガス還流弁の開弁時期に同期させて行うことに加えて、排気弁の開弁期間と上記吸気弁の開弁期間とのオーバーラップ期間にも燃料噴射を行うことにより、オーバーラップ期間における既燃ガスの還流をも燃料の気化に利用することができる。
【００４２】
さらに、還流される既燃ガスは、吸気ポートの上方に偏るため、上記燃料噴射弁の燃料噴射方向を上記吸気ポートの上壁部に指向させることにより気化が促進される。
【００４３】
また、上記燃料噴射弁の燃料噴射方向を上記吸気ポートの上壁部に指向させると、既燃ガス還流弁が開弁される冷間時には燃料が還流既燃ガスに衝突して気化が促進されるが、温間時のように既燃ガス還流弁の開弁動作が休止される運転状態においては、上記燃料噴射弁の燃料噴射方向を上記吸気ポートの上壁部に指向させるのはあまり好ましくない。そこで、既燃ガス還流弁の開弁時期に同期して吸気ポートの上方壁部に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、上記既燃ガス還流弁の開弁動作が休止される運転状態において、吸気行程に同期して燃料を吸気ポートの燃焼室への開口部に向けて噴射する第２の燃料噴射弁とを設けることによって、エミッションおよび燃費の悪化を抑制できる。
【００４４】
さらに、上記既燃ガス還流弁の開弁により上記吸気ポートに還流される既燃ガスを上記吸気ポート内で旋回させる手段を備えていることにより、燃料噴霧および壁面付着燃料の気化を促進できる。
【００４５】
また、エンジンが多気筒エンジンよりなる場合においては、各気筒の構造上のばらつきから、既燃ガス還流量にもばらつきが生じ、特に低負荷時には、燃焼状態が悪い上に、吸気ポート内と筒内との圧力差が大きいため、還流量のばらつきにより、各気筒の燃焼状態が異なって、エンジンの回転変動が発生しやすい。そこで、各気筒の燃焼状態を検出する手段を設け、該検出手段により、燃焼速度が遅いことが検出された気筒の空燃比をリッチ側に補正し、または該気筒の点火時期を進角させることにより、エンジンの回転変動を抑制することができる。
【００４６】
さらに、既燃ガスの還流を行う場合であっても、冷間高負荷時には、スロットル弁が大きく開かれて吸気ポート内の負圧が減少することにより、還流量が減少するが、エンジンの排気通路にシャッター弁を設け、このシャッター弁を冷間高負荷時に閉制御することにより、排気圧が高まり、十分な還流量をうることができる。また、高負荷時にＥＧＲを行えるため、ＮＯX 排出量が低減される。
【００４７】
さらに、既燃ガス還流弁が開弁される運転状態から、既燃ガス還流弁の開弁動作が休止される運転状態への切換え時には、内部ＥＧＲが急激に無くなるため、燃焼状態が急激に変化してトルクショックを発生するが、上記切換え時に、エンジンの排気通路に設けたシャッター弁を徐々に開制御することにより、燃焼状態を徐々に変化させて、トルクショックの発生を抑制することができる。
【００４８】
また、上記切換え時に、空燃比を一旦リーン側に補正した後、徐々に適正空燃比に戻すことにより、あるいは点火時期を一旦遅角させた後、徐々に適正点火時期に戻すことにより、燃焼状態の急激を阻止することができ、これによって、トルクショックの発生を抑制することができる。
【００４９】
さらに、上記切換え時に、既燃ガス還流弁の開弁動作を直ちに停止させず、開弁時期を徐々に遅らせてから既燃ガス還流弁の開弁動作を停止させることによっても、燃焼状態が徐々に変化するからトルクショックの発生を抑制することができる。
【００５０】
さらに、エンジンが、排気通路から吸気通路へ排気ガスを還流させる外部ＥＧＲ手段を備えている場合、上記切換え時に、一旦所定量の外部ＥＧＲ量を導入した後、該外部ＥＧＲ量を徐々に減少させることにより、ＥＧＲ量を徐々に減らすことができるから、これによっても、トルクショックの発生を抑制することができる。
【００５１】
ところで、ブローバックにより還流した高温の既燃ガスが吸気行程の初期において吸気とともに吸気ポートを燃焼室内に向かって通過するから、エンジンの加速時に、燃料噴射弁により臨時噴射が行われる場合、この臨時噴射を吸気行程の初期に行うことにより、その噴霧の気化が促進され、吸気ポートの壁面への燃料付着量が減少する。したがって、燃料の輸送遅れが少なくなり、応答性が向上する。また、壁面付着を見込んだ燃料増量が不要となるから、燃費も向上し、ＨＣ排出量の増加も抑制される。
【００５２】
また、スロットルバルブが開状態から閉状態になる減速時において、燃料カットが行われるまでは、吸入空気量の減少に伴い空燃比がリッチになって、ＨＣ排出量が増加するが、点火時期を遅角補正することにより、排気温度が上昇するから、ＨＣ排出量の増加をも抑制することができる。
【００５３】
