(57)【要約】      （修正有）【課題】同一の吸気ポートから吸気行程の前半に第１ガスを筒内に吸入し、後半に第１ガスとは異なる第２ガスを吸入する内燃機関の吸気制御装置において、筒内での成層化の程度が低下するのを抑制する。【解決手段】エンジンの吸気ポート６１の上流には、吸気ポート６１に開通する通路を、ＥＧＲ濃度が希薄なＥＧＲリーンガスが流れる通路２７とＥＧＲ濃度が濃厚なＥＧＲリッチガスが流れる通路２５との間で切り替える切替バルブ３７が設けられる。ＥＣＵは、吸気行程の前半にＥＧＲリーンガスを吸入し後半にＥＧＲリッチガスを吸入するように、切替バルブ３７を制御する。この際、吸気行程中に通路２５が閉鎖するように切替バルブ３７を切り替え、その切替時期７３をエンジン回転数と目標ＥＧＲ率の少なくとも一方に応じて変化させる。具体的には、エンジン回転数の増加により切替時期７３を進角させ、目標ＥＧＲ率の増加により切替時期７３を遅角させる。【選択図】図３
2014122562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の吸気ポート（６１）の上流に設けられ、前記吸気ポートに開通する通路を第１ガスが流れる第１通路と前記第１ガスとは異なる第２ガスが流れる第２通路との間で切り替える切替手段（３７）と、
吸気行程の前半に前記吸気ポートから前記内燃機関の筒内（１３）に前記第１ガスを吸入し、吸気行程の後半に前記吸気ポートから前記第２ガスを前記筒内に吸入するように前記切替手段を制御する切替制御手段（５０）とを備え、
前記切替制御手段は、吸気行程中に前記切替手段を、前記第２通路が前記吸気ポートに開通した第２通路状態から前記第１通路が前記吸気ポートに開通した第１通路状態となるように切り替え、その切替時期を、前記内燃機関の回転数と目標ＥＧＲ率の少なくとも一方に応じて変化させることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
前記第１ガスと前記第２ガスの一方は、前記内燃機関の排気系から吸気系に還流されるＥＧＲガスの濃度が希薄なＥＧＲリーンガスであり、他方は、前記ＥＧＲガスの濃度が濃厚なＥＧＲリッチガスであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
前記切替制御手段は、前記内燃機関の回転数の増加により前記切替時期を進角させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
前記第２通路状態から前記第１通路状態への前記切替手段の切替動作を開始する時のクランク角である開始角と、その切替動作が完了した時のクランク角である完了角の中間のクランク角がどの前記内燃機関の回転数であっても一定になるように定められた、前記内燃機関の回転数と前記開始角との第１関係（３０１）を記憶する第１の関係記憶手段（５１）を備え、
前記切替制御手段は、前記第１関係に基づいて今回の前記内燃機関の回転数に対する前記開始角を算出する第１算出手段（Ｓ３）を備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項５】
前記第１ガスは前記ＥＧＲリーンガスであり、前記第２ガスは前記ＥＧＲリッチガスであり、
前記切替制御手段は、目標ＥＧＲ率の増加により前記切替時期を遅角させることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】
前記第１ガスは前記ＥＧＲリッチガスであり、前記第２ガスは前記ＥＧＲリーンガスであり、
前記切替制御手段は、目標ＥＧＲ率の増加により前記切替時期を進角させることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項７】
前記第２通路状態から前記第１通路状態への前記切替手段の切替動作を開始する時のクランク角である開始角が、目標ＥＧＲ率が所定範囲内では目標ＥＧＲ率が増加するにしたがって遅角又は進角し、前記所定範囲の上限以上の範囲ではその上限における前記開始角で一定となり、前記所定範囲の下限以下の範囲ではその下限における前記開始角で一定となるように定められた、目標ＥＧＲ率と前記開始角との第２関係（３０２、３０３）を記憶する第２の関係記憶手段（５１）を備え、
前記切替制御手段は、前記第２関係に基づいて今回の目標ＥＧＲ率に対する前記開始角を算出する第２算出手段（Ｓ４）を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関の回転数が基準回転数、かつ、目標ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率であるときの、前記第２通路状態から前記第１通路状態への前記切替手段の切替動作を開始する時のクランク角である開始角を基準開始角として、
前記切替制御手段は、前記基準回転数からの前記内燃機関の回転数の増加により前記基準開始角から進角させ、かつ、前記第１ガスが前記ＥＧＲリーンガスである場合は前記基準ＥＧＲ率からの目標ＥＧＲ率の増加により前記基準開始角から遅角させ、前記第１ガスが前記ＥＧＲリッチガスである場合は前記基準ＥＧＲ率からの目標ＥＧＲ率の増加により前記基準開始角から進角させた前記開始角を算出する開始角算出手段（Ｓ３〜Ｓ５）を備え、
前記切替制御手段（Ｓ６）は、前記開始角算出手段が算出した開始角で前記切替手段の切替動作を開始することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関の回転数が増加するにしたがって前記開始角が進角するように定められた、前記内燃機関の回転数と前記開始角との第１関係（３０１）を記憶する第１の関係記憶手段（５１）と、
前記第１ガスが前記ＥＧＲリーンガスである場合は目標ＥＧＲ率が増加するにしたがって前記開始角で遅角するように、前記第１ガスが前記ＥＧＲリッチガスである場合は目標ＥＧＲ率が増加するにしたがって前記開始角が進角するように定められた、目標ＥＧＲ率と前記開始角との第２関係（３０２、３０３）を記憶する第２の関係記憶手段（５１）とを備え、
前記開始角算出手段は、
前記基準回転数からの前記内燃機関の回転数の増加量に応じた前記基準開始角からの前記開始角の進角量を前記第１関係に基づいて算出する第１算出手段（Ｓ３）と、
前記基準ＥＧＲ率からの目標ＥＧＲ率の増加量に応じた前記基準開始角からの前記開始角の遅角量又は進角量を前記第２関係に基づいて算出する第２算出手段（Ｓ４）と、
前記第１算出手段が算出した進角量である第１補正値と、前記第２算出手段が算出した遅角量又は進角量である第２補正値の両者を反映した値を最終補正値として算出する第３算出手段（Ｓ５）とを備え、
前記切替制御手段（Ｓ６）は、前記基準開始角に前記最終補正値を加えた前記開始角で前記切替手段の切替動作を開始することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項１０】
前記切替制御手段は、吸気行程の開始前に前記第２通路状態となるように前記切替手段を切り替えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項１１】
前記ＥＧＲリーンガスは、新気のみ又は新気にＥＧＲガスを加えたガスであり、
前記ＥＧＲリッチガスは、ＥＧＲガスのみ又はＥＧＲガスに新気を加えたガスであり、
