(57)【要約】【課題】濃度が異なるガスをバルブにより交互に燃焼室に吸入する内燃機関の吸気制御装置において、バルブの開閉応答性が緩やかであったとしても吸入したガスの成層化の程度を向上する。【解決手段】内燃機関１０は、タンブル生成ポート６１とスワール生成ポートの２つの吸気ポートを備える。タンブル生成ポート６１の上流には切替バルブ３７が設けられる。切替バルブ３７は、切替バルブ３７から吸気弁１５までの共通通路２８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のどちらか一方に切り替える。共通通路２８にＥＧＲリーンガスを満たした状態で、吸気弁１５の開弁前に通路２５を開通しておく。吸気行程では、共通通路２８のＥＧＲリーンガスを吸入し、続いてＥＧＲリッチガスを吸入する。【選択図】図２
2014074340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の吸気行程の前半に吸気ポート（６１）から前記内燃機関の燃焼室（１３）に予め定めた容積の第１ガスを吸入し、吸気行程の後半に前記第１ガスとは濃度が異なる予め定めた容積の第２ガスを前記吸気ポートから前記燃焼室に吸入する内燃機関の吸気制御装置であって、
前記吸気ポートの上流に設けられたバルブであって、該バルブから、前記吸気ポートと前記燃焼室とを連通する開口部（１５１）を開閉する吸気弁（１５）までの通路である共通通路（２８、２８ａ）に開通する通路を、前記第１ガスが流れる第１通路と前記第２ガスが流れる第２通路のどちらか一方に切り替える切替バルブ（３７）と、
前記吸気弁の開弁前に前記共通通路を前記第１ガスで満たした状態にするとともに、前記吸気弁の開弁前の前記状態のときに前記第２通路が前記共通通路に開通するように前記切替バルブを制御するバルブ制御手段（５０）とを備え、
吸気行程の前半に前記燃焼室に吸入させる前記第１ガスの容積が、前記共通通路の容積と等しいことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
前記バルブ制御手段は、前記吸気弁が開弁して前記第１ガス、前記第２ガスの順で前記燃焼室に吸入された後、前記吸気弁が閉弁した時点で、前記吸気弁付近の前記燃焼室の部分である上部（１３２）が前記第２ガスで満たされ、かつ、次回の前記第１ガスが前記共通通路に満たされるように、前記切替バルブを制御す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】
前記第１ガスは、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、前記第２ガスは、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又は２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
前記吸気ポートは、前記燃焼室に吸入されたガスにスワール流を生じさせるスワール生成ポート（６２）と、タンブル流を生じさせるタンブル生成ポート（６１）とを有し、
前記切替バルブは、前記スワール生成ポートと前記タンブル生成ポートのどちらか一方又は双方の上流に設けられた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】
前記切替バルブは前記タンブル生成ポートの上流に設けられ、
前記共通通路の容積は、１回の吸気行程で前記タンブル生成ポートから前記燃焼室に吸入されるガスの総吸入量の６０％〜８０％の吸入量に相当する容積であることを特徴とする請求項４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ガスの濃度が濃厚なＥＧＲリッチガスであり、前記第２ガスは前記ＥＧＲガスの濃度が希薄なＥＧＲリーンガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の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、内燃機関の燃焼室への吸気を制御する吸気制御装置に関し、詳細には、濃度が異なるガスを燃焼室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、排気系（排気通路側）から吸気系（吸気通路側）に還流したＥＧＲガスと、新気とが燃焼室（筒内）で層状に分布するように、それらＥＧＲガス、新気を燃焼室に吸入させる技術の提案がある（例えば特許文献１参照）。例えば特許文献１では、新気を旋回させて燃焼室の周縁部に吸入させ、ＥＧＲガスをストレートに燃焼室に吸入させることで、燃焼室の内壁面側に新気を、中央部側にＥＧＲガスを分布させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８０６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、酸素濃度が高い新気と酸素濃度が低いＥＧＲガスというように濃度が異なる第１ガス、第２ガスを燃焼室で層状に分布させるには、それら第１ガス、第２ガスの燃焼室への吸入をバルブにより切り替えて、第１ガス、第２ガスを交互に燃焼室に吸入させる方式が考えられる。