さらに、燃料噴射弁のノズルが還流既燃ガスに直接さらされると、上記ノズルが目詰まりを起こすおそれがある。そこで、既燃ガス還流弁の開始時期に同期させた燃料噴射の終了時点を上記既燃ガス還流弁の閉弁時点にほぼ一致させることにより、燃料噴射弁のノズルが還流既燃ガスに直接さらされるのを回避することができる。
【００５４】
また、上記燃料噴射弁に、燃料とともにエアを該燃料噴射弁から噴出させるエアアシスト手段が付設されている場合は、上記既燃ガス還流弁の開弁中は、上記エアアシスト手段により還流既燃ガスの圧力以上の圧力を有するエアを上記燃料噴射弁から噴出させることにより、燃料噴射弁のノズルが還流既燃ガスに直接さらされるのを回避することができる。
【００５５】
さらに、エンジンが専用の既燃ガス還流弁を吸気弁とは別個に設ける場合は、動弁機構が簡単になり、かつ吸気弁を既燃ガス還流弁に兼用する場合のカム駆動損失を低減することができる。その場合、上記専用の既燃ガス還流弁を上記吸気ポートから分岐された既燃ガス還流ポートに設け、上記燃料噴射弁から噴射される燃料が上記吸気ポートを横切って上記既燃ガス還流ポートに向かうように、上記燃料噴射弁を上記既燃ガス還流ポートを指向させて上記吸気ポートに配設するとともに、上記既燃ガス還流弁が開弁される運転状態においては、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を上記既燃ガス還流弁の開弁時期に同期させて行い、かつ上記既燃ガス還流弁のが開弁動作が休止される運転状態においては、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を吸気行程に同期させて行うことにより、燃料噴霧のブレークアップレングスを確保でき、吸気ポート内における燃料の壁面付着量を減らすことができる。また、上記既燃ガス還流弁は上記吸気弁と同径でも良いが、吸気弁を既燃ガス還流弁よりも大径に形成することにより、既燃ガス還流時には、吸気に吹き戻された燃料が大径の吸気弁の位置から燃焼室内に流入して広範囲に拡散し、還流停止時には、吸気行程に同期した燃料噴射により、燃料噴霧が吸気に曲げられて大径の吸気弁の位置から燃焼室内に流入して広範囲に拡散するから、吸気との混合が促進されて、燃焼性が向上する利点がある。
【００５６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００５７】
図２に示すように、本発明に係わるエンジンＥは、シリンダブロック１のシリンダボア１ａ内に摺動自在に収納されたピストン２と、上記シリンダブロック１の上端に固定されたシリンダヘッド３とを備え、シリンダブロック１とピストン２とシリンダヘッド３とによって燃焼室４が形成されている。
【００５８】
シリンダヘッド３には、図３（ａ）に示すように、燃焼室４に開口する第１および第２の吸気ポート５ａ，５ｂおよび第１および第２の排気ポート６ａ，６ｂが設けられるとともに、上記吸気ポート５ａ，５ｂをそれぞれ開閉する第１および第２の吸気弁７ａ，７ｂと、上記排気ポート６ａ，６ｂをそれぞれ開閉する第１および第２の排気弁８ａ，８ｂが装着されている。
【００５９】
上記吸気ポート５ａ，５ｂは、その直上流側で合流して共通の吸気ポート９を形成しており、吸気ポート５ａ，５ｂに燃料を噴射するための燃料噴射弁１０が上記共通吸気ポート９の中央に取り付けられており、燃料噴射弁１０は、吸気ポート５ａ，５ｂの間の仕切壁９ａに向けて設けられている。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）と同一の吸気ポート構造を有するが、燃料噴射弁１０が第１の吸気ポート５ａ側にオフセットして設けられた場合の構成を示している。
【００６０】
いずれの構成においても、低負荷時には、吸気行程における第２の吸気弁７ｂの開弁動作を休止させて、第２の吸気ポート５ｂを閉じることにより、吸入空気を第１の吸気ポート５ａに流速を速めながら流入させて、燃焼室４内にスワールを発生させるように構成されている。
【００６１】
さらに、吸気ポート５ａ，５ｂがその直上流側では合流せず、シリンダヘッド３内では互いに独立的に設けられている場合を図３（ｃ）に示してある。この構成では、燃料噴射弁１０が第１の吸気ポート５ａに設けられているとともに、第２の吸気ポート５ｂにはスワール制御弁１８が設けられている。そして、低負荷時に、このスワール制御弁１８を閉じて、吸入空気を第１の吸気ポート５ａに流速を速めながら流入させて、燃焼室４内にスワールを発生させるように構成されている。また、上記スワール制御弁１８を設ける代わりに、図３（ａ），（ｂ）の構成と同様に、低負荷時には、吸気行程における第２の吸気弁７ｂの開弁動作を休止させるようにしても良い。なお、図３（ｂ），（ｃ）では、排気ポート６ａ，６ｂを省略してある。
【００６２】