目標ＥＧＲ率にするように、前記ＥＧＲリーンガスに加えるＥＧＲガスの量の調整と前記ＥＧＲリッチガスに加える新気の量の調整の少なくとも一方を行うガス量調整手段（５０、３４、３５、３６）を備えることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内への吸気を制御する吸気制御装置に関し、詳細には、異なるガスを筒内に層状に吸入させる内燃機関の吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関から排出されるエミッション（ＮＯｘ、スモーク）を抑制するために、内燃機関の吸気行程において、異なるガスを筒内に層状に吸入させる発明の提案がある（例えば特許文献１参照）。例えば特許文献１の発明では、吸気ポートにＥＧＲ通路が接続され、そのＥＧＲ通路の開閉を制御するＥＧＲ弁を吸気弁の開弁動作に先行して開弁することで、吸気行程の前半に筒内にＥＧＲガスを吸入し、吸気行程の後半に空気と燃料との混合気を筒内に吸入している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６１３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、吸気行程の前半に第１ガスを筒内に吸入し、後半に第１ガスとは異なる第２ガスを吸入する方式においては、吸気弁に至るまでの通路にて第１ガスと第２ガスとがそれら境界においていくらか混合される。そして、その第１ガスと第２ガスとが混合された境界領域が筒内に吸入されることで、筒内での第１ガスと第２ガスとの成層化の程度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、同一の吸気ポートから吸気行程の前半に第１ガスを筒内に吸入し、後半に第１ガスとは異なる第２ガスを吸入する内燃機関の吸気制御装置において、筒内での成層化の程度が低下するのを抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の吸気ポートの上流に設けられ、前記吸気ポートに開通する通路を第１ガスが流れる第１通路と前記第１ガスとは異なる第２ガスが流れる第２通路との間で切り替える切替手段と、
吸気行程の前半に前記吸気ポートから前記内燃機関の筒内に前記第１ガスを吸入し、吸気行程の後半に前記吸気ポートから前記第２ガスを前記筒内に吸入するように前記切替手段を制御する切替制御手段とを備え、
前記切替制御手段は、吸気行程中に前記切替手段を、前記第２通路が前記吸気ポートに開通した第２通路状態から前記第１通路が前記吸気ポートに開通した第１通路状態となるように切り替え、その切替時期を、前記内燃機関の回転数と目標ＥＧＲ率の少なくとも一方に応じて変化させることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、吸気ポートに開通する通路を第１ガスが流れる第１通路と第２ガスが流れる第２通路との間で切り替える切替手段を吸気ポートの上流に配置している。切替制御手段は、その切替手段の切り替えを制御することで、吸気行程の前半に第１ガスを筒内に吸入し、吸気行程の後半に第２ガスを筒内に吸入する。このとき、切替制御手段は、吸気行程中に切替手段を、第２通路が吸気ポートに開通した第２通路状態から第１通路が吸気ポートに開通した第１通路状態となるように切り替えるので、吸気行程の後半に吸入する第２ガスに後続して、次回の吸気行程の前半に吸入する第１ガスを吸気ポートに予め導入しておくことができる。
【０００８】
また、筒内に吸入されるガスは内燃機関の運転状況に影響され、具体的には内燃機関の回転数や目標ＥＧＲ率に影響される。すなわち、内燃機関の回転数は、筒内に吸入されるガス（第１ガス、第２ガス）の吸入体積速度に影響を及ぼす。また、目標ＥＧＲ率は、筒内に吸入されるガス（第１ガス、第２ガス）の組成に影響を及ぼす。本発明者は、それら内燃機関、目標ＥＧＲ率の影響により、吸気行程終了時における吸気弁付近（第１ガスと第２ガスの境界領域）のガスの状態が変化し、その変化によって、筒内での第１ガスと第２ガスとの成層化の程度が変わってくるという知見を得ている。そこで、本発明では、吸気行程中における第２通路状態から第１通路状態への切替手段の切替時期を内燃機関の回転数と目標ＥＧＲ率の少なくとも一方に応じて変化させるようにした。これにより、吸気行程終了時における吸気弁付近のガスの状態を、内燃機関の回転数や目標ＥＧＲ率に応じて最適にでき、その結果、筒内での成層化の程度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エンジンシステム１の構成図である。
【図２】切替バルブ及び吸気ポート周辺の構造の断面図である。
【図３】第１実施形態における切替バルブの開閉推移を示した図である。
【図４】第１実施形態における吸気行程開始から吸気行程終了までの各時点におけるガスの吸入状態を示した図である。
【図５】切替バルブの応答期間中及び全閉後における切替バルブ周辺のガスの流入状態を示した図である。
【図６】吸気行程終了時の実際のガスの状態を示した図である。
【図７】第１実施形態における、エンジン回転数に応じて閉弁開始時期をどのように変化させるかを説明する図である。
【図８】エンジン回転数と閉弁開始補正角の関係を示した図である。
【図９】エンジン回転数が低い時と高い時とで、閉弁開始角をいくつか変化させたときの成層化の程度の変化を示した図である。
【図１０】エンジン回転数が低い時と高い時とで、閉弁中間角をいくつか変化させたときの成層化の程度の変化を示した図である。
【図１１】第１実施形態における、目標ＥＧＲ率に応じて閉弁開始時期をどのように変化させるかを説明する図である。
【図１２】目標ＥＧＲ率の増加により閉弁開始時期を遅角させた場合の吸気行程終了時のガスの状態を示した図である。
【図１３】目標ＥＧＲ率と閉弁開始補正角の関係を示した図である。
【図１４】目標ＥＧＲ率が「中」の時、「やや低い」時、「低い」時とで、閉弁開始角をいくつか変化させたときの成層化の程度の変化を示した図である。
【図１５】ＥＣＵが実行する処理のフローチャートである。
【図１６】第２実施形態における切替バルブの開閉推移を示した図である。
【図１７】第２実施形態における吸気行程開始から吸気行程終了までの各時点におけるガスの吸入状態を示した図である。
【図１８】第２実施形態における、エンジン回転数に応じて開弁開始時期をどのように変化させるかを説明する図である。
【図１９】第２実施形態における、目標ＥＧＲ率に応じて開弁開始時期をどのように変化させるかを説明する図である。
【図２０】目標ＥＧＲ率と開弁開始補正角の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、車両に搭載されたエンジンシステム１の構成図を示している。エンジンシステム１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジンという）と、そのエンジン１０の作動に必要な各種構成とを備える形で構成されている。なお、本実施形態では、エンジン１０は４つの気筒１１を有した４気筒エンジンとされている。各気筒１１には、筒内に吸入される吸入空気（ガス）の導入口となる吸気ポートとして、タンブル生成ポート６１とスワール生成ポート６２の２つの吸気ポートが接続されている。タンブル生成ポート６１は、筒内に吸入されるガスにタンブル流（縦渦）を生じさせる吸気ポートである。スワール生成ポート６２は、筒内に吸入されるガスにスワール流（横渦）を生じさせる吸気ポートである。これら２つの吸気ポート６１、６２により、インジェクタ１６（図２参照）から噴射された燃料と吸気ポート６１、６２から吸入されたガスとの混じりを良くできる。
【００１１】
エンジンシステム１は、エンジン１０の筒内に吸入される新気が流れる吸気通路２１を含む。その吸気通路２１には、上流側から、新気に含まれる塵等を除去するエアクリーナ３１、エアクリーナ３１を通過した新気に対して過給を行う過給器３２、過給器３２で過給された新気を冷却するインタークーラ３３が設けられている。
【００１２】
インタークーラ３３より下流の吸気通路２１には、新気量を調整する第１流量調整弁３４が設けられている。その第１流量調整弁３４より下流の吸気通路２１から、各気筒１１（厳密にはエンジンヘッド１４（図２参照））に繋がる通路２７（インテークマニホールドの通路。以下、ＥＧＲリーンガス通路という）が分岐している。各ＥＧＲリーンガス通路２７は各気筒１１のタンブル生成ポート６１とスワール生成ポート６２の両方に接続されている。
【００１３】