【０００５】
しかし、上記方式を採用する場合、バルブの開閉動作を開始した時点から全開又は全閉した時点までの時間（応答時間）に、第１ガスと第２ガスとが混在してしまい、燃焼室における第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。バルブの応答時間が短く大流量のガスを流すことができる高速バルブを採用すれば、第１ガスと第２ガスの混在は抑制できるものの、高速バルブはコストが高い。また、高速バルブは、短時間で大流量のガスを流すので、燃焼室に吸入させるガスの制御が困難となる。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、濃度が異なるガスをバルブにより交互に燃焼室に吸入する内燃機関の吸気制御装置において、バルブの開閉応答性が緩やかであったとしても、燃焼室に吸入されたガスの成層化の程度を向上できる内燃機関の吸気制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の吸気行程の前半に吸気ポートから前記内燃機関の燃焼室に予め定めた容積の第１ガスを吸入し、吸気行程の後半に前記第１ガスとは濃度が異なる予め定めた容積の第２ガスを前記吸気ポートから前記燃焼室に吸入する内燃機関の吸気制御装置であって、
前記吸気ポートの上流に設けられたバルブであって、該バルブから、前記吸気ポートと前記燃焼室とを連通する開口部を開閉する吸気弁までの通路である共通通路に開通する通路を、前記第１ガスが流れる第１通路と前記第２ガスが流れる第２通路のどちらか一方に切り替える切替バルブと、
前記吸気弁の開弁前に前記共通通路を前記第１ガスで満たした状態にするとともに、前記吸気弁の開弁前の前記状態のときに前記第２通路が前記共通通路に開通するように前記切替バルブを制御するバルブ制御手段とを備え、
吸気行程の前半に前記燃焼室に吸入させる前記第１ガスの容積が、前記共通通路の容積と等しいことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、バルブ制御手段は、吸気弁の開弁前に切替バルブから吸気弁までの通路（共通通路）を、吸気行程の前半に吸入する第１ガスで満たした状態にする。さらに、バルブ制御手段は、その状態のときに第２ガスが流れる第２通路を開通しておく。また、吸気行程の前半に燃焼室に吸入させる第１ガスの容積が、共通通路の容積と等しくなっているので、吸気弁が開弁したときには、共通通路に満たされていた分だけ第１ガスが燃焼室に吸入される。そして、吸気弁の開弁前に予め第２通路が開通されているので、第１ガスの吸入に後続して第２ガスが吸入される。よって、燃焼室にて第１ガスと第２ガスとを層状に分布させることができる。吸気弁の開弁前に第２通路を開通するときには吸気弁は未だ閉じているので、切替バルブの開閉応答性が緩やかであったとしても、第１ガスと第２ガスとが燃焼室で混在することがない。よって、バルブの開閉応答性が緩やかであったとしても、燃焼室に吸入された第１ガス、第２ガスの成層化の程度を向上できる。
【０００９】
なお、本発明における「吸気行程の前半」とは予め定めた容積の第１ガスの燃焼室への吸入が開始されてから完了するまでの期間を言い、「吸気行程の後半」とは予め定めた容積の第２ガスの燃焼室への吸入が開始されてから完了するまでの期間を言う。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジンシステム１の構成図である。
【図２】タンブル生成ポート６１周辺の構造の断面図である。
【図３】切替バルブ３７の開閉時期を説明する図である。
【図４】切替バルブ３７が全開になった時点での各通路２５、２７、２８に配置されるガスを示した図である。
【図５】切替バルブ３７が全閉した時点での各通路２５、２７、２８や燃焼室１３に配置されるガスを示した図である。
【図６】吸気弁１５が全閉された時点での各通路２５、２７、２８や燃焼室１３に配置されるガスを示した図である。
【図７】ＥＧＲ成層化の程度に対するスモーク量の図である。
【図８】ＥＧＲリーンガスの割合に対するＥＧＲ成層化の程度を示した図である。
【図９】切替バルブの開弁時期によってＥＧＲ成層化の程度がどのように変化するかについての実験結果である。
【図１０】切替バルブの応答時間の緩急によってＥＧＲ成層化の程度がどのように変化するかについての実験結果である。
【図１１】切替バルブの開弁時間に対するＥＧＲ成層化の程度を、本発明と従来技術とで比較した図である。
【図１２】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場合における切替バルブの開閉時期を説明する図である。
【図１３】図１２（Ａ）の時点９４での各通路２５、２７、２８ａに配置されるガスを示した図である。
