(57)【要約】【課題】内燃機関の運転状態に応じてＥＧＲガスを偏在させる位置を変えることができる内燃機関の排気還流装置を提供する。【解決手段】排気還流装置は、シリンダ２へ空気を導く過程でシリンダ２の内周面の接線方向へ向かう接線流Ｓｔを生成する下層部１８ｂと、シリンダ２へ空気を導く過程で中心線ＣＬと交差する面内を旋回しながら中心線ＣＬの方向へ向かう旋回流Ｓｒを生成する上層部１８ｂとが隣接するようにして同一ポート内に形成されたスワール生成ポート１２にＥＧＲガスを導入する。二つの調整弁５１、５２を内燃機関１の運転状態に応じて操作することにより下層部１８ｂへのＥＧＲガスの導入量と上層部１８ａへのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してこれらの導入量の配分を変える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダへ空気を導く吸気装置に、前記内燃機関の排気通路から取り出した排気の一部をＥＧＲガスとして導入する内燃機関の排気還流装置において、
前記吸気装置は、前記シリンダへ空気を導く過程で前記シリンダの内周面の接線方向へ向かう接線流を生成する接線流生成部と、前記シリンダへ空気を導く過程で前記シリンダの中心線と交差する面内を旋回しながら前記中心線の方向へ向かう旋回流を生成する旋回流生成部とを有し、
前記接線流生成部及び前記旋回流生成部のそれぞれへＥＧＲガスを導入でき、かつ前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量及び前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量のそれぞれを変化させることができる導入手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記導入手段を操作することにより、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御する導入制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
前記吸気装置は、前記シリンダに開口し、かつ前記接線流生成部と前記旋回流生成部とが上下に隣接するようにして同一ポート内に設けられたスワール生成ポートを有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
前記導入手段は、前記接線流生成部の側に開口してＥＧＲガスを導入する第１の導入通路と、前記旋回流生成部の側に開口してＥＧＲガスを導入する第２の導入通路と、前記第１の導入通路によるＥＧＲガスの導入量を調整する第１の調整弁と、前記第２の導入通路によるＥＧＲガスの導入量を調整する第２の調整弁と、を有し、
前記導入量制御手段は、前記第１の調整弁及び前記第２の調整弁のそれぞれの開度を操作することにより、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御す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排気還流装置。
【請求項４】
前記導入手段は、前記接線流生成部の側に開口する第１の開口部と前記旋回流生成部の側に開口する第２の開口部とがそれぞれ設けられた導入管と、ＥＧＲガスを導くとともに前記導入管内に回転自在に挿入され、かつＥＧＲガスが流出する流出口が周壁に設けられた回転管と、を有し、
前記導入制御手段は、前記回転管の回転角度を操作して、前記第１の開口部及び前記第２の開口部に対する前記流出口の相対位置を変化させることにより、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項５】
前記導入手段は、前記接線流生成部及び前記旋回流生成部のそれぞれの側にＥＧＲガスを導入可能な開口面積を持つ開口部を有した導入通路と、前記導入通路内に回転自在に設けられて前記開口部を部分的に遮蔽する回転遮蔽部材と、を有し、
前記導入制御手段は、前記回転遮蔽部材の回転角度を操作して、前記開口部が前記回転遮蔽部材にて遮蔽される位置を変化させることにより、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項６】
前記内燃機関は前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、
前記導入制御手段は、前記燃料噴射弁にて噴射された燃料の燃焼が行われる領域にＥＧＲガスが偏在するように、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御す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排気還流装置。
【請求項７】
前記燃料噴射弁は前記シリンダの中央部から放射状に燃料を噴射するように構成され、
前記導入制御手段は、前記内燃機関の負荷が高くなるほど、前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項８】
前記燃料噴射弁は前記シリンダの中央部から放射状に燃料を噴射するように構成され、
前記導入制御手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射の貫徹力が高くなるほど、前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項９】
前記燃料噴射弁は前記シリンダの中央部から放射状に燃料を噴射するように構成され、
前記導入制御手段は、前記燃料噴射弁が噴射する燃料噴射量が多くなるほど、前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１０】
前記導入制御手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射時期が所定値よりも早い場合、その燃料噴射時期に応じて前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の前記比率を低下方向に補正する比率補正手段を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１１】
前記導入制御手段は、前記吸気装置によって前記シリンダ内に生成されるスワールが強いほど、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の前記比率を低下方向に補正する比率補正手段を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１２】
前記導入制御手段は、大気圧が低いほど前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の前記比率を増加方向に補正する比率補正手段を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１３】
前記導入制御手段は、空気中の酸素濃度が低いほど前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの量を減少方向に補正するＥＧＲガス量補正手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１４】
前記内燃機関は前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、
前記導入制御手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射時期が所定値よりも早い場合、その燃料噴射時期が早いほど、前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率が低くなるように、前記導入手段を操作して前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御す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排気還流装置。
【請求項１５】
前記内燃機関は前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、前記燃料噴射弁は前記シリンダの中央部から放射状に燃料を噴射するように構成され、
前記導入制御手段は、前記内燃機関の機関温度が所定値よりも低い場合、前記シリンダの中央部にＥＧＲガスが偏在するように、前記導入手段を操作して前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御す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排気還流装置。
【請求項１６】
前記導入制御手段は、前記内燃機関の機関温度が所定値よりも低い冷間始動時の場合、前記シリンダの中央部にＥＧＲガスが偏在するように、前記導入手段を操作して前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御することを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１７】
前記吸気装置は、前記シリンダに開口して前記シリンダの中央部に向かう吸気流を形成できる追従ポートを更に有し、
前記導入手段は、前記追従ポートへＥＧＲガスを導くことができる副導入通路と、前記副導入通路によるＥＧＲガスの導入量を調整する副調整弁とを有し、
前記導入制御手段は、前記内燃機関の機関温度が低いほど、前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する前記副導入通路によるＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、前記副調整弁の開度を操作して前記副導入通路によるＥＧＲガスの導入量を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１８】
前記吸気装置は、前記シリンダに開口する前記追従ポートの開口位置が、前記シリンダに開口する前記スワール生成ポートの開口位置よりも、前記シリンダの中心側に設定されていることを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項１９】
前記導入制御手段は、前記内燃機関の機関温度が所定値よりも低い冷間始動時の場合、前記シリンダの中央部にＥＧＲガスが偏在するように、前記副調整弁の開度を操作することを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項２０】
前記吸気装置は、前記スワール生成ポート内に設けられた前記接線流生成部と前記旋回流生成部との境界に配置されて、前記スワール生成ポートを仕切る仕切り部材を更に有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項２１】
前記仕切り部材は、前記導入手段によるＥＧＲガスの導入位置よりも上流側に延びていることを特徴とする請求項２０に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項２２】
前記仕切り部材は、その下流側の端部に配置されて傾斜角度を変更できる可動部を更に有することを特徴とする請求項２０又２１に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項２３】
前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動部の傾斜角度を制御する可動部制御手段を更に備えることを特徴とする請求項２２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項２４】
前記導入手段に空気を供給する空気供給手段と、ＥＧＲガスを前記導入手段を介して前記スワール生成ポートに導入できる排気導入状態と前記空気供給手段にて供給された空気を前記導入手段を介して前記スワール生成ポートに導入できる空気導入状態とを切り替える切替手段と、を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項２５】
前記排気導入状態から前記空気導入状態へ切り替えて、前記スワール生成ポート内に溜まるデポジットを空気の導入によって除去できるように、前記切替手段を制御する清掃制御手段を更に備えることを特徴とする請求項２４に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項２６】
前記清掃制御手段は、前記スワール生成ポート内に溜まるデポジットの量に応じて前記導入手段を操作することにより、前記導入手段にて前記スワール生成ポートに導入される空気の流速を変化させることを特徴とする請求項２５に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項２７】
前記内燃機関には、前記排気通路に配置されたタービンと前記吸気通路に配置されて前記タービンと一体回転可能なコンプレッサとを有したターボチャージャーと、前記コンプレッサの下流側の前記吸気通路に配置されて空気を冷却する冷却手段とが設けられており、
前記空気供給手段は、前記コンプレッサの下流側かつ前記冷却手段の上流側の前記吸気通路から空気を取り出して前記導入手段に供給することを特徴とする請求項２５又は２６に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項２８】
前記内燃機関は、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有するとともに、前記燃料噴射弁による燃料の噴射が、所定時期に行われるメイン噴射と前記メイン噴射よりも少量の燃料にて前記所定時期よりも前に行われるパイロット噴射とに分割されたパイロット噴射モードを実行できるように構成され、
前記導入制御手段は、前記パイロット噴射モードが実行される場合に、前記パイロット噴射による混合気が前記シリンダ内に形成される領域とは異なる領域にＥＧＲガスが偏在するように、前記導入手段を操作して前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御す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排気還流装置。
【請求項２９】
前記内燃機関は、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有するとともに、前記燃料噴射弁による燃料の噴射が、所定時期に行われるメイン噴射と前記メイン噴射よりも少量の燃料にて前記所定時期よりも後に行われるアフター噴射とに分割されたアフター噴射モードを実行できるように構成され、
前記導入制御手段は、前記アフター噴射モードが実行される場合に、前記アフター噴射による燃焼が行われる領域にＥＧＲガスが偏在するように、前記導入手段を操作して前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御す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排気還流装置。
【請求項３０】
前記シリンダの半径方向に関する前記シリンダ内のＥＧＲガスの分布を、前記シリンダ内に照射された赤外レーザを受光することにより測定するガス分布測定手段と、前記ガス分布測定手段が測定したＥＧＲガスの分布が前記内燃機関の運転状態に応じて予め設定された基準分布に一致するように前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ補正する補正手段と、を更に備え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排気還流装置。
