(57)【要約】【課題】希薄燃焼時に、効率的にＥＧＲガスを導入することができるエンジンを提供する。【解決手段】シリンダ９とピストン１１との間に形成された燃焼室１９と、燃焼室１９に連通する吸気通路６及び排気通路１４を備える。また、吸気通路６の燃焼室１９側開口を開閉する吸気弁８と、吸気通路６の途中であって吸気弁８の上流に設けられた吸気制御弁７と、吸気通路６における吸気制御弁７と吸気弁８の間と、排気通路１４とを連通するＥＧＲ通路１５と、を備える。希薄燃焼運転中に、吸気行程中、または吸気制御弁７の下流に負圧波が到達するに合わせて一時的に吸気制御弁７を閉じて、吸気通路６にＥＧＲガスを導入する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、
前記燃焼室に設けた吸気弁および排気弁と、
前記吸気通路の途中であって前記吸気弁の上流に設けられた吸気制御弁と、
前記吸気制御弁と前記吸気弁の間の前記吸気通路と、前記排気通路とを連通する排気ガス還流通路と、を備え、
エンジン希薄燃焼運転中に、エンジン回転に同期して一時的に前記吸気制御弁を閉じることにより前記吸気制御弁の下流側に負圧を生じさせ、前記排気ガス還流通路を介して前記吸気通路に排気ガスを導入することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記吸気弁開期間中に、一時的に前記吸気制御弁を閉じた状態とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記吸気弁閉期間中であって、前記吸気弁と前記吸気制御弁の間の前記吸気通路が負圧となる時期に、前記吸気制御弁を閉じる請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記燃焼室での燃焼が成層燃焼を行うモードと、均質燃焼を行うモードとに切り替え可能である請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
前記排気ガス還流通路に排気ガス制御弁を設け、
排気ガス導入量を前記排気ガス制御弁によって調節する請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
前記排気ガス還流通路に前記吸気通路からの逆流を防ぐ逆止弁を設けた請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
前記吸気制御弁は、吸気行程初期は閉とし、その後、前記吸気弁開期間中に開とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
前記吸気制御弁を、前記吸気弁閉期間中に閉じる請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
複数のシリンダを備え、
前記吸気通路が逆位相で吸気行程が行われるシリンダの吸気通路と連通しており、
前記吸気弁閉期間中に、前記逆位相で吸気行程が行われるシリンダの吸気により生じる負圧波が、前記吸気弁と前記吸気制御弁との間の前記吸気通路に到達するタイミングで、前記吸気制御弁を閉じる請求項８に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記吸気制御弁を、前記吸気弁閉時期よりも前の吸気行程中に閉じる請求項１に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記吸気制御弁を、前記吸気弁開期間中に開閉する請求項８または１０に記載のエンジン。
【請求項１２】
前記吸気弁開期間中に、前記吸気制御弁を開くことにより前記吸気弁と前記吸気制御弁の間の吸気通路の圧力を負圧から正圧に変化させ、その後、前記吸気制御弁を閉じる請求項１１に記載のエンジン。
【請求項１３】
前記吸気弁閉期間中に、前記吸気制御弁を開くことにより前記吸気弁と前記吸気制御弁の間の前記吸気通路の正圧を開放し、さらに、正圧の開放に伴う開放端反射により生じる負圧波が、前記吸気弁と前記吸気制御弁の間の前記吸気通路に到達するタイミングで、前記吸気制御弁を閉じる請求項１２に記載のエンジン。
【請求項１４】
排気ガス導入量を、前記吸気制御弁の開閉のタイミングによって調節する請求項１に記載のエンジン。
【請求項１５】
前記吸気制御弁の上流の吸気通路に、前記燃焼室に導入する新気流量を調整するスロットルバルブを備え、
前記スロットルバルブの開度に応じて生じる吸気側と排気側の差圧により排気ガスの導入が行われる運転条件下では、前記吸気制御弁を開状態に固定する請求項１に記載のエンジン。
【請求項１６】
低速回転かつ全負荷時においては、前記吸気制御弁を前記吸気弁開時期よりも後に開き、かつ、前記吸気弁閉時期よりも前に閉じ、かつ、前記排気ガス制御弁により前記排気ガス還流通路を閉鎖する請求項５に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既燃ガスを吸気側に戻す排気ガス還流（以下、ＥＧＲ）を行うエンジンに関し、特に、吸気通路に設けられた吸気制御弁を利用してＥＧＲを行うエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