【図１４】図１２（Ａ）の時点９５での各通路２５、２７、２８ａや燃焼室１３に配置されるガスを示した図である。
【図１５】図１２（Ｂ）の時点９６での各通路２５、２７、２８ａや燃焼室１３に配置されるガスを示した図である。
【図１６】切替バルブを２方弁で構成したときのタンブル生成ポート６１周辺の構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置の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含む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。
【００１２】
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。
【００１３】
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（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のスワール生成ポート６２に接続されている。
【００１４】
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。また、ＥＧＲリッチガス通路２５は、タンブル生成ポート６１の上流にて分岐し、分岐後のＥＧＲリッチガス通路２５が、エンジンヘッド１４（図２参照）に接続されたインテークマニホールド２９（図２参照）にてＥＧＲリーンガス通路２７に合流している。
【００１５】
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量）は、ＥＧＲリッチガス中のＥＧＲガスの濃度よりも小さくなっている。
【００１６】
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、シリンダ１１（気筒）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と燃焼室１３（シリンダ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。
【００１７】
バルブ３７は、３方弁として構成されており、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のどちらか一方に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）。
【００１８】
後述するように、本実施形態では、吸気行程の前半で予め定めた量（容積）のＥＧＲリーンガスが燃焼室１３に吸入され、後半に予め定めた量（容積）のＥＧＲリッチガスが燃焼室１３に吸入されるが、その前半で吸入されるＥＧＲリーンガスの容積が共通通路２８の容積と等しい。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リーンガスとＥＧＲリッチガスが交互に燃焼室に吸入される。他方、スワール生成ポート６２からは常にＥＧＲリーンガスが燃焼室に吸入される。
【００１９】
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。
【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、吸気行程の前半に予め定めた量（容積）のＥＧＲリーンガスを燃焼室１３（図２参照）に吸入し、吸気行程の後半に予め定めた量（容積）のＥＧＲリッチガスを燃焼室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、エンジン１０の燃焼、排気、吸気、圧縮の各行程における切替バルブ３７の開閉時期を説明する図である。詳細には、図３（Ａ）は、クランク角（°ＡＴＤＣ）に対する切替バルブ３７の開閉の推移を示している。なお、図３（Ａ）では、切替バルブ３７の開閉を、ＥＧＲリッチガス通路２５（図２参照）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。図３（Ｂ）は、クランク角（°ＡＴＤＣ）に対する吸気弁１５のリフト量（開度）を示しており、図３（Ｃ）は、吸気弁１５から燃焼室１３に吸入されるガス量（吸気弁通過流量（ｇ／ｓ））を示している。なお、図３（Ａ）の上には、クランク角（°ＡＴＤＣ）に対応させて、燃焼、排気、吸気、圧縮の各行程を示している。図３では、分かりやすくするために、クランク角０°〜１８０°の範囲を燃焼行程とし、クランク角１８０°〜３６０°の範囲を排気行程とし、クランク角３６０°〜５４０°の範囲を吸気行程とし、クランク角５４０°〜７２０°の範囲を圧縮行程としている。
【００２１】