いずれの吸気ポート構造においても、吸気ポート５ａ，５ｂの上流側の吸気通路には、図２に示すように、吸気ポート５ａ，５ｂの開閉に伴う吸気エアの脈動を緩和するために一定の容積を有するサージタンク１１が配置され、このサージタンク１１の上流側の吸気通路には、エンジンＥに供給する吸気量をアクセルペダル（図示は省略）の踏み込み量に応じて制御するスロットル弁１２が介設されている。また、スロットル弁１２の上流側には、エンジンＥに供給される吸気量を軽量するエアフローメータ１３と、吸気系の入口部に位置するエアクリーナ１４とが配置されている。一方、上記排気ポート６ａ，６ｂは排気通路１５に連通している。
【００６３】
本発明が適用されるエンジンは、図１に示したように、燃焼行程終期から吸気行程初期までの間所定期間だけ運転状態（特に冷間時）に応じて微小量開弁して、既燃ガスを吸気ポートに還流させる既燃ガス還流弁を備えていることを特徴としているが、本実施例では、上記既燃ガス還流弁を別途に設けることなしに、図３（ａ）の構成では第１および第２の吸気弁７ａ，７ｂの双方を、また図３（ｂ），（ｃ）の構成では、燃料噴射弁１０が設けられている側の第１の吸気弁７ａのみを既燃ガス還流弁に兼用している。そのため、吸気行程で開弁される第１および第２の吸気弁７ａ，７ｂの双方または第１の吸気弁７ａのみが、燃焼行程の終期から排気行程の初期に亘る所定期間だけ、運転状態に応じて微小量開弁されるように、吸気弁７ａ，７ｂの動弁機構１６が構成され、かつこの動弁機構１６を油圧で駆動するアクチュエータ１７が設けられている。
【００６４】
さらに、第１および第２の吸気弁７ａ，７ｂの双方または第１の吸気弁７ａのみが既燃ガス還流弁として微小量開弁される期間に同期して、燃料噴射弁１０から燃料が噴射されるように構成され、これによって、燃焼室４内から第１および第２の吸気ポート５ａ，５ｂの双方または第１の吸気ポート５ａのみに超音速で還流（ブローバック）される高温・高圧の既燃ガスが燃料噴霧に衝突して、粗大燃料液滴をも分裂・崩壊させ、気化を促進する。したがって、燃料の壁面付着を低減して、特に冷間時のＨＣ排出量の低減に効果がある。また、同時に内部ＥＧＲが行われることにより、ＮＯX 排出量も低減される。そして、この場合、図４に示すように、気化に時間を要する粗大燃料液滴や燃料だれの発生しやすい噴射終了時期を、還流の運動量が大きい還流期間の前半に一致させることにより、高温ガスの超音速流と噴射燃料とを効果的に衝突させるようにしている。
【００６５】
上記動弁機構１６を油圧で駆動するアクチュエータ１７は、各種の運転条件のデータを読み込んだコントロールユニット２０からの出力信号によって、燃料噴射弁１０とともに制御される。
【００６６】
上記コントロールユニット２０には、アクセルペダル（図示は省略）の踏み込み量、すなわち、エンジン負荷に応じてその弁開度が変化するスロットル弁１２の開度を検出するアクセル開度センサ２１からのアクセル開度信号、エアフローメータ１３からの吸気量信号、クランク角センサ２２からのクランク角信号、水温センサ２３からの水温信号等の各種運転条件に関するデータが入力される。
【００６７】
コントロールユニット２０は、これら入力信号を受けてエンジンＥの運転状態を判断し、その判断に応じて動弁機構１６のアクチュエータ１７に指令信号を出力して、上記動弁機構１６を制御する。また同時に、燃料噴射弁１０にパルス信号を出力して、燃料噴射弁１０から噴射される燃料の噴射タイミングおよび噴射期間を制御する。
【００６８】
図５は、各気筒にそれぞれ設けられる上記動弁機構１６の１例構成を模式的に示す説明図である。
【００６９】
図５において、吸気側のカムシャフト３０には、吸気行程で吸気弁７ａ，７ｂをリフトさせるための通常の吸気用カム３１を中央にして、その両側に第１および第２のブローバック用カム３２ａ，３２ｂが所定の間隔をおいて一体に形成されている。ブローバック用カム３２ａ，３２ｂは図６（ａ）に示すようなカムプロフィールを有し、吸気用カム３１は図６（ｂ）に示すようなカムプロフィールを有している。そして、カムシャフト３０と平行に配置された図示しないロッカーシャフトに、５個のロッカーアーム３４ａ，３５ａ，３３，３５ｂおよび３４ｂがこの順序で揺動自在に配設されている。なお、図６において、ＢＤＣ1 は燃焼下死点、ＴＤＣは排気上死点、ＢＤＣ2 は吸気下死点である。
【００７０】
図５において左端に位置する第１のロッカーアーム３４ａは、一方のブローバック用カム３２ａに常時当接し、中央に位置する第３のロッカーアーム３３は吸気用カム３１に常時当接し、右端に位置する第５のロッカーアーム３４ｂは、他方のブローバック用カム３２ｂに常時当接しており、これら３個のロッカーアーム３４ａ，３３，３４ｂは吸気弁７ａ，７ｂに係合する端部を備えておらず、ロッカーアーム３４ａと３３との間に隣接して介装された第２のロッカーアーム３５ａが第１の吸気弁７ａに常時係合し、また、ロッカーアーム３３と３４ｂとの間に隣接して介装された第４のロッカーアーム３５ｂが第２の吸気弁７ｂに常時係合するように構成されている。
