(57)【要約】【課題】  構造が比較的に簡単でありながらも、容易にＥＧＲガスと吸入空気との成層状態を得ることのできるエンジンの排気還流ガス導入制御装置を提供する。【解決手段】  吸気弁１０７の上流の吸気通路１２０に設けられ吸気弁１０７の開閉タイミングに合わせて開閉可能な吸気制御弁１２６と、吸気弁１０７と吸気制御弁１２６との間の吸気通路１２０に開口する排気還流ガス通路１４１に設けられた排気還流ガス制御弁１４２と、エンジン１００が排気還流ガス導入領域にあるか否かを判定するエンジン運転領域判定手段（２００）と、エンジン運転領域判定手段によりエンジンが排気還流ガス導入領域にあると判定されたとき、吸気制御弁１２６と排気還流ガス制御弁１４２との開閉動作時期を異ならせて制御する開閉動作時期制御手段とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の上流の吸気通路に設けられ前記吸気弁の開閉タイミングに合わせて開閉可能な吸気制御弁と、
前記吸気弁と前記吸気制御弁との間の吸気通路に開口する排気還流ガス通路に設けられた排気還流ガス制御弁と、
エンジンが排気還流ガス導入領域にあるか否かを判定するエンジン運転領域判定手段と、
前記エンジン運転領域判定手段によりエンジンが排気還流ガス導入領域にあると判定されたとき、前記吸気制御弁と前記排気還流ガス制御弁との開閉動作時期を異ならせて制御する開閉動作時期制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの排気還流ガス導入制御装置。
【請求項２】
前記エンジンはガソリンエンジンであって、
前記開閉動作時期制御手段は、前記排気還流ガス制御弁を閉じた後に前記吸気制御弁を開くように制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気還流ガス導入制御装置。
【請求項３】
前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流は、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気ポートで構成され、前記排気還流ガス通路が該ヘリカル吸気ポートに開口されていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気還流ガス導入制御装置。
【請求項４】
前記エンジンはピストン頂部にキャビティを有するディーゼルエンジンであって、
前記開閉動作時期制御手段は、前記吸気制御弁を閉じた後に前記排気還流ガス制御弁を開くように制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気還流ガス導入制御装置。
【請求項５】
前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流は、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気ポートで構成され、前記排気還流ガス通路が該タンジェンシャル吸気ポートに開口されていることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの排気還流ガス導入制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気還流ガス導入制御装置に関し、特に、排気還流ガス（以下、ＥＧＲガスと称す）を用いて、燃焼室内に吸入空気層とＥＧＲガス層とを別々に生成させるようにしたＥＧＲ成層燃焼に好適なエンジンの排気還流ガス導入制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、気筒内（燃焼室内）に直接燃料を噴射する内燃機関（筒内直噴エンジンやディーゼルエンジン）においては、部分負荷域において、燃料消費率を低減するために、混合気の成層化を図り、燃焼性を確保しつつ、燃料に対して空気を過剰とし、ポンピングロスを低減する手法が知られている。また、このような燃焼形態で生じ易い窒素酸化物（以下ＮＯｘと称す）やスモークの低減のために、ＥＧＲガスを用い、吸入空気とＥＧＲガスの成層化を図るＥＧＲ成層燃焼エンジンが提案されている。
【０００３】