図３（Ａ）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が共通通路２８に開通し、共通通路２８にはＥＧＲリーンガスで満たされる。ＥＣＵ５０は、図３（Ａ）の時点７１から切替バルブ３７の開弁を開始し、吸気行程に入る前の時点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、切替バルブ３７が全開になった時点７２での各通路２５、２７、２８に配置されるガスを示している。図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、時点７２では未だ吸気弁１５は閉じており、吸気弁通過流量はゼロとなっているので、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燃焼室１３に吸入されることはない。つまり、図４に示すように、時点７２では、共通通路２８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。
【００２２】
その後、吸気行程に入ると（吸気弁１５が開弁されると）、共通通路２８に満たされたＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが燃焼室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リーンガスｇｌｅａｎの上流端に配置されたＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが燃焼室１３に吸入される。
【００２３】
図３（Ａ）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。ここで、図５は、図２と同様の断面図であり、切替バルブ３７が全閉した時点７３（図３（Ａ）参照）での各通路２５、２７、２８や燃焼室１３に配置されるガスを示している。図５の例では、ＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎの吸入が未だ完了しておらず、共通通路２８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】
その後、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、吸気行程が終了して吸気弁１５が全閉されると、吸気弁通過流量はゼロになる。図６は、吸気弁１５が全閉された時点７４（圧縮行程の時点、図３（Ｂ）参照））での各通路２５、２７、２８や燃焼室１３に配置されるガスを示している。図６に示すように、時点７４では、燃焼室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とを燃焼室１３内で層状に分布させることができる。また、時点７４では、共通通路２８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燃焼室１３に吸入されるガスとされる。
【００２５】
ＥＣＵ５０は、時点７４で図６の状態となるように、切替バルブ３７の閉弁時期（時点７３）を設定している。別の言い方をすると、ＥＣＵ５０は、切替バルブ３７を通過したＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが予め定めた量（後述するように例えば総吸入量に対して３割の吸入量）となった時点７３で、切替バルブ３７を全閉させる。例えば、切替バルブ３７の閉弁時期が時点７３より早いと、時点７４では、燃焼室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。また例えば、切替バルブ３７の閉弁時期が時点７３より遅いと、時点７４では、吸気弁１５付近の共通通路２８（タンブル生成ポート）に、ＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが残ってしまう。
【００２６】
このように、共通通路２８の容積を、吸気行程の前半で吸入されるガスの容積と等しくすることで、図３（Ａ）に示す開閉推移で切替バルブ３７を制御することを条件として、圧縮行程の終盤（図６の状態からさらに圧縮が進んだ状態）では燃焼室１３の中央部にＥＧＲリッチガス、燃焼室１３の外周の底面側にＥＧＲリーンガスを層状に配置できる。
【００２７】
本発明者は、燃焼室１３におけるＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスの成層化の程度によって、エンジン１０から排出されるスモーク量がどのように変化するかについて実験を行った。図７はその実験結果を示しており、詳細には、ＥＧＲ成層化の程度（横軸）に対するスモーク量（縦軸）の図である。なお、ＥＧＲ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。図７のプロット点９１で示されるように、ＥＧＲ成層化の程度が大きくなるほどスモーク量の低減効果が大きくなる（スモーク量が少ない）ことを確認できた。また、プロット点９２で示されるように、成層化を全く行わないときには、成層化を行った場合（プロット点９１）に比べてスモーク量が多くなってしまう。