また、各気筒１１には、各気筒１１から排出される排気ガスをまとめて排気通路２３に渡すためのエキゾーストマニホールド２２が接続されている。なお、排気通路２３には、排気ガスに含まれるＰＭを除去するＤＰＦ３８が設けられている。エキゾーストマニホールド２２には、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるためのＥＧＲ通路２４が接続されている。ＥＧＲ通路２４には、ＥＧＲ通路２４を流れるＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ量）を調整するＥＧＲバルブ３６が設けられている。そのＥＧＲバルブ３６より下流のＥＧＲ通路２４からは、各気筒１１（厳密にはエンジンヘッド１４（図２参照））に繋がる通路２５（以下、ＥＧＲリッチガス通路という）が分岐している。各ＥＧＲリッチガス通路２５は、各気筒１１のタンブル生成ポート６１に接続されている。詳細には、ＥＧＲリッチガス通路２５は、タンブル生成ポート６１の上流にてＥＧＲリーンガス通路２７に合流している。
【００１４】
また、吸気通路２１とＥＧＲ通路２４とを連絡する連絡通路２６が設けられている。本実施形態では、連絡通路２６は、第１流量調整弁３４より下流の吸気通路２１と、ＥＧＲバルブ３６より下流のＥＧＲ通路２４とを連絡している。その連絡通路２６には、吸気通路２１からＥＧＲ通路２４に流す新気量又はＥＧＲ通路２４から吸気通路２１に流すＥＧＲ量を調整する第２流量調整弁３５が設けられている。これら連絡通路２６、第２流量調整弁３５により、ＥＧＲリーンガス通路２７には、新気のみ又は新気と第２流量調整弁３５の開度に応じた分のＥＧＲガスとを含んだガス（以下、ＥＧＲリーンガスという）が流れる。また、ＥＧＲリッチガス通路２５には、ＥＧＲガスのみ又はＥＧＲガスと第２流量調整弁３５の開度に応じた分の新気とを含んだガス（以下、ＥＧＲリッチガスという）が流れる。なお、ＥＧＲリーンガス中のＥＧＲガスの濃度（ＥＧＲ濃度）は、ＥＧＲリッチガス中のＥＧＲ濃度よりも小さくなっている。
【００１５】
ＥＧＲリーンガス通路２７とＥＧＲリッチガス通路２５の合流地点にはバルブ３７が設けられている。ここで、図２は、バルブ３７及びタンブル生成ポート６１周辺の構造の断面図を示している。図２に示すように、タンブル生成ポート６１（図１のスワール生成ポート６２も）は、気筒１１の上部に設けられたエンジンヘッド１４内に形成されている。タンブル生成ポート６１と筒内１３（気筒１１内のピストン１２とエンジンヘッド１４の間の領域）とを連通する開口部１５１には、その開口部１５１を開けたり閉じたりする吸気弁１５が設けられている。
【００１６】
バルブ３７は、３方弁として構成されており、タンブル生成ポート６１（厳密には、バルブ３７から吸気弁１５までの通路２８（以下、共通通路という））に開通する通路を、ＥＧＲリーンガス通路２７とＥＧＲリッチガス通路２５との間で切り替えるバルブである。以下、バルブ３７を切替バルブという。その切替バルブ３７の一端３７１がＥＧＲリーンガス通路２７を構成する壁面２７１とＥＧＲリッチガス通路２５を構成する壁面２５１との接続部８に取り付けられる。切替バルブ３７の開閉は、一端３７１を中心にして他端３７２側がスイングする形で行われる。他端３７２がＥＧＲリーンガス通路２７側の壁面２８１に接触したときに、ＥＧＲリッチガス通路２５が開通する（ＥＧＲリーンガス通路２７が閉鎖する。図２の状態）。これに対し、他端３７２がＥＧＲリッチガス通路２５側の壁面２８２に接触したときに、ＥＧＲリッチガス通路２５が閉鎖する（ＥＧＲリーンガス通路２７が開通する）。
【００１７】
なお、切替バルブ３７は、タンブル生成ポート６１側のみ設けられている（スワール生成ポート６２側には設けられていない）。そのため、タンブル生成ポート６１からは、ＥＧＲリーンガスの他にＥＧＲリッチガスも筒内１３に吸入できるようになっている。他方、スワール生成ポート６２からは常にＥＧＲリーンガスが筒内１３に吸入される。
【００１８】
図１の説明に戻り、エンジンシステム１は、切替バルブ３７を含む各バルブ（流量調整弁３４、３５、ＥＧＲバルブ３６、吸気弁１５など）の開閉（開閉時期や開度など）やインジェクタ１６（図２参照）など、エンジンシステム１を構成する各要素を制御するＥＣＵ５０を備えている。そのＥＣＵ５０は、ＣＲＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ５０には、エンジン１０のクランク角信号ωｃや上死点信号Ｒｓを検出するクランク角センサ４１や、気筒判別信号（クランクが２回廻る間に１回出力される信号）Ｄｓを検出するカム角センサ４２が接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、それらセンサ４１、４２から入力されたクランク角信号ωｃ、上死点信号Ｒｓ、気筒判別信号Ｄｓ等に基づき、燃料噴射時期や噴射量を決定したり、切替バルブ３７の開閉を制御したりする。また、ＥＣＵ５０は、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ５１を備えている。そのメモリ５１には、後述する図８、図１３の閉弁開始角度プロフィールが記憶されている。
【００１９】
また、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転状況（エンジン回転数や負荷）に応じて目標ＥＧＲ率（筒内１３に吸入する総吸入量（新気量＋ＥＧＲ量）に対するＥＧＲ量の割合）を設定し、設定した目標ＥＧＲ率を満足するようにガスの組成等を制御する。具体的には例えば、ＥＣＵ５０は、第１流量調整弁３４、ＥＧＲバルブ３６、第２流量調整弁３５でＥＧＲリーンガスに含めるＥＧＲ量や、ＥＧＲリッチガスに含める新気量を調整することで、筒内１３に吸入するＥＧＲリーンガスの量（容積）とＥＧＲリッチガスの量（容積）の割合を予め定めた割合に維持しつつ、目標ＥＧＲ率を満足させている。なお、ＥＣＵ５０は、筒内１３に吸入するＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスの割合を変えることで、目標ＥＧＲ率を満足させることもできる。
【００２０】
次に、ＥＣＵ５０による切替バルブ３７の開閉制御の詳細を説明する。ＥＣＵ５０は、筒内１３（図２参照）での成層化を行う場合には、吸気行程の前半に予め定めた量（容積）のＥＧＲリーンガスを筒内１３に吸入し、吸気行程の後半に予め定めた量（容積）のＥＧＲリッチガスを筒内１３に吸入するように、切替バルブ３７を制御している。ここで、図３は、切替バルブ３７の開閉時期を説明する図であり、詳細には、クランク角（°ＡＴＤＣ）に対する切替バルブ３７の状態を示している。なお、図３（図３以降の図も）では、切替バルブ３７の開閉をＥＧＲリッチガス通路２５の開閉に対応させている。つまり、ＥＧＲリッチガス通路２５が閉鎖する状態を切替バルブ３７の閉状態（閉弁）とし、ＥＧＲリッチガス通路２５が開通する状態を切替バルブ３７の開状態（開弁）としている。また、図３の横軸には、クランク角（°ＡＴＤＣ）に対応させて、排気行程、吸気行程、圧縮行程を示している。
【００２１】
図３に示すように、排気行程の途中の時点７１までは、切替バルブ３７を閉状態（閉弁）にしている。よって、この時点７１では、ＥＧＲリーンガス通路２７がタンブル生成ポート６１（共通通路２８）に開通し、タンブル生成ポート６１はＥＧＲリーンガスで満たされる。ＥＣＵ５０は、図３の時点７１から切替バルブ３７の開弁を開始し、吸気行程の入る前の時点７２には切替バルブ３７を全開にさせる。図４は、図２と同様の断面図であり、吸気行程開始から吸気行程終了までの各時点における各通路２５、２７、６１、６２に配置されるガスを示している。図４（Ａ）は、切替バルブ３７が全開になった時点７２の状態を示している。時点７２では吸気弁１５は閉じているので、時点７２で切替バルブ３７を開弁したとしてもＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとが混在して筒内１３に吸入されることはない。つまり、図４（Ａ）に示すように、時点７２では、タンブル生成ポート６１がＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎで満たされるとともに、そのＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎの上流端に続く形でＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが配置される。なお、スワール生成ポート６２には常時ＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが配置される。