かかるＥＧＲ成層燃焼エンジンとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１に記載のものは、燃料を燃焼室内に直接噴射する機構と、燃焼後の排気ガスを燃焼室内に還流させる機構と、吸気通路の一部を閉塞してタンブルを生成する機構とを備えた内燃機関であって、吸気通路を、吸入空気を主とする気体が通過する第１の区画と、ＥＧＲガスを主とする気体が通過する第２の区画と、閉塞される第３の区画とに区分している。そして、９０度の回転角範囲に亘って切欠部を有する吸気制御弁でもって、第２の区画および第３の区画を開閉制御し、吸気制御弁が閉じた状態で第２の区画内にＥＧＲガスを充填しておき、エンジンの吸気行程において吸気制御弁を開くことで、第２の区画内のＥＧＲガスと吸入空気とを同一方向のタンブルとして流入させることにより、ＥＧＲガスと吸入空気との成層状態を得るようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５７３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載の構造は、ＥＧＲガスと吸入空気との成層状態を得るために、吸気通路を複数の区画に区分し、切欠部を有する吸気制御弁でもってそれらの区画を開閉制御するようにしているので、その構造が複雑にならざるを得ないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、構造が比較的に簡単でありながらも、容易にＥＧＲガスと吸入空気との成層状態を得ることのできるエンジンの排気還流ガス導入制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の一形態になるエンジンの排気還流ガス導入制御装置は、吸気弁の上流の吸気通路に設けられ前記吸気弁の開閉タイミングに合わせて開閉可能な吸気制御弁と、前記吸気弁と前記吸気制御弁との間の吸気通路に開口する排気還流ガス通路に設けられた排気還流ガス制御弁と、エンジンが排気還流ガス導入領域にあるか否かを判定するエンジン運転領域判定手段と、前記エンジン運転領域判定手段によりエンジンが排気還流ガス導入領域にあると判定されたとき、前記吸気制御弁と前記排気還流ガス制御弁との開閉動作時期を異ならせて制御する開閉動作時期制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記エンジンがガソリンエンジンのときには、前記開閉動作時期制御手段は前記排気還流ガス制御弁を閉じた後に前記吸気制御弁を開くように制御することが好ましい。
【０００９】
そして、前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流が、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気ポートで構成されているときには、前記排気還流ガス通路が該ヘリカル吸気ポートに開口されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記エンジンがピストン頂部にキャビティを有するディーゼルエンジンであるときには、前記開閉動作時期制御手段は前記吸気制御弁を閉じた後に前記排気還流ガス制御弁を開くように制御することが好ましい。
【００１１】
そして、前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流が、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気ポートで構成されているときには、前記排気還流ガス通路が該タンジェンシャル吸気ポートに開口されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明の一形態になるエンジンの排気還流ガス導入制御装置によれば、エンジン運転領域判定手段によりエンジンが排気還流ガス導入領域にあると判定されると、開閉動作時期制御手段により、吸気弁の開閉タイミングに合わせて開閉可能な吸気制御弁と、吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路に開口する排気還流ガス通路に設けられた排気還流ガス制御弁との開閉動作時期が異ならせて制御される。従って、筒内には、吸入空気と排気還流ガスとが異なる時期に導入されるので、容易にＥＧＲガスと吸入空気との成層状態を得ることができる。
【００１３】
ここで、前記エンジンがガソリンエンジンで、前記開閉動作時期制御手段は前記排気還流ガス制御弁を閉じた後に前記吸気制御弁を開くように制御する形態によれば、筒内には、吸気行程初期にＥＧＲガスが導入され、その旋回中に遅れて吸入空気が導入されるので、外側のＥＧＲガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。
【００１４】
そして、前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流が、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気ポートで構成され、前記排気還流ガス通路が該ヘリカル吸気ポートに開口されている形態によれば、上述の吸気行程初期のＥＧＲガスの導入がヘリカル吸気ポートを経て行なわれるので、吸気行程初期で吸気弁のリフト量が少ない場合にもＥＧＲガスのスワールを増大させることができ、より良好な外側のＥＧＲガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。