【００２８】
さらに、本発明者は、吸気行程の前半で吸入するＥＧＲリーンガスと後半で吸入するＥＧＲリッチガスの割合によって、ＥＧＲ成層化の程度がどのように変化するかについて実験を行った。図８はその実験結果を示しており、詳細には、１回の吸気行程でタンブル生成ポート６１から燃焼室１３に吸入されるガスの総吸入量に対するＥＧＲリーンガスの割合（横軸）に対するＥＧＲ成層化の程度（縦軸）を示している。図８に示すように、ＥＧＲリーンガスの割合＝０．７のとき、つまり、ＥＧＲリーンガス：ＥＧＲリッチガス＝７：３のときに最もＥＧＲ成層化の程度が大きくなることを確認できた。また、ＥＧＲリーンガスの割合＝０．６、０．８のときも、０．７のときには及ばないものの、ＥＧＲ成層化の程度が大きくなっている。ＥＧＲリーンガスの割合が０．６〜０．８の範囲外の場合には、ＥＧＲ成層化の程度が低下してしまう。
【００２９】
図８の結果より、共通通路２８の容積は、１回の吸気行程でタンブル生成ポート６１から燃焼室１３に吸入するガスの総吸入量の６０％〜８０％の吸入量に相当する容積とするのが好ましい。これによって、予め共通通路２８に配置したＥＧＲリーンガスを燃焼室１３に吸入させることで、必然的に（吸気行程中に切替バルブ３７でＥＧＲリーンガスの吸入量を調整しなくても）、ＥＧＲリーンガスの割合を０．６〜０．８にでき、ＥＧＲ成層化の程度を大きくできる。その結果、図７に示すように、スモーク量を低減できる。なお、例えば、ＥＧＲリーンガスの割合を０．７、ＥＧＲリッチガスの割合を０．３に設定したときには、その０．７の割合のＥＧＲリーンガスの燃焼室１３への吸入が開始されてから完了するまでの期間が吸気行程の前半となる。その期間に後続して、０．３の割合のＥＧＲリッチガスの燃焼室１３への吸入が開始されてから完了するまでの期間が吸気行程の後半となる。
【００３０】
また、本発明では、図４に示すように、吸気弁１５の開弁前に切替バルブ３７を開状態（ＥＧＲリッチガス通路２５が開通する状態）にするので、切替バルブ３７の開弁時期が多少ずれたとしても、ＥＧＲ成層化の程度には影響を及ぼさない。ここで、図９は、切替バルブ３７の開弁時期によってＥＧＲ成層化の程度がどのように変化するかについての実験結果を示している。詳細には、図９（Ａ）はクランク角（°ＡＴＤＣ）に対する吸気弁１５のリフト量を示している。図９（Ｂ）は、クランク角（°ＡＴＤＣ）に対する切替バルブ３７の開閉推移を示し、より詳細には、切替バルブ３７の開弁時期をいくつか変化させたときにおけるそれぞれの開閉推移８１〜８４を示している。開閉推移８１〜８３では、切替バルブ３７の全開時期が吸気行程に入る前となっている。切替バルブ３７の開弁時期（全開時期）は、開閉推移８１、開閉推移８２、開閉推移８３の順で遅くなっている。また、開閉推移８４では、切替バルブ３７が開動作を開始した時点は吸気行程の前になっているものの、全開時期が吸気行程に入った後（吸気弁１５の開弁動作の開始後）となっている。図９（Ｃ）は、クランク角（°ＡＴＤＣ）に対するＥＧＲ成層化の程度を示している。なお、図９（Ａ）の上には、クランク角（°ＡＴＤＣ）に対応させて、排気行程及び吸気行程を示している。
【００３１】
図９（Ｂ）の開閉推移８１〜８３及び図９（Ｃ）が示すように、切替バルブ３７の全開時期が吸気行程の前であるならば、切替バルブ３７の開弁時期が多少ずれたとしても、ＥＧＲ成層化の程度は低下しない。これに対し、図９（Ｂ）の開閉推移８４及び図９（Ｃ）が示すように、切替バルブ３７の全開時期が吸気行程中になると（従来技術の態様）、ＥＧＲ成層化の程度は低下してしまう。これは、切替バルブ３７全開状態になる前の動作途中状態のときに吸気弁１５の開弁動作が開始されているので、その動作途中状態のときにＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスの両方が燃焼室１３に吸入されてしまうからである。
【００３２】
また、本発明では、図４に示すように、吸気弁１５の開弁前に切替バルブ３７を開状態（ＥＧＲリッチガス通路２５が開通する状態）にするので、切替バルブ３７の応答時間（全閉状態から全開状態になるまでの時間）が緩やかになったとしても、ＥＧＲ成層化の程度には影響を及ぼさない。ここで、図１０は、図９と同様の図であり、切替バルブ３７の応答時間の緩急によってＥＧＲ成層化の程度がどのように変化するかについての実験結果を示している。図１０（Ｂ）では、切替バルブ３７の全開時期を固定として切替バルブ３７の開弁開始時期（切替バルブ３７の応答時間）を変化させたときの開閉推移８５〜８７を示している。開閉推移８５、開閉推移８６、開閉推移８７の順で切替バルブ３７の応答時間が急になっている。図１０に示すように、切替バルブ３７の応答時間が変わったとしてもＥＧＲ成層化の程度は低下しないことを確認できた。
【００３３】