【００７１】
ロッカーアーム３４ａと３５ａとの間には、両ロッカーアーム３４ａ，３５ａを連動状態または非連動状態に択一的に切換える切換手段を構成する第１のピン結合機構３６Ａが設けられ、ロッカーアーム３５ａと３３との間には、両ロッカーアーム３５ａ，３３を連動状態または非連動状態に択一的に切換える切換手段を構成する第２のピン結合機構３６Ｂが設けられ、ロッカーアーム３３と３５ｂとの間には、両ロッカーアーム３３，３５ｂを連動状態または非連動状態に択一的に切換える切換手段を構成する第３のピン結合機構３６Ｃが設けられ、ロッカーアーム３５ｂと３４ｂとの間には、両ロッカーアーム３５ｂ，３４ｂを連動状態または非連動状態に択一的に切換える切換手段を構成する第４ピン結合機構３６Ｄが設けられている。
【００７２】
これら第１〜第４のピン結合機構３６Ａ〜３６Ｄは、油圧で作動されるピストン機能を有するピン３７をそれぞれ備えている。これらピン結合機構３６Ａ〜３６Ｄの構成を第１の結合機構３６Ａを例にとってさらに詳細に説明すると、ピン３７は、ロッカーアーム３４ａのロッカーアーム３５ａ側の面に開口する嵌装孔（シリンダとして機能する）３８内に摺動自在に嵌装され、この嵌装孔３８に対向して、ロッカーアーム３５ａ側にも、上記ピン３７が摺動自在に嵌入し得る嵌装孔３９が嵌装孔３８と同軸的に形成されている。これら嵌装孔３８，３９の軸線はカムシャフト３０の軸線と平行である。嵌装孔３８の底部には油室４０が形成され、油室４０は油路４１を通じてロッカーシャフト内の油路（図示は省略）に連通しており、この油路が油圧供給源（図示は省略）に接続されている。そして、油室４０に油圧が供給されないときには、図５に示すように、ロッカーアーム３４ａ，３５ａが独立的に揺動し得る非連動状態にあるが、油室４０に油圧が供給されると、ピン３７の一部分がロッカーアーム３５ａの嵌装孔３９に挿入され、これによって、ロッカーアーム３４ａ，３５ａがピン３７を介して結合されて連動状態に切換えられる。
【００７３】
残る第２〜第４のピン結合機構３６Ｂ〜３６Ｄも同様の構成を有するが、図５から明らかなように、ロッカーアーム３３に第２および第３のピン結合機構３６Ｂ，３６Ｃの油室４０が形成され、ロッカーアーム３４ｂに第４のピン結合機構３６Ｄの油室４０が形成されている。
【００７４】
次に、以上のような構成を有する動弁機構１６の動作に関する５つのケース(1) 〜(5) について、図７〜図１１を参照しながら説明する。なお、図７〜図１１の各図において、ブローバック用カム３２ａ，３２ｂによる吸気弁７ａ，７ｂのリフト状態を左方に、吸気用カム３１による吸気弁７ａ，７ｂのリフト状態を右方に示してある。
【００７５】
(1) 図３（ａ）の構成における冷間・低負荷時（図７）：
第１、第２および第４のピン結合機構３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｄの油室４０に油圧が供給され、ロッカーアーム３４ａ，３５ａ，３３が連動状態、ロッカーアーム３３，３５ｂが非連動状態、ロッカーアーム３５ｂ，３４ｂが連動状態になる。したがって、ブローバック時には吸気弁７ａ，７ｂの双方がリフトされる。また、吸気行程では吸気弁７ａのみがリフトされて、吸気弁７ｂは休止状態となり、燃焼室４内にスワールを発生させて、既燃ガス還流による燃焼性の悪化を抑制する。
【００７６】
(2) 図３（ａ）の構成における冷間・中高負荷時（図８）：
第１〜第４のピン結合機構３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄのすべての油室４０に油圧が供給され、５個のロッカーアーム３４ａ，３５ａ，３３，３５ｂ，３４ｂがすべて連動状態になる。したがって、ブローバック時にも吸気行程においても、吸気弁７ａ，７ｂの双方がリフトされる。
【００７７】
(3) 図３（ｂ）の構成、および図３（ｃ）でスワール制御弁１８を除いた構成における冷間・低負荷時（図９）：
第１、第２ピン結合機構３６Ａ，３６Ｂの油室４０に油圧が供給され、ロッカーアーム３４ａ，３５ａ，３３が連動状態、ロッカーアーム３３，３５ｂが非連動状態、ロッカーアーム３５ｂ，３４ｂが非連動状態になる。したがって、ブローバック時にも吸気行程においても、吸気弁７ａのみがリフトされて、吸気弁７ｂは休止状態となり、吸気行程において燃焼室４内にスワールを発生させる。
【００７８】
(4) 図３（ａ），（ｂ）の構成、および図３（ｃ）でスワール制御弁１８を除いた構成における温間・低負荷時（図１０）：
第２ピン結合機構３６Ｂの油室４０のみに油圧が供給され、ロッカーアーム３５ａ，３３が連動状態、他は非連動状態になる。したがって、ブローバックは行われず、吸気行程においては、吸気弁７ａのみがリフトされて、吸気弁７ｂは休止状態となり、燃焼室４内にスワールを発生させる。