【００２２】
その後、吸気行程に入ると（吸気弁１５が開弁されると）、予めタンブル生成ポート６１に満たされたＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが筒内１３に吸入され、そのＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎの吸入が完了すると、続いてＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが筒内１３に吸入される。
【００２３】
図３に示すように、ＥＣＵ５０は、吸気行程中に切替バルブ３７を閉弁させる。図４（Ｂ）は、吸気行程中における切替バルブ３７が全閉した時点７４（図３参照）の状態を示している。図４（Ｂ）の例では、ＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎの吸入が未だ完了しておらず、タンブル生成ポート６１には、ＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎの一部と、ＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈとが流れている。また、切替バルブ３７が全閉されたことで、ＥＧＲリーンガス通路２７が開通し、ＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの上流端に続く形でＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが共通通路２８を流れ始める。
【００２４】
図４（Ｃ）は、吸気弁１５が全閉された時点（吸気行程終了時）の状態を示している。図４（Ｃ）に示すように、吸気行程終了時（圧縮行程開始時）では、筒内１３の下部１３１（ピストン側）にＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが配置され、上部１３２（吸気弁１５側）にＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが配置される。つまり、ＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎとＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈとを筒内１３で層状に分布させることができる。また、吸気行程終了時では、タンブル生成ポート６１にはＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが配置される。このＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎは、次回の吸気行程の前半に筒内１３に吸入されるガスである。
【００２５】
このように、吸気行程終了時にＥＧＲリッチガス、ＥＧＲリーンガスを図４（Ｃ）のように層状に配置することで、圧縮行程の終盤では、筒内１３の中央部にＥＧＲリッチガス、筒内１３の外周の底面側にＥＧＲリーンガスを層状に配置できる。そのように層状に配置することで、スモークの排出量を低減することができる。
【００２６】
ところで、吸気行程終了時に図４（Ｃ）の状態にするには、ＥＣＵ５０は切替バルブ３７の閉弁開始時期（時点７３）を適切に設定する必要がある。例えば、切替バルブ３７の閉弁開始時期が早すぎると、吸気行程終了時には、筒内１３の上部１３２に配置されたＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈのさらにその上に、ＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが配置されてしまう。反対に、切替バルブ３７の閉弁開始時期が遅すぎると、吸気行程終了時には、タンブル生成ポート６１にＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが残ってしまう。
【００２７】
一方で、切替バルブ３７が閉弁動作を開始してから完了するまでの応答期間中では、図５（Ａ）に示すように、ＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈとＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎとが共通通路２８に同時流入する。その同時流入した領域１００（ＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈとＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎとの境界領域）は、図５（Ｂ）に示すように、切替バルブ３７が全閉した後も吸気弁１５が開いている間は、共通通路２８内を進行する。その進行する間に、境界領域１００では、ＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈとＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎとの混合が進む。そして、吸気行程終了時では、図６に示すように、境界領域１００は吸気弁１５付近に配置される。その境界領域１００により、筒内１３でのＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈとＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎとの成層化の程度が低下することがある。なお、成層化の程度とは、吸気行程の後、圧縮行程が完了した段階で最も排気濃度が高い部分と最も排気濃度が低い部分との差を意味する。言い換えると、成層化の程度とは、圧縮行程が完了した段階で最も酸素濃度が低い部分と最も酸素濃度が高い部分との差を意味する。この排気の濃度差又は酸素の濃度差が大きくなるほど、成層化の程度は大きくなる。
【００２８】
本発明者は、エンジン１０の回転数（以下、単にエンジン回転数という）や目標ＥＧＲ率に応じて切替バルブ３７の閉弁開始時期を変化させることで、吸気弁１５付近の領域１００の状態を最適にでき、それによって筒内１３での成層化の程度の低下を抑制できることを見出した。つまり、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数や目標ＥＧＲ率に応じた閉弁開始時期で切替バルブ３７の閉弁動作を開始させている。先ず、エンジン回転数に応じて具体的に閉弁開始時期をどのように変化させるかについて説明する。
【００２９】
図７は、図３と同様に切替バルブ３７の開閉推移のラインを示しており、詳細には、開閉推移のライン上の切替バルブ３７が閉弁動作を開始した時点から完了するまでの時点を結んだ、エンジン回転数に応じた複数のライン２０１〜２０３（閉弁動作のライン）を示している。ライン２０１、ライン２０２、ライン２０３の順でエンジン回転数が高くなっている。切替バルブ３７が閉弁動作を開始してから完了するまでの期間（以下、閉弁必要期間という）をクランク角であらわすと、閉弁必要期間（クランク角）はエンジン回転数が高くなるほど長くなる。図７の例では、ライン２０１での閉弁必要期間ΔＡ１（切替バルブ３７が閉弁動作を開始する時のクランク角（閉弁開始角）２０１ａと、完了した時のクランク角（閉弁完了角）２０１ｂの間の長さ）よりも、ライン２０２での閉弁必要期間ΔＡ２（閉弁開始角２０２ａと閉弁完了角２０２ｂの間の長さ）のほうが長い。その閉弁必要期間ΔＡ２よりも、ライン２０３での閉弁必要期間ΔＡ３（閉弁開始角２０３ａと閉弁完了角２０３ｂの間の長さ）のほうが長い。このことは、筒内１３に吸入されるガスの単位時間あたりの容積（吸入体積速度）が、エンジン回転数が高くなるほど大きくなることを意味している。