【請求項３１】
前記シリンダの半径方向に関する前記シリンダ内のＥＧＲガスの分布を、前記シリンダ内への紫外レーザの照射による蛍光を受光することにより測定するガス分布測定手段と、前記ガス分布測定手段が測定したＥＧＲガスの分布が前記内燃機関の運転状態に応じて予め設定された基準分布に一致するように前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ補正する補正手段と、を更に備え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排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダへ空気を導く吸気装置に排気通路から取り出した排気の一部をＥＧＲガスとして導入する内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気還流装置として、ＥＧＲガスを導く排気還流通路を内燃機関の吸気弁の近傍かつシリンダの中央側に開口させ、吸気弁の開弁時期と同期させてＥＧＲガスを導入することにより、ＥＧＲガスをシリンダの中央部に層状に流入させるものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２及び３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８０６１６号公報
【特許文献２】特開平５−２４８２４９号公報
【特許文献３】特開２００２−１０６４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の排気還流装置は、ＥＧＲガスをシリンダ内に均一に導入せずにシリンダの中央部に層状に導入するものであるため、シリンダ内に噴射された燃料がシリンダの中央部に偏在するＥＧＲガスを通過することによって燃焼温度の上昇をある程度抑えることができる。しかしながら、この排気還流装置は内燃機関の運転状態に応じてＥＧＲガスの偏在位置を変えることができないため、ＥＧＲガスの絶対量の調整だけでは燃焼温度の上昇を十分に抑えることができない可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、内燃機関の運転状態に応じてＥＧＲガスを偏在させる位置を変えることができる内燃機関の排気還流装置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】
【０００６】
本発明の内燃機関の排気還流装置は、内燃機関のシリンダへ空気を導く吸気装置に、前記内燃機関の排気通路から取り出した排気の一部をＥＧＲガスとして導入する内燃機関の排気還流装置において、前記吸気装置は、前記シリンダへ空気を導く過程で前記シリンダの内周面の接線方向へ向かう接線流を生成する接線流生成部と、前記シリンダへ空気を導く過程で前記シリンダの中心線と交差する面内を旋回しながら前記中心線の方向へ向かう旋回流を生成する旋回流生成部とを有し、前記接線流生成部及び前記旋回流生成部のそれぞれへＥＧＲガスを導入でき、かつ前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量及び前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量のそれぞれを変化させることができる導入手段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記導入手段を操作することにより、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御する導入制御手段と、を備えることにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
吸気装置は空気をシリンダに導く過程で接線流と旋回流とを生成する。接線流がシリンダ内に導入されることにより、シリンダの内周面に沿う方向に流れるスワールがシリンダ内に生成される。旋回流はスワールの内側に流れて十分な空気流量を確保しつつスワールの生成を促進するように機能する。これらの流れにより、シリンダ内に位置的に不均一な流れ場が形成される。ＥＧＲガスは導入手段によって接線流生成部及び旋回流生成部のそれぞれに導入されることにより、接線流及び旋回流に乗ってシリンダ内に導入される。接線流に乗ったＥＧＲガスはシリンダの半径方向外側に主に導かれ、旋回流に乗ったＥＧＲガスはシリンダの中央部に主に導かれる。導入手段は内燃機関の運転状態に応じて操作されて、接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量及び旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量がそれぞれ制御される。これにより、内燃機関の運転状態に応じてシリンダ内にＥＧＲガスが偏在する位置を変えることができる。
【０００８】
吸気装置は上述した接線流と旋回流とを生成できる限度で種々の態様を採用できる。例えば、接線流を生成できる接線流生成部を有した吸気ポートと旋回流を生成できる旋回流生成部を有した吸気ポートとが一つのシリンダに対して設けられることによって吸気装置が構成されてもよい。また、他の一態様として、前記吸気装置は、前記シリンダに開口し、かつ前記接線流生成部と前記旋回流生成部とが上下に隣接するようにして同一ポート内に設けられたスワール生成ポートを有していてもよい（請求項２）。この態様の場合、一つの吸気ポートで接線流と旋回流とをそれぞれ生成することができるので、スワール生成ポートによりスワールの生成と十分な空気流量の確保とを両立できる。
【０００９】
導入手段及びこれを操作する導入制御手段も種々の態様を採用できる。例えば、本発明の一態様として、前記導入手段は、前記接線流生成部の側に開口してＥＧＲガスを導入する第１の導入通路と、前記旋回流生成部の側に開口してＥＧＲガスを導入する第２の導入通路と、前記第１の導入通路によるＥＧＲガスの導入量を調整する第１の調整弁と、前記第２の導入通路によるＥＧＲガスの導入量を調整する第２の調整弁と、を有し、前記導入量制御手段は、前記第１の調整弁及び前記第２の調整弁のそれぞれの開度を操作することにより、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項３）。接線流生成部及び旋回流生成部のそれぞれの側に導入通路と調整弁とが一つずつ設けられているので、二つの調整弁の開度を操作することにより、接線流生成部へ導入されるＥＧＲガスの量と旋回流生成部へ導入されるＥＧＲガスの量とをそれぞれ正確に制御することができる。また、吸気装置がスワール生成ポートを有している場合には、前記導入手段は、前記接線流生成部の側に開口する第１の開口部と前記旋回流生成部の側に開口する第２の開口部とがそれぞれ設けられた導入管と、ＥＧＲガスを導くとともに前記導入管内に回転自在に挿入され、かつＥＧＲガスが流出する流出口が周壁に設けられた回転管と、を有し、前記導入制御手段は、前記回転管の回転角度を操作して、前記第１の開口部及び前記第２の開口部に対する前記流出口の相対位置を変化させることにより、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよいし（請求項４）、前記導入手段は、前記接線流生成部及び前記旋回流生成部のそれぞれの側にＥＧＲガスを導入可能な開口面積を持つ開口部を有した導入通路と、前記導入通路内に回転自在に設けられて前記開口部を部分的に遮蔽する回転遮蔽部材と、を有し、前記導入制御手段は、前記回転遮蔽部材の回転角度を操作して、前記開口部が前記回転遮蔽部材にて遮蔽される位置を変化させることにより、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項５）。これらの場合、導入制御手段の操作対象が一つで済むので制御が簡素化する。つまり、前者の場合には回転管の回転角度を操作することにより接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御できる。後者の場合には回転遮蔽部材の回転角度を操作することにより接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御できる。
【００１０】
本発明の排気還流装置の一態様としては、前記内燃機関は前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、前記導入制御手段は、前記燃料噴射弁にて噴射された燃料の燃焼が行われる領域にＥＧＲガスが偏在するように、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項６）。噴射燃料の燃焼が行われる領域は他の領域よりも高温になる。この態様によれば、そのような高温場にＥＧＲガスを偏在させることができるので、ＥＧＲガスによる燃焼温度低減効果を効率的に得ることができる。つまり、ＥＧＲガスの導入による効果が得やすい位置にＥＧＲガスを偏在させることができるため、シリンダ内に導入するＥＧＲガスの総量を減らすことが可能である。これにより、大量にＥＧＲガスを導入することによる弊害を回避することができる。
【００１１】
この態様においては、前記燃料噴射弁は前記シリンダの中央部から放射状に燃料を噴射するように構成され、前記導入制御手段は、前記内燃機関の負荷が高くなるほど、前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項７）。吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率が高くなると、それだけＥＧＲガスの偏在位置がシリンダの半径方向外側に移動し、逆にその比率が低くなると、それだけＥＧＲガスの偏在位置がシリンダの半径方向内側に移動する。シリンダの中央部から放射状に燃料が噴射される場合その燃料噴霧の先端から燃焼が開始し、その先端から燃焼が行われるため、そこに高温場が形成される。内燃機関の負荷が高くなるほど燃料噴射量が多くなるためその先端の位置はシリンダの半径方向外側へと変化する。この態様によれば、負荷が高くなるほど接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるため、ＥＧＲガスを偏在させる位置を適切な位置に、つまり噴射燃料が燃焼する領域に設定することが可能になる。
【００１２】
また、燃料噴射の貫徹力が高くなるほど燃料噴霧の先端位置はシリンダの半径方向外側へと変化するため、前記導入制御手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射の貫徹力が高くなるほど、前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項８）。更には、前記燃料噴射弁が噴射する燃料噴射量が多くなるほど燃料噴霧の先端位置はシリンダの半径方向外側へと変化するため、前記導入制御手段は、前記燃料噴射弁が噴射する燃料噴射量が多くなるほど、前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項９）。これらの態様によれば、上述と同様に、ＥＧＲガスを偏在させる位置を噴射燃料が燃焼する領域に設定することが可能になる。
【００１３】
このように、接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率を変えることで、ＥＧＲガスを偏在させる位置を燃料が燃焼する領域に設定することができるが、燃料噴射時期が所定値よりも早い場合には噴射された燃料がシリンダ内に拡散して均質な予混合気が形成されるため、燃焼の形態が変化する。つまり、このような予混合気が形成される場合には、上述したように噴射された燃料噴霧の先端から燃焼が開始するものではなく燃料領域が広範囲に広がる。そこで、前記導入制御手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射時期が所定値よりも早い場合、その燃料噴射時期に応じて前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の前記比率を低下方向に補正する比率補正手段を有してもよい（請求項１０）。これにより、シリンダの半径方向外側へのＥＧＲガスの偏在が緩和されて、シリンダの中央部周辺にもＥＧＲガスが配置される。そのため、燃料噴射時期の変化に伴う燃焼形態の変化に対応させてＥＧＲガスを導入することができる。
【００１４】
また、シリンダ内に生成されるスワールが強い、言い換えれば流速が速いほど、シリンダの内周面に沿うスワールによって、燃料噴霧の先端が周方向に折り曲げられ易くなる。そのため、スワールが弱い場合と比べると燃焼が行われる領域がシリンダの中心側に移動する。そこで、前記導入制御手段は、前記吸気装置によって前記シリンダ内に生成されるスワールが強いほど、前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の前記比率を低下方向に補正する比率補正手段を有してもよい（請求項１１）。これにより、スワールの強さの変化に伴う燃焼が行われる領域の変化に対応させてＥＧＲガスを導入することができる。
【００１５】
また、大気圧が低いほど、換言すれば標高が高いほど燃料噴射弁による燃料噴霧の飛翔距離が増加するので、大気圧が低い場合は大気圧が高い場合と比べて燃料の燃焼する領域がシリンダの半径方向外側へずれる。そこで、前記導入制御手段は、大気圧が低いほど前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の前記比率を増加方向に補正する比率補正手段を有してもよい（請求項１２）。これにより、大気圧の変動に伴う燃焼領域の変化に対応させてＥＧＲガスを導入することができる。大気圧の変動に伴って空気中の酸素濃度も変化するため、前記導入制御手段は、空気中の酸素濃度が低いほど前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの量を減少方向に補正するＥＧＲガス量補正手段を有してもよい（請求項１３）。これにより、酸素濃度が低いほどＥＧＲガスの導入量が減量されるので、スモークの発生を抑えることができる。
【００１６】
本発明の排気還流装置の一態様としては、前記内燃機関は前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、前記導入制御手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射時期が所定値よりも早い場合、その燃料噴射時期が早いほど、前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率が低くなるように、前記導入手段を操作して前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項１４）。燃料噴射時期が所定値よりも早い場合には噴射された燃料がシリンダ内に拡散して均質な予混合気が形成されるため、燃焼の形態が変化する。つまり、このような予混合気が形成される場合には、燃焼が行われる領域が特定領域に限定されない。この態様によれば、接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量の比率を低下させることにより、シリンダの半径方向外側へのＥＧＲガスの偏在を緩和することができる。それにより、このような燃焼が行われる場合に適した位置にＥＧＲガスを配置することができる。
【００１７】