【００７９】
(5) 同温間・中高負荷時（図１１）：
第２、第３ピン結合機構３６Ｂ，３６Ｃの油室４０に油圧が供給され、ロッカーアーム３５ａ，３３，３５ｂが連動状態になる。したがって、ブローバックは行われず、吸気行程においては、吸気弁７ａ，７ｂの双方がリフトされる。
【００８０】
上記５つのケースにおける第１〜第４のピン結合機構３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄおよび吸気弁７ａ，７ｂの動作状態を下記の表１にまとめて示す。
【００８１】
【表１】
0003661200.tif 000002
【００８２】
ここで、燃料の気化・霧化の促進対策について述べる。
【００８３】
燃焼行程終期から排気行程初期に亘る吸気弁７ａ，７ｂまたは７ａの微小量開弁による既燃ガスの還流期間ＴB と燃料噴射弁１０の燃料噴射期間Ｔ1 との関係について述べると、燃料噴射期間Ｔ1 が還流期間ＴB よりも短いときには（Ｔ1＜ＴB ）、図４に示したように、気化に時間を要する粗大燃料液滴や燃料だれの発生しやすい噴射終了時期を、還流の運動量が大きい還流期間ＴB の前半に一致させることにより、高温ガスの超音速流と噴射燃料とを効果的に衝突させている。
【００８４】
しかしながら、燃料噴射期間Ｔ1 が還流期間ＴB よりも長い運転条件においては、燃料噴射弁１０から噴射された燃料噴霧が吸気ポートの燃焼室４への開口部に到達するのに要する時間Ｔを考慮して燃料噴射期間Ｔ1 を設定する必要がある。すなわち、図１２に示すように、ＴB ＜Ｔ1 ≦ＴB ＋Ｔの場合は、還流開始時点よりも時間Ｔだけ以前に燃料噴射を開始することにより、Ｔ1 −ＴB に相当する期間の噴霧も還流と衝突させて燃料の破砕・気化を促進することができる。また、Ｔ1 ＞ＴB ＋Ｔの場合は、噴射開始時点を上記と同様にすると、Ｔ1 −（ＴB ＋Ｔ）に相当する期間の噴霧が還流と接触しなくなるため、噴射終了時点を還流終了時点に一致させて、上記余剰分の燃料を還流開始以前に噴射しておくことにより、噴射燃料のすべてを吸気ポート内で還流に接触させて、気化の悪化を防止することができる。
【００８５】
さらに、燃料噴射期間Ｔ1 が還流期間ＴB よりも長いときに、吸気ポートの内部に、この吸気ポートの断面積を絞ることができる絞り手段を設けることによっても燃料の気化を促進させることができる。例えば、図１３に示すように、吸気ポート５ａの上壁部に配置される燃料噴射弁１０に対して、燃料噴射弁１０の下流側の吸気ポート５ａの下壁部に、この吸気ポート５ａの断面積を絞ることができるプレート４５を設け、このプレート４５の角度を変えることにより、還流量が一定でも還流時間を変化させることができる。これにより、負荷に対する還流量と、燃料気化とを制御することができる。そして、この場合、上記プレート４５が、還流ガスを燃料噴射弁１０の噴射口に向かって偏向させる偏向板として作用して、燃料気化を促進させることができる。
【００８６】
あるいは、図１４に示すように、通常は開いていて吸気エアに対しては抵抗とならないが、吸気エアとは逆方向の還流ガスによって閉じるように構成されたリードバルブ４６を、燃料噴射弁１０の上流側の吸気ポート５ａの内部に設けても良い。この場合は、還流時間が長くなることにより、気化を促進できる。
【００８７】
また、図１５に示すように、１サイクル中に燃料を例えば２回噴射させることにし、第１回目の燃料噴射期間を上記既燃ガス還流期間に一致させ、かつ第２回目の燃料噴射期間を排気弁８ａ，８ｂの開弁期間と吸気弁７ａ，７ｂの開弁期間とのオーバラップ期間に一致させることにより、それぞれの期間における既燃ガスの還流を利用して、燃料の気化を図ることができる。
【００８８】
さらに、図１６に示すように、吸気ポート５ａの通常位置に配置した第１の燃料噴射弁１０ａに加えて、吸気ポート５ａの上流側に第２の燃料噴射弁１０ｂを設け、両燃料噴射弁１０ａ，１０ｂから同時に燃料を噴射することにより、燃料噴射時間を短縮するとともに、１回の還流を２度に亘って燃料噴霧に衝突させて、燃料の気化を図ることもできる。
【００８９】
また、還流既燃ガスは吸気ポート５ａの上方に偏って流れるから、図１７（ａ）に示すように、吸気ポート５ａの燃焼室４内への開口部の上方部分に隆起部４７を形成して、あるいは図１７（ｂ）に示すように、吸気バルブ５ａの傘部の吸気ポート５ａ側の面にシュラウド４８を設けて、吸気ポート５ａ上方の還流既燃ガス流路を狭めることにより、吸気ポート５ａ内の還流分布を均一化して、燃料噴霧および壁面付着燃料の気化を図ることができる。
【００９０】
また、これとは逆に、吸気ポート５ａの上方に偏って流れる還流既燃ガスの性質を利用して、図１８に示すように、燃料噴射弁１０の燃料噴射方向を吸気ポート５ａの上壁部とすることにより、還流既燃ガスの利用度を高め、燃料の気化を図ることもできるとともに、吸気ポート５ａ下部からの液垂れを防止することができる。