希薄燃焼式内燃機関は、理論空燃比よりも空気を過剰に導入して燃焼させることにより、ポンプロスおよび冷却損失を低減させ、燃費を向上させる機関である。特に、成層燃焼モードを有する筒内直接噴射式内燃機関では、成層燃焼時にプラグ近傍に混合気塊を形成して着火燃焼させるため、平均空燃比としては非常に希薄な状態で運転が行われる。しかしその一方で、混合気塊は理論空燃比近傍であるために、局所的に燃焼温度が高くなり、窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）が生成されやすい。これを抑制するためにＥＧＲが不可欠である。
【０００３】
一般的なＥＧＲ装置としては、排気通路と吸気通路とを連通して排気ガス(以下、ＥＧＲガス)を還流させるＥＧＲ通路を備え、吸排差圧を利用してＥＧＲガスを吸気側に導入するものが知られている。ＥＧＲガス流量は、該ＥＧＲガス通路に設けたＥＧＲ制御弁の開度を調節することにより制御する。
【０００４】
また、その他の内燃機関のＥＧＲ装置として、各気筒の吸気通路に開閉可能な吸気制御弁を設けたものが知られている。吸気制御弁の開閉時期と吸気弁の開閉時期の相対的なタイミングを調節して、吸気制御弁下流の吸気管内を負圧にして気筒内の既燃ガスを吸気管内に逆流させ、所謂内部ＥＧＲを発生させている（例えば、特許文献１、参照）。
【特許文献１】特開平７−１３３７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の混合気成層化および燃料気化促進技術により、燃焼可能な平均空燃比の希薄化が進み、殆ど吸気を絞ることなく部分負荷運転を行うことが可能な筒内直接噴射式内燃機関が登場しつつある。このような内燃機関に前記の一般的なＥＧＲ装置を適用しようとしても、吸排差圧が非常に小さいために、ＥＧＲガスの導入が促進されない。
【０００６】
これを解決するために、ＥＧＲガス通路断面積及びＥＧＲ制御弁の開口面積を拡大するか、吸気を絞って吸排差圧を大きくする方法がある。前者はＥＧＲガス通路径拡大時のレイアウト成立性、及び、ＥＧＲ制御弁の出口面積拡大に伴う開閉動作速度低下により、過渡時に所望のＥＧＲ率を得ることができず、燃焼安定性が悪化する可能性がある。一方、後者の場合、吸気絞りを行った結果、吸入ガス量が減少してポンプロス増加に伴う燃費悪化を招く。
【０００７】
また、吸気制御弁を用いて内部ＥＧＲを発生させる場合、吸気弁開時の筒内圧力は既燃ガスの温度、圧力、排圧の影響を受ける。そのため、過渡時に所望のＥＧＲ率を得ることができず、燃焼安定性が悪化する可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を鑑みて、希薄燃焼時に、効率的にＥＧＲガスを導入することができるエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、エンジン燃焼室に連通する吸気通路及び排気通路と、前記燃焼室に設けた吸気弁および排気弁と、を備える。また、前記吸気通路の途中であって前記吸気弁の上流に設けられた吸気制御弁と、前記吸気制御弁と前記吸気弁の間の前記吸気通路と、前記排気通路とを連通する排気ガス還流通路と、を備える。エンジン希薄燃焼運転中に、エンジン回転に同期して一時的に前記吸気制御弁を閉じることにより前記吸気制御弁の下流側に負圧を生じさせ、前記排気ガス還流通路を介して前記吸気通路に排気ガスを導入する。
【発明の効果】
【００１０】
希薄燃焼運転中に、エンジン回転に同期して一時的に吸気制御弁を閉じることにより吸気制御弁の下流側に負圧を生じさせる。このように、排気側と吸気側に積極的に圧力差を生じさせることにより、排気ガス還流通路を介して吸気通路に導入される排気ガス量を増大することができ、効率的に排気ガスを導入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係るエンジン１の概略構成を示す。
【００１３】
エンジン１として、筒内直接噴射式内燃機関を用いる。エンジン１を４気筒エンジンとし、各気筒に対してπ／２ずつ位相をずらして吸気行程を行う。そのため、気筒それぞれに対して、互いに逆位相で吸気行程を行う気筒が存在する。
【００１４】
エンジン１は、燃焼室１９に新気を取り込む吸気系を備える。吸気系は上流側から、空気の浄化を行うエアクリーナ２、吸気流量を計測するエアフローメータ３、吸気流量を調整するスロットルバルブ４を備える。また、吸気系はスロットルバルブ４を通過した吸気を滞留させるコレクタ５と、コレクタ５から各気筒の燃焼室１９に分岐する吸気通路６を備える。さらに、吸気通路６の途中に設けた吸気制御弁７と、吸気通路６と燃焼室１９とが接続する開口を開閉する吸気弁８を備える。図１において、吸気制御弁７はフラップ弁としているが、特にこれに限定するものではなく、ポペット弁、バタフライ弁、シャッタ弁等、所望のクランク角での開閉動作が可能なものであればどのようなタイプであっても構わない。