【００１５】
また、前記エンジンがピストン頂部にキャビティを有するディーゼルエンジンで、前記開閉動作時期制御手段は前記吸気制御弁を閉じた後に前記排気還流ガス制御弁を開くように制御する形態によれば、筒内には、吸気行程初期に吸入空気が導入され、その筒内の流動によりキャビティ内に吸入空気が維持された状態に遅れてＥＧＲガスが導入される。このＥＧＲガスは筒内では内側となるが、キャビティ内では吸入空気の外側に回り込み、燃料噴射が指向されるキャビティ内で外側のＥＧＲガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。
【００１６】
そして、前記吸気通路の前記吸気制御弁の下流が、ヘリカル吸気ポートとタンジェンシャル吸気ポートで構成され、前記排気還流ガス通路が該タンジェンシャル吸気ポートに開口されている形態によれば、筒内の流動によりキャビティ内に吸入空気が維持された状態に遅れてのＥＧＲガスの導入がタンジェンシャル吸気ポートを経て行なわれるので、吸気行程後期でＥＧＲガスのより強いスワールを得ることができ、燃料噴射が指向されるキャビティ内でより良好な外側のＥＧＲガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明によるエンジンの排気還流ガス導入制御装置をガソリンエンジンに適用した一実施形態について、まず図１を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００１８】
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示す。本実施形態におけるエンジン１００は、燃料であるガソリンを燃料噴射弁１０１から燃焼室１０２内に直接噴射し、点火プラグ１０３の点火により着火させる型式のものであるが、アルコールなどを燃料として使用することも可能である。
【００１９】
燃焼室１０２にそれぞれ臨む吸気ポート１０４および排気ポート１０５が形成されたシリンダヘッド１０６には、吸気ポート１０４を開閉する吸気弁１０７および排気ポート１０５を開閉する排気弁１０８を含む不図示の動弁機構が組み込まれている。
【００２０】
吸気ポート１０４に連通するようにシリンダヘッド１０６に連結されて吸気ポート１０４と共に吸気通路１２０を画成する吸気管１２１の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路１２０に導くためのエアクリーナ１２２が設けられている。このエアクリーナ１２２よりも下流側に位置する吸気管１２１の部分には、運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの踏み込み量に基づき、スロットルアクチュエータ１２３によって開度が調整されるスロットル弁１２４が組み込まれている。本実施形態では、アクセルペダルの踏み込み動作と、スロットル弁１２４の開閉動作とを切り離して電気的に制御できるようにしているが、これらアクセルペダルとスロットル弁１２４とを機械的に連結したものであってもよい。さらに、このスロットル弁１２４よりも下流側に位置する吸気管１２１の部分には、吸気弁１０７の開閉時期に応じた所定のタイミングにてアクチュエータ１２５により吸気通路１２０を開閉する吸気制御弁１２６が組み込まれている。エンジン１００が気筒当たり複数の吸気ポート１０４および吸気弁１０７をそれぞれ有する場合、後述するように、吸気制御弁１２６を各吸気ポート１０４毎に独立して設け、各吸気ポート１０４を個別に開閉することも可能であるが、個々の気筒を単位として吸気制御弁１２６を開閉するようにしてもよい。これら吸気制御弁１２６およびそのアクチュエータ１２５は、吸気弁１０７の開閉時期に応じて所望の時期に正確に吸気制御弁１２６が一時的に開閉するように、極めて制御応答性の高いものである。
【００２１】
本実施形態における吸気制御弁１２６は、例えば、バタフライ弁またはフラップ弁形式で構成され、後述するエンジン１００のＥＧＲ成層燃焼制御時以外は、吸気弁１０７の開弁時期よりも遅く開弁し、そして吸気弁１０７の閉弁時期よりも遅く閉弁するように、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２００からの指令に基づき、アクチュエータ１２５によって制御される。この結果、エンジン１００の吸気行程の末期に負圧状態となっている燃焼室１０２内に、吸気制御弁１２６よりも上流側に位置する吸気通路１２０内の空気が一気に流れ込み、一種の慣性過給効果により多量の空気を燃焼室１０２内に充填させることが可能となる。換言すれば、この吸気制御弁１２６を用いた過給においては、吸気の慣性と吸気制御弁１２６よりも下流側に発生する負圧とを利用して制御の開始直後から実際の過給（以下、これをインパルス過給と称す）がなされることとなる。従って、ターボ過給方式などよりも低速時の制御の応答性に優れ、いわゆる車両の加速遅れを解消することができる。なお、このような吸気制御弁１２６に関する基本的な技術は、２００３年フランクフルトモーターショーにて Siemens VDO Automotive AG から９月９日にプレス発表された "Impulses for Greater Driving Fun" に詳述されている。