本発明の排気還流装置の一態様としては、前記内燃機関は前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有し、前記燃料噴射弁は前記シリンダの中央部から放射状に燃料を噴射するように構成され、前記導入制御手段は、前記内燃機関の機関温度が所定値よりも低い場合、前記シリンダの中央部にＥＧＲガスが偏在するように、前記導入手段を操作して前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項１５）。内燃機関の機関温度が低い場合は、噴射された燃料の着火性が悪化する。この態様によれば、燃料噴射弁が燃料を噴射するシリンダの中央部にＥＧＲガスが偏在するため、そのＥＧＲガスを噴射燃料が通過することによりＥＧＲガスと噴射燃料との間で熱交換が行われて噴射燃料が昇温する。これにより、噴射燃料の着火性が向上する。この態様においては、前記導入制御手段は、前記内燃機関の機関温度が所定値よりも低い冷間始動時の場合、前記シリンダの中央部にＥＧＲガスが偏在するように、前記導入手段を操作して前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項１６）。この場合には冷間始動時の着火性が向上するので、始動時間を短縮することができる。
【００１８】
本発明の排気還流装置の一態様としては、前記吸気装置は、前記シリンダに開口して前記シリンダの中央部に向かう吸気流を形成できる追従ポートを更に有し、前記導入手段は、前記追従ポートへＥＧＲガスを導くことができる副導入通路と、前記副導入通路によるＥＧＲガスの導入量を調整する副調整弁とを有し、前記導入制御手段は、前記内燃機関の機関温度が低いほど、前記吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する前記副導入通路によるＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、前記副調整弁の開度を操作して前記副導入通路によるＥＧＲガスの導入量を制御してもよい（請求項１７）。内燃機関の機関温度が低い場合は、噴射された燃料の着火性が悪化する。この態様によれば、機関温度が低いほど、吸気装置へ導入されるＥＧＲガスの導入量に対する副導入通路によるＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、副導入通路によるＥＧＲガスの導入量が制御される。そのため、機関温度が低いほど多くのＥＧＲガスがシリンダの中央部に偏在して着火性を向上できる。更に、追従ポートによってＥＧＲガスをシリンダの中央部に偏在させながら、スワール生成ポートの接線流生成部へ導入するＥＧＲガスの導入量と旋回流生成部へ導入するＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御することで、内燃機関の運転状態に応じてシリンダ内にＥＧＲガスが偏在する位置を変えることができる。そのため、良好な着火性を維持しつつ燃焼温度を低下させるＥＧＲガスの導入による効果を確保することが可能になる。この態様においては、前記吸気装置は、前記シリンダに開口する前記追従ポートの開口位置が、前記シリンダに開口する前記スワール生成ポートの開口位置よりも、前記シリンダの中心側に設定されてもよい（請求項１８）。この場合には、追従ポートを利用してＥＧＲガスをシリンダに導入する際に、そのＥＧＲガスをシリンダの中央部に導き易くなる。追従ポートの構成には特段の制限はなく、いわゆるヘリカルポートでもストレートポートでもよい。また、この態様においては、前記導入制御手段は、前記内燃機関の機関温度が所定値よりも低い冷間始動時の場合、前記シリンダの中央部にＥＧＲガスが偏在するように、前記副調整弁の開度を操作してもよい（請求項１９）。この場合には冷間始動時の着火性が向上するので、始動時間を短縮することができる。
【００１９】
本発明の排気還流装置の一態様としては、前記吸気装置は、前記スワール生成ポート内に設けられた前記接線流生成部と前記旋回流生成部との境界に配置されて、前記スワール生成ポートを仕切る仕切り部材を更に有してもよい（請求項２０）。これによれば、スワール生成ポート内に設けられた接線流生成部と旋回流生成部とを仕切り部材にて物理的に区分することができるので、接線流生成部と旋回流生成部とにＥＧＲガスを正確に分配することができる。その結果、ＥＧＲガスの偏在位置を正確に制御することができる。この態様においては、前記仕切り部材は、前記導入手段によるＥＧＲガスの導入位置よりも上流側に延びていてもよい（請求項２１）。この態様によれば、接線流生成部又は旋回流生成部の一方に導入したＥＧＲガスが仕切り板の上流側の端部を通って他方へ回り込むことを効果的に防止できるため、接線流生成部及び旋回流生成部へＥＧＲガスを更に正確に分配することができる。これらの態様においては、前記仕切り部材は、その下流側の端部に配置されて傾斜角度を変更できる可動部を有していてもよい（請求項２２）。この場合には、可動部の傾斜角度を適宜設定することにより、接線流の強さを調整できるようになるので、シリンダ内に生成されるスワールの強さを調整できる。また、前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動部の傾斜角度を制御する可動部制御手段を更に備えてもよい（請求項２３）。この場合には、内燃機関の運転状態に応じてスワールの強さを制御することが可能になる。
【００２０】
本発明の一態様としては、前記導入手段に空気を供給する空気供給手段と、ＥＧＲガスを前記導入手段を介して前記スワール生成ポートに導入できる排気導入状態と前記空気供給手段にて供給された空気を前記導入手段を介して前記スワール生成ポートに導入できる空気導入状態とを切り替える切替手段と、を更に備えてもよい（請求項２４）。この態様によれば、切替手段が排気導入状態から空気導入状態へ切り替えることにより、状況に応じてスワール生成ポート内に空気を導入することができる。この態様においては、前記排気導入状態から前記空気導入状態へ切り替えて、前記スワール生成ポート内に溜まるデポジットを空気の導入によって除去できるように、前記切替手段を制御する清掃制御手段を更に備えてもよい（請求項２５）。この場合にはスワール生成ポート内に溜まったデポジットを空気を導入することにより一掃することができる。また、この態様においては、前記清掃制御手段は、前記スワール生成ポート内に溜まるデポジットの量に応じて前記導入手段を操作することにより、前記導入手段にて前記スワール生成ポートに導入される空気の流速を変化させてもよい（請求項２６）。清掃制御手段が導入手段を操作することにより、空気の流量の変化に応じて流速も変化する。このため、例えば、デポジットの堆積量が多いほど流速を速くすることにより、空気の勢いが増すためデポジットを効果的に除去することができる。スワール生成ポートへの空気の導入によってデポジットを除去する場合には、前記内燃機関には、前記排気通路に配置されたタービンと前記吸気通路に配置されて前記タービンと一体回転可能なコンプレッサとを有したターボチャージャーと、前記コンプレッサの下流側の前記吸気通路に配置されて空気を冷却する冷却手段とが設けられており、前記空気供給手段は、前記コンプレッサの下流側かつ前記冷却手段の上流側の前記吸気通路から空気を取り出して前記導入手段に供給してもよい（請求項２７）。この場合には、コンプレッサに加圧され、かつ冷却手段によって冷却される前の比較的温度の高い空気をスワール生成ポート内に導入できるので、デポジット除去効果が向上する。
【００２１】
本発明の一態様としては、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有するとともに、前記燃料噴射弁による燃料の噴射が、所定時期に行われるメイン噴射と前記メイン噴射よりも少量の燃料にて前記所定時期よりも前に行われるパイロット噴射とに分割されたパイロット噴射モードを実行できるように構成され、前記導入制御手段は、前記パイロット噴射モードが実行される場合に、前記パイロット噴射による混合気が前記シリンダ内に形成される領域とは異なる領域にＥＧＲガスが偏在するように、前記導入手段を操作して前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項２８）。この態様によれば、パイロット噴射による混合気が形成される領域と異なる領域にＥＧＲガスを偏在させることができるので、パイロット噴射による予熱効果をＥＧＲガスの導入によって損なうことを防止できる。
【００２２】
本発明の一態様としては、前記内燃機関は、前記シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有するとともに、前記燃料噴射弁による燃料の噴射が、所定時期に行われるメイン噴射と前記メイン噴射よりも少量の燃料にて前記所定時期よりも後に行われるアフター噴射とに分割されたアフター噴射モードを実行できるように構成され、前記導入制御手段は、前記アフター噴射モードが実行される場合に、前記アフター噴射による燃焼が行われる領域にＥＧＲガスが偏在するように、前記導入手段を操作して前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御してもよい（請求項２９）。この態様によれば、アフター噴射による燃焼が行われる領域にＥＧＲガスを偏在させることができるので、アフター噴射による燃焼温度を低下させることができる。これにより、アフター噴射によるスモーク低減効果を維持しつつ窒素酸化物の発生を抑制できる。
【００２３】
本発明の一態様としては、前記シリンダの半径方向に関する前記シリンダ内のＥＧＲガスの分布を、前記シリンダ内に照射された赤外レーザを受光することにより測定するガス分布測定手段と、前記ガス分布測定手段が測定したＥＧＲガスの分布が前記内燃機関の運転状態に応じて予め設定された基準分布に一致するように前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ補正する補正手段と、を更に備えてもよい（請求項３０）。赤外レーザは二酸化炭素によりエネルギーが吸収されるため、ＥＧＲガスが存在する領域を通過した赤外レーザの光強度は低下する。この態様によれば、このような赤外レーザの性質を利用し、シリンダ内に照射された赤外レーザを受光してその光強度を解析することにより、シリンダ内のＥＧＲガスの分布を測定することができる。このように測定したＥＧＲガスの分布が予め設定された基準分布に一致するようにＥＧＲガスの導入量が補正されるので、より的確な位置にＥＧＲガスを偏在させることができるようになる。
【００２４】
本発明の一態様としては、前記シリンダの半径方向に関する前記シリンダ内のＥＧＲガスの分布を、前記シリンダ内への紫外レーザの照射による蛍光を受光することにより測定するガス分布測定手段と、前記ガス分布測定手段が測定したＥＧＲガスの分布が前記内燃機関の運転状態に応じて予め設定された基準分布に一致するように前記接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量と前記旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ補正する補正手段と、を更に備えてもよい（請求項３１）。紫外レーザが一酸化窒素分子に照射されるとその分子は蛍光する。この態様によれば、シリンダ内に照射された紫外レーザによる蛍光を受光することにより、シリンダ内のＥＧＲガスの分布を測定することができる。このように測定したＥＧＲガスの分布が予め設定された基準分布に一致するようにＥＧＲガスの導入量が補正されるので、より的確な位置にＥＧＲガスを偏在させることができるようになる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、吸気装置にＥＧＲガスを導入する導入手段が内燃機関の運転状態に応じて操作されて、シリンダ内に接線流を導く接線流生成部へのＥＧＲガスの導入量及びシリンダ内に旋回流を導く旋回流生成部へのＥＧＲガスの導入量がそれぞれ制御されるため、内燃機関の運転状態に応じてシリンダ内にＥＧＲガスが偏在する位置を変えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の形態）
図１は本発明の一形態に係る排気還流装置が適用された内燃機関の要部を示した全体図であり、図２は図１の内燃機関の一部を拡大して示した斜視図である。内燃機関１は不図示の車両に走行用動力源として搭載され、４つ（図では１つ）のシリンダ２が一列に並べられた直列４気筒のディーゼルエンジンとして構成されている。各シリンダ２はシリンダブロック３に形成されており、各シリンダ２の上部はシリンダヘッド４にて塞がれる。各シリンダ２にはピストン５が往復運動自在に設けられ、ピストン５はコンロッド７を介してクランクシャフト６に連結される。各シリンダ２の天井面には燃料噴射弁８がその先端をシリンダ２内に臨ませるようにしてシリンダ２の中央部に設けられている。燃料噴射弁８は不図示のコモンレールに接続されて所定燃圧の燃料が供給されるようになっている。
【００２７】
各シリンダ２には吸気通路１０及び排気通路１１がそれぞれ接続されている。吸気通路１０は、シリンダ２に開口するようにしてシリンダヘッド４に形成されて一つのシリンダ２に対して二つずつ設けられた吸気ポート１２、１３と、各吸気ポート１２、１３に接続される吸気マニホールド１４とを含んでいる。これらを含んだ吸気通路１０は本発明に係る吸気装置に相当する。各吸気ポート１２、１３のシリンダ２側の開口部は吸気弁１５にて開閉される。図２に示すように、吸気ポート１２、１３は互いに構造が異なっており、一方の吸気ポート１２は本発明に係るスワール生成ポートに、他方の吸気ポート１３は本発明に係る追従ポートにそれぞれ相当する。吸気ポート１２はシリンダ２へ空気を導く過程で、シリンダ２の内周面の接線方向に向かう接線流Ｓｔを生成し、かつシリンダの中心線ＣＬと交差する面内を旋回しながら中心線ＣＬの方向へ向かう旋回流Ｓｒを生成できるように構成されている。一方、吸気ポート１２の隣に配置された吸気ポート１３は、周知のヘリカルポートとして構成され、上記と同様の旋回流Ｓｒを生成して主にシリンダ２へ導かれる空気の流量を確保する。追従ポート１３としては中心線ＣＬ方向へ空気を導くことができる周知のストレートポートとして構成してもよい。なお、以下の説明では、二つの吸気ポート１２、１３に関し、特に断わりなく吸気ポート１２をスワール生成ポートと表示し、吸気ポート１３を追従ポートと表示することによって、両者を区別する場合がある。
【００２８】
図３はスワール生成ポート１２の詳細を示し、シリンダ２の上方から見た平面図とａ〜ｄの各断面図とがそれぞれ示されている。スワール生成ポート１２は、シリンダ２に開口する開口部１６と、吸気弁１５のステム部の周りに沿って湾曲しながら開口部１６に続くヘリカル部１７と、ヘリカル部１７の上流側（シリンダ２から離れる側）に接続された導入部１８とを備えている。導入部１８は図３のａ−ａ及びｂ−ｂの各断面図に示すように、シリンダ２の上下方向に関して上側に位置する上層部１８ａと下側に位置する下層部１８ｂとを有する。これら上層部１８ａ及び下層部１８ｂは上下に隣接するようにしてスワール生成ポート１２内に設けられる。導入部１８は上層部１８ａの横幅Ｗ１が下層部１８ｂの横幅Ｗ２よりも狭く、かつヘリカル部１７に近付くに従ってこれらの領域の横幅の差が徐々に拡大するように構成されている。つまり、上層部１８ａはヘリカル部１７に近づくに従って徐々に絞り込まれるように構成されている。
【００２９】
ヘリカル部１７は、図３のｃ−ｃ及びｄ−ｄの各断面図に示すように、開口部１６に向かって湾曲する過程でシリンダ２の上下方向に関する高さｈが漸次低くなるように構成されている。スワール生成ポート１２によれば、これに導かれる空気が導入部１８の下層部１８ｂを通過することで、接線流Ｓｔが形成され、空気が導入部１８の上層部１８ａ及びこれに続くヘリカル部１７を通過することで、旋回流Ｓｒが形成される。これによって、図２に示すように、所用の吸気流量を確保しつつシリンダ２内にその内周面の周方向に沿うスワールＦｓｗが生成される。即ち、図示の形態の下層部１８ｂが本発明に係る接線流生成部に相当し、上層部１８ａ及びヘリカル部１７が本発明に係る旋回流生成部に相当する。