【００１５】
燃焼室１９は、シリンダヘッド９ｈとシリンダブロック９ｂよりなるシリンダ９と、シリンダ９に摺動可能に収装されているピストン４とによって区画形成される。また、シリンダヘッド９ｈには、燃料を燃焼室１９内に噴射するインジェクタ１０と、点火プラグ１２を備える。
【００１６】
エンジン１の運転時には、吸気弁８を介して、燃焼室１９内に新気が導入される。インジェクタ１０から、エアフローメータ３で計測された空気流量を基に算出された量の燃料が噴射される。燃料と空気の混合気がシリンダ９内を往復運動するピストン１１にて圧縮され、さらに点火プラグ１２により着火されることにより燃焼する。
【００１７】
一方、エンジン１の排気系は、燃焼室１９に接続する排気通路１４と、燃焼室１９と排気通路１４とが接続する開口を開閉する排気弁１３を備える。また、排気系は、一端が排気通路１４に接続し、他端が吸気制御弁７と吸気弁８の間の吸気通路６に接続するＥＧＲ通路１５を備える。ＥＧＲ通路１５の途中には、開度を調節可能なＥＧＲ制御弁１６を備え、ＥＧＲガス流量を調整可能に構成する。さらに、ＥＧＲ通路１５の吸気通路６への開口部分近傍に逆止弁１７を備え、吸気通路６のガスがＥＧＲ通路１５に逆流するのを防止する。
【００１８】
このようなエンジン１の制御手段として、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１８を備える。ＥＣＵ１８は、中央演算ユニット（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、および入出力インターフェース（Ｉ/Ｏインターフェース）を有するマイクロコンピュータで構成される。また、車両の運転状態を検出する手段として、エンジン１の回転速度及びクランク角を検出するクランク角センサ２０、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル操作量センサ２１、冷却水温度を検出する冷却水温度センサ２２を備える。
【００１９】
ＥＣＵ１８では、車両の運転状態に基づいて、エンジン１の制御を行う。エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度Ａｐｓに基づき、目標となるエンジントルクＴＴＣを演算し、これを実現するように、インジェクタ１０からの燃料噴射量、噴射時期、点火プラグ１２による点火時期、スロットルバルブ４の開度を制御する。また、ＥＣＵ１８では、吸気制御弁７の開閉並びにＥＧＲ制御弁１６の開度を制御することにより吸気中に含まれるＥＧＲガス量を制御する。
【００２０】
次に、図２を参照して、本実施形態のエンジン１の燃焼モードについて説明する。
【００２１】
領域Ｃで示される低中速かつ低負荷領域では希薄燃焼を行う。ここでは、希薄燃焼として点火プラグ１２近傍に混合気塊を形成して着火燃焼させる成層燃焼を行う（成層燃焼モード）。
【００２２】
一般的に、希薄燃焼では、スロットルバルブ４が略全開となっているため、吸気通路６内がほぼ大気圧となり、吸排差圧におよるＥＧＲガスの導入が抑制される。そこで、吸気制御弁７の開閉のタイミングを制御することにより、吸気制御弁７と吸気弁８との間に負圧を生じさせる。吸気系と排気系との間に積極的に圧力差を生じさせることにより、ＥＧＲ通路１５を介して、より多くのＥＧＲガスを吸気に導入することができる。
【００２３】
領域Ｃでは、吸気行程開始時には吸気制御弁７を閉状態とし、その後、吸気弁８の開期間中に吸気制御弁７を開く。また、吸気肯定終了後の吸気弁８の閉期間中であって、吸気弁８と吸気制御弁７との間の吸気通路６が負圧となるタイミングで吸気制御弁７を閉じる。ここでは、逆位相の気筒の吸気による負圧波が、吸気弁８と吸気制御弁７との間の吸気通路６に到達したら、吸気制御弁７を閉じる。
【００２４】
一方、領域Ｃ以外の領域では均質燃焼モードにより理論空燃比で燃焼運転を行う。
【００２５】
図２において領域Ｂで示される低中速かつ中高負荷の一部の領域では、理論空燃比で均質燃焼を行う。領域Ｂでは、スロットルバルブ４の開度が大きいため、吸排差圧が生じ難く、ＥＧＲガスが導入されにくい。そこで、領域Ｂで示される運転領域では、吸気制御弁７を使用してＥＧＲガスの導入を促進する制御を行う。一方、領域Ａで示される低中速の全負荷領域においては、ＥＧＲ制御弁１６を全閉としてＥＧＲガスの導入を停止する。また、吸気制御弁７の開閉を制御することにより新気の脈動過給を生じさせる。
【００２６】
領域Ａ〜Ｃ以外の領域では、吸気制御弁７を開状態に固定し、ＥＧＲ制御弁１６の開度を調節することによりＥＧＲガス量を制御する。このＡ〜Ｃ領域以外の領域では、スロットルバルブ４の開度が絞られて、比較的大きな吸排差圧が生じるため、吸気制御弁７の開閉を行わずにＥＧＲガスを導入することができる。言い換えれば、スロットルバルブ４の開度に応じた吸排差圧により要求されるＥＧＲガスを導入できる領域がＡ〜Ｃ領域以外の領域となり、導入できない領域がＢ、Ｃ領域、脈動過給を要する領域がＡ領域となるように、図２に示すような燃焼モードマップを予め設定しておく。