【００２２】
さらに、途中にサージタンク１２８が形成された吸気管１２１には、吸気通路１２０内を流れる吸気温を検出してこれを電子制御ユニット２００に出力する吸気温センサ１２９と、吸気通路１２０内の吸気圧を検出してこれを電子制御ユニット２００に出力する吸気圧センサ１３０とが取り付けられている。なお、吸気管１２１に対するこれら吸気温センサ１２９および吸気圧センサ１３０の取り付け位置は、吸気制御弁１２６の取り付け位置よりも上流側であればよく、図１の如き位置に限定されるものではない。また、後述するように、エンジン１００がディーゼルエンジンの場合には、エンジンの負荷率を検出するのに上述の吸気圧センサ１３０に代え、アクセルペダルの踏み込み量に比例して出力するアクセル開度センサ１４４を用いてもよい。
【００２３】
また、排気ポート１０５に連通するようにシリンダヘッド１０６に連結されて排気ポート１０５と共に排気通路１３１を画成する排気管１３２の途中には、燃焼室１０２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する三元触媒１３３が組み込まれている。この三元触媒１３３を排気通路１３１に沿って直列に複数個組み込むことも有効である。
【００２４】
従って、エアクリーナ１２２を通って吸気管１２１から燃焼室１０２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１０１から燃焼室１０２内に噴射される燃料と混合気を形成し、点火プラグ１０３の火花により着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが三元触媒１３３を通って排気管１３２から大気中に排出される。
【００２５】
ピストン１３４が往復動するシリンダブロック１３５には、このシリンダブロック１３５に形成されたウォータジャケット１３６内の冷却水の温度を検出してこれを電子制御ユニット２００に出力する水温センサ１３７と、連接棒１３８を介してピストン１３４が連結されるクランク軸１３９の回転位相、つまりクランク角を検出してこれを電子制御ユニット２００に出力するクランク角センサ１４０とが取り付けられている。本実施の形態においては、このクランク角センサ１４０をエンジン回転数センサとして利用している。従って、以下の説明ではエンジン回転数センサ１４０と称すこともある。
【００２６】
また、上述の排気通路１３１を画成する排気管１３２の途中からは、排気還流ガス通路１４１が分岐され、吸気弁１０７と吸気制御弁１２６との間の吸気通路１２０に開口（その開口孔を１４５で示す）している。そして、この排気還流ガス通路１４１の途中には、電子制御ユニット２００からの出力信号に応じて開閉動作する排気還流ガス制御弁１４２が設けられている。なお、１４３は必要に応じて設けられ、排気還流ガスを冷却するためのＥＧＲクーラである。なお、図示はしないが、このエンジン１００は過給機付エンジンとして構成されてもよい。
【００２７】
ここで、前述したエンジン１００が気筒当たり複数の吸気ポート１０４および吸気弁１０７をそれぞれ有する場合において、複数の吸気ポート１０４はそれぞれ特性の異なるポート形状としてもよい。そこで、この場合における、上述の排気還流ガス通路１４１の開口孔１４５と吸気制御弁１２６との関係について、さらに図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して説明する。図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、気筒当たり２個設けられた吸気ポート１０４のうち、一方の、例えば図の左側の吸気ポートは燃焼室１０２の中心方向に指向されたヘリカル吸気ポート（以下、１０４Ｆｒとする）であり、他方の、例えば右側の吸気ポートは燃焼室１０２の周壁方向に指向されたタンジェンシャル吸気ポート（以下、１０４ＲＲとする）である。そして、図２（Ａ）に示す実施形態では、これらのヘリカル吸気ポート１０４Ｆｒとタンジェンシャル吸気ポート１０４ＲＲとに共通して一個の吸気制御弁１２６が用いられている。一方、図２（Ｂ）に示す実施形態では、これらのヘリカル吸気ポート１０４Ｆｒとタンジェンシャル吸気ポート１０４ＲＲの各々について、独立して二個の吸気制御弁１２６が用いられている。