【００３０】
ＥＣＵ５０は、図７に示すように、エンジン回転数が高くなるほど、切替バルブ３７の閉弁開始角Ｘを進角させている。つまり、閉弁開始角２０２ａは閉弁開始角２０１ａよりも進角しており、閉弁開始角２０３ａは閉弁開始角２０２ａよりも進角している。この際、ＥＣＵ５０は、閉弁開始角と閉弁完了角の中間のクランク角（閉弁開始角と閉弁完了角を足して２で割ったクランク角。以下、閉弁中間角という）Ｙがエンジン回転数にかかわらず一定となるように、エンジン回転数に応じて閉弁開始角Ｘを設定している。
【００３１】
具体的には、メモリ５１（図１参照）には、図８に示す閉弁開始角プロフィール３０１がマップとして又は計算式として記憶されている。その閉弁開始角プロフィール３０１は、エンジン回転数に応じて閉弁開始角がどのように変化するかを示している。詳細には、閉弁開始角プロフィール３０１は、アイドル回転数（下限のエンジン回転数）における閉弁開始角を基準開始角として、エンジン回転数に対する基準開始角からの進角量を閉弁開始補正角として示している。閉弁開始角プロフィール３０１で示されるように、エンジン回転数が高くなるほど、閉弁開始補正角はマイナス側（進角側）に大きくなる。それらエンジン回転数と閉弁開始補正角の関係は、閉弁中間角Ｙ（図７参照）がどのエンジン回転数であっても一定になるように、定められている。
【００３２】
ＥＣＵ５０は、図８の閉弁開始角プロフィール３０１を参照して、今回のエンジン回転数に対する閉弁開始補正角を算出し、閉弁開始角を、基準開始角から閉弁開始補正角の分だけ進角させる。これによって、図７に示すように、どのエンジン回転数であっても閉弁中間角Ｙが一定で、切替バルブ３７の閉弁動作を行うことができる。なお、図７は、目標ＥＧＲ率で閉弁開始角の制御を行わない場合の図であり、後述するように、目標ＥＧＲ率でも閉弁開始角の制御を行う場合には、閉弁中間角Ｙは多少変動することになる。
【００３３】
図７、図８のように閉弁開始角を制御することで、吸気行程終了時のＥＧＲリッチガスとＥＧＲリーンガスの境界領域１００（図６参照）を、エンジン回転数に応じて（吸入体積速度に応じて）最適の位置に配置できる。換言すると、吸気行程終了時の吸気弁１５付近のガスの状態をエンジン回転数に応じて最適な状態にできる。これに対して、閉弁開始角をエンジン回転数にかかわらず固定とした場合（この場合には、エンジン回転数の増加により閉弁必要期間が長くなることに伴い、閉弁中間角Ｙが遅角する）には、エンジン回数数が高くなると、吸気行程終了時にタンブル生成ポート６１のＥＧＲリーンガスの領域に、ＥＧＲリッチガスが残りすぎてしまう。その結果、次回の吸気行程の前半に吸入するＥＧＲリーンガスのＥＧＲ濃度が高くなってしまい、最終的に成層化の程度が低下してしまう。エンジン回数数の増加により閉弁開始角を進角させすぎた場合、換言すると、エンジン回転数の増加により閉弁中間角Ｙも進角する程度に閉弁開始角を進角させた場合には、吸気行程終了時に筒内１３の吸気弁１５付近のＥＧＲリッチガスの領域に、ＥＧＲリーンガスが混ざりすぎてしまう。その結果、筒内１３の吸気弁１５付近のＥＧＲ濃度が低下し、筒内１３での成層化の程度が低下してしまう。本発明では、そのような成層化の程度の低下を抑えることができる。
【００３４】
ここで、図９、図１０は、本発明のエンジン回転数の制御に関する効果を示した実験データである。詳細には、図９（Ａ）は、エンジン回転数がある低い値（図９（Ｂ）のエンジン回転数に比べて低い値）の場合における、閉弁開始角Ｘをいくつか変化させたときの成層化の程度の変化を示している。図９（Ｂ）は、エンジン回転数がある高い値（図９（Ａ）のエンジン回転数に比べて高い値）の場合における、閉弁開始角Ｘをいくつか変化させたときの成層化の程度の変化を示している。また、図１０は、図９の実験データを、横軸が閉弁中間角Ｙとなるように変換した実験データを示しており、図１０（Ａ）は図９（Ａ）の実験データを変換して得られた図であり、図１０（Ｂ）は図９（Ｂ）の実験データを変換して得られた図である。
【００３５】
図９（Ａ）に示すように、エンジン回転数が低い時には、閉弁開始角ｘ１で成層化の程度が最も高くなっている。これに対して、図９（Ｂ）に示すように、エンジン回転数が高くなると、図９（Ａ）の閉弁開始角ｘ１よりも進角した閉弁開始角ｘ２で成層化の程度が最も高くなっている。つまり、図９は、エンジン回転数の増加により閉弁開始角を進角させることで、成層化の程度を向上できることを示している。
【００３６】
また、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、エンジン回転数が低い時、高い時のどちらも、閉弁中間角ｙ１で成層化の程度が最も高くなっている。つまり、図１０は、閉弁中間角Ｙがどのエンジン回転数であっても一定になるように制御することで、成層化の程度を向上できることを示している。
【００３７】
次に、目標ＥＧＲ率に応じて具体的に閉弁開始時期（閉弁開始角）をどのように変化させるかについて説明する。図１１は、図３と同様に切替バルブ３７の開閉推移のラインを示しており、開閉推移のライン上の切替バルブ３７が閉弁動作を開始した時点から完了するまでの時点を結んだ、目標ＥＧＲ率に応じた複数のライン２１１〜２１３（閉弁動作のライン）を示している。なお、図１１では、説明の便宜上、ライン２１１〜２１３間でエンジン回転数が一定であるとしている。つまり、各ライン２１１〜２１３の傾き（閉弁必要期間）は一定であるとしている。ライン２１１、ライン２１２、ライン２１３の順で目標ＥＧＲ率が高くなっている。すなわち、ＥＣＵ５０は、目標ＥＧＲ率が高くなるほど、閉弁開始角Ｘを遅角させている。これによれば、吸気行程中にＥＧＲリッチガス通路２５からタンブル生成ポート６１に流入するＥＧＲリッチガスの量が遅角した分だけ増加するので、図１２に示すように、吸気行程終了時にタンブル生成ポート６１内にＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが少し残留する。そして、残留したＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈで、そのＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈに続く境界領域１００に対する壁を作ることができる。別の言い方をすると、吸気弁１５付近のＥＧＲ濃度を高濃度にすることができる。その結果、筒内１３の吸気弁１５付近のＥＧＲ濃度の低下を抑制でき、ひいては成層化の程度の低下を抑制できる。
【００３８】
なお、タンブル生成ポート６１内に残留したＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈは、次回の吸気行程の前半にＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎと共に筒内１３に吸入されることになるので、吸入されたＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎのＥＧＲ濃度が多少高くなる。しかしそれでも、閉弁開始角を固定とした場合に比べて、成層化の程度を向上できるという知見を本発明者は得ている。目標ＥＧＲ率にかかわらず閉弁開始角を固定とした場合には、図６で説明したように、境界領域１００により、筒内１３の吸気弁１５付近のＥＧＲ濃度が低下してしまい、ひいてはＥＧＲリッチガスの層のＥＧＲ濃度が低下してしまう。加えて、目標ＥＧＲ率が高くなった場合には、その目標ＥＧＲ率を満足させるために、ＥＧＲリーンガスに含ませるＥＧＲ量を増加する必要があるので、目標ＥＧＲ率が低い場合に比べて、ＥＧＲリーンガスの層のＥＧＲ濃度が高くなる。これらにより、閉弁開始角を固定とした場合には、目標ＥＧＲ率が高くなると、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとのＥＧＲ濃度の差が小さくなってしまい、成層化の程度が低下してしまうと考えられる。