【００２７】
上述したように、本実施形態では、領域Ｃで示される運転状態の場合には、エンジン１で希薄燃焼を行う。また、領域Ｃ、Ｂで示される運転状態の場合には、吸気系と排気系の圧力差を増大してＥＧＲガスの導入量を増大させるように吸気制御弁７の開閉を制御する。領域Ａで示される運転状態の場合には、ＥＧＲガスの導入は行わず、脈動過給を生じるように吸気制御弁７の開閉を制御する。領域Ａ〜Ｃ以外の領域では、吸気制御弁７を開状態に固定して、ＥＧＲ制御弁１６を調節することにより所望量のＥＧＲガスを導入する。
【００２８】
次に、図３に示すフローチャートを参照して、ＥＣＵ１８が実行するＥＧＲガス導入制御ルーチンについて説明する。本制御は、所定時間、例えば１０ｍｓｅｃ毎に繰り返し行う。
【００２９】
ステップＳ１において、ＥＣＵ１８は、エンジン回転速度Ｎｅ、冷却水温度Ｔｗ、アクセル開度Ａｐｓを読み込む。ステップＳ２において、アクセル開度Ａｐｓから目標トルクＴＴＣを算出する。この計算のために、ＥＣＵ１８のＲＯＭに、Ｓ２に示す特性の目標トルクＴＴＣのマップを予め格納しておく。ＥＣＵ１８はアクセル開度Ａｐｓからこのマップを検索して目標トルクＴＴＣを求める。なお、ここでは、エンジン負荷をエンジントルクで代表させているが、これに代えて、アクセル操作量、燃料噴射量等を用いてもよい。
【００３０】
次に、ステップＳ３において、冷却水温度Ｔｗが所定値ＬＴｗ以上であるか否かを判定する。所定値ＬＴｗを、これ以上であれば、希薄燃焼である成層燃焼モードで運転しても燃焼安定性を確保することができると判定される値とする。冷却水温度Ｔｗが所定値ＬＴｗ以上であると判定されたら、ステップＳ４で、エンジン回転速度Ｎｅと目標トルクＴＴＣに応じて燃焼モードＣＭＯＤＥを決定する。ＣＭＯＤＥ＝１は成層燃焼モードを示し、ＣＭＯＤＥ＝０は均質燃焼モードを示す。エンジン１の回転速度、負荷から、図２に示す運転モードマップを検索してＣＭＯＤＥを設定する。運転状態が領域Ｃで示される状態の場合にはＣＭＯＤＥを１に設定し、その他の場合にはＣＭＯＤＥを０に設定する。
【００３１】
次に、ステップＳ５において、目標スロットル開度ＴｇＴＶＯを決定する。この計算のために、ＥＣＵ１８のＲＯＭに、Ｓ５に示す特性のエンジン回転速度Ｎｅと目標トルクＴＴＣに割り付けた目標スロットル開度ＴｇＴＶＯのマップを予め格納しておく。ＥＣＵ１８はエンジン回転速度Ｎｅと目標トルクＴＴＣからこのマップを検索して目標スロットル開度ＴｇＴＶＯを求める。
【００３２】
ここで、目標スロットル開度ＴｇＴＶＯは目標トルクＴＴＣに対して、一般には以下のような関係にある。
【００３３】
均質燃焼モード領域（ＣＭＯＤＥ＝０）では、トルクは吸気量によって制御される。そのため、ＴｇＴＶＯはＴＴＣが大きいほど大きな値となる。一方、成層燃焼モード領域（ＣＭＯＥＤ＝１）では、トルクは燃料量によって調節される。燃焼安定性が得られている限りは、ポンプロス低減の観点から吸気は絞らない方が望ましいので、ＴｇＴＶＯはＴＴＣによらず大きな値となる。本実施形態では、希薄燃焼を行う成層燃焼モードでは、スロットルバルブ４を全開に設定する。
【００３４】
ステップＳ６において、目標ＥＧＲ率ＴｇＥＧＲを読み込む。この計算のために、ＥＣＵ１８のＲＯＭに、Ｓ６に示す特性のエンジン回転速度Ｎｅと目標トルクＴＴＣに割り付けた目標ＥＧＲ率ＴｇＥＧＲのマップを予め格納しておく。ＥＣＵ１８はエンジン回転速度Ｎｅと目標トルクＴＴＣからこのマップを検索して目標ＥＧＲ率ＴｇＥＧＲを求める。
【００３５】
次に、ステップＳ７において、ＥＧＲ制御弁１６の開度と、吸気制御弁７の開閉時期を決定する。
【００３６】
図２に示す運転モードマップを参照し、運転状態が領域Ｃで示される領域であると判定された場合には成層燃焼を行う。このとき、吸気制御弁７の開閉を制御することによりＥＧＲガスの導入を促進させる。タイミングチャートを図４（ａ）に示す。
【００３７】
吸気開始時に、吸気制御弁７を閉に設定し、吸気行程開始後、吸気弁８が開となった状態で吸気制御弁７を開とする。ここでは、吸気制御弁７を開とするタイミングを吸気行程の後半とする。
【００３８】
吸気行程中に、吸気弁８が開かれ、吸気制御弁７が閉じられた状態に制御することで、吸気制御弁７から燃焼室１８にかけて負圧を発生させることができる。これにより、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１５を通って吸気系に導入される。ＥＧＲガス導入量がステップＳ６で求めた目標ＥＧＲ率ＴｇＥＧＲを達成するように、ＥＧＲ制御弁１６の開度を制御する。
【００３９】
なお、吸気行程中に吸気制御弁７を開くタイミングを遅く設定するほど、ＥＧＲガスの導入量を増大することができる。ただし、吸気制御弁７の開時期を過剰に遅角すると、エンジン１に吸入される新気が不足する可能性がある。これに対して、ＥＧＲ制御弁１６の開度を比較的小さく設定すると、吸気制御弁７開直前の負圧を発達させることができ、吸気制御弁７開直後の新気の導入を促進することができる。なお、吸気制御弁７の開時期を、目標ＥＧＴ率ＴｇＥＧＲに応じて変化させるように制御してもよい。