【００２８】
さらに、図２（Ａ）には、排気還流ガス通路１４１がヘリカル吸気ポート１０４Ｆｒにのみ開口孔１４５でもって開口されている形態、そして、図２（Ｂ）には排気還流ガス通路１４１がタンジェンシャル吸気ポート１０４ＲＲにのみ開口孔１４５でもって開口されている形態が示されている。なお、この排気還流ガス通路１４１がいずれのポート形状に開口されているかは、吸気制御弁１２６が共通であるか独立であるかを問わない。排気還流ガス通路１４１がヘリカル吸気ポート１０４Ｆｒに開口孔１４５でもって開口されている形態は、エンジン１００がガソリンエンジンであるとき、排気還流ガス通路１４１がタンジェンシャル吸気ポート１０４ＲＲに開口孔１４５でもって開口されている形態は、後述するように、エンジン１００がピストン頂部にキャビティを有するディーゼルエンジンであるときに好適である。
【００２９】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バスを介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入力ポートおよび出力ポートなどを具備し、上述の各種センサからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１００の運転がなされるように、燃料噴射弁１０１、イグニッションコイル、スロットルアクチュエータ１２３，アクチュエータ１２５、排気還流ガス制御弁１４２などの作動を制御するようになっている。また、燃料噴射弁１０１からの燃料の噴射量は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量などに基づき、スロットル弁１２４の開度に応じた吸気量に対して所定の割合となるように予めマップなどに設定されている。
【００３０】
次に、上記電子制御ユニット２００により実行される燃料噴射制御や点火時期制御を含む各種制御のうち、本発明に係る排気還流ガス導入制御ルーチンの第一の形態について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。このルーチンは、例えばクランク角度が所定角度進む毎に実行される。
【００３１】
そこで、ＥＧＲガス導入制御ルーチンにおけるステップＳ３１では、エンジン１００の運転状態を表すパラメータとして、回転数センサ１４０から算出されるエンジン回転数および吸気圧センサ１３０から検出されるエンジン負荷率が読み込まれ、ＥＧＲ成層燃焼領域か否かが判定される。このＥＧＲ成層燃焼領域は、ＮＯｘやスモークの発生を抑制する領域として、予め実験などにより求めて設定されているものである。従って、ＥＧＲ成層燃焼領域でないときは、この制御ルーチンは終了される。
【００３２】
一方、ＥＧＲ成層燃焼領域であるときは、ステップＳ３２に進み、上記ステップＳ３１で読込まれたエンジン回転数およびエンジン負荷率に基づき、予め実験などにより求めてマップに保存されている適正値から、ＥＧＲ量が取得され決定される。そして、次のステップＳ３３において、このＥＧＲ量に対応させて、排気還流ガス制御弁１４２の開閉時期ないしは開弁期間および吸気制御弁１２６の開閉時期ないしは開弁期間が設定される。
【００３３】
次に、ステップＳ３４およびステップＳ３５において、吸気弁１０７の開閉タイミングに合わせて、排気還流ガス制御弁１４２および吸気制御弁１２６が以下のように開閉動作される。すなわち、ステップＳ３４では、吸気制御弁１２６が閉じられた状態で排気還流ガス制御弁１４２が開けられ、燃焼室１０２へのＥＧＲのみの導入が行なわれる。そして、ステップＳ３５では、排気還流ガス制御弁１４２が閉じられた後、吸気制御弁１２６が開けられ、燃焼室１０２への新気の導入が行われるのである。この様子を、図４をも用いてさらに詳細に説明する。
【００３４】
図４（Ａ）は、吸気弁１０７、吸気制御弁１２６および排気還流ガス制御弁１４２の開閉タイミングをクランク角位相で表すグラフであり、図中、実線の双頭矢印で示されるのは、吸気弁１０７が例えば上死点（ＴＤＣ）で開かれ、下死点（ＢＤＣ）で閉じられることを意味している。そして、破線の双頭矢印で示されるのは、排気還流ガス制御弁１４２が吸気弁１０７と同じく上死点（ＴＤＣ）で開かれ、上死点後の所定のクランク角ＣＡ１で閉じられることを意味している。さらに、一点鎖線の双頭矢印で示されるのは、該上死点後の所定のクランク角ＣＡ１で排気還流ガス制御弁１４２が閉じられ、同時に、吸気制御弁１２６が開かれ、その後、下死点後の所定のクランク角ＣＡ２で閉じられることを意味している。かくて、吸気弁１０７が開き、ピストン１３４が上死点から下降するエンジン１００の吸気行程において、その初期には、吸気制御弁１２６が閉じられ排気還流ガス制御弁１４２のみが開かれているので、図４（Ｂ）に概略的に示すように、燃焼室１０２内には吸入負圧によりＥＧＲガスのみが導入される。そして、上死点後の所定のクランク角ＣＡ１で排気還流ガス制御弁１４２が閉じられ吸気制御弁１２６が開かれた後は、ＥＧＲガスに代わり、図４（Ｃ）に示すように、吸入空気が燃焼室１０２内に導入される。この場合、初期に導入されたＥＧＲガスはスワールによって影響を受けて、燃焼室１０２内の外周部にＥＧＲガス層が形成され、次に導入された吸入空気により燃焼室１０２の中心部に新気層が形成され、ＥＧＲガスと吸入空気との成層状態が得られる。