【００３９】
目標ＥＧＲ率等の具体的な数値を例示して本発明と従来との閉弁開始角の制御の違いを説明する。なお、以下では、説明の便宜上、スワール生成ポート６２からのＥＧＲリーンガスの吸入が無いものとして説明する。例えば、目標ＥＧＲ率が２０％、タンブル生成ポート６１から筒内１３に吸入するＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの容積比を８５％：１５％で一定に制御したとする。本発明では、例えばＥＧＲリーンガスを新気のみとし、ＥＧＲリッチガスをＥＧＲガスのみとして、吸気行程の前半に総吸入量に対して８５％のＥＧＲリーンガス（新気のみ）を吸入し、後半に総吸入量に対して１５％のＥＧＲリッチガス（ＥＧＲガスのみ）を吸入する。これだけでは、目標ＥＧＲ率２０％に５％足りないので、本発明では、閉弁開始角を遅角させて、残り５％分のＥＧＲリッチガスをタンブル生成ポート６１に残留させる。この５％分のＥＧＲリッチガスが次回の吸気行程の前半にＥＧＲリーンガスと共に吸入されることで、最終的に目標ＥＧＲ率２０％を満足させている。
【００４０】
また、例えば目標ＥＧＲ率が１０％で低い時にも吸気行程の前半に総吸入量に対して８５％のＥＧＲリーンガスを吸入し、後半に総吸入量に対して１５％のＥＧＲリッチガスを吸入するが、目標ＥＧＲ率１０％を満足させるために、ＥＧＲリッチガスに新気を混ぜる必要がある。この際にも閉弁開始角を遅角してタンブル生成ポート６１にＥＧＲリッチガスを残留させると、その残留したＥＧＲリッチガスが混ざったＥＧＲリーンガスの層と新気が混ざったＥＧＲリッチガスの層との間でＥＧＲ濃度の差が小さくなってしまい、成層化の程度が低下してしまう。そのために、本発明では、目標ＥＧＲ率が低い時には閉弁開始角の遅角量を小さくし、又は遅角させないようにしている。言い換えると、目標ＥＧＲ率が高くなるほど閉弁開始角の遅角量を大きくしている。
【００４１】
これに対して、閉弁開始角を固定とした場合も、吸気行程の前半に総吸入量に対して８５％のＥＧＲリーンガスを吸入し、後半に総吸入量に対して１５％のＥＧＲリッチガスを吸入する。しかし、閉弁開始角を固定としているので、タンブル生成ポート６１にはＥＧＲリッチガスが残留されない。そのため、目標ＥＧＲ率が２０％の場合には、残り５％分のＥＧＲ量をＥＧＲリーンガスに混ぜることで、最終的に目標ＥＧＲ率２０％を満足させる。また、目標ＥＧＲ率が１０％の場合には、ＥＧＲリッチガスに新気を混ぜることで、その目標ＥＧＲ率１０％を満足させている。以上が、本発明と従来（閉弁開始角を固定とした場合）の制御の違いである。
【００４２】
図１１のように閉弁開始角を制御するために、メモリ５１（図１参照）には、図１３に示す閉弁開始角プロフィール３０２がマップ又は計算式として記憶されている。その閉弁開始角プロフィール３０２は、目標ＥＧＲ率に応じて閉弁開始角がどのように変化するかを示している。詳細には、閉弁開始角プロフィール３０２は、所定の目標ＥＧＲ率ｚ１以下の低目標ＥＧＲ率における閉弁開始角を基準開始角として、目標ＥＧＲ率に対する基準開始角からの遅角量を閉弁開始補正角として示している。閉弁開始角プロフィール３０２では、目標ＥＧＲ率が所定範囲内において目標ＥＧＲ率が高くなるほど、閉弁開始補正角（遅角量）はプラス側（遅角側）に大きくなる。なお、目標ＥＧＲ率に対してどの程度の閉弁開始補正角とするかは、例えば、筒内１３でのＥＧＲリッチガスの割合と目標ＥＧＲ率との差（例えば目標ＥＧＲ率が２０％、筒内１３でのＥＧＲリッチガスの割合が１５％の場合には、５％）の分のＥＧＲリッチガスがタンブル生成ポート６１に残留するように、閉弁開始補正角を定める。
【００４３】
また、閉弁開始角プロフィール３０２においては、所定範囲の下限ｚ１以下の範囲では、その下限ｚ１における閉弁開始補正角（ゼロ）で一定になっている。このようにしているのは、下限ｚ１での閉弁開始角（基準開始角）よりも進角させてしまうと、吸気行程終了時において、筒内１３のＥＧＲリッチガスの層の上にさらにＥＧＲリーンガスの層が配置されてしまうおそれがあるからである。
【００４４】
さらに、閉弁開始角プロフィール３０２においては、所定範囲の上限ｚ２以上の範囲では、その上限ｚ２における閉弁開始補正角で一定になっている。このようにしているのは、目標ＥＧＲ率が高くなったからといって無尽蔵に閉弁開始補正角を大きくしてしまうと、吸気行程終了時におけるタンブル生成ポート６１に残留するＥＧＲリッチガスが多くなりすぎてしまう（タンブル生成ポート６１内のガスのＥＧＲ濃度が高くなりすぎてしまう）。そして、次回の吸気行程前半に吸入するＥＧＲリーンガスのＥＧＲ濃度が高くなってしまい、成層化の程度が低下してしまうからである。
【００４５】
ＥＣＵ５０は、図１３の閉弁開始角プロフィール３０２を参照して、今回の目標ＥＧＲ率に対する閉弁開始補正角（遅角量）を算出し、閉弁開始角を、基準開始角から閉弁開始補正角の分だけ遅角させる。これによって、目標ＥＧＲ率に応じて吸気弁１５付近のガスの状態を最適にでき、成層化の程度の低下を抑えることができる。
【００４６】
ここで、図１４は、本発明の目標ＥＧＲ率の制御に関する効果を示した実験データである。詳細には、図１４は、目標ＥＧＲ率がある値の場合における、閉弁開始角Ｘをいくつか変化させたときの成層化の程度の変化を示しており、図１４（Ａ）は目標ＥＧＲ率が図１３の「中」と示した値での図、図１４（Ｂ）は目標ＥＧＲ率が図１３の「やや低い」と示した値での図、図１４（Ｃ）は目標ＥＧＲ率が図１３の「低い」と示した値での図である。図１４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、目標ＥＧＲ率が「低い」場合、「やや低い」場合には同じ閉弁開始角ｘ３で成層化の程度が最も高くなっている。つまり、図１４（Ｂ）、（Ｃ）は、目標ＥＧＲ率が図１３の下限ｚ１以下の範囲では、目標ＥＧＲ率が変化したとしても閉弁開始角は一定とするのが好ましいということを示している。
【００４７】
これに対して、図１４（Ａ）に示すように、目標ＥＧＲ率が「中」の場合には、図１４（Ｂ）、（Ｃ）の閉弁開始角ｘ３よりも遅角した閉弁開始角ｘ４で成層化の程度が最も高くなっている。この図１４（Ａ）は、目標ＥＧＲ率が図１３の下限ｚ１と上限ｚ２の範囲では、目標ＥＧＲ率の増加により閉弁開始角を遅角させるとことで、成層化の程度を向上できることを示している。
【００４８】
ＥＣＵ５０は、エンジン回転数や目標ＥＧＲ率に応じて切替バルブ３７の閉弁開始時期（閉弁開始角）を制御しているが、具体的には例えば図１５のフローチャートの処理を実行することで、切替バルブ３７の制御を行う。この図１５のフローチャートの処理は、例えばエンジン１０（図１参照）が始動された時に開始され、エンジン１０が停止するまで所定間隔おきに繰り替えし実行される。図１５の処理を開始すると、先ず、ＥＣＵ５０はエンジン１０の運転状況（エンジン回転数、目標ＥＧＲ率、負荷など）を取得する（Ｓ１）。次に、Ｓ１で取得した運転状況に基づいて、筒内１３においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの成層を行うか否かを判断する（Ｓ２）。具体的には、例えば、Ｓ１で取得した運転状況がスモークの排出量が多い運転状況である場合に成層を行うと判断し、スモークの排出量が少ない運転状況である場合には成層を行わないと判断する。また、例えば、法律によって、エンジンが特定の運転状況の場合にはスモークの排出量をある値以下にすることが定められているときには、Ｓ１で取得した運転状況が法律で定められた特定の運転状況の場合に、成層を行うと判断し、特定の運転状況以外の運転状況の場合には成層を行わないと判断しても良い。
【００４９】
成層を行わない場合には（Ｓ２：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、切替バルブ３７の切り替えを行わないで、切替バルブ３７を閉状態（ＥＲＧリッチガス通路２５が閉じた状態）に維持しつつ、吸気を行う（Ｓ７）。つまり、タンブル生成ポート６１からはＥＧＲリーンガスのみを筒内１３に吸入し、成層を行わないようにする。その後、図１５のフローチャートの処理を終了する。