【００４０】
吸気行程中に、吸気制御弁７を開とすることにより新気の導入を行い、その後、吸気弁８を閉じることにより吸気行程を終了する。吸気弁８が閉じた状態で、吸気制御弁７と吸気弁８の間の吸気通路６に、逆位相気筒の吸気による負圧波が到達したら、吸気制御弁７を閉じる。これにより、吸気弁８と吸気制御弁７の間に負圧が維持されるので、ＥＧＲ通路１５を通って吸気系にＥＧＲガスを導入することができる。また、ＥＧＲ制御弁１６の開度を抑制して排気行程の終了直前までこの負圧を維持し、排気弁１３が完全に閉じられる前に吸気弁８を開く動作を開始する。これにより、負圧によって吸気通路６に既燃ガスを逆流させる内部ＥＧＲを行うことができる。排気行程後に続く吸気行程では新気と既燃ガスがシリンダ９内に導入される。
【００４１】
一方、図２に示す運転モードマップを参照し、運転状態が領域Ｂで示される状態であると判定された場合にも、領域Ｃと同様のタイミングで吸気制御弁７を制御する。ただし、領域Ｂでは、ＥＧＲガスの導入量が均質燃焼を維持できる範囲となるように、ＥＧＲ制御弁１６の開度を設定する。
【００４２】
運転状態が領域Ａで示される状態であると判定された場合には、ＥＧＲガスの導入は行わず、脈動過給を生じるように吸気制御弁７の開閉を制御する。スロットルバルブ４を全開とし、ＥＧＲ制御弁１６を全閉とする。このときのタイミングチャートを図５に示す。
【００４３】
吸気行程開始時には吸気制御弁７を閉じておき、吸気弁８を開いて吸気行程を開始する。吸気制御弁７を閉じた状態で吸気弁８を開くことにより、吸気制御弁７と燃焼室１９との間に負圧が発生する。次に、吸気制御弁７を開として、燃焼室１９内に多量の新気を導入する。つまり、脈動過給を行う。目標トルクＴＴＣが大きいほど、吸気制御弁７開時期を遅角することで、脈動過給効果を促進することができる。つまり、要求される新気の吸気量に応じて吸気制御弁７の開時期を制御する。その結果、目標トルクＴＴＣに応じたトルクを発生させることができる。その後、吸気弁８の開期間中に、吸気制御弁７を再び閉とする。
【００４４】
吸気制御弁７を使用する領域Ａ〜Ｃ以外の領域では、ＥＧＲ制御弁１６の開度を、所望のＥＧＲ率を得られるように予め実験などで求めた開度に設定する。また、吸気制御弁７を例えば全開固定とする。
【００４５】
以上のように、ステップＳ７において、ＥＧＲ制御弁１６の開度と吸気制御弁７開閉時期を設定したら、ステップＳ８で、演算結果に基づいてスロットルバルブ４、ＥＧＲ制御弁１６、吸気制御弁７を駆動する。
【００４６】
一方、ステップＳ３において、冷却水温度Ｔｗが所定値ＬＴｗより小さい場合には、成層燃焼モードで運転を行うと燃焼が不安定となる可能性があると判定して、ステップＳ９に進む。ステップＳ９において、ＣＭＯＤＥを０、つまり均質燃焼モードに設定する。ステップＳ１０において、ステップＳ５と同様、エンジン回転速度Ｎｅと目標トルクＴＴＣに応じて、目標スロットル開度ＴｇＴＶＯを設定する。この設定を行うために、ＥＣＵ１８のＲＯＭに、全領域で均質燃焼モードを行う場合の目標スロットル開度ＴｇＴＶＯのマップを予め格納しておく。ＥＣＵ１８はエンジン回転速度Ｎｅと目標トルクＴＴＣからこのマップを検索して目標スロットル開度ＴｇＴＶＯを求める。
【００４７】
次に、ステップＳ１１において、目標ＥＧＲ率ＴｇＥＧＲを０に設定する。つまり、冷却水温度Ｔｗが所定値ＬＴｗ未満の場合には、ＥＧＲガスの導入を停止する。これは、ＥＧＲガスを導入すると燃焼の安定性が悪化する可能性があるためである。
【００４８】
次に、ステップＳ１２において、ＥＧＲ制御弁１６の目標開度を０として、吸気制御弁７の開閉時期を決定する。図２の領域Ａでは、吸気制御弁７の開閉時期はステップＳ７で説明した図５に示すタイミングとなる。一方、その他の領域ではＥＧＲガス導入のための吸気制御弁７の開閉動作は行わないため、吸気制御弁７を開状態に固定する。
【００４９】
このように、希薄燃焼時には、逆位相気筒の吸気による負圧波到着に合わせて、吸気制御弁７を閉とする。これにより、吸気弁８と吸気制御弁７の間に負圧を生じさせ、吸気側にＥＧＲ通路１５を介して導入されるＥＧＲガス量を増大することができる。また、吸気行程中に、吸気弁８に遅れて吸気制御弁７を開とする。これにより、吸気制御弁７と燃焼室１９との間に負圧を生じさせ、ＥＧＲガスの導入量を増大することができる。
【００５０】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００５１】
吸気通路６の燃焼室１９側開口を開閉する吸気弁８と、吸気通路６の途中であって吸気弁８の上流に設けられた吸気制御弁７と、吸気制御弁７と吸気弁８の間の吸気通路６と、排気通路１４とを連通するＥＧＲ通路１５と、を備える。希薄燃焼運転中に、エンジン回転に同期して一時的に吸気制御弁７を閉じることにより吸気制御弁７の下流側に負圧を生じさせ、ＥＧＲ通路１５を介して吸気通路６に排気ガスを導入する。吸気制御弁７の開閉動作によってその下流の吸気通路６内の圧力を下げた場合、排気系との差圧を拡大することができ、比較的小径のＥＧＲ通路１５を用いても多量のＥＧＲガスを導入することができる。