【００３０】
図１に示すように、排気通路１１はシリンダ２に開口するようにしてシリンダヘッド４に形成された複数の排気ポート２０と排気ポート２０に接続される排気マニホールド２１とを含んでいる。図示しないが、排気ポート２０は一つのシリンダ２に対して二つずつ設けられる。各排気ポート２０のシリンダ２側の開口部は排気弁２２にて開閉される。吸気弁１５及び排気弁２２はその開閉タイミングがクランクシャフト６の回転と同期するようにして動弁装置２３にて駆動される。吸気通路１０には空気濾過用のエアフィルタ２５、空気流量を検出するエアフローメータ２６、ターボチャージャー２７のコンプレッサ２７ａ及びターボチャージャー２７にて加圧された空気を冷却する冷却手段としてのインタークーラ２８がそれぞれ設けられている。排気通路１１にはターボチャージャー２７のタービン２７ｂ及び排気を浄化するための排気浄化装置２９がそれぞれ設けられている。ターボチャージャー２７はコンプレッサ２７ａとタービン２７ｂとが一体回転する周知のものである。
【００３１】
内燃機関１には排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路１０に導入する排気還流装置３０が設けられている。排気還流装置３０は排気通路１１から取り出したＥＧＲガスを導く排気還流通路３１と、ＥＧＲガスを冷却する冷却装置３２と、排気還流通路３１が導くＥＧＲガスを吸気通路１０に導入するための導入装置３３とを備えている。排気還流通路３１の入口側は排気マニホールド２１に接続されている。つまり排気還流装置３０のＥＧＲガスの取出位置３１ａはタービン２７ｂの上流側に設定されている。図２に示すように、排気還流通路３１の出口側は、二つの分岐通路４１、４２に分岐されている。分岐通路４１は本発明に係る第１の導入通路に、分岐通路４２は本発明に係る第２の導入通路にそれぞれ相当する。以下、これらを互いに区別するため、下側分岐通路４１及び上側分岐通路４２と表示する場合がある。二つの分岐通路４１、４２はスワール生成ポート１２と吸気マニホールド１４との間に介在する筒状のスペーサ４３に接続される。詳しくは、下側分岐通路４１はスペーサ４３に形成された下側の開口部４５に、上側分岐通路４２はスペーサ４３に形成された上側の開口部４６にそれぞれ接続される。吸気通路１０はその一部としてスペーサ４３も含むので、二つの分岐通路４１、４２は吸気通路１０の異なる位置に開口する。図示の形態では分岐通路４１、４２は吸気通路１０の上下の内壁にそれぞれ開口する。下側分岐通路４１には調整弁５１が、上側分岐通路４２には調整弁５２がそれぞれ設けられている。各調整弁５１、５２は開度を自在に変更してＥＧＲガスの導入量を変化させることができる。調整弁５１は本発明に係る第１の調整弁に、調整弁５２は本発明に係る第２の調整弁にそれぞれ相当する。調整弁５１は駆動装置５３により、調整弁５２は駆動装置５４によりそれぞれ駆動される。
【００３２】
図４は図２の矢印IVの方向から見た状態を示している。この図から明らかなように、下側分岐通路４１は破線で示すＥＧＲガスをスワール生成ポート１２の下側、つまり下層部１８ｂの側に導入し、上側分岐通路４２はＥＧＲガスをスワール生成ポート１２の上側、つまり上層部１８ａの側に導入する（図３も参照）。上述のように、スワール生成ポート１２は空気をシリンダ２に導く過程で接線流Ｓｔと旋回流Ｓｒとをそれぞれ生成し、これらの流れがシリンダ２に導入される。これにより、シリンダ２内に位置的に不均一な流れ場が形成される。つまり、シリンダ２の内周面に沿ったスワールＦｓｗが形成されるとともに、シリンダ２の中心部にはスワールＦｓｗよりも流速の遅い流れが形成される。下側分岐通路４１にて下層部１８ｂの側に、上側分岐通路４２にて上層部１８ａの側にＥＧＲガスがそれぞれ導入されることにより、ＥＧＲガスはスワール生成ポート１２が生成する接線流Ｓｔ及び旋回流Ｓｒのそれぞれに乗ってシリンダ２に導入される。接線流Ｓｔに乗ったＥＧＲガスはシリンダ２のスワールＦｓｗによって半径方向外側に主に導かれる。一方、旋回流Ｓｒに乗ったＥＧＲガスはシリンダ２の中央部に主に導かれる。つまり、シリンダ２内に層状のＥＧＲガスを導入できる。換言すれば、シリンダ２内に、ＥＧＲガスの濃度がその半径方向に変化する濃度分布を作ることができる。その濃度分布はＥＧＲガスの導入位置に依存して変化するので、二つの調整弁５１、５２の開度を操作することによりＥＧＲガスが偏在する位置を変えることができる。本実施形態は、スワール生成ポート１２が持つこのような性質を利用して、下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量と上側分岐通路４２によるＥＧＲガスの導入量とを内燃機関１の運転状態に応じてそれぞれ変化させることにより、シリンダ２内にＥＧＲガスを偏在させる位置を変える。
【００３３】
二つの調整弁５１、５２の開度制御は内燃機関１の運転状態を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６０が各駆動装置５３、５４の動作を制御することにより実現される。ＥＣＵ６０は不図示のマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置を備えたコンピュータであり、主として内燃機関１の燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射率等の各種運転パラメータを各種センサからの入力信号を参照して制御する。各種センサとしては、上述したエアフローメータ２６の他に、内燃機関１の回転数（回転速度）に応じた信号を出力できるクランク角センサ６１、機関温度を代表する物理量として用いられる冷却水温に応じた信号を出力できる水温センサ６２及び大気圧に応じた信号を出力できる気圧センサ６３などがある。これら以外にも、アクセル開度センサや過給圧センサなどからの信号がＥＣＵ６０に入力されるが図示を省略する。
【００３４】
図５は本発明に関連してＥＣＵ６０が実行する排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ６０のＲＯＭに保持されており、適時に読み出されて所定の演算間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ６０は、まずステップＳ１で内燃機関１の運転状態として例えば機関回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑを取得する。機関回転数Ｎｅはクランク角センサ６１の信号に基づいて取得される。燃料噴射量Ｑとしては図５と並行して実行される燃料噴射制御（不図示）の演算結果が使用される。次に、ステップＳ２において、図２に示した調整弁５１と調整弁５２との開度比を設定する。この開度比は下側分岐通路４１が導入するＥＧＲガスの導入量と上側分岐通路４２が導入するＥＧＲガスの導入量との比（下側：上側）と同じ意義を持つ。開度比は機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに応じて設定される。図６は開度比を設定するためにＥＣＵ６０が参照するマップの一例を示している。この図から明らかなように、調整弁５１と調整弁５２との開度比は、燃料噴射量Ｑが多いほど、スワール生成ポート１２に導入されるＥＧＲガスの導入量に対する下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように設定されている。なお、図に示す具体的数値は一例にすぎない。また、この比率を０％として上側分岐通路４２のみから、又はこの比率を１００％として下側分岐通路４１のみからＥＧＲガスを導入するような開度比を設けることもできる。つまり、開度比を０：１０又は１０：０とする場合を図示のマップの設定値に含めることもできる。
【００３５】
ここで、図６のように開度比を設定する理由について、図８〜図９を参照して説明する。図８は燃料噴射量が少ない場合のＥＧＲガスと燃料噴霧との関係を、図１０は燃料噴射量が多い場合のＥＧＲガスと燃料噴霧との関係を、図９は燃料噴射量が図８と図１０との中間程度の場合のＥＧＲガスと燃料噴霧との関係をそれぞれ示した説明図である。これらの図に示すように、内燃機関１は燃料噴射弁８がシリンダ２の中央部から放射状に燃料を噴射する。その燃料噴霧Ｆはその先端部から燃焼が開始して高温の燃焼場を形成する。図８と図１０とを比較すれば明らかなように、燃料噴霧Ｆの先端部の位置は燃料噴射量が多いほどシリンダ２の中心から離れた位置に、換言すれば燃料噴射量が多いほどシリンダ２の半径方向外側の位置に変化する。つまり噴射された燃料が燃焼する位置は燃料噴射量が多いほどシリンダ２の中心から離れる。
【００３６】
一方、下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率が高いほど、それだけスワール生成ポート１２の下層部１８ｂにＥＧＲガスが導かれる割合が増える。そのため、スワール生成ポート１２が生成する接線流ＳｔにＥＧＲガスが乗る量、換言すればＥＧＲガスが接線流Ｓｔに随伴する量は、その比率が高いほど増加する。これにより、その比率が高いほどシリンダ２の内周面に近い位置に高濃度のＥＧＲガスを層状に偏在させることができる。つまり、図８に示すように、燃料噴射量が少ない場合はその比率が低くなるように開度比が設定されているため、ＥＧＲガスＧはシリンダ２の中央部に偏在することによって、燃料噴霧Ｆが燃焼する領域はＥＧＲガスＧにて効率的に冷却される。また、図１０に示すように、燃料噴射量が多い場合はその比率が高くなるように開度比が設定されているため、ＥＧＲガスＧはシリンダ２の内周面に近い領域に偏在することによって、燃料噴霧Ｆが燃焼する領域はＥＧＲガスＧにて効率的に冷却される。また、図９に示す中間の燃料噴射量においても、図１０の場合よりもＥＧＲガスＧが偏在する領域がシリンダ２の中心側に変化するので、燃料噴霧Ｆが燃焼する領域はＥＧＲガスＧにて効率的に冷却される。従って、燃料噴射量が多いほど、下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率を高めることによって、燃料噴霧の先端部の位置にＥＧＲガスを偏在させることができるようになる。こうした考えに基づいて、ＥＧＲガスが適切な領域に（噴射された燃料が燃焼する領域に）配置されるように図６の開度比が設定されている。
【００３７】
図５に戻り、ステップＳ２で開度比を設定した後に、ステップＳ３に進んで燃料の噴射時期が所定範囲内にあるか否かを判定する。燃料噴霧の伸長具合は燃料噴射弁８から燃料が噴射される時の雰囲気圧（筒内圧）に強く依存する。つまり圧縮上死点よりも早期に燃料が噴射された場合には燃料噴霧の伸長が過度に進んでいわゆる予混合気を形成する。このような予混合気が形成される場合の燃料噴霧とＥＧＲガスとの関係を図１１に示す。図１１から明らかなように、図８〜図１０に示す形態と対照的に、燃料噴霧の放射状の痕跡が消失して混合気の塊Ｈとして存在する。このように、噴射時期に応じて燃焼が行われる領域が変化するため、ステップＳ３ではその変化に合わせて開度比を補正をする必要性を判断することを目的として噴射時期を判定する。所定範囲は開度比の補正の要否を基準として設定される。噴射時期が所定範囲内の場合は補正の必要がなく、所定範囲外の場合は補正の必要がある。噴射時期が所定範囲外の場合はステップＳ４に進み開度比を補正する。燃料噴射時期が所定範囲内にある場合はステップＳ５に進む。
【００３８】
図７は開度比の補正方法を説明する説明図である。この図に示すように、噴射時期が上死点ＴＤＣよりも遅角側の時期Ａから進角側の時期Ｂまでの間は補正比率は１に設定される。つまり、時期Ａから時期Ｂまでの範囲は上述した所定範囲に相当し、開度比の補正は行われないことを示している。噴射時期が時期Ａよりも早い場合は、噴射時期が早いほど上述した混合気の塊が生成される傾向となる。そのため、ＥＧＲガスがシリンダ２の中央部に偏在させる方向に、つまりシリンダ２の半径方向外側へのＥＧＲガスの偏在が緩和される方向に開度比を補正する。換言すれば、下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率を減少する方向に補正する。図示の括弧内に示したように、例えばステップＳ２で開度比が８：２（下側：上側）に設定された場合は、最も補正される補正比率０．２５の状態でその開度比は２：８まで補正される。一方、時期Ｂよりも遅い場合も筒内圧は下がるため噴射燃料の混合が促進し、時期Ａよりも早い状況と同様となる。そのため、噴射時期が時期Ｂよりも遅いほど、下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率を減少する方向に補正する。このように、開度比が補正されることにより、燃料噴射時期の変化に伴う燃焼形態の変化に対応させてＥＧＲガスを導入することができる。
【００３９】
図５に戻り、ステップＳ５においては、上述した開度比を維持しつつ調整弁５１、５２のそれぞれに与える最終的な開度量を設定する。この開度量は機関回転数と燃料噴射量（負荷）に応じて算出されるＥＧＲガス量に基づいて設定される。ＥＧＲガス量は不図示のマップを参照することにより取得し、そのＥＧＲガス量のＥＧＲガスが導入されるように調整弁５１、５２のそれぞれに与える最終的な開度量を設定する。この開度量の設定は、ＥＧＲガス量と開度比とを変数として、調整弁５１の開度量及び調整弁５２の開度量を与えるマップを参照することにより実現できる。
【００４０】
次に、ステップＳ６ではステップＳ５で設定した開度量が得られるように、駆動装置５３及び駆動装置５４をそれぞれ操作することにより調整弁５１及び調整弁５２の開度をそれぞれ操作して、今回のルーチンを終了する。
【００４１】
以上の形態では、燃料噴射量に応じて調整弁５１と調整弁５２との開度比、つまりスワール生成ポート１２に導入されるＥＧＲガスの導入量に対する下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率を設定することにより、燃料が燃焼する領域にＥＧＲガスを偏在させているが、燃料噴射量と同様に噴射燃料の形態と相関する物理量、例えば内燃機関１の負荷、燃料噴射弁８による燃料噴射の貫徹力に応じて調整弁５１、５２の開度比を設定することにより、上述と同様の効果を得ることができる。即ち、内燃機関１の負荷が高いほど、貫徹力が高いほど、燃料噴霧の先端部の位置はシリンダ２の半径方向外側に変化する。従って、燃料噴射量に基づく上述した制御と同様に、内燃機関１の負荷が高くなるほど、下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量と上側分岐通路４２によるＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御することもできる。また、燃料噴射弁８による燃料噴射の貫徹力が高くなるほど、下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように、下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量と上側分岐通路４２によるＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御することもできる。
【００４２】