ここで、図１１は、切替バルブ３７の開弁時間（切替バルブが全閉状態から全開状態になるまでの時間）に対するＥＧＲ成層化の程度を、本発明と、従来技術とで比較した図である。なお、図１１の横軸の開弁時間はクランク角（°ＣＡ）で表している。図１１のライン８８（◇のプロット点のライン）は本発明の結果を示している。ライン８９（□のプロット点のライン）は、従来技術として、共通通路２８の容積が吸気行程の前半に吸入するＥＧＲリーンガスの容積よりも小さい、つまり切替バルブ３７が図２の状態よりも吸気弁１５側に寄った位置に設けられた場合の結果を示している。ライン８８が示すように、本発明では、切替バルブ３７の開弁時間が大きくなったとしても、ＥＧＲ成層化の程度は低下しない。これに対し、ライン８９が示すように、従来技術では、切替バルブ３７の開弁時間が大きくなると、ＥＧＲ成層化の程度が低下してしまう。これは、共通通路２８の容積が吸気行程の前半に吸入するＥＧＲリーンガスの容積よりも小さくなっているので、そのＥＧＲリーンガスの容積を吸入させるためには、吸気行程に入ってからもしばらくの間はＥＧＲリーンガス通路２７を共通通路２８に開通しておく必要があるからである。つまり、切替バルブ３７の全開時期が吸気行程中にずれ込んでしまい、切替バルブ３７の応答時間（動作途中状態）のときにＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスの両方が燃焼室１３に吸入されてしまうからである。
【００３４】
このように、本発明では、応答時間が緩やかな切替バルブ３７を採用したとしてもＥＧＲ成層化の程度の低下を抑制できるので、コスト低減と、開弁制御性の緩和を図ることができる。また、応答時間を緩やかにすることで、開弁時の振動や音の低減を図ることができる。
【００３５】
また、本発明では、タンブル生成ポート６１から吸入させるＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスの吸入割合を例えば、７：３で固定としつつ、エンジン１０の運転状態に応じて第１流量調整弁３４、ＥＧＲバルブ３６、第２流量調整弁３５を調整することで、燃焼室１３に吸入するＥＧＲ量を調整することもできる。具体的には、燃焼室１３に吸入するＥＧＲ量を増やすときには、ＥＣＵ５０は、第１流量調整弁３４、ＥＧＲバルブ３６、第２流量調整弁３５の開度を調整して、ＥＧＲ通路２４から吸気通路２１（ＥＧＲリーンガス通路２７）に流すＥＧＲ量を増加させれば良い（ＥＧＲリーンガスのＥＧＲ濃度を大きくすれば良い）。反対に、燃焼室１３に吸入するＥＧＲ量を減らすときには、ＥＣＵ５０は、第１流量調整弁３４、ＥＧＲバルブ３６、第２流量調整弁３５の開度を調整して、吸気通路２１からＥＧＲ通路２４（ＥＧＲリッチガス通路２５）に流す新気量を増加させれば良い（ＥＧＲリッチガスのＥＧＲ濃度を小さくすれば良い）。
【００３６】
（変形例１）
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、吸気行程の前半にＥＧＲリッチガスを吸入し、吸気行程の後半にＥＧＲリーンガスを吸入する構成にも本発明を適用できる。ここで、図１２は、図３と同様の図であり、吸気行程の前半にＥＧＲリッチガスを吸入し、吸気行程の後半にＥＧＲリーンガスを吸入する場合における、エンジン１０の燃焼、排気、吸気、圧縮の各行程における切替バルブ３７の開閉時期を説明する図である。なお、この変形例に係る構成図は、切替バルブの配置位置（共通通路の容積）以外は上記実施形態の構成図である図１、図２と同じである。この変形例では、吸気行程の前半に吸入するＥＧＲリッチガスの総吸入量に対する割合を０．３、後半に吸入するＥＧＲリーンガスの総吸入量に対する割合を０．７としている。そのため、図１３に示すように、切替バルブ３７の配置位置が、上記実施形態の配置位置（図４参照）に比べて吸気弁１５側に寄っている。そして、共通通路２８ａの容積を、０．３の割合の吸入量に相当する容積としている。
【００３７】
図１２（Ａ）（クランク角（°ＡＴＤＣ）に対する切替バルブ３７の開閉の推移）に示すように、排気行程の途中の時点９３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９３では、ＥＧＲリッチガス通路２５が共通通路２８ａ（図１３参照）に開通し、共通通路２８ａはＥＧＲリッチガスで満たされる。ＥＣＵ５０は、時点９３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９４には切替バルブ３７を全閉させる。図１３は、切替バルブ３７の配置位置以外は図２と同様の断面図であり、時点９４での各通路２５、２７、２８ａに配置されるガスを示している。図１３に示すように、時点９４では、共通通路２８ａ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。この状態では、吸気弁１５は未だ閉じているので（図１２（Ｂ）、（Ｃ）参照）、ＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈとＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎとが混在して燃焼室１３に吸入されることはない。