【００５２】
また、エンジン１は、成層燃焼を行うモードと、均質燃焼を行うモードに切り替え可能な筒内直接噴射式内燃機関とする。これにより、特に負圧の発達しにくい成層燃焼において、多量のＥＧＲガスを導入することが可能となる。
【００５３】
また、ＥＧＲ通路１５にＥＧＲ制御弁１６を設け、ＥＧＲ導入量をＥＧＲ制御弁１６によって調整する。これにより、ＥＧＲガスの単位時間あたり流入量を調節できるだけでなく、吸気制御弁７の開閉動作によって下がった吸気通路６内の圧力の回復度合いを調整することができる。また、吸気制御弁７の下流側の負圧を、吸気制御弁７を開くことにより開放する際に生成される脈動の強さを変化させ、吸気並びにＥＧＲガス量を調整することが可能となる。
【００５４】
また、ＥＧＲ通路１５に吸気通路６からの逆流を防ぐ逆止弁１７を設けることにより、吸気制御弁７下流の圧力が排気系の圧力より高い場合でも、吸気の一部がＥＧＲ通路１５を通って排気系に逃げるのを防ぐことができる。
【００５５】
また、吸気弁８開期間中に、一時的に吸気制御弁７を閉じた状態とすると、吸気制御弁７の下流側が負圧となり、吸気系へのＥＧＲガスの導入を促進することができる。ここでは、吸気制御弁７は、吸気行程初期は閉とし、その後、吸気弁８開期間中に開とする。これにより、吸気行程初期は新気の導入が遮断され、ピストン１１の下降に伴い燃焼室１９及び吸気制御弁７下流の圧力が低下する。その結果、ＥＧＲ通路１５からＥＧＲガスのみが導入され、その後吸気制御弁７が開かれると新気が導入される。
【００５６】
また、吸気制御弁７を、吸気弁８閉期間中であって、吸気弁８と吸気制御弁７の間の吸気通路６が負圧となる時期に閉じる。ここでは、複数のシリンダ（９）を備え、吸気通路６が逆位相で吸気行程が行われるシリンダ（９）の吸気通路（６）と連通しており、吸気弁８閉期間中の、逆位相で吸気行程が行われるシリンダ（９）の吸気により生じる負圧波が、吸気弁８と吸気制御弁７との間の吸気通路６に到達するタイミングで、吸気制御弁７を閉じることにより、吸気制御弁７下流の圧力が低下して排気側との差圧が増大し、ＥＧＲ通路１５を介して多量のＥＧＲガスを導入することが可能となる。
【００５７】
一方、吸気制御弁７の上流の吸気通路６に燃焼室１９に導入する新気流量を調整するスロットルバルブ４を備え、スロットルバルブ４の開度に応じて生じる吸気側と排気側の差圧により要求されるＥＧＲガスの導入を実行できる運転条件下では、吸気制御弁７を開状態に固定する。ここでは、このような要求されるＥＧＲガス量の比較的少ない運転条件下を、領域Ａ〜Ｃ以外の領域では、吸気制御弁７を開状態に固定する。これにより、特に吸気制御弁７によるＥＧＲガス導入促進の必要が無い運転領域では、吸気制御弁７を停止して駆動のためのエネルギ消費を抑制することが可能である。
【００５８】
また、低速回転かつ全負荷時（領域Ａ）においては、吸気制御弁７を吸気弁８開時期よりも後に開き、かつ、吸気弁８閉時期よりも前に閉じ、ＥＧＲ制御弁１６によりＥＧＲ通路１５を閉鎖する。これにより、低速全負荷時には吸気制御弁７を、例えば特許第2550550号に開示されているように、トルク増大効果を得るためにも使用することができる。さらにこの時ＥＧＲ制御弁１６によりＥＧＲ通路１５を閉鎖する構成としたので、吸気弁８開且つ吸気制御弁７閉時の負圧発達がＥＧＲガスの流入によって妨げられるのを防止することができ、トルク増大効果を十分に得ることが可能である。
【００５９】
次に、第２の実施形態について説明する。エンジン１の構成を第１の実施形態と同様とする。以下、ＥＧＲガスの導入制御について、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６０】
ＥＧＲガスの導入制御を、第１の実施形態と同様に、図３に示すフローチャートに従って行う。ただし、ステップＳ７において、吸気制御弁７の開閉並びにＥＧＲ制御弁１６の開度の制御を以下のように行う。
【００６１】
図２に示す運転モードマップを参照し、領域Ｃであると判定された場合には、希薄燃焼である成層燃焼モードを実行する。このとき、吸気制御弁７の開閉により、ＥＧＲ通路１５を介してＥＧＲガスを導入する。タイミングチャートを、図４（ｂ）に示す。
【００６２】
吸気制御弁７を予め開とし、吸気弁８を開くことにより新気の導入を開始する。ここでは、吸気制御弁７を、前の排気行程の途中で開とする。その後、吸気行程の途中で吸気制御弁７を閉とすることにより、新気の導入を抑制し、吸気制御弁７から燃焼室１９にかけて負圧を発生させる。この負圧によりＥＧＲ通路１５を介してＥＧＲガスの導入を促進させる。ＥＧＲガス導入量がステップＳ６で求めた目標ＥＧＲ率ＴｇＥＧＲとなるように、ＥＧＲ制御弁１６の開度を制御する。
【００６３】