【００５０】
成層を行う場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、上述したように、図８の閉弁開始角プロフィール３０１を参照して、Ｓ１で取得したエンジン回転数に応じた閉弁開始補正角（基準開始角からの進角量）を算出する（Ｓ３）。なお、エンジン回転数では閉弁開始角の制御を行わない場合（目標ＥＧＲ率のみで閉弁開始角の制御を行う場合）には、このＳ３の処理は省略される。
【００５１】
次に、図１３の閉弁開始角プロフィール３０２を参照して、Ｓ１で取得した目標ＥＧＲ率に応じた閉弁開始補正角（基準開始角からの遅角量）を算出する（Ｓ４）。なお、目標ＥＧＲ率では閉弁開始角の制御を行わない場合（エンジン回転数のみで閉弁開始角の制御を行う場合）には、このＳ４の処理は省略される。なお、図８の閉弁開始補正角がゼロの場合における閉弁開始角（基準開始角）と、図１３の閉弁開始補正角がゼロの場合における閉弁開始角（基準開始角）とは互いに同じ値に設定されている。
【００５２】
次に、Ｓ３で算出した閉弁開始補正角（進角量）と、Ｓ４で算出した閉弁開始補正角（遅角量）とに基づいて閉弁開始角（閉弁開始時期）を算出する（Ｓ５）。Ｓ３で得られた閉弁開始補正角とＳ４で得られた閉弁開始補正角とは互いに符号（プラスマイナス）が反対になっているので、Ｓ５では、例えば、それら２つの閉弁開始補正角を足した値を最終的な閉弁開始補正角とする。そして、その最終的な閉弁開始補正角を基準開始角に加えることで、閉弁開始角を算出する。これによって、エンジン回転数と目標ＥＧＲ率の両方を考慮した閉弁開始角を得ることができる。なお、エンジン回転数のみで閉弁開始角の制御を行う場合には、Ｓ５では、基準開始角からＳ３の閉弁開始補正角の分だけ進角させた閉弁開始角を算出する。また、目標ＥＧＲ率のみで閉弁開始角の制御を行う場合には、Ｓ５では、基準開始角からＳ４の閉弁開始補正角の分だけ遅角させた閉弁開始角を算出する。
【００５３】
次に、図３の開閉推移のように切替バルブ３７の切り替えを行って吸気行程の前半にＥＧＲリーンガスを吸入し、後半にＥＧＲリッチガスを吸入する（Ｓ６）。この際、Ｓ５で算出した閉弁開始角で切替バルブ３７の閉弁動作を開始する（Ｓ６）。これによって、上述したように、吸気行程終了時の吸気弁１５付近のガスの状態をエンジン回転数や目標ＥＧＲ率に応じて最適にでき、ひいては成層化の程度を向上できる。Ｓ６の後、図１５のフローチャートの処理を終了する。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態では、吸気行程中における切替バルブの閉弁開始時期をエンジン回転数や目標ＥＧＲ率に応じて変化させるので、閉弁開始時期を固定とした場合に比べて、成層化の程度を向上できる。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置の第２実施形態を第１実施形態と異なる部分を中心にして説明する。本実施形態は、吸気行程の前半にＥＧＲリッチガスを吸入し、後半にＥＧＲリーンガスを吸入する実施形態である。本実施形態の内燃機関の吸気制御装置の構成は、第１実施形態の構成（図１、図２）と同じである。ＥＣＵ５０による切替バルブ３７の制御が第１実施形態と異なっている。すなわち、ＥＣＵ５０は、吸気行程の前半に予め定めた量（容積）のＥＧＲリッチガスを筒内１３に吸入し、吸気行程の後半に予め定めた量（容積）のＥＧＲリーンガスを筒内１３に吸入するように、切替バルブ３７を制御している。
【００５６】
ここで、図１６は、図３と同様の図であり、本実施形態における切替バルブ３７の開閉推移を示している。図１６に示すように、排気行程の途中の時点７５までは、切替バルブ３７を開状態（開弁）にしている。よって、この時点７５までは、ＥＧＲリッチガス通路２５がタンブル生成ポート６１（共通通路２８）に開通し、タンブル生成ポート６１はＥＧＲリッチガスで満たされる。ＥＣＵ５０は、図１６の時点７５から切替バルブ３７の閉弁を開始し、吸気行程に入る前の時点７６には切替バブル３７を全閉にさせる。図１７は、本実施形態における吸気行程開始から吸気行程終了までの各時点における各通路２５、２７、６１に配置されるガスを示している。図１７（Ａ）は、切替バルブ３７が全閉になった時点７６の状態を示している。図１７（Ａ）に示すように、時点７６では、タンブル生成ポート６１がＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈで満たされるとともに、そのＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの上流端に続く形でＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが配置される。
【００５７】
その後、吸気行程に入ると、予めタンブル生成ポート６１に満たされたＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが筒内１３に吸入され、そのＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの吸入が完了すると、続いてＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが筒内１３に吸入される。図１６に示すように、ＥＣＵ５０は、吸気行程中に切替バルブ３７を開弁させる。図１７（Ｂ）は、吸気行程中における切替バルブ３７が全開した時点７８（図１６参照）の状態を示している。図１７（Ｂ）に示すように、切替バルブ３７が全開されたことで、ＥＧＲリッチガス通路２５が開通し、ＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎの上流端に続く形でＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが共通通路２８を流れ始める。
【００５８】
図１７（Ｃ）は、吸気行程終了時（圧縮行程開始時）の状態を示している。図１７（Ｃ）に示すように、吸気行程終了時では、筒内１３の下部１３１にＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが配置され、上部１３２にＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが配置される。また、タンブル生成ポート６１には、次回の吸気行程の前半に吸入されるＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが配置される。
【００５９】
このように、吸気行程終了時にＥＧＲリッチガス、ＥＧＲリーンガスを図１７（Ｃ）のように層状に配置することで、圧縮行程の終盤では、筒内１３の中央部にＥＧＲリーンガス、筒内１３の外周の底面側にＥＧＲリッチガスを層状に配置できる。
【００６０】
ところが、第１実施形態で説明したように、吸気弁１５付近の境界領域１００（ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとが混合された領域。図１７（Ｃ）参照）の影響で、成層化の程度が低下することがある。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数や目標ＥＧＲ率に応じて切替バルブ３７の開弁開始時期Ｗ（図１６の時点７７）を変化させることで、成層化の程度が低下することを抑制している。先ず、エンジン回転数に応じて具体的に開弁開始時期をどのように変化させるかについて説明する。
【００６１】
図１８は、図１６と同様に切替バルブ３７の開閉推移のラインを示しており、詳細には、エンジン回転数に応じた複数の開弁動作のライン２１４〜２１６を示している。ライン２１４、ライン２１５、ライン２１６の順でエンジン回転数が高くなっている。このように、ＥＣＵ５０は、第１実施形態と同様に、エンジン回転数が高くなるほど、切替バルブ３７の開弁開始角Ｗを進角させている。この際、ＥＣＵ５０は、開弁中間角Ｙ’（開弁開始角と開弁完了角を足して２で割ったクランク角）が一定となるように、エンジン回転数に応じて開弁開始角Ｗを設定している。このようにするのは第１実施形態と同じ理由のためである。