【００９１】
さらに、図１９に示すように、図１８と同様に燃料噴射方向を吸気ポート５ａの上壁部とした第１の燃料噴射弁１０ａに加えて、燃料噴射方向を吸気ポート５ａの燃焼室４への開口部とした第２の燃料噴射弁１０ｂを設け、既燃ガス還流が行われる運転状態（冷間時）では上向きの第１の燃料噴射弁１０ａから燃料を噴射し、既燃ガス還流が行われない運転状態（温間時および全負荷時）では下向きの第２の燃料噴射弁１０ｂから燃料を噴射するようにしても良い。図１９（ａ）は、第１および第２のの燃料噴射弁１０ａ，１０ｂを１つの吸気ポート５ａに縦列配置した場合を示し、図１９（ｂ），（ｃ）は、第１および第２のの燃料噴射弁１０ａ，１０ｂを並列配置した場合である。すなわち、図１９（ｂ）では、図３（ａ）と同様に第１および第２の吸気ポート５ａ，５ｂがその直上流側で合流して共通の吸気ポート９を形成している構成において、既燃ガス還流が行われる運転状態で動作する上向きの第１の燃料噴射弁１０ａを第１の吸気ポート５ａ側にオフセットさせて共通吸気ポート９に配置し、既燃ガス還流が行われない運転状態で動作する下向きの第２の燃料噴射弁１０ｂを共通吸気ポート９の中央に配置している。また、図１９（ｃ）では、図３（ｃ）と同様に第１および第２の吸気ポート５ａ，５ｂが互いに独立的に設けられている構成において、既燃ガス還流が行われる運転状態で動作する上向きの第１の燃料噴射弁１０ａを第１のの吸気ポート５ａ配置し、既燃ガス還流が行われない運転状態で動作する下向きの第２の燃料噴射弁１０ｂを第２の吸気ポート５ｂに配置している。
【００９２】
さらに、図２０に示すように、還流が吸気ポート５ａ内で旋回するように吸気ポート５ａを斜めに設け、この旋回する還流ガスによって、燃料噴射弁１０から噴射された燃料噴霧および吸気ポート５ａの壁面に付着した燃料の気化を図るようにしても良い。あるいは、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、吸気弁７ａの傘部の吸気ポート５ａ側の面に還流偏向板４９を設け、この還流偏向板４９によって、還流を吸気ポート５ａ内で旋回させるようにしても良い。また、上記還流偏向板４９を吸気ポート５ａ側に設けても良い。
【００９３】
ところで、上述のような既燃ガス還流制御を実行する場合に、多気筒エンジンでは、各気筒間の構造上のばらつきから、既燃ガス還流量にもばらつきが生じることが起こり得る。特に低負荷時には燃焼条件が悪い上に吸気ポート内と筒内との圧力差が大きいため、還流量が多くなる。したがって、還流量のばらつきにより各気筒の燃焼状態が異なって、エンジンの回転変動が発生しやすい。
【００９４】
そこで、回転変動センサまたは筒内圧センサ等のような検出手段を設けて各気筒の燃焼状態を検出し、燃焼が遅い（還流量が多い）気筒に対しては燃料噴射量を増加させて空燃比をリッチ側に移行させ燃焼を速めることにより、各気筒の燃焼状態のばらつきを補正して回転変動を抑制することができる。ただし、この回転変動は負荷の増大に伴って発生しにくくなるから、負荷が増大すれば噴射量の補正量を減少させるのが良い。
【００９５】
また燃焼が遅い（還流量が多い）気筒は、点火時期を進角させ、燃焼が速い気筒は、点火時期を遅角させることによっても、回転変動を抑制することができる。
【００９６】
さらに、冷間高負荷時には、還流量が減少するため、燃料が気化しにくくなるが、エンジンの排気マニホールドに排気シャッター弁（図示は省略）を設け、還流量が減少したときに上記排気シャッター弁を閉制御することにより、還流量を増加させることができる。すなわち、高負荷領域で排気シャッター弁を図２２に示すように閉じて行くと、排気圧力が高まって十分な還流量が得られる。したがって、高負荷時に吸気弁を早期開弁するシステムを用いることなしに気化を促進させることができる。また、高負荷時にＥＧＲが行われるため、ＮＯX が低減され、またスロットル開度増大によりポンピングロスが減少し、燃費改善もできる。そして、この場合は排気温度によって冷間から温間への切換え判定を排気温度によって行うとともに、上記排気シャッター弁に形状記憶合金を用いることにより、制御システムの簡略化を図ることができる。
【００９７】
次に、既燃ガス還流状態から非還流状態への切換え時に、燃焼状態が急激に変化することにより、トルクショックが発生することがある。トルクショックの発生を防止する方法について以下に説明する。
【００９８】
上記既燃ガス還流、非還流の制御切換えは、部分負荷（スロットル開度半開）と全負荷（ＷＯＴ、スロットル開度全開）との間でも行われるが、例えば上記排気シャッター弁が設けられている場合は、図２３に示すように、この排気シャッター弁を徐々に開閉することにより、還流量（内部ＥＧＲ量）が徐々に変化するから、上記既燃ガス還流、非還流の制御切換えによるトルクショックの発生を防止することができる。また、エンジン水温に基づいて既燃ガス還流、非還流の制御切換えを行う場合にも、同様の排気シャッター弁制御を行うことによりトルクショックの発生を防止することができる。