また、この吸気制御弁７の閉時期の設定によりＥＧＲガス導入量を調整してもよい。吸気制御弁７の閉時期を早く設定するほど新気の導入量が少なくなり、ＥＧＲガス導入が促進される。このときＥＧＲ制御弁１６の開度を小さくすると、吸気弁８閉時のシリンダ９内ガス量が減少し、ポンプロス増大を招く可能性がある。そこで、ＥＧＲ制御弁１６を開き、その開度をポンプロスの増大を妨げる領域に設定する。
【００６４】
一方、領域Ｂの場合にも、領域Ｃと同様のタイミングで吸気制御弁７を制御する。ただし、領域Ｂの場合には、ＥＧＲガスの導入量が均等燃焼を維持できる範囲となるように、ＥＧＲ制御弁１６を設定する。また、領域Ａの場合には、第１の実施形態と同様の制御により脈動過給を行う。
【００６５】
このように、本実施形態では、吸気行程開始時に吸気制御弁７を開とすることで新気の導入を行い、その後、吸気弁８の開期間中に吸気制御弁７を閉じることにより、吸気制御弁７から燃焼室１９にかけて負圧を生じさせて、ＥＧＲガスの導入を行う。
【００６６】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００６７】
吸気制御弁７を、吸気弁８閉時期よりも前に閉じる。これにより吸気行程中に新気導入が遮断され、ＥＧＲ通路１５を通って導入されるＥＧＲガス量を増大することができる。
【００６８】
次に、第３の実施形態について説明する。エンジン１の構成を第１の実施形態と同様とする。以下、ＥＧＲガスの導入制御について、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６９】
ＥＧＲガスの導入制御を、第１の実施形態と同様に、図３に示すフローチャートに従って行う。ただし、ステップＳ７において、吸気制御弁７の開閉並びにＥＧＲ制御弁１６の開度の制御を以下のように行う。
【００７０】
図２に示す運転モードマップを参照し、領域Ｃであると判定された場合には、希薄燃焼である成層燃焼モードを実行する。このとき、吸気制御弁７の開閉により、ＥＧＲ通路１５を介してＥＧＲガスを導入する。タイミングチャートを、図４（ｃ）に示す。
【００７１】
吸気弁８の閉期間中に吸気制御弁７を一時的に開き、再度閉じる制御を行う。特に、吸気弁８と吸気制御弁７の間の吸気通路６が負圧となる時期に、吸気制御弁７を閉じる。吸気弁８閉期間中の吸気制御弁７の開閉は、正圧開放〜コレクタ５からの開放端反射による負圧波到達に合わせて、吸気制御弁７閉時期にその下流側の負圧が最大となるように適合させる。これにより、吸気制御弁７と吸気弁８との間の吸気通路６に大きな負圧を生じさせて、ＥＧＲガスの導入を促進することができる。また、この負圧を維持し、次の吸気行程開始時に、排気弁１３を完全に閉じる前に吸気弁８を開とすることで、吹き返しを生じさせて内部ＥＧＲを生じさせる。
【００７２】
また、吸気弁８開期間中に、吸気制御弁７を一時的に開き、再度閉じる制御を行う。つまり、吸気制御弁７を閉じた状態で吸気弁８を開とし、吸気制御弁７から燃焼室１９にかけて負圧を生じさせる。これにより、ＥＧＲ通路１５を介して吸気系にＥＧＲガスが導入される。吸気弁８の開期間中に吸気制御弁７を開として新気の導入を行う。このとき、吸気制御弁７を開く直前に、その下流側に負圧が生じているため、新気導入に脈動が生じる。そこで、脈動による正圧がピークとなる時点で吸気制御弁７のみを再び閉とする。これにより、燃焼室１９への吸気量およびその後吸気通路６内の吸気制御弁７下流側に保持される正圧を大きくすることができる。
【００７３】
また、吸気行程終期に吸気制御弁７を閉じた後、吸気弁８が開いている間、ピストン１１による圧縮により吸気制御弁７下流の圧力がさらに上昇する。吸気行程終了時に、吸気弁８を閉じることにより、吸気弁８と吸気制御弁７の間に正圧が保持される。
【００７４】
その後、吸気弁８閉期間中に吸気制御弁７を開とすることで、この正圧が開放され、コレクタ５からの開放端反射による負圧波が生じる。前述したように、この負圧波が吸気弁８と吸気制御弁７の間に到達するのに合わせて、吸気制御弁７を閉じる。これにより、吸気弁８と吸気制御弁７との間を負圧に維持して、吸気系に導入されるＥＧＲガス量を増大することができる。このとき、吸気弁８開期間中の吸気制御弁７の閉動作により維持される正圧を大きくするほど、吸気弁８閉期間中の吸気制御弁７の閉動作により維持される負圧が大きくなる。
【００７５】
吸気弁８開期間中の吸気制御弁７開閉時期のうち、特に開時期については図６に示すような関係にある。つまり、吸気制御弁７を開くタイミングを遅くするほど、ＥＧＲガスの導入量および吸気量が多くなる。図６に示すように、吸気制御弁７の開閉のタイミングとＥＧＲ制御弁１６の開度と併せて制御することにより、ＥＧＲガス量および吸気量を調整することが可能である。
【００７６】
一方、領域Ｂの場合にも、領域Ｃと同様のタイミングで吸気制御弁７を制御する。ただし、領域Ｂの場合には、ＥＧＲガスの導入量が均等燃焼を維持できる範囲となるように、ＥＧＲ制御弁１６を設定する。また、領域Ａの場合には、第１の実施形態と同様の制御により脈動過給を行う。