【００３８】
その後、吸気行程に入ると（吸気弁１５が開弁されると）、共通通路２８ａに満たされたＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが燃焼室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が燃焼室１３に吸入される。
【００３９】
図１２（Ａ）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。ここで、図１４は、切替バルブ３７の配置位置以外は図２と同様の断面図であり、切替バルブ３７が全開した時点９５（図１２（Ａ）参照）での各通路２５、２７、２８ａや燃焼室１３に配置されるガスを示している。なお、時点９５は、吸気行程の後半に０．７の割合のＥＧＲリーンガスを吸入する関係で、図３（Ａ）の時点７３よりも遅くなっている。図１４の例では、ＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの吸入が完了し、共通通路２８ａには、ＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが流れている。また、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２８ａを流れ始める。
【００４０】
図１５は、図１２（Ｂ）の吸気弁１５が全閉された時点９６（圧縮行程の時点）での各通路２５、２７、２８ａや燃焼室１３に配置されるガスを示している。図１５に示すように、時点９６では、燃焼室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。そのＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎは、総吸入量に対して０．７の割合となっているので、下部１３１付近にまで達している。また、時点９６では、共通通路２８ａには次回の吸気行程で吸入されるＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが配置される。ＥＣＵ５０は、時点９６で図１５の状態となるように、吸気行程中における切替バルブ３７の開弁時期（時点９５）を設定している。
【００４１】
このように、切替バルブ３７の開閉推移を、図３（Ａ）の開閉推移と逆にすることで、圧縮行程の終盤（図１５の状態からさらに圧縮が進んだ状態）では燃焼室１３の中央部にＥＧＲリーンガス、燃焼室１３の外周の底面側にＥＧＲリッチガスを層状に配置できる。
【００４２】
（変形例２）
次に、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置の別の変形例を説明する。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、２方弁で構成しても良い。ここで、図１６は、図２と同様の図であり、切替バルブを２方弁で構成したときの図を示している。なお、図１６において、図２と変更が無い部分には同一符号を付している。図１６に示すように、切替バルブとして、ＥＧＲリーンガス通路２７と共通通路２８との接続口２７２に第１の２方弁３７５を設け、ＥＧＲリッチガス通路２５と共通通路２８との接続口２５２に第２の２方弁３７６を設けても良い。それら２方弁３７５、３７６は例えばシャッター弁であったり、バタフライ弁であったりする。
【００４３】
ＥＣＵ５０（図１参照）は、共通通路２８にＥＧＲリーンガスを流すときには、第１の２方弁３７５を開弁し、第２の２方弁３７６を閉弁する。ＥＣＵ５０は、共通通路２８にＥＧＲリッチガスを流すときには、第１の２方弁３７５を閉弁し、第２の２方弁３７６を開弁する。
【００４４】
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。
【００４５】
（その他の変形例）
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。この場合、１つの吸気ポートの上流側に切替バルブを設ければ良い。
【００４６】
また、上記実施形態では、タンブル生成ポート側に切替バルブを設けた例を説明したが、ＥＧＲ成層化の程度を向上できスモーク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ても良い。
【００４７】
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。
【符号の説明】
【００４８】
１０  ディーゼルエンジン
１３  燃焼室
１５  吸気弁
５０  ＥＣＵ
２５  ＥＧＲリッチガス通路
２７  ＥＧＲリーンガス通路
２８、２８ａ  共通通路
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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