【００９９】
さらに、既燃ガス還流、非還流の制御切換え時に空燃比の補正制御を行うことにもトルクショックの発生を防止することができる。すなわち、図２４に示すように、既燃ガス還流状態から非還流状態への切換え時には、空燃比を一旦リーン側に補正した後、徐々に適正空燃比に戻し、既燃ガス非還流状態から還流状態への切換え時には、空燃比を一旦リッチ側に補正した後、徐々に適正空燃比に戻すことにより、切換え時のトルクショックの発生を防止することができる。
【０１００】
また、既燃ガス還流用カム（図５の３２ａ，３２ｂ）のリフトタイミングまたはリフト量を可変できる構成とし、既燃ガス還流状態から非還流状態への切り換え時には、図２５に示すように、既燃ガス還流用カムのリフトタイミングを徐々に遅らせ、既燃ガス非還流状態から還流状態への切り換え時には、遅らせておいた既燃ガス還流用カムのリフトタイミングを徐々に早めることにより、切換え時のトルクショックの発生を防止することができる。
【０１０１】
さらに、既燃ガス還流状態から非還流状態への切り換え時に、図２６に示すように、点火時期を一旦遅角させてから徐々に適正点火時期に戻すようにしても、切換え時に発生するのトルクショックを軽減できる。
【０１０２】
また、エンジンが冷間から温間になって、既燃ガス還流状態から非還流状態への切換え制御が行われるとき、図２７に示すように、既燃ガス還流による内部ＥＧＲ量と同量の外部ＥＧＲを導入した後、この外部ＥＧＲ量を徐々に減らして行くことにより、ＥＧＲ量の急激な変化を阻止し、これによって、トルクショックの発生を防止することができる。
【０１０３】
また、既燃ガス還流中にスロットルが開方向に変化すると（負荷増大）、還流量が減少し、気化状態が悪化してＨＣ排出量が増加したり、内部ＥＧＲ効果の減少によりＮＯX 排出量が増加したりするため、外部ＥＧＲを導入する。ただし、外部ＥＧＲを導入したのみでは、さほど気化が促進されない。そこで、図２８に示すように、外部ＥＧＲを吸気ポート５ａに導入するノズル５０を燃料噴射弁１０のノズルに対向させて設けると、燃料噴射弁１０から噴射された燃料噴霧が直接外部ＥＧＲガスに当たり、気化の悪化を阻止してＨＣ排出量の増加を防止することができる。
【０１０４】
次に加速時および減速時の制御について説明する。
【０１０５】
燃料に臨時噴射を伴う加速時において、従来は、燃料の壁面付着を見込んで、臨時噴射分の燃料を増量させており、これが燃費を悪化させていた。そこで、臨時噴射時期を、ブローバックにより還流された高温の既燃ガスが再び吸気ポートを通過する吸気行程初期に設定することにより、その燃料噴霧の気化を促進し、壁面付着量を減少させることができ、これによって、燃料の加速増量（臨時噴射パルス幅）の減少による燃費の改善と、ＨＣ排出量の増加防止とを図ることができる。また、燃料の壁面付着量の減少により、燃料の輸送遅れが低減されるため、加速応答性も向上する。
【０１０６】
一方、ブローバックによる既燃ガスの還流中あるいは還流後から吸気開始間での間に、減速のためにスロットルが閉方向に変化すると、吸入空気量の減少により、空燃比が一時的にリッチになり、ＨＣ排出量が増加する。そこで、スロットルが閉動作中で燃料カットが行われるまでは、点火時期を遅角補正して排気温度を高めることにより、ＨＣ排出量の増加を抑制することができる。
【０１０７】
次に、燃料噴射弁１０のノズルがブローバックによる既燃ガスに直接さらされると、燃料噴射弁１０のノズルが目詰まりを起こすおそれがある。その対策について以下に説明する。
【０１０８】
１つの対策は、図２９に示すように、燃料噴射終了時期を還流終了時期に一致させることである。また、１サイクルで２回以上の燃料噴射を行うことでも良い。特に、図１５に示したように、ブローバック時と、吸排気行程のオーバーラップ時とにおいて燃料噴射を行うことが効果的である。さらに、燃料の気化を促進する手段として、燃料噴射弁が燃料とともにエアをノズルから噴出させるエアアシスト手段を備えている場合に、アシストエア圧を大気圧以上に高めるとともに、既燃ガス還流中はエア噴射を持続することにより、燃料噴射弁およびエア噴射弁のノズルが直接既燃ガスにさらされるのを防止することができる。
【０１０９】
ところで、図５〜図１１に示す動弁機構１６は、吸気弁７ａ，７ｂのうちの少なくとも一方を既燃ガス還流弁に兼用する場合の動弁機構であり、少なくとも一方の吸気弁７ａが１サイクルに２回リフトするように構成されている。
【０１１０】