【００３５】
なお、このとき、エンジン１００の吸気通路の吸気制御弁１２６の下流が、上述のように、ヘリカル吸気ポート１０４Ｆｒとタンジェンシャル吸気ポート１０４ＲＲで構成され、排気還流ガス通路１４１がヘリカル吸気ポート１０４Ｆｒに開口されている形態の場合には、上述の吸気行程初期のＥＧＲガスの導入がヘリカル吸気ポート１０４Ｆｒを経て行なわれるので、吸気行程初期で吸気弁１０７のリフト量が少ない場合にもＥＧＲガスのスワールを増大させることができ、より良好な外側のＥＧＲガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。
【００３６】
そして、圧縮行程において、この吸入空気層に向けて燃料噴射弁１０１から燃料が噴射され、そして、点火プラグ１０３により点火され燃焼される。なお、混合気の空燃比は理論空燃比になるように燃料噴射量が制御されるのが好ましい。このようにすれば、排出されるＥＧＲガスも、理論空燃比で燃焼した排気ガスと同様の組成になる。こうして混合気の成層化をはかり、ポンピングロスの低減により燃費を低減しながら、ＥＧＲ成層燃焼によりＮＯｘやスモークの発生が抑制される。
【００３７】
次に、上記電子制御ユニット２００により実行される本発明に係る排気還流ガス導入制御ルーチンの第二の形態について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。このルーチンもクランク角度が所定角度進む毎に実行される。なお、この第二の形態は、エンジン１００が後述する図６（Ｂ）、（Ｃ）に簡単に示すように、ピストン１３４の頂部に燃焼用のキャビティ１３４Ａを有するディーゼルエンジンに好適な形態である。
【００３８】
そこで、この第二の形態におけるＥＧＲガス導入制御ルーチンでは、ステップＳ５１で、前形態と同じく、エンジン１００の運転状態を表すパラメータとして、回転数センサ１４０から算出されるエンジン回転数およびアクセル開度センサ１４４から検出されるエンジン負荷率が読み込まれ、ＥＧＲ成層燃焼領域か否かが判定される。ＥＧＲ成層燃焼領域でないときは、この制御ルーチンは終了される。
【００３９】
そして、ＥＧＲ成層燃焼領域であるときは、ステップＳ５２に進み、上記ステップＳ５１で読込まれたエンジン回転数およびエンジン負荷率に基づき、予め実験などにより求めてマップに保存されている適正値から、ＥＧＲ量が決定され、次のステップＳ５３において、このＥＧＲ量に対応させて、排気還流ガス制御弁１４２の開閉時期ないしは開弁期間および吸気制御弁１２６の開閉時期ないしは開弁期間が設定される。
【００４０】
次に、ステップＳ５４およびステップＳ５５において、吸気弁１０７の開閉タイミングに合わせて、吸気制御弁１２６および排気還流ガス制御弁１４２が以下のように開閉動作される。すなわち、ステップＳ５４では、排気還流ガス制御弁１４２が閉じられた状態で吸気制御弁１２６が開けられ、燃焼室１０２への新気の導入が行なわれる。そして、ステップＳ５５では、吸気制御弁１２６が閉じられた後、排気還流ガス制御弁１４２が開けられ、燃焼室１０２へのＥＧＲガスの導入が行なわれるのである。この様子を、図６をも用いてさらに詳細に説明する。
【００４１】
図６（Ａ）は、図４（Ａ）と同様に、吸気弁１０７、吸気制御弁１２６および排気還流ガス制御弁１４２の開閉タイミングをクランク角位相で表すグラフであり、図中、実線の双頭矢印で示されるのは、吸気弁１０７が例えば上死点（ＴＤＣ）で開かれ、下死点（ＢＤＣ）で閉じられることを意味している。そして、一点鎖線の双頭矢印で示されるのは、吸気制御弁１２６が吸気弁１０７と同じく上死点（ＴＤＣ）で開かれ、下死点前の所定のクランク角ＣＡ３で閉じられることを意味している。さらに、破線の双頭矢印で示されるのは、該下死点前の所定のクランク角ＣＡ３で吸気制御弁１２６が閉じられ、同時に、排気還流ガス制御弁１４２が開かれ、その後、下死点後の所定のクランク角ＣＡ４で閉じられることを意味している。
【００４２】