また、燃料噴霧の先端部の位置はシリンダ２内に生成されるスワールＦｓｗの強さに応じて変化するため、スワールＦｓｗの強さに応じて調整弁５１と調整弁５２との開度比を補正してもよい。即ち、スワールＦｓｗが強くなるほど、燃料噴霧の先端部がスワールＦｓｗによって周方向に折り曲げられ易くなる。そのため、スワールＦｓｗが弱い場合と比べると燃焼が行われる領域がシリンダ２の中心側に移動する。そこで、図１２及び図１３に示す制御を行ってもよい。図１２はスワールの強さに応じた開度比の補正を行うことができる制御ルーチンの変形例を示し、図１３はその補正方法を説明する説明図である。図１２のルーチンは図５のステップＳ４とステップＳ５の間に新たなステップＳ１０を追加したものである。ステップＳ１０において、ＥＣＵ６０はスワールＦｓｗの強さに応じて開度比を補正する。即ち、図１３に示すように、スワールＦｓｗの強さが強いほど、スワール生成ポート１２に導入されるＥＧＲガスの導入量に対する下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率を減少方向に補正する。これにより、スワールＦｓｗの強さの変化に伴う燃焼が行われる領域の変化に対応させてＥＧＲガスを導入することができる。スワールＦｓｗの強さは、これに相関する物理量、例えばスワール比、スワール速度に基づいて把握することが可能である。
【００４３】
以上の第１の形態において、ＥＣＵ６０は、図５又は図１２の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る導入制御手段として、図５若しくは図１２のステップＳ４又は図１２のステップＳ１０を実行することにより、本発明に係る比率補正手段として、それぞれ機能する。
【００４４】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図１４及び図１５を参照して説明する。第２の形態は排気還流制御の内容を除き第１の形態と同一である。従って、内燃機関の物理的構成については図１〜図４が参照される。第２の形態は、内燃機関１の低温時に燃料の着火性を向上させるために機関温度に応じてＥＧＲガスを偏在させる位置を変えるものである。内燃機関１は暖機完了前の冷間時にはＥＧＲガスの温度が相対的に高温になるので、噴射燃料をシリンダ２内のＥＧＲガスに通過させることにより噴射燃料の蒸発を促して着火性を向上させることができる。図１４は第２の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。この図に示すように、まずＥＣＵ６０はステップＳ２１で内燃機関１の機関温度を取得する。ここでは、機関温度を代表する物理量として冷却水の水温Ｔｗを水温センサ６２の出力信号に基づいて取得する。次に、ステップＳ２２で水温Ｔｗが所定値Ｔｗｔｈよりも低いか否かを判定する。所定値Ｔｗｔｈは着火性が悪化する温度範囲の上限に設定され、その温度範囲は例えば暖機完了前の温度範囲である。水温Ｔｗが所定値Ｔｗｔｈ以上の場合は、着火性が悪化するおそれがないので、以後の処理をスキップする。
【００４５】
一方、水温Ｔｗが所定値Ｔｗｔｈよりも低い場合は、ステップＳ２３に進み、水温Ｔｗに応じて調整弁５１と調整弁５２との開度比を設定する。図１５はその開度比の設定方法を説明する説明図である。この図から明らかなように、その開度比は、水温Ｔｗが低いほど、スワール生成ポート１２に導入されるＥＧＲガスの導入量に対する上側分岐通路４２によるＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように設定される。言い換えれば、水温Ｔｗが低いほど、スワール生成ポート１２に導入されるＥＧＲガスの導入量に対する下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように設定される。次に、ステップＳ２３で設定された開度比を維持しつつ調整弁５１及び調整弁５２に与える開度量を設定する。そして、ステップＳ２５において、ステップＳ２４で設定した開度量が得られるように駆動装置５３及び駆動装置５４をそれぞれ操作することにより調整弁５１及び調整弁５２の開度をそれぞれ操作して、今回のルーチンを終了する。
【００４６】
第２の形態によれば、水温Ｔｗが低くなるほど、燃料噴射弁８が燃料を噴射するシリンダの中央部にＥＧＲガスが偏在するようになるため、そのＥＧＲガスを噴射燃料が通過することによりＥＧＲガスと噴射燃料との間で熱交換が行われて噴射燃料が昇温する。これにより、噴射燃料の蒸発が促進されて着火性が向上する。この形態の排気還流制御は、内燃機関１の始動時に又はアイドリングストップ等からの再始動時に実行することも可能である。その場合には、着火性の向上により始動時間を短縮することができる。
【００４７】
（第３の形態）
次に、本発明の第３の形態を図１６〜図２３を参照して説明する。以下、第１の形態と同一部分には各図に同一符号を付して説明を省略する。また、第３の形態の全体図は図１と同一であるので図１が適宜参照される。図１６は第３の形態に係る内燃機関の一部を拡大して示した斜視図である。図１６に示すように、第３の形態の導入装置３３はＥＧＲガスをスワール生成ポート１２の他に追従ポート１３にも導入できるように構成されている。排気還流通路３１の出口側は下側分岐通路４１及び上側分岐通路４２に分岐されるとともに、副導入通路としての副分岐通路７０にも分岐されている。副分岐通路７０は追従ポート１３と吸気マニホールド１４との間に介在する筒状のスペーサ７１に接続される。詳しくは、副分岐通路７０はスペーサ７１に形成された上側の開口部７２に接続される。なお、副分岐通路７０が開口する位置は特に制限はなく、副分岐通路７０はスペーサ７１の任意の位置に開口することができる。副分岐通路７０には、それを通じたＥＧＲガスの導入量を調整できる副調整弁７３が設けられている。副調整弁７３は調整弁５１、５２と同じように開度を自在に変更できるように構成されており、駆動装置７４にて駆動される。図１７は図１６の矢印XVIIの方向から見た状態を示している。この図に示すように、副分岐通路７０は破線で示すＥＧＲガスを追従ポート１３の上側に導入する。追従ポート１３はヘリカルポートとして構成されているので、追従ポート１３に導入されたＥＧＲガスは旋回流Ｓｒに乗って主にシリンダ２の中央部に導入される。
【００４８】
副調整弁７３の開度制御はＥＣＵ６０が駆動装置７４の動作を制御することにより実現される。ＥＣＵ６０はスワール生成ポート１２側の各調整弁５１、５２の開度制御と副調整弁７３の開度制御とを連係させるため図１８に示した制御を実行する。図１８は第３の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。この図において、第１の形態と同一の処理には同一符号を付して説明を省略する。図１８に示すように、ＥＣＵ６０はステップＳ５において調整弁５１及び調整弁５２のそれぞれの開度量を設定した後に、ステップＳ３１に進んで内燃機関１が暖機完了状態にあるか否かを判定する。ステップ５では、副調整弁７３の開度は全閉に設定される。ステップＳ３１では、水温センサ６２（図１参照）の出力信号に基づいて水温を取得し、その水温が所定値を超えるか否かにより暖機完了か暖機未了かを判定する。内燃機関１が暖機完了状態にあるときは、ステップＳ３４に進み、暖機未了状態にあるときは、ステップＳ３２に進む。
【００４９】
ステップＳ３２では、スワール生成ポート１２側へのＥＧＲガスの導入量（主導入量）と追従ポート１３側へのＥＧＲガスの導入量（副導入量）との比を設定する。図１９は水温（機関温度）と主導入量及び副導入量のそれぞれとの関係を示した説明図である。この図から明らかなように、ステップＳ３２では機関温度が低いほど、主導入量と副導入量との合計である全導入量に対する副導入量の比率が高くなるように主導入量と副導入量との比を設定する。次に、ステップＳ３３において、ステップＳ２で設定した開度比を維持しつつ調整弁５１及び調整弁５２のそれぞれの開度量を、主導入量と副導入量との比に基づいて再設定する。更に、その比に基づいて副調整弁７３の開度量を設定する。そして、ステップＳ３４に進み、調整弁５１、調整弁５２及び副調整弁７３の開度が設定開度量となるように、各駆動装置５３、５４、７４を操作して今回のルーチンを終える。
【００５０】
図２０及び図２１は暖機未了の場合の燃料噴霧とＥＧＲガスとの関係を説明する説明図であり、図２０は機関温度が低く燃料噴射量が多い場合を、図２１は機関温度が図２０の場合よりも高く燃料噴射量が同等の場合をそれぞれ示す。図２０に示すように、機関温度が低い場合は全導入量に対する副導入量の比率が高いので、シリンダ２の中央部に多くのＥＧＲガスＧが偏在する。そして、主噴射量に関しては、燃料噴射量に応じて下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量と上側分岐通路４２によるＥＧＲガスの導入量との比が既述の通り制御されるので、燃料噴霧Ｆの先端部にＥＧＲガスが偏在する。なお、機関温度が低い場合は窒素酸化物の排出量も減るため、燃料噴霧Ｆの先端部に偏在するＥＧＲガスＧの絶対量が減少しても問題はない。一方、図２１に示すように、機関温度が図２０の状態よりも高いと着火性は改善されるので、副導入量の比率が低下方向に設定されてシリンダ２の中央部に偏在するＥＧＲガスＧの量はその改善に見合うだけ減量される。要するに、機関温度が低いほど燃料の着火性が悪化するが、機関温度が低いほど副導入量の比率が高くなるので、機関温度が低いほど多くのＥＧＲガスがシリンダ２の中央部に偏在して着火性を改善できる。更に、主導入量に関しては第１の形態と同様に燃料が燃焼する領域にＥＧＲガスが偏在するため窒素酸化物の排出を抑制できる。
【００５１】
第３の形態においては、追従ポート１３がシリンダ２の中央部に向かう吸気流を形成できるものであれば特に制限はない。また、追従ポート１３の開口位置も適宜設定してよい。図２２は追従ポートの他の形態を示した図である。図２２のように追従ポート１３をストレートポートとして構成するとともに、追従ポート１３の開口位置がスワール生成ポート１２の開口位置よりもシリンダ２の中心側に設定されてもよい。図２２のように構成することで、追従ポート１３を利用してＥＧＲガスをシリンダ２に導入する際に、そのＥＧＲガスをシリンダ２の中央部に導き易くなる。
【００５２】
また、内燃機関１の始動時に又はアイドリングストップ等からの再始動時に、副導入量の比率を高めて、場合によっては副導入量の比率を１００％として図２３のようにＥＧＲガスＧをシリンダ２の中央部に偏在させることにより、着火性を向上させて始動時間の短縮化を図ることができる。
【００５３】
（第４の形態）
次に、本発明の第４の形態を図２４〜図２６を参照して説明する。第４の形態はスワール生成ポートの内部構造を除き第１の形態と同一であるため、第１の形態と同一部分には図面に同一符号を付して説明を省略する。また、内燃機関の構成等については図１〜４の各図が適宜に参照される。図２４は第４の形態の要部を示した断面模式図である。図２４に示すように、第４の形態にはスワール生成ポート１２を上下に仕切る仕切り部材としての仕切り板７６が設けられている。仕切り板７６はスワール生成ポート１２の上層部１８ａと下層部１８ｂとの境界に配置されていて、上流側の入口からヘリカル部１７まで延びている。仕切り板７６は下層部１８ｂを流れるガスの流速を高める効果がある。図２５はスワール比と流量係数との関係について、仕切り板７６がある場合とない場合とをそれぞれ示す。この図から明らかなように、仕切り板７６がある本形態の場合は流量係数の低下を招かずにスワール比を高めることができる。また、仕切り板７６により上層部１８ａ及び下層部１８ｂのそれぞれを流れるガス相互間の干渉や混合を防止できるので、上層部１８ａ及び下層部１８ｂへのＥＧＲガスの分配が正確になり、ひいてはシリンダ２内のＥＧＲガスの濃度差を際立たせることが可能となる。
【００５４】
図２６は第４の形態の変形例を示している。図示の例では、仕切り板７６に続いて吸気マニホールド１４及びスペーサ４３をそれぞれ仕切る補助仕切り板７７が設けられている。この場合、仕切り板７６及び補助仕切り板７７の組み合わせが本発明に係る仕切り部材に相当する。補助仕切り板７７はＥＧＲガスの導入位置よりも上流側に延びている。そのため、上層部１８ａ又は下層部１８ｂのいずれか一方に導入されたＥＧＲガスが補助仕切り板７７の上流側の端部を通って他方へ回り込むことを効果的に防止できる。これにより、上層部１８ａ及び下層部１８ｂへのＥＧＲガスの分配の正確性を向上できる。
【００５５】
（第５の形態）
次に、本発明の第５の形態を図２７〜図３４を参照して説明する。第５の形態は仕切り部材の構成が第４の形態と相違するものである。図２７は第５の形態の要部を示した断面模式図である。図２７に示すように、第５の形態の仕切り部材としての仕切り板７８は、本体７９とその本体７９に回転可能に連結されて下流側の端部に配置される可動部８０とを備えている。可動部８０は回転軸８０ａを介して本体７９に取り付けられている。図２７に破線で示すように、可動部８０は回転軸８０ａの回りに回転して上側位置ａから下側位置ｂまでの間で傾斜角度を変更できるように構成されている。図２８は可動部８０が下側位置ｂに傾斜した状態を、図２９は可動部８０が上側位置ａに傾斜した状態をそれぞれ示す。図２７〜図２９に示すように、位置ａと位置ｂとの間には中立位置ｃが設定され、可動部８０が中立位置ｃに保持されると第４の形態と同一の効果を発揮する。回転軸８０ａは不図示の駆動装置に取り付けられており、その駆動装置の動作はＥＣＵ６０にて制御され、これにより可動部８０の傾斜角度が制御されるようになっている。
【００５６】
ＥＣＵ６０は内燃機関１の運転状態に応じて可動部８０の傾斜角度を制御する。図２８に示すように、可動部８０が下側位置ｂに制御された場合は下層部１８ｂが絞られるため接線流Ｓｔの流速が速くなる。それにより、スワールＦｓｗの流速が速くなる結果、スワールＦｓｗはシリンダ２の内周面に沿って幅Ｗが狭い状態で旋回する。これに対し、図２９に示すように、可動部８０が上側位置ａに制御された場合は下層部１８ｂが広げられるため接線流Ｓｔの流速が遅くなる。それにより、スワールＦｓｗの流速が遅くなる結果、スワールＦｓｗはシリンダ２の内周面に沿って幅Ｗが広い状態で旋回する。従って、可動部８０の傾斜角度を変化させることで、スワールＦｓｗの強さ（流速）を変えることができる。このようなことから、接線流Ｓｔに随伴させるＥＧＲガスの量が同じであっても、可動部８０の傾斜角度を変化させることによりシリンダ２内に偏在するＥＧＲガスの位置を変えることができる。
【００５７】
図３０〜図３４はシリンダ２内のＥＧＲガスＧ及び燃料噴霧Ｆのそれぞれの状態を示した説明図である。図３０は下層部１８ｂにＥＧＲガスを全量導入し、かつ可動部８０を中立位置ｃに保持した場合を、図３１は下層部１８ｂにＥＧＲガスを全量導入し、かつ可動部８０を下側位置ｂに保持した場合を、図３２は上層部１８ａにＥＧＲガスを全量導入し、かつ可動部８０を下側位置ｂに保持した場合をそれぞれ示す。図３０と図３１とを比較してみると、図３１の場合は可動部８０を下側位置ｂに制御することでスワールＦｓｗの強さが図３０の場合よりも強くなる結果、ＥＧＲガスＧを図３０の場合よりも幅狭の状態で高濃度に偏在させることができる。また、図３１と図３２とを比較してみると、図３２の場合はＥＧＲガスを接線流Ｓｔに乗せていないため、ＥＧＲガスＧを図３１の場合よりもシリンダ２の内側に低濃度で配置することができる。
【００５８】
図３３は、下層部１８ｂにＥＧＲガスを全量導入し、かつ可動部８０を上側位置ａに保持した場合を、図３４は上層部１８ａにＥＧＲガスを全量導入し、かつ可動部８０を上側位置ａに保持した場合をそれぞれ示す。図３０と図３３とを比較してみると、図３３の場合は可動部８０が上側位置ａに制御されることによりスワールＦｓｗの強さが図３０の場合よりも弱められる結果、図３０の場合よりもＥＧＲガスＧを幅広の状態で低濃度に偏在させることができる。また、図３３と図３４とを比較すると明らかなように、図３４の場合はＥＧＲガスＧを接線流Ｓｔに乗せないため、ＥＧＲガスＧをシリンダ２の中央部に集中的に配置することができる。
【００５９】
このように、第５の形態はＥＧＲガスの配分を変更しなくても可動部８０の傾斜角度を変更することによりＥＧＲガスの偏在位置を変えることができる。そのため、例えば、上述した各形態と第５の形態とを組み合わせることで、ＥＧＲガスの偏在位置の微調整を行うことができ、ＥＧＲガスをより的確にシリンダ２内に配置できるようになる。
【００６０】
（第６の形態）