このような２回リフトによるカム駆動損失を低減し、機械抵抗の増大を防止するため、図３０に示すように、一方の吸気弁７ａを専用の吸気弁として用い、他方の吸気弁を専用の既燃ガス還流弁５１としても良い。その場合、吸気ポート５ａから分岐された既燃ガス還流ポート５２を設ける。そして、吸気ポート５ａの既燃ガス還流ポート５２との分岐部の上流側において分岐部側とは反対側のポート壁に燃料噴射弁１０を配置し、この燃料噴射弁１０から燃料を既燃ガス還流ポート５２に向けて噴射する。このような構成により、燃料噴霧のブレークアップレングスを確保でき、燃料の壁面付着量を低減することができる。
【０１１１】
図３１も、専用の既燃ガス還流弁５１を設けた場合である。この場合、専用の吸気弁７ａを大径として中心に配置し、専用の既燃ガス還流弁５１は小径として、比較的狭い既燃ガス還流ポート５２を設ける。燃料噴射弁１０の燃料噴射方向は、図３０と同様に既燃ガス還流ポート５２に向ける。そして、既燃ガス還流時には、既燃ガス還流弁５１の開弁時期に同期して燃料噴射弁１０から燃料を噴射させる。還流により吹き戻された燃料は大径の吸気弁７ａの位置から燃焼室４内に流入して広範囲に拡散し、空気と混合される。還流停止時には、吸気行程で燃料噴射を行うことにより、燃料噴霧は吸気流により曲げられて、大径の吸気弁７ａの位置から燃焼室４内に流入し、広範囲に拡散して空気と混合される。したがって、燃焼性も向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエンジンの制御装置の構成およびその作用を示す説明図
【図２】本発明が適用されるエンジンの断面図
【図３】エンジンの吸気ポートの構造に対する燃料噴射弁の配置を説明する平面図
【図４】既燃ガス還流時の燃料噴射期間と吸気弁の開弁期間との関係を示す特性図
【図５】動弁機構の１例構成を示す説明図
【図６】吸気弁の開弁特性を示す特性図
【図７】既燃ガス還流時には第１および第２の吸気弁の双方を開弁させ、吸気行程では第１の吸気弁のみを開弁させる場合の動弁機構の動作説明図
【図８】既燃ガス還流時および吸気行程の双方で第１および第２の吸気弁を開弁させる場合の動弁機構の動作説明図
【図９】既燃ガス還流時および吸気行程の双方で第１の吸気弁のみを開弁させる場合の動弁機構の動作説明図
【図１０】既燃ガス還流時にはいずれの吸気弁をも開弁させず、吸気行程で第１の吸気弁のみを開弁させる場合の動弁機構の動作説明図
【図１１】既燃ガス還流時にはいずれの吸気弁をも開弁させず、吸気行程で第１および第２の吸気弁を開弁させる場合の動弁機構の動作説明図
【図１２】既燃ガス還流時の燃料噴射期間と吸気弁の開弁期間との関係を示す特性図
【図１３】燃料噴射弁の下流側に吸気ポートを絞るプレートを設けた状態を示す説明図
【図１４】燃料噴射弁の上流側に吸気ポートを絞るリードバルブを設けた状態を示す説明図
【図１５】燃料噴射を複数回行う場合の燃料噴射時期の説明に供する特性図
【図１６】吸気ポートに２個の燃料噴射弁を設けた状態を示す説明図
【図１７】還流既燃ガスを吸気ポートに平均的に還流させる手段を示す説明図
【図１８】燃料噴射弁を吸気ポートの上壁部を指向させた状態を示す説明図
【図１９】互いに燃料噴射方向を異にする２個の燃料噴射弁を設けた状態を示す説明図
【図２０】既燃ガスを吸気ポートで旋回させる手段の１例を示す説明図
【図２１】既燃ガスが吸気ポートで旋回させる手段の他の例を示す説明図
【図２２】負荷と排気シャッター弁の開度との関係を示す特性図
【図２３】スロットル弁開度と排気シャッター弁の開度と還流量との関係を示すタイミングチャート
【図２４】還流・非還流の切換え時における空燃比の補正制御の説明に供するタイミングチャート
【図２５】還流・非還流の切換え時における既燃ガス還流弁の開弁時期変更動作の説明に供するタイミングチャート
【図２６】還流・非還流の切換え時における点火時期の補正制御の説明に供するタイミングチャート
【図２７】還流・非還流の切換え時における外部ＥＧＲ量の変化を示す特性図
【図２８】外部ＥＧＲノズルと燃料噴射弁との配置関係を示す説明図
【図２９】既燃ガス還流量と燃料噴射期間との関係を示す特性図
【図３０】専用の既燃ガス還流弁を設けた場合の燃料噴射弁の配置を示す説明図
【図３１】専用の既燃ガス還流弁を設けた場合の燃料噴射弁の配置を示す説明図
【符号の説明】
５ａ，５ｂ 吸気ポート
７ａ，７ｂ 吸気弁
１６ 動弁機構
２０ コントロールユニット
３０ カムシャフト
３１ 吸気用カム
３２ａ，３２ｂ 既燃ガス還流用カム
３３ ロッカーアーム
３４ａ，３４ｂ ロッカーアーム
３５ａ，３５ｂ ロッカーアーム
３６Ａ〜３６Ｄ ピン結合機構 （切換手段）
３７ ピン
４０ 油室
５１ 既燃ガス還流弁
５２ 既燃ガス還流ポート
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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