かくて、吸気弁１０７が開き、ピストン１３４が上死点から下降するエンジン１００の吸気行程において、その初期ないし中期には、排気還流ガス制御弁１４２が閉じられ吸気制御弁１２６が開かれているので、図６（Ｂ）に概略的に示すように、燃焼室１０２内には負圧により新気が導入される。そして、下死点前の所定のクランク角で吸気制御弁１２６が閉じられ排気還流ガス制御弁１４２が開かれた後は、新気に代わり、図６（Ｃ）に示すように、ＥＧＲガスが筒内の燃焼室１０２内に導入される。この場合、初期ないし中期に導入された新気はその筒内の流動によりキャビティ１３４Ａ内に維持され、その状態に遅れてＥＧＲガスが導入されることになる。このＥＧＲガスは筒内の燃焼室１０２では内側となるが、キャビティ１３４Ａ内では吸入空気の外側に回り込み、燃料噴射が指向されるキャビティ１３４Ａ内で外側のＥＧＲガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。
【００４３】
なお、このとき、エンジン１００の吸気通路の吸気制御弁１２６の下流が、上述のように、ヘリカル吸気ポート１０４Ｆｒとタンジェンシャル吸気ポート１０４ＲＲで構成され、排気還流ガス通路１４１がタンジェンシャル吸気ポート１０４ＲＲに開口されている形態によれば、筒内の流動によりキャビティ１３４Ａ内に吸入空気が維持された状態に遅れてのＥＧＲガスの導入がタンジェンシャル吸気ポート１０４ＲＲを経て行なわれるので、吸気行程後期でＥＧＲガスのより強いスワールを得ることができ、燃料噴射が指向されるキャビティ１３４Ａ内でより良好な外側のＥＧＲガス層と内側の吸入空気層との成層状態を得ることができる。
【００４４】
さらに、本発明の他の実施形態を図７および図８を参照して説明する。この実施形態では、排気還流ガス通路１４１に設けられる排気還流ガス制御弁１４２を吸気制御弁１２６と同様に、極めて制御応答性の高いものとし、排気還流ガス通路１４１を一時的に開閉動作できるように構成されている。かくて、ＥＧＲガスのインパルス過給が可能とされている。なお、前実施形態における排気還流ガス制御弁１４２との区別のために、以下の説明では排気還流ガス過給制御弁１４２Ａと称すことにする。
【００４５】
そこで、この本発明に係る他の実施形態における排気還流ガス導入制御ルーチンを第三の形態として、図７に示すフローチャートを参照して説明する。このルーチンも、例えばクランク角度が所定角度進む毎に実行される。
【００４６】
ここで、ＥＧＲガス導入制御ルーチンにおけるステップＳ７１では、エンジン１００の運転状態を表すパラメータとして、回転数センサ１４０から算出されるエンジン回転数および吸気圧センサ１３０から検出されるエンジン負荷率が読み込まれ、ＥＧＲ成層燃焼領域か否かが判定される。このＥＧＲ成層燃焼領域は、前述のように、ＮＯｘやスモークの発生を抑制する領域として、予め実験などにより求めて設定されているものである。従って、ＥＧＲ成層燃焼領域でないときは、この制御ルーチンは終了される。
【００４７】
一方、ＥＧＲ成層燃焼領域であるときは、ステップＳ７２に進み、上記ステップＳ７１で読込まれたエンジン回転数およびエンジン負荷率に基づき、予め実験などにより求めてマップに保存されている適正値から、ＥＧＲ量が取得され決定される。そして、次のステップＳ７３において、このＥＧＲ量に対応させて、排気還流ガス過給制御弁１４２Ａの開閉時期ないしは開弁期間および吸気制御弁１２６の開閉時期ないしは開弁期間が設定される。
【００４８】
次に、ステップＳ７４において、燃焼室１０２内に負圧を生じさせるべく吸気弁１０７の開閉タイミングに合わせて、排気還流ガス過給制御弁１４２Ａおよび吸気制御弁１２６が以下のように開閉動作される。すなわち、ステップＳ７４では、例えば上死点（ＴＤＣ）での吸気弁１０７の開弁後、所定の期間は、排気還流ガス過給制御弁１４２Ａおよび吸気制御弁１２６が閉じられた状態に維持される。そして、ステップＳ７５に進み、排気還流ガス過給制御弁１４２Ａが一時的に開けられ、燃焼室１０２へのＥＧＲのみの導入が行なわれる。さらに、ステップＳ７６に進み、燃焼室１０２内の負圧を生長させるべく、吸気制御弁１２６は閉じられたまま排気還流ガス過給制御弁１４２Ａが閉じられる。そして、次のステップＳ７７では、排気還流ガス過給制御弁１４２Ａが閉じられた後の所定期間後に、吸気制御弁１２６が開けられ、燃焼室１０２への新気の導入が行われるのである。この様子を、図８をも用いてさらに詳細に説明する。
【００４９】
図８（Ａ）は、吸気弁１０７、排気還流ガス過給制御弁１４２Ａおよび吸気制御弁１２６の開閉タイミングをクランク角位相で表すグラフであり、図中、実線の双頭矢印で示されるのは、吸気弁１０７が例えば上死点（ＴＤＣ）で開かれ、下死点（ＢＤＣ）後の所定のクランク角ＣＡ５で閉じられることを示している。そして、破線の双頭矢印で示されるのは、排気還流ガス過給制御弁１４２Ａが上死点（ＴＤＣ）後の所定のクランク角ＣＡ６で一時的に開かれ、クランク角ＣＡ７で閉じられることを示している。さらに、一点鎖線の双頭矢印で示されるのは、排気還流ガス過給制御弁１４２Ａが上死点後の所定のクランク角で一時的に開かれて閉じられた後、下死点前の所定角ＣＡ８で、吸気制御弁１２６が開かれ、その後、下死点後の所定のクランク角ＣＡ９で閉じられることを示している。