次に、本発明の第６の形態を図３５〜図３９を参照して説明する。以下、第１の形態と同一部分には各図に同一符号を付して説明を省略する。また、第６の形態の全体図は図１と同一であるので図１が適宜参照される。図３５は第６の形態に係る内燃機関の一部を拡大して示した斜視図である。図３５に示すように、第６の形態の導入装置３３は排気還流通路３１に設けられてＥＧＲガスの量を調整する主調整弁８２と、主調整弁８２の下流側に設けられてＥＧＲガスをスワール生成ポート１２の上層部１８ａ及び下層部１８ｂのそれぞれの側に自由な比率で配分できる回転型導入機構８３とを有している。主調整弁８２は第１の形態の調整弁５１等と同じように開度を自在に変更できるように構成されており駆動装置８４にて駆動される。回転型導入機構８３は、スペーサ４３を横方向に貫くようにして固定された導入管８５と、導入管８５に回転自在に挿入された回転管８６とを備えている。回転管８６は排気還流通路３１の終端に回転継手８７を介して回転自在に取り付けられていてＥＧＲガスを導くことができる。回転管８６は一端が回転管８６に固定されたリンク機構８８を介して駆動装置８９に連結されている。なお回転管８６の他端は塞がれている。
【００６１】
図３６は図３５の矢印XXXVIの方向から見た状態を示している。図３６にも示すように、導入管８５はスワール生成ポート１２の下層部１８ｂの側に開口する下側開口部９０と上層部１８ａの側に開口する上側開口部９１とが設けられており、これらの開口部９０、９１はスワール生成ポート１２の内部に位置している。下側開口部９０が本発明に係る第１の開口部に、上側開口部９１が本発明に係る第２の開口部にそれぞれ相当する。図３６に示すように、回転管８６はＥＧＲガスを流出させる流出口９２がその周壁に設けられている。なお、図示を省略したが、導入管８５と回転管８６とはシリンダ２毎に設けられてスワール生成ポート１２に接続する複数のスペーサ４３を貫いており、各スペーサ４３の内部には図示のものと同様な下側開口部９０、上側開口部９１及び流出口９２がそれぞれ設けられている。回転管８６は駆動装置８９の動力がリンク機構８８に伝達されることによりその回転角度θ１を所定範囲内で変化させることができる。回転角度θ１は回転管８６の回転中心と上側開口部９１とを結んだ線を基準として、その基準から流出口９２までの角度として定義されている。回転角度θ１が０°の場合は回転管８６の流出口９２と導入管８５の上側開口部９１との距離が最も近くなる一方で、流出口９２と下側開口部９０との距離が最も遠くなる。そのため、回転角度θ１が０°の場合はスワール生成ポート１２に導入されるＥＧＲガスの導入量に対する下層部１８ｂに導入されるＥＧＲガスの導入量の比率が最も低くなる。反対に、回転角度θ１が１８０°の場合は流出口９２と上側開口部９１との距離が最も遠くなる一方で、流出口９２と下側開口部９０との距離が最も近くなる。そのため、回転角度θ１が１８０°の場合は下層部１８ｂに導入されるＥＧＲガスの導入量の比率が最も高くなる。従って、回転管８６の回転角度θ１を０°〜１８０°の範囲内で変化させることにより、スワール生成ポート１２の上層部１８ａ及び下層部１８ｂのそれぞれの側へのＥＧＲガスの配分を変化させることができる。
【００６２】
回転管８６の回転角度θ１及び主調整弁８２の開度は各駆動装置８４、８９の動作をＥＣＵ６０が制御することによって操作される。図３７はＥＣＵ６０が実行する排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ６０のＲＯＭに保持されており、適時に読み出されて所定の演算間隔で繰り返し実行される。図３７の制御ルーチンは第１の形態の図５の制御ルーチンと同様のものであり、制御対象が相違するに過ぎない。即ち、図３７の制御ルーチンは、第１の形態の調整弁５１と調整弁５２との開度比を回転管８６の回転角度に、これらの調整弁５１及び調整弁５２の開度量を主調整弁８２の開度量にそれぞれ変更したものに相当する。以下、第１の形態と共通する処理の説明を簡略化する。ＥＣＵ６０は、まずステップＳ６１で内燃機関１の運転状態として例えば機関回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑを取得する。次に、ステップＳ６２において、図３６に示した回転管８６の回転角度θ１を設定する。回転角度θ１は機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに応じて設定される。図３８は回転角度θ１を設定するためにＥＣＵ６０が参照するマップの一例を示している。この図から明らかなように、回転角度θ１は、燃料噴射量Ｑが多いほど、スワール生成ポート１２に導入されるＥＧＲガスの導入量に対する下層部１８ｂへ導入されるＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように設定されている。なお、図に示す具体的数値は一例にすぎない。次に、ステップＳ６２で回転角度θ１を設定した後に、ステップＳ６３に進んで燃料の噴射時期が所定範囲内にあるか否かを判定する。噴射時期が所定範囲外の場合はステップＳ６４に進み回転角度θ１を補正する。回転角度θ１の補正は、第１の形態の開度比の補正と同様に、噴射時期が早いほどＥＧＲガスがシリンダ２の中央部に偏在させる方向に、つまりシリンダ２の半径方向外側へのＥＧＲガスの偏在が緩和される方向に回転角度θ１を補正する。換言すれば、下層部１８ａに導入されるＥＧＲガスの導入量の比率を減少する方向に回転角度θ１は補正される。燃料噴射時期が所定範囲内にある場合はステップＳ６５に進む。
【００６３】
ステップＳ６５においては、主調整弁８２の開度量を機関回転数と燃料噴射量（負荷）に応じて算出されるＥＧＲガス量に基づいて設定する。この開度量の設定は、ＥＧＲガス量を変数として主調整弁８２の開度量を与えるマップを参照することにより実現できる。次に、ステップＳ６６では、ステップＳ６２で設定又はステップＳ６４で補正された回転角度θ１及びステップＳ６５で設定された開度量が得られるように、駆動装置８４及び駆動装置８９をそれぞれ操作して今回のルーチンを終了する。
【００６４】
第６の形態において、ＥＣＵ６０は図３７の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る導入制御手段として機能する。第６の形態よれば、回転管８６の回転角度θ１を変化させるだけでスワール生成ポート１２の下層部１８ｂへのＥＧＲガスの導入量と上層部１８ａへのＥＧＲガスの導入量との配分を変えることができるので、第１の形態のように二つの調整弁をそれぞれ制御する形態よりも制御内容が簡素化される。
【００６５】
第６の形態は、図３９に示すような形態に変更することもできる。図３９は第６の形態の変形例を示しており図３６に対応する。図３９から明らかなように、図示の変形例はスワール生成ポート１２を仕切る仕切り部材としての仕切り板９３が導入管８５に突き当たるように設けられている。この仕切り板９３は上層部１８ａを流れるガスと下層部１８ｂを流れるガスとの相互間の干渉や混合を防止することができるため、第４の形態と同様の効果を発揮できる。
【００６６】
（第７の形態）
次に、本発明の第７の形態を図４０〜図４３を参照して説明する。以下、第１の形態と同一部分には各図に同一符号を付して説明を省略する。また、第７の形態の全体図は図１と同一であるので図１が適宜参照される。図４０は第７の形態に係る内燃機関の一部を拡大して示した斜視図である。図４０に示すように、第７の形態の導入装置３３は排気還流通路３１に設けられてＥＧＲガスの量を調整する主調整弁９５と、主調整弁９５の下流側に設けられてＥＧＲガスをスワール生成ポート１２の上層部１８ａ及び下層部１８ｂのそれぞれの側に自由な比率で配分できる回転型導入機構９６とを有している。主調整弁９５は第１の形態の調整弁５１等と同じように開度を自在に変更できるように構成されており駆動装置９７にて駆動される。回転型導入機構９６は、排気還流通路３１に連通しスペーサ４３の側部の略中央に開口する導入通路としての導入管９８と、導入管９８内に回転自在に設けられる回転遮蔽部材としての回転遮蔽板９９とを備えている。導入管９８はスペーサ４３内に、つまり吸気通路１０内に開口する開口部１００を有しており、回転遮蔽板９９はその開口部１００を部分的に（図示の例では半分だけ）遮蔽するとともに、導入管９９の外部へ延びる回転軸１０１に固定されている。回転軸１０１はその一端が駆動装置１０２に連結されて回転駆動される。
【００６７】
図４１は図４０の矢印XLIの方向から見た状態を示している。図４１にも示すように、導入管９８の開口部１００はスワール生成ポート１２の上層部１８ａ及び下層部１８ｂのそれぞれの側にＥＧＲガスを導入可能な開口面積を持っている。即ち、導入管９８はそのような開口部１００を持っているため、仮に回転遮蔽板９９がない場合には上層部１８ａ及び下層部１８ｂのそれぞれにＥＧＲガスを導入することができる。なお、図示を省略したが、導入管９８はシリンダ２毎に設けられた複数のスワール生成ポート１２のそれぞれに対しても設けられていて、各導入管９８の内部には回転遮蔽板９９が設けられる。回転軸１０１は各スワール生成ポート１２に接続する複数のスペーサ４３を貫いており、複数の回転遮蔽板９９は一本の回転軸１０１に固定されている。
【００６８】
回転遮蔽板９９は駆動装置１０２の動力が回転軸１０１に伝達されることにより、その回転角度θ２を所定範囲内で変化させることができる。回転角度θ２は回転遮蔽板９９が開口部１００の上流側（図の右側）の半分を遮蔽している位置を基準として、図の時計方向に定義される。回転角度θ２が９０°の場合は回転遮蔽板９９が開口部１００の下半分を遮蔽するため、スワール生成ポート１２に導入されるＥＧＲガスの導入量に対する下層部１８ｂに導入されるＥＧＲガスの導入量の比率が最も低くなる。一方、回転角度θ２が２７０°の場合は回転遮蔽板９９が開口部１００の上半分を遮蔽するため、下層部１８ｂに導入されるＥＧＲガスの導入量の比率が最も高くなる。従って、回転遮蔽板９９の回転角度θ２を９０°〜２７０°の範囲内で変化させることにより、スワール生成ポート１２の上層部１８ａ及び下層部１８ｂのそれぞれの側へのＥＧＲガスの配分を変化させることができる。
【００６９】
回転遮蔽板９９の回転角度θ２及び主調整弁９５の開度は各駆動装置９７、１０２の動作をＥＣＵ６０が制御することによって操作される。図４２はＥＣＵ６０が実行する排気還流制御の制御ルーチンの一例を示している。この制御ルーチンは、制御対象と操作するパラメータとを除き図３７に示した第６の形態の制御ルーチンと同一である。つまり、図４２の制御ルーチンは第６の形態の回転角度θ１を回転角度θ２に、回転管８６を回転遮蔽板９９にそれぞれ変更したものに相当する。図４２に示すように、ＥＣＵ６０は、まずステップＳ７１で内燃機関１の運転状態として例えば機関回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑを取得する。次に、ステップＳ７２において、図４１に示した回転遮蔽板９９の回転角度θ２を設定する。回転角度θ２は機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに応じて設定される。図４３は回転角度θ２を設定するためにＥＣＵ６０が参照するマップの一例を示している。この図から明らかなように、回転角度θ２は、燃料噴射量Ｑが多いほど、スワール生成ポート１２に導入されるＥＧＲガスの導入量に対する下層部１８ｂへ導入されるＥＧＲガスの導入量の比率が高くなるように設定されている。なお、図に示す具体的数値は一例にすぎない。次に、ステップＳ７２で回転角度θ２を設定した後に、ステップＳ７３に進んで燃料の噴射時期が所定範囲内にあるか否かを判定する。噴射時期が所定範囲外の場合はステップＳ７４に進み回転角度θ２を補正する。回転角度θ２の補正は、第６の形態と同様である。燃料噴射時期が所定範囲内にある場合はステップＳ７５に進む。
【００７０】
ステップＳ７５においては、主調整弁９５の開度量を機関回転数と燃料噴射量（負荷）に応じて算出されるＥＧＲガス量に基づいて設定する。この開度量の設定は、ＥＧＲガス量を変数として主調整弁９５の開度量を与えるマップを参照することにより実現できる。次に、ステップＳ７６では、ステップＳ７２で設定又はステップＳ７４で補正された回転角度θ２及びステップＳ７５で設定された開度量が得られるように、駆動装置９５及び駆動装置１０２をそれぞれ操作して今回のルーチンを終了する。
【００７１】
第７の形態において、ＥＣＵ６０は図４２の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る導入制御手段として機能する。第７の形態よれば、第６の形態と同等の効果を発揮できる。即ち、回転遮蔽板９９の回転角度θ２を変化させるだけでスワール生成ポート１２の下層部１８ｂへのＥＧＲガスの導入量と上層部１８ａへのＥＧＲガスの導入量との配分を変えることができるので、第１の形態のように二つの調整弁をそれぞれ制御する形態よりも制御内容が簡素化される。
【００７２】
（第８の形態）
次に、本発明の第８の形態を図４４〜図４６を参照して説明する。この形態は上述した各形態と組み合わせて実施することができる。以下、第１の形態と同一部分には各図に同一符号を付して説明を省略する。図４４は第８の形態に係る排気還流装置が適用された内燃機関の要部を示した全体図である。第８の形態には上述した各形態に係る導入装置が適用されるため導入装置の詳細は省略する。図４４に示すように、第８の形態の内燃機関１には導入装置３３を介してシリンダ２内に空気を供給するため、空気供給手段としての空気供給装置１０５が設けられている。空気供給装置１０５は吸気通路１０から空気を取り出して排気還流通路３１に導く空気導入通路１０６と、排気還流通路３１と空気導入通路１０６との接続部に設けられて、排気還流通路３１を開通して空気導入通路１０６を閉鎖する排気導入位置ａと排気還流通路３１を閉鎖して空気導入通路１０６を開通する空気導入位置ｂとの間で通路を切り替える切替手段としての三方弁１０７と、三方弁１０７を駆動するための駆動装置１０８とを備えている。空気導入通路１０６は比較的高温の空気を取り出すため、ターボチャージャー２７のコンプレッサ２７ａの下流かつインタークーラ２８の上流側に空気の取り出し位置１０６ａが設定されている。三方弁１０７による通路の切り替えはＥＣＵ６０が駆動装置１０８を操作することにより実現される。三方弁１０７が排気導入位置ａに操作された場合が本発明に係る排気導入状態に、三方弁１０７が空気導入位置ｂに操作された場合が本発明に係る空気導入状態にそれぞれ相当する。
【００７３】
上述したように、各形態の導入装置３３はスワール生成ポート１２内に敢えて不均一な状態でＥＧＲガスを導入しているため、ＥＧＲガスに含まれる煤等がデポジットとしてスワール生成ポート１２内に溜まり易い。そこで、ＥＣＵ６０はデポジットの溜まり具合に応じて三方弁１０７及び導入装置３３をそれぞれ制御することにより、スワール生成ポート１２内に空気を供給してデポジットを一掃する清掃制御を実行する。
【００７４】
図４５はＥＣＵ６０が実行する清掃制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムは上述した各形態に係る排気還流制御の制御ルーチンと並行して所定間隔で繰り返し実行される。なお、図４５は、第１の形態に係る導入装置３３（図２）を制御対象とした制御ルーチンを示している。
【００７５】
まず、ＥＣＵ６０はステップＳ８１で内燃機関１の運転状態を取得する。ここでは、後の処理で使用する機関回転数Ｎｅをクランク角センサ６１の出力信号に基づいて、空気量Ｇａをエアフローメータ２６の出力信号に基づいてそれぞれ取得する。これらの他に不図示のスロットル弁の開度Ｔｈｒ及び吸気温度Ｔａを所定のセンサの出力信号に基づいて取得する。次に、ステップＳ８３において、空気供給条件が成立したか否かを判定する。空気供給条件はスワール生成ポート１２への空気供給に適した条件として適宜に設定される。例えば、内燃機関１が燃料カット状態にあること又は内燃機関１が定常運転の状態にあることを空気供給条件として設定することができる。このような状態の場合は、空気を供給することによって内燃機関１の運転状態が過度に悪化することを抑えることができる。空気供給条件が成立した場合はステップＳ８３に進み、そうでない場合はステップＳ８７に進む。