【００６２】
メモリ５１（図１参照）には、図８の閉弁開始角プロフィール３０１と同様に推移する開弁開始角プロフィール（図８において、閉弁開始補正角を開弁開始補正角に変更したプロフィール）が記憶されている。ＥＣＵ５０は、その開弁開始角プロフィールを参照して、今回のエンジン回転数に対する開弁開始補正角を算出し、開弁開始角を、基準開始角から開弁開始角の分だけ進角させる。これによって、吸気行程終了時の境界領域１００（図１７（Ｃ）参照）を、エンジン回転数に応じて最適の位置に配置でき、ひいては成層化の程度の低下を抑えることができる。
【００６３】
次に、目標ＥＧＲ率に応じて具体的に開弁開始時期（開弁開始角）をどのように変化させるかについて説明する。図１９は、図１６と同様に切替バルブ３７の開閉推移のラインを示しており、詳細には、目標ＥＧＲ率に応じた複数の開弁動作のライン２１７〜２１９を示している。ライン２１７、ライン２１８、ライン２１９の順で目標ＥＧＲ率が高くなっている。このように、ＥＣＵ５０は、第１実施形態とは反対に、目標ＥＧＲ率が高くなるほど、切替バルブ３７の開弁開始角Ｗを進角させている。以下、このようにする理由を説明する。第１実施形態では、目標ＥＧＲ率が高くなるほど閉弁開始角を遅角させ、吸気行程終了時のタンブル生成ポート６１内のＥＧＲ濃度を高くする（タンブル生成ポート６１にＥＧＲリッチガスを残留させる）ことで、成層化の程度の低下を抑えていた。つまり、第１実施形態の知見によれば、目標ＥＧＲ率が高くなるほど吸気行程終了時のタンブル生成ポート６１内のＥＧＲ濃度を高くすることで、成層化の程度の低下を抑えることができる。
【００６４】
この第１実施形態の知見を第２実施形態に当てはめると、目標ＥＧＲ率が高くなるほど、切替バルブ３７の開弁開始角Ｗを進角させる制御となる。すなわち、切替バルブ３７の開弁開始角Ｗを進角させると、進角させた分だけ早めにＥＧＲリッチガス通路２５が開通し（早めにＥＧＲリーンガス通路２７が閉鎖し）、タンブル生成ポート６１を流れるＥＧＲリッチガスの量が増えるので（ＥＧＲリーンガスの量が減るので）、吸気行程終了時の吸気弁１５付近のＥＧＲ濃度が高くなる。これによって、上記知見により成層化の程度の低下を抑制できる。
【００６５】
図１９のように開弁開始角を制御するために、メモリ５１には、図２０に示す開弁開始角プロフィール３０３がマップ又は計算式として記憶されている。その開弁開始角プロフィール３０３は、目標ＥＧＲ率に応じて開弁開始角がどのように変化するかを示している。開弁開始角プロフィール３０３では、目標ＥＧＲ率が所定範囲内（目標ＥＧＲ率がｚ３からｚ４の範囲内）において目標ＥＧＲ率が高くなるほど、開弁開始補正角（進角量）はマイナス側（進角側）に大きくなる。
【００６６】
また、開弁開始角プロフィール３０３においては、所定範囲の下限ｚ３以下の範囲では、その下限ｚ３における開弁開始補正角（ゼロ）で一定になっている。このようにしているのは、下限ｚ３での開弁開始角（基準開始角）よりも遅角させてしまうと、吸気行程終了時におけるタンブル生成ポート６１内のガスのＥＧＲ濃度が低くなりすぎてしまう。そして、次回の吸気行程前半に吸入するＥＧＲリッチガスのＥＧＲ濃度が低くなってしまい、成層化の程度が低下してしまうからである。
【００６７】
また、開弁開始角プロフィール３０３においては、所定範囲の上限ｚ２以上の範囲では、その上限ｚ４における開弁開始補正角で一定になっている。このようにしているのは、上限ｚ４での開弁開始角よりも進角させてしまうと、吸気行程終了時において、筒内１３のＥＧＲリーンガスの層の上にさらにＥＧＲリッチガスの層が配置されてしまうおそれがあるからである。
【００６８】
ＥＣＵ５０は、図２０の開弁開始角プロフィール３０３を参照して、今回の目標ＥＧＲ率に対する開弁開始補正角（進角量）を算出し、開弁開始角を、基準開始角から開弁開始補正角の分だけ進角させる。これによって、目標ＥＧＲ率に応じて吸気弁１５付近のガスの状態を最適にでき、成層化の程度の低下を抑えることができる。
【００６９】
ＥＣＵ５０は、第１実施形態と同様に、例えば図１５のフローチャートの処理にしたがって、切替バルブ３７の制御を行う。この際、Ｓ３で得られる開弁開始補正角と、Ｓ４で得られる開弁開始補正角はどちらも基準開始角からの進角量であるので、Ｓ５では、例えば、それら２つの開弁開始補正角の平均値（足して２で割った値）を最終的な開弁開始補正角として算出する。そして、基準開始角にその最終的な開弁開始補正角を加えることで、開弁開始角を算出する（Ｓ５）。
【００７０】
その後、図１６の開閉推移のように切替バルブ３７の切り替えを行って吸気行程の前半にＥＧＲリッチガスを吸入し、後半にＥＧＲリーンガスを吸入する（Ｓ６）。この際、Ｓ５で算出した開弁開始角で切替バルブ３７の開弁動作を開始する（Ｓ６）。これによって、上述したように、吸気行程終了時の吸気弁１５付近のガスの状態をエンジン回転数や目標ＥＧＲ率に応じて最適にでき、ひいては成層化の程度を向上できる。
【００７１】
以上説明したように、ＥＧＲリッチガスとＥＧＲリーンガスの吸入順を第１実施形態から逆転させたとしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
なお、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では切替バルブを３方弁で構成した例を説明したが、ＥＧＲリッチガス通路、ＥＧＲリーンガス通路のそれぞれにシャッター弁、バタフライ弁等の２方弁を設け、それら２方弁で、タンブル生成ポートに開通する通路をＥＧＲリッチガス通路とＥＧＲリーンガス通路との間で切り替えるようにしても良い。例えば、タンブル生成ポートにＥＧＲリーンガスを流すときには、ＥＧＲリーンガス通路に設けられた２方弁を開弁し、ＥＧＲリッチガス通路に設けられた２方弁を閉弁する。反対に、タンブル生成ポートにＥＧＲリッチガスを流すときには、ＥＧＲリーンガス通路に設けられた２方弁を閉弁し、ＥＧＲリッチガス通路に設けられた２方弁を開弁する。このように、切替バルブを２方弁で構成しても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
また、上記実施形態では、スワール生成ポートとタンブル生成ポートの２つの吸気ポートを備えたシステムに本発明を適用した例を説明したが、１つの吸気ポートしか備えていないシステムにも本発明を適用できる。また、ＥＧＲ成層化の程度を向上できスモークの排出量の低減効果があるのであれば、スワール生成ポート側に切替バルブを設け、スワール生成ポートからＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを交互に吸入するようにしても良い。また、タンブル生成ポート側とスワール生成ポート側の両方に切替バルブを設け、タンブル生成ポート、スワール生成ポートの両方からＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを交互に吸入するようにしても良い。
【００７４】
また、上記実施形態では内燃機関としてディーゼルエンジンのシステムに本発明を適用した例を説明したが、ガソリンエンジンのシステムに本発明を適用しても良い。また、本発明は、ＥＧＲリーンガス、ＥＧＲリッチガス以外のガス（例えば、特許文献１のように、ＥＧＲガス／空気と燃料との混合気）を交互に吸入するシステムにも適用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１０  ディーゼルエンジン
１３  筒内
５０  ＥＣＵ
２５  ＥＧＲリッチガス通路
２７  ＥＧＲリーンガス通路
３７  切替バルブ
６１  タンブル生成ポート
【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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