【００５０】
かくて、ピストン１３４が上死点から下降するエンジン１００の吸気行程において、その初期には、図８（Ｂ）に示すように、吸気制御弁１２６および排気還流ガス過給制御弁１４２Ａが閉じられており、燃焼室１０２内に負圧が発生する。そこで、図８（Ｃ）に示すように、排気還流ガス過給制御弁１４２Ａが一時的に開かれると、燃焼室１０２内の負圧によりＥＧＲガスが動圧を伴って過給状態で導入される。そして、この排気還流ガス過給制御弁１４２Ａが上死点後の所定のクランク角で一時的に開かれた後は、図８（Ｄ）に示すように、吸気制御弁１２６が閉じられたまま排気還流ガス過給制御弁１４２Ａも閉じられるので、燃焼室１０２内の負圧が再度生長される。その後、図８（Ｅ）に示すように、下死点前の所定のクランク角で吸気制御弁１２６が開かれると、燃焼室１０２内の負圧により吸入空気が動圧を伴って過給状態で導入される。この場合にも、初期に導入されたＥＧＲガスはスワールによって影響を受けて、燃焼室１０２内の外周部にＥＧＲガス層が形成され、次に導入された吸入空気により燃焼室１０２の中心部に新気層が形成され、ＥＧＲガスと吸入空気との成層状態が得られる。
【００５１】
なお、この実施形態においては、ＥＧＲガスの導入を先に行う例につき説明したが、前実施形態についても説明したように、エンジン１００がピストン１３４の頂部に燃焼用のキャビティ１３４Ａを有するディーゼルエンジンの場合には、吸入空気の導入を先に行うようにしてもよい。
【００５２】
また、本発明は、エンジン１００がスーパーチャージャやターボチャージャなどの過給機を備える場合にも好適に用いることができることはいうまでもない。過給機を備える場合には、排気還流ガス通路１４１の出口側の圧力がその入口側の圧力より高くなるときがあるが、このようなときにも安定してＥＧＲガスの導入を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明によるエンジンの排気還流ガス導入制御装置をガソリンエンジンに適用した一実施形態を示すエンジンシステムの概念図である。
【図２】本発明によるエンジンの排気還流ガス導入制御装置において、排気還流ガス通路の開口孔と吸気制御弁との関係について示す透視的平面図であり、（Ａ）は開口孔がヘリカル吸気ポートに、および（Ｂ）は開口孔がタンジェンシャル吸気ポートに開口された場合である。
【図３】本発明に係る排気還流ガス導入制御装置の制御ルーチンの第一の形態を表すフローチャートである。
【図４】（Ａ）は、吸気弁、吸気制御弁および排気還流ガス制御弁の開閉タイミングをクランク角位相で表すグラフであり、（Ｂ）および（Ｃ）はＥＧＲガスおよび吸入空気が燃焼室内に導入される様子を概略的に示す模式図である。
【図５】本発明に係る排気還流ガス導入制御装置の制御ルーチンの第二の形態を表すフローチャートである。
【図６】（Ａ）は、吸気弁、吸気制御弁および排気還流ガス制御弁の開閉タイミングをクランク角位相で表すグラフであり、（Ｂ）および（Ｃ）はＥＧＲガスおよび吸入空気が燃焼室内に導入される様子を概略的に示す模式図である。
【図７】本発明に係る排気還流ガス導入制御装置の制御ルーチンの第三の形態を表すフローチャートである。
【図８】（Ａ）は、吸気弁、排気還流ガス過給制御弁および吸気制御弁の開閉タイミングをクランク角位相で表すグラフ、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）および（Ｅ）はＥＧＲガスおよび吸入空気が燃焼室内に導入される様子を概略的に示す模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１００  エンジン
１０１  燃料噴射弁
１０２  燃焼室
１０３  点火プラグ
１０４  吸気ポート
１０５  排気ポート
１０６  シリンダヘッド
１０７  吸気弁
１０８  排気弁
１２０  吸気通路
１２１  吸気管
１２２  エアクリーナ
１２３  スロットルアクチュエータ
１２４  スロットル弁
１２５  アクチュエータ
１２６  吸気制御弁
１２８  サージタンク
１３０  吸気圧センサ
１３１  排気通路
１３２  排気管
１３３  三元触媒
１３４  ピストン
１３５  シリンダブロック
１３６  ウォータジャケット
１３７  水温センサ
１３８  連接棒
１３９  クランク軸
１４０  クランク角センサ
２００  ＥＣＵ
ＴＤＣ  上死点
ＢＤＣ  下死点
【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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