【００７６】
ステップＳ８３では三方弁１０７を排気導入位置ａから空気導入位置ｂへ切り替える。これにより、スワール生成ポート１２に空気を導入できる状態に準備される。次にステップＳ８４において、導入装置３３の二つの調整弁５１、５２（図２参照）の開度量を算出する。ここでは、調整弁５１、５２の開度比は同一（１：１）とする。開度量はスワール生成ポート１２に溜まるデポジットの堆積量の予測に基づいて行われる。即ち、堆積量が多い場合は、それだけ導入する空気の流速を高めて空気の勢いを増すようにしている。例えば、図４６に示すように、空気量の推定値と測定値との差分ΔＧａ及び機関回転数Ｎｅを変数として開度量を与えるマップを準備して、ＥＣＵ６０がこのマップを参照しつつ取得したこれらの変数に基づいて開度量を算出することができる。空気量の推定値は、ステップＳ１で取得したスロットル開度Ｔｈｒ、吸気温度Ｔａから予測される空気量である。この推定値と実際の空気量Ｇａとの差分ΔＧａが大きいほど、スワール生成ポート１２内に溜まるデポジットの堆積量が多いと予想されるので、図４６に示すように、開度量は差分ΔＧａが大きいほど小さくなるように設定される。これにより、堆積量に応じて空気の流速が高くなって空気の勢いが増すので、効果的にデポジットを除去できる。また、機関回転数Ｎｅが高いほどピストン５の速度が速くなってスワール生成ポート１２内の流速も速くなる。そのため、同一の堆積量でも機関回転数Ｎｅが高い場合は開度量を少なくしても十分である。そこで、同一開度量の各曲線Ｌ１〜Ｌ３は機関回転数Ｎｅが高いほどその傾きが緩やかになるように設定されている。
【００７７】
図４５に戻り、ステップＳ８５では算出した開度量が得られるように各駆動装置５３、５４を操作して各調整弁５１、５２を作動させる。次に、ステップＳ８６では供給中止条件が成立したか否かを判定する。供給中止条件は、空気供給による弊害を避けるために設定した条件である。例えば、上述した空気供給条件として燃料カット状態を設定した場合には燃料噴射要求がある場合を、又は空気供給条件の要件として定常運転の状態を設定した場合にはアクセル開度の変化がある場合を、供給中止条件としてそれぞれ設定できる。供給中止条件が成立した場合は、空気の導入を中止するためステップＳ８７に進み、三方弁１０７を空気導入位置ｂから排気導入位置ａへ切り替えて今回のルーチンを終了する。
【００７８】
一方、供給中止条件が成立しない場合は、ステップＳ８８に進み、内燃機関１が規定サイクル数運転されるまでは処理をステップＳ８５に戻す。規定サイクル数はデポジットの除去に必要とされるサイクル数であり予め実験的に設定される。規定サイクル数の運転が行われた場合は今回のルーチンを終了する。
【００７９】
第８の形態において、ＥＣＵ６０は図４５のルーチンを実行することにより、本発明に係る清掃制御手段として機能する。なお、図４５は図２の導入装置を適用した場合を一例として示すものであるが、他の導入装置を適用した場合にも図４５のルーチンと同様のルーチンで清掃制御を実現できる。
【００８０】
（第９の形態）
次に、本発明の第９の形態を図４７〜図４９を参照して説明する。第９の形態は内燃機関１の燃料噴射モードに応じて排気還流制御を行うものであり、上述した各形態と適宜組み合わせて実施できる。以下、第９の形態の物理的構成については上述した各形態の図面が適宜参照され、各形態と共通する構成の説明は省略する。第９の形態の内燃機関１は燃料噴射弁８による燃料噴射モードとして、通常の噴射モードの他に周知のパイロット噴射モードを実行できるように構成されている。パイロット噴射モードは、燃料噴射弁８による１サイクル当たりの燃料の噴射が、所定時期に行われるメイン噴射とこのメイン噴射よりも少量の燃料にて所定時期よりも前に行われるパイロット噴射とに分割された噴射モードである。パイロット噴射が行われることにより、シリンダ２内に混合気が形成されてシリンダ２内の温度が上昇しメイン噴射による初期の急激な燃焼を回避できる。
【００８１】
図４７は第９の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ６０のＲＯＭに保持されており、適時に読み出されて所定の演算間隔で繰り返し実行される。なお、図４７は、第１の形態に係る導入装置３３（図２）を制御対象とした制御ルーチンを示している。
【００８２】
ＥＣＵ６０は、まずステップＳ９１において、燃料噴射モードとしてパイロット噴射モードを実行すべき運転状態か否かを判定する。パイロット噴射モードを実行すべき運転状態の場合にはステップＳ９２に進み、そうでない場合はステップＳ９７に進んで通常制御を行う。ステップＳ９７では通常制御として例えば図５に示した制御が実行される。
【００８３】
ステップＳ９２においては、パイロット噴射による燃料の噴射時期及び噴射量を取得する。これらのパラメータは図４７のルーチンと並行して実行される不図示の燃料噴射制御の処理結果に基づいて取得することができる。次に、ステップＳ９３では、燃料の噴射時期及び噴射量を考慮してパイロット噴射による混合気の位置を算出する。噴射時期及び噴射量に応じた混合気の位置、換言すれば混合気の分布は予め実験的に調査できる。そのため、パイロット噴射による混合気の位置の算出は、その調査結果に基づいて噴射時期及び噴射量を変数として混合気の位置を与えるマップをＥＣＵ６０に記憶させておき、そのマップを参照することにより実現できる。次に、ステップＳ９４においては、パイロット噴射による混合気が位置する領域と異なる領域にＥＧＲガスが偏在するように、調整弁５１と調整弁５２との開度比を設定する。次に、ステップＳ９５においては、上述した開度比を維持しつつ調整弁５１、５２のそれぞれに与える最終的な開度量を設定する。この開度量は機関回転数と燃料噴射量（負荷）に応じて算出されるＥＧＲガス量に基づいて設定される。この処理は図５のステップ５と同様の処理である。次に、ステップＳ９６ではステップＳ９５で設定した開度量が得られるように、駆動装置５３及び駆動装置５４をそれぞれ操作することにより調整弁５１及び調整弁５２の開度をそれぞれ操作して、今回のルーチンを終了する。
【００８４】
この形態によれば、パイロット噴射による混合気が形成される領域と異なる領域にＥＧＲガスを偏在させることができるので、パイロット噴射による予熱効果がＥＧＲガスの導入によって損なわれることを防止できる。この形態において、ＥＧＲガスを偏在させる領域は混合気が形成される領域と異なっていれば十分である。この形態によるＥＧＲガスの配置について図４８及び図４９を参照して説明する。
【００８５】
図４８は、ＥＧＲガスの配置の一つの例であり、ＥＧＲガスＧがパイロット噴射による混合気Ｆｐと燃料噴霧Ｆとの間に配置されている。このようなＥＧＲガスの配置を実現することにより、パイロット噴射による発熱が十分に行われてその混合気Ｆｐが燃料噴霧Ｆの着火源として機能するので、燃料噴霧Ｆの急激な燃焼を回避できる。その上、燃料噴霧Ｆの燃焼が行われる領域にＥＧＲガスが偏在するので、窒素酸化物の発生を抑制することができる。従って、図４８のようなＥＧＲガスの配置によって燃焼安定性と窒素酸化物低減とを同時に達成できる。また、ＥＧＲガスによって過度な温度低下を招かないので、未燃燃料の排出を低減できる。更に、燃料噴霧Ｆと混合気Ｆｐとの間にＥＧＲガスが偏在することで着火遅れ時間を確保できるためスモークを低減できる。
【００８６】
図４９は、ＥＧＲガスの配置の他の例であり、ＥＧＲガスＧが、混合気Ｆｐの生成領域とは異なる領域で、かつ燃料噴霧Ｆの下側に偏在するものである。このようなＥＧＲガスの配置はＥＧＲガスの導入を吸気弁１５の閉弁前に中止することにより実現できる。これにより、シリンダ２の上下方向に関してもＥＧＲガスを偏在させることができる。このような配置を実現することにより、図４８の配置と同様な効果を発揮することができる。第９の形態において、ＥＣＵ６０は図４７の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る導入制御手段として機能する。
【００８７】
（第１０の形態）
次に、本発明の第１０の形態を図５０及び図５１を参照して説明する。第１０の形態は内燃機関１の燃料噴射モードに応じて排気還流制御を行うものであり、上述した各形態と適宜組み合わせて実施できる。以下、第１０の形態の物理的構成については上述した各形態の図面が適宜参照され、各形態と共通する構成の説明は省略する。第１０の形態の内燃機関１は燃料噴射弁８による燃料噴射モードとして、通常の噴射モードの他に周知のアフター噴射モードを実行できるように構成されている。アフター噴射モードは、燃料噴射弁８による１サイクル当たりの燃料の噴射が、所定時期に行われるメイン噴射とこのメイン噴射よりも少量の燃料にて所定時期よりも後に行われるアフター噴射とに分割された噴射モードである。アフター噴射が行われることにより、メイン噴射によって発生した未燃燃料をアフター噴射を契機として燃焼させることができるので、スモークの発生を低減することができる。
【００８８】
図５０は第１０の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ６０のＲＯＭに保持されており、適時に読み出されて所定の演算間隔で繰り返し実行される。なお、図５０は、第１の形態に係る導入装置３３（図２）を制御対象とした制御ルーチンを示している。
【００８９】
ＥＣＵ６０は、まずステップＳ１０１において、燃料噴射モードとしてアフター噴射モードを実行すべき運転状態か否かを判定する。アフター噴射モードを実行すべき運転状態の場合にはステップＳ１０２に進み、そうでない場合はステップＳ１１０に進んで通常制御を行う。ステップＳ１１０では通常制御として例えば図５に示した制御が実行される。
【００９０】
ステップＳ１０２においては、アフター噴射による燃料の噴射時期及び噴射量を取得する。これらのパラメータは図４７のルーチンと並行して実行される不図示の燃料噴射制御の処理結果に基づいて取得することができる。次に、ステップＳ１０３では、燃料の噴射時期及び噴射量を考慮してアフター噴射による混合気の位置を算出する。この混合気の位置の算出は第９の形態と同様に行う。
【００９１】
次に、ステップＳ１０４においては、メイン噴射用の開度比を設定する。メイン噴射用の開度比は、メイン噴射による燃料が燃焼する領域にＥＧＲガスを偏在させるための調整弁５１と調整弁５２との開度比である。メイン噴射用の開度比は第１の形態と同様に設定する。次に、ステップＳ１０５において、アフター噴射用の開度比を設定する。アフター噴射用の開度比はアフター噴射による混合気が位置する領域にＥＧＲガスを偏在させるための調整弁５１と調整弁５２との開度比である。次に、ステップＳ１０６ではメイン噴射用の開度量を設定する。この開度量はステップＳ１０４で設定したメイン噴射用の開度比を維持しつつ調整弁５１、５２のそれぞれに与える開度量であり、導入すべきＥＧＲガス量に基づいて設定される。次に、ステップＳ１０７ではアフター噴射量の開度量を設定する。この開度量はステップＳ１０５で設定したアフタ噴射用の開度比を維持しつつ調整弁５１、５２のそれぞれに与える開度量であり、導入すべきＥＧＲガス量に基づいて設定される。次に、ステップＳ１０８では、シリンダ２の上下方向に異なる位置に、メイン噴射に対するＥＧＲガスとアフター噴射に対するＥＧＲガスとをそれぞれ偏在させるため、各調整弁５１、５２の開閉時期を設定する。即ち、ここでは、吸気弁１５が開弁してから所定時間経過後に各調整弁５１、５２を全閉する閉時期と、その後、アフタ噴射用の開度量で開弁する開時期とをそれぞれ設定する。次に、ステップＳ１０９においては、ステップＳ１０６で設定した開度量で各調整弁５１、５２が開かれ、その後、ステップＳ１０８で設定した閉時期に各調整弁５１、５２が全閉され、その後、ステップＳ１０８で設定した開時期にステップＳ１０７で設定した開度量で各調整弁５１、５２が開かれるように、、各制御装置５３、５４を操作して今回のルーチンを終える。
【００９２】
この形態によれば、アフター噴射による混合気が形成される領域にＥＧＲガスを偏在させることができるので、アフター噴射による燃焼の際に燃焼温度を低下できるので窒素酸化物の発生を低減できる。図５１に第１０の形態によって得られるＥＧＲガスの配置例を示す。この図に示すように、メイン噴射による燃料噴霧Ｆの下側にメイン噴射用のＥＧＲガスＧ１が配置されるとともに、燃料噴霧Ｆの上側でかつアフター噴射による燃料噴霧Ｆａの下側にアフター噴射用のＥＧＲガスＧ２が配置される。これによって、上記のような効果を発揮することができる。なお、図５１において、上述したパイロット噴射による混合気Ｆｐが位置する領域と異なる領域にＥＧＲガスＧ１が配置されているが、これはあくまで一例であって、第１０の形態はパイロット噴射が行われることを前提とするものではない。第１０の形態において、ＥＣＵ６０は図５２の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る導入制御手段として機能する。
【００９３】
（第１１の形態）
次に、本発明の第１１の形態を図５２〜図５７を参照して説明する。第１１の形態は排気還流制御の内容を除き第１の形態と同一である。従って、内燃機関の物理的構成については図１〜図４が参照される。第１１の形態は、内燃機関１の大気圧の変化に伴って燃料噴霧の飛翔距離が変化することを考慮してＥＧＲガスの偏在位置を変化させるものである。図５２は第１１の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。この図において、第１の形態（図５）と同一の処理には同一符号を付して説明を省略する。図５２に示すように、ＥＣＵ６０はステップＳ５において調整弁５１及び調整弁５２のそれぞれの開度量を設定した後に、ステップＳ１１１に進んで気圧センサ６３の出力信号に基づいて大気圧Ｐを取得する。次に、ステップＳ１１２において、大気圧Ｐから見積もられる標高が０ｍよりも大きいか否かを判定する。標高が０ｍ以下の場合はステップＳ６に進んで各調整弁５１、５２の開度が設定開度量となるように各駆動装置５３、５４を操作して今回のルーチンを終了する。
【００９４】
一方、標高が０ｍよりも大きい場合にはステップＳ１１３に進んで、燃料噴霧の飛翔距離の増加分ΔＦを算出する。この増加分ΔＦは標高が高いほど、換言すれば大気圧が低いほど大きくなる。この増加分ΔＦは周知の式、例えば廣安の式を利用して算出することができる。次に、ステップＳ１１４において調整弁５１と調整弁５２との開度比を補正する。飛翔距離の増加分ΔＦが大きいほど、それだけ燃料噴霧の先端部がシリンダ２の内周面に近づく。そのため、調整弁５１と調整弁５２との開度比は、増加分ΔＦが大きいほどＥＧＲガスがシリンダ２の内周面に近づく方向に、つまりシリンダ２の半径方向外側へより偏在する方向へ補正される。換言すれば、下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率を増加する方向に補正する。図５３はこのような補正を実現するために利用される補正係数マップの一例を示している。この図の横軸は飛翔距離の増加分ΔＦを示し、縦軸は下側分岐通路４１によるＥＧＲガスの導入量の比率に対する補正係数を示している。この図からも理解できるように、増加分ΔＦが大きくなるほど、その比率が増加方向に補正され、その結果、増加分ΔＦが大きいほどＥＧＲガスの偏在位置がシリンダ２の半径方向外側へ補正される。
【００９５】
図５２に戻り、ステップＳ１１５では、ステップＳ５で設定した開度量を補正する。周知のように、標高が高いほど大気中の酸素濃度は減少するため、その酸素濃度の減少に合わせてＥＧＲガス量を減少しなければ酸素不足に陥ってスモークの発生量が増加する。そこで、ここでは標高が高いほどＥＧＲガスの量が減少するように開度量を補正している。図５４はこのような補正を実現するために利用される補正係数マップの一例を示している。この図の横軸は標高を示し、縦軸は開度量の補正係数を示している。この図から明らかなように、標高が高くなるなるほど開度量が減じられるように補正される。換言すれば、空気中の酸素濃度が低いほどＥＧＲガスの導入量は減少方向に補正される。ステップＳ１１５において開度量が補正された後にはステップＳ６に進んで、調整弁５１及び調整弁５２の開度が設定開度量又は補正後の開度量となるように、各駆動装置５３、５４を操作して今回のルーチンを終える。
【００９６】
図５５は平地（標高＝０ｍ）の場合の燃料噴霧とＥＧＲガスとの関係を示し、図５６は高地（標高＞０ｍ）の場合の燃料噴霧とＥＧＲガスとの関係を示している。これらの図において燃料噴射量は互いに同一である。これらの図から明らかなように、第１１の形態の排気還流制御を実行することにより、燃料噴霧Ｆの飛翔距離が高地の場合に平地よりも増加しても、その分だけＥＧＲガスＧの偏在位置がシリンダ２の半径方向外側に移動している。また、図５６に示すように、高地の場合にはＥＧＲガスＧが平地よりも減量されるため、その濃度が低下するようになっている。
【００９７】
第１１の形態において、ＥＣＵ６０は、図５２の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る導入制御手段として、図５２のステップＳ１１４を実行することにより本発明に係る比率制御手段として、図５２のステップＳ１１５を実行することにより本発明に係るＥＧＲガス量補正手段として、それぞれ機能する。但し、第１１の形態においては、図５２のステップＳ１１５を省略して実施することもできる。この場合には図５７に示すように、ＥＧＲガスＧの量は標高に応じて減量されないが、ＥＧＲガスＧの偏在位置は補正されるので、大気圧の低下に伴う窒素酸化物の排出量の増大を抑えることは可能である。また、図５２の制御ルーチンではステップＳ１１３で燃料噴霧の飛翔距離の増加分ΔＦを算出し、ステップＳ１１４でその増加分ΔＦに応じて開度比を補正しているが、その増加分ΔＦは大気圧の低下量に略比例して増加するので、補正係数の算出の基礎となるパラメータとして大気圧又は標高を使用し、大気圧が低いほど又は標高が高いほど、下側分岐通路４１に導入されるＥＧＲガスの導入量の比率が増加方向に補正されるようにしてもよい。
【００９８】
（第１２の形態）
次に、本発明の第１２の形態を図５８〜図６３を参照して説明する。第１２の形態はシリンダ内のＥＧＲガスの分布を測定し、その測定結果を排気還流制御に反映させるものである。以下、上述した各形態と共通する部分には各図に同一符号を付して説明を省略する。また、必要に応じて上記各形態の図面が参照される。図５８は第１２の形態に係る排気還流装置と組み合わされる測定装置の構成を模式的に示した構成図である。ガス分布測定手段として設けられた測定装置１１０は、検査光である赤外レーザを出力する検査光出力装置１１１と、検査光出力装置１１１から出力された検査光をシリンダ２内に導く出射用導光装置１１２と、導光装置１１２にて導かれた検査光の方向を転換する方向転換装置１１３と、方向転換装置１１３で方向が転換された検査光を受光して導く入射用導光装置１１４と、導光装置１１４にて導かれた検査光が入力されてその検査光を解析する検出装置１１５とを備えている。
【００９９】
検査光出力装置１１１は赤外レーザを発生する光源１１６と、光源１１６からのレーザ光を３つの検査光に分けるスプリッタ１１７とを有している。出射用導光装置１１２はスプリッタ１１７にて分けられた３つの検査光ＬｉＡ、ＬｉＢ、ＬｉＣを導く３つの出射導光路１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃを有している。各出射導光路１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃは複数の光ファイバが束ねられることにより構成されている。各出射導光路１１８Ａ、１１８Ｂ、１１８Ｃは、シリンダヘッド４を貫通しシリンダ２の半径方向に一列に所定間隔で並ぶ貫通孔４ａに挿入された状態で設けられている。各貫通孔４ａはシリンダ２の中心線ＣＬと平行な方向に延びている。それにより、各検査光ＬｉＡ、ＬｉＢ、ＬｉＣは中心線ＣＬと平行に進行する。
【０１００】
方向転換装置１１３はピストンキャビティ５ａの底部に埋め込まれたプリズム１１９を有しており、プリズム１１９は各検査光ＬｉＡ、ＬｉＢ、ＬｉＣをシリンダ２の中心線ＣＬに関して対称な位置に折り返すことができるように構成されている。入射用導光装置１１４は方向転換装置１１３にて方向転換された各検査光ＬｉＡ、ＬｉＢ、ＬｉＣを導く３つの入射導光路１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを有している。各入射導光路１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは複数の光ファイバが束ねられることにより構成されている。各入射導光路１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃは、シリンダ２の中心線ＣＬに関して上述した貫通孔４ａと対称な位置に設けられてシリンダヘッド４を貫通する貫通孔４ｂに挿入された状態で設けられている。検出装置１１５は各入射導光路１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃに導かれた検査光を受光する３つのフォトディテクタ（ＰＤ）１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃと、各ＰＤ１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃが出力する電気信号に対してノイズ除去やＡＤ変換等の所定処理を行って、所定処理後の信号をＥＣＵ６０に出力する信号処理部１２２とを有している。
【０１０１】
測定装置１１０によれば、各検査光ＬｉＡ、ＬｉＢ、ＬｉＣはシリンダ２の半径方向の特定位置Ａ、Ｂ、Ｃを通過することができる。各検査光ＬｉＡ、ＬｉＢ、ＬｉＣは赤外レーザであるので、ＥＧＲガスの成分の一つである二酸化炭素によりエネルギーが吸収される。このため、位置Ａ、Ｂ、Ｃを通過した各検査光の光強度を解析することにより、シリンダ２内のＥＧＲガスの半径方向に関する分布を測定することができる。つまり、各ＰＤ１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃの電気出力の大きさに基づいて、各位置Ａ、Ｂ、ＣにおけるＥＧＲガスの存在の有無（ＥＧＲガスの分布）を測定することができる。
【０１０２】
図５９〜図６１はシリンダ２内に形成されるＥＧＲガスの典型的な成層パターンＸ〜Ｚを例示したもので、図５９は図２に示す調整弁５１と調整弁５２との開度比が２：８の場合の成層パターンＸを示し、図６０はその開度比が５：５の場合の成層パターンＹを示し、図６１はその開度比が８：２の場合の成層パターンＺを示している。
【０１０３】
図５９の成層パターンＸは、位置ＣにＥＧＲガスＧが存在するため、位置Ｃを通過する検査光ＬｉＣの強度が他の検査光に比べて相対的に低下する。従って、ＰＤ１２１Ｃの出力ＶＣがＰＤ１２１Ａの出力ＶＡ及びＰＤ１２１Ｂの出力ＶＢのそれぞれよりも低くなる。つまりＶＣ＜ＶＡ、ＶＣ＜ＶＢの関係が成立する。位置ＢからＥＧＲガスＧまでの距離は、位置ＡからＥＧＲガスＧまでの距離よりも近いため、位置Ｂに対応するＰＤ１２１Ｂの出力ＶＢはＰＤ１２１Ａの出力ＶＡよりも低くなる。従って、成層パターンＸは、ＶＣ＜ＶＢ＜ＶＡという関係式で特徴付けられる。
【０１０４】
同様に、図６０の成層パターンＹは、位置ＢにＥＧＲガスＧが存在するため、位置Ｂを通過する検査光ＬｉＢの強度が他の検査光に比べて相対的に低下する。従って、ＰＤ１２１Ｂの出力ＶＢがＰＤ１２１Ａの出力ＶＡ及びＰＤ１２１Ｃの出力ＶＣのそれぞれよりも低くなる。つまりＶＢ＜ＶＡ、ＶＢ＜ＶＣの関係が成立する。位置ＡからＥＧＲガスＧまでの距離と位置ＣからＥＧＲガスＧまでの距離は略同等のため、ＰＤ１２１Ａの出力ＶＣはＰＤ１２１Ｃの出力ＶＣと略同等となる。従って、成層パターンＸは、ＶＢ＜ＶＡ≒ＶＣという関係式で特徴付けられる。
【０１０５】
更に、図６０の成層パターンＺは、位置ＡにＥＧＲガスＧが存在するため、位置Ａを通過する検査光ＬｉＡの強度が他の検査光に比べて相対的に低下する。従って、ＰＤ１２１Ａの出力ＶＡがＰＤ１２１Ｂの出力ＶＢ及びＰＤ１２１Ｃの出力ＶＣのそれぞれよりも低くなる。つまりＶＡ＜ＶＢ、ＶＡ＜ＶＣの関係が成立する。位置ＢからＥＧＲガスＧまでの距離は、位置ＣからＥＧＲガスＧまでの距離よりも近いため、位置Ｂに対応するＰＤ１２１Ｂの出力ＶＢはＰＤ１２１Ｃの出力ＶＣよりも低くなる。従って、成層パターンＸは、ＶＡ＜ＶＢ＜ＶＣという関係式で特徴付けられる。
【０１０６】
図６２は第１２の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。この図において、第１の形態（図５）と同一の処理には同一符号を付して説明を省略する。図６２に示すように、ＥＣＵ６０はステップＳ１２１において、ステップＳ２で設定した開度比又はステップＳ４で補正された補正後の開度比に対応する目標成層パターンを設定する。ここでは説明を簡単にするため、図５８〜図６０に示した成層パターンＸ〜Ｚのいずれかを設定することとする。これらの成層パターンＸ〜Ｚが本発明に係る基準分布に相当する。次に、ステップＳ１２２で測定装置１１０による測定結果を取得する。即ち、ＥＣＵ６０は検出装置１１５が出力する各ＰＤ１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃに対応する信号を取得する。
【０１０７】
次に、ステップＳ１２３において、目標成層パターンと測定結果との一致度を判定する。図６３は、この一致度を判定するための判定条件を成層パターンＸ〜Ｚ毎に示している。図６３に示すように、ステップＳ１２２で取得した測定結果が図示された判定条件を満たす場合に目標パターンと一致したものと判定し、その測定条件を満たさない場合には目標パターンと不一致であると判定する。例えば、ステップＳ１２１で成層パターンＸが設定された場合には、ステップＳ１２２で取得した各ＰＤの出力ＶＡ、ＶＢ、ＶＣが、ＶＣ≦０．９ＶＡかつＶＢ≦ＶＡ≦１．０５ＶＢを満たすか否かによってパターンの一致、不一致を判定する。図６２に戻り、ステップＳ１２４では、成層パターンが一致する場合はステップＳ１２５に処理を進め、不一致の場合は処理をステップＳ５に進める。ステップＳ１２５では、目標成層パターンに一致する方向に開度比を補正してステップＳ５に進める。このように開度比が補正されることで、目標成層パターンに一致するようにスワール生成ポート１２の上層部１８ａ及び下層部１８ｂへのＥＧＲガスの導入量がそれぞれ補正されることとなる。
【０１０８】
そして、ステップＳ５で設定ないし補正された開度比を維持しつつ調整弁５１及び調整弁５２のそれぞれの開度量が設定される。続くステップＳ６では、ステップＳ５で設定した開度量が得られるように、駆動装置５３及び駆動装置５４をそれぞれ操作することにより調整弁５１及び調整弁５２の開度をそれぞれ操作して、今回のルーチンを終了する。
【０１０９】
第１２の形態によれば、実際のＥＧＲガスの分布が何らかの原因でずれた場合でも、目標成層パターンに一致するように制御されるので、より的確な位置にＥＧＲガスを偏在させることができるようになる。第１２の形態において、ＥＣＵ６０は図６２の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る排気還流制御手段として、図６２のステップＳ１２３〜ステップＳ１２５を実行することにより、本発明に係る補正手段として、それぞれ機能する。
【０１１０】
（第１３の形態）
次に、本発明の第１３の形態を図６４〜図６９を参照して説明する。第１３の形態は第１２の形態と同様にシリンダ内のＥＧＲガスの分布を測定し、その測定結果を排気還流制御に反映させるものである。以下、上述した各形態と共通する部分には各図に同一符号を付して説明を省略する。また、必要に応じて上記各形態の図面が参照される。図６４は第１３の形態に係る排気還流装置と組み合わされる測定装置の構成を模式的に示した構成図である。ガス分布測定手段として設けられた測定装置１２５は、検査光である紫外レーザを出力する検査光出力装置１２６と、検査光出力装置１２６から出力された検査光をシリンダ２内に導く出射用導光装置１２７と、導光装置１２７にて導かれた検査光の方向を転換する検査光方向転換装置１２８と、検査光方向転換装置１２８で方向が転換された検査光によって発光する蛍光の方向を転換する蛍光方向転換装置１２９と、蛍光方向転換装置１２９にて方向を転換された蛍光を受光して導く入射用導光装置１３０と、導光装置１３０にて導かれた蛍光が入力されてその蛍光を解析する検出装置１３１とを備えている。
【０１１１】
検査光出力装置１２６は紫外レーザを発生する光源を備えている。出射用導光装置１２７は検査光Ｌｕを導く導光路１３２を備え、その導光路１３２は複数の光ファイバが束ねられることにより構成されている。導光路１３２はシリンダヘッド４を貫通してシリンダ２の中心線ＣＬと平行に延びる貫通孔４ａに挿入された状態で設けられている。これによって検査光Ｌｕはシリンダ２の中心線ＣＬと平行に進行する。
【０１１２】
検査光方向転換装置１２８はピストンキャビティ５ａの底部に埋め込まれた反射鏡１３３を有しており、反射鏡１３３は検査光Ｌｕをシリンダ２の中心線ＣＬと交差する斜め上方に反射するように構成されている。検査光Ｌｕは紫外レーザであるので、そのレーザがＥＧＲガスの成分である一酸化窒素分子に照射されるとその分子は蛍光する。蛍光方向転換装置１２９はその蛍光の向きを略９０°変える反射鏡１３４を有している。入射用導光装置１３０は反射鏡１３４にて向きが変えられた蛍光を受光できるように複数の光ファイバが束ねられて構成された導光路１３５を有している。導光路１３５は貫通孔４ａに隣接する貫通孔４ｂに挿入された状態で設けられている。検出装置１３１は導光路１３５が導いた蛍光を含む像を図示の方向に拡大する凹レンズ１３６と、凹レンズ１３６にて拡大された像の明るさに応じた電気信号を出力する３つのＰＤ１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃと、凹レンズ１３６と各ＰＤ１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃとの間の光路内に配置されてノイズを除去するフィルタ１３８と、各ＰＤ１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃが出力する信号に対してＡＤ変換等の所定処理を行って、処理後の信号をＥＣＵ６０に出力する信号処理部１３９とを備えている。
【０１１３】
測定装置１２５によれば、検査光Ｌｕがシリンダ２内を通過することによって位置Ａ、Ｂ、Ｃで生じる蛍光ＬｆＡ、ＬｆＢ、ＬｆＣは、図示の経路を通ってＰＤ１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃに入射する。そのため、各蛍光ＬｆＡ、ＬｆＢ、ＬｆＣの強度を解析することにより、シリンダ２内のＥＧＲガスの半径方向に関する分布を測定することができる。つまり、各ＰＤ１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃの電気出力の大きさに基づいて、各位置Ａ、Ｂ、ＣにおけるＥＧＲガスの存在の有無（ＥＧＲガスの分布）を検出することができる。
【０１１４】
図６５〜図６７はシリンダ２内に形成されるＥＧＲガスの典型的な成層パターンＸ〜Ｚを例示したもので、図６５は図２に示す調整弁５１と調整弁５２との開度比が２：８の場合の成層パターンＸを示し、図６６はその開度比が５：５の場合の成層パターンＹを示し、