【００７７】
このように、吸気行程終期に吸気制御弁７を閉じた後、吸気弁８を閉じることで、吸気弁８と吸気制御弁７との間に正圧を維持する。その後、吸気弁８閉期間中に吸気制御弁７を開放することによりこの正圧が開放され、コレクタ５からの開放端反射により負圧波が発生する。負圧波が、吸気弁８と吸気制御弁７の間の吸気通路６に到達するのに合わせて吸気制御弁７を閉じるように吸気制御弁７の開閉を制御する。
【００７８】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１および２の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００７９】
吸気制御弁７を、吸気弁８閉期間中に開閉する。ここでは、吸気弁８開期間中に、吸気制御弁７を開くことにより吸気弁８と吸気制御弁７の間の吸気通路６を負圧から正圧に変化させ、その後、吸気制御弁７を閉じる。また、吸気弁８閉期間中に、吸気制御弁７を開くことにより吸気弁８と吸気制御弁７の間の正圧を開放する。さらに、正圧の開放に伴う開放端反射により生じる負圧波が、吸気弁８と吸気制御弁７の間の吸気通路６に到達するタイミングで、吸気制御弁７を閉じる。このように、負圧波が到達するのに合わせて吸気制御弁７を閉じることにより、吸気制御弁７下流の圧力が低下して排気との差圧が増大し、ＥＧＲ通路１５を介して多量のＥＧＲガスを導入することが可能となる。
【００８０】
また、ＥＧＲ導入量を、吸気制御弁７の開閉のタイミングによって調整する。前述したように吸気制御弁７の開閉動作により吸気制御弁７下流の吸気通路６の圧力を低下させてＥＧＲガス導入促進を図る際に、吸気制御弁７の開閉時期を調整することによりＥＧＲガス導入量を制御する構成とする。吸気制御弁７の開閉タイミングを変化させると、当該或いは次の吸気行程にて導入されるＥＧＲガス量を変化させることが可能であるので、例えば過渡運転時など、急激にＥＧＲ導入量を変化させたい場合に非常に高い応答性をもって対応することができる。
【００８１】
なお、ＥＣＵ１８を単一のマイクロコンピュータで構成しているが、ＥＣＵ１８を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、ステップＳ１１において、成層燃焼モード運転の実行を判定する下限水温と、ＥＧＲガス導入の判定を行う下限水温を同じＬＴｗとしているが、別としてもよい。その場合には、ステップＳ１１の前に、ＥＧＲガス導入の判定値となる下限水温と冷却水温度Ｔｗとを比較することにより、ＥＧＲガス導入の判定を行う。ＥＧＲガス導入を行わないと判定した場合には、上述した制御と同様とし、ＥＧＲガス導入を行うと判定した場合には、成層燃焼におけるＥＧＲガス導入率を設定し、これに応じてＥＧＲ制御弁１６の開度を設定する。
【００８３】
このように、本発明は、上記発明を実施するための最良の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更を為し得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、吸気通路に吸気制御弁を備えたエンジンであれば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンに関わらず適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】第１〜３の実施形態に用いるエンジンの概略構成図である。
【図２】第１〜３の実施形態におけるエンジン負荷に対する燃焼モードの設定を示す図である。
【図３】第１〜３の実施形態におけるＥＧＲ導入の制御に関するフローチャートである。
【図４】第１〜３の実施形態における成層燃焼モード時のタイミングチャートである。（ａ）は第１実施形態のタイミングチャートである。（ｂ）は第２実施形態のタイミングチャートである。（ｃ）は第３実施形態のタイミングチャートである。
【図５】第１〜３の実施形態における脈動過給を行う際のタイミングチャートである。
【図６】第３実施形態における吸気制御弁開時期に対する吸気およびＥＧＲガスの導入量を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１    エンジン
４    スロットルバルブ
６    吸気通路
７    吸気制御弁
８    吸気弁
１３  排気弁
１４  排気通路
１５  ＥＧＲ通路（排気ガス還流通路）
１６  ＥＧＲ制御弁(排気ガス制御弁)
１７  逆止弁
１８  エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１９  燃焼室
【図１】
2006046248.tif 000003
【図２】
2006046248.tif 000004
【図３】
2006046248.tif 000005
【図４】
2006046248.tif 000006
【図５】
2006046248.tif 000007
【図６】
2006046248.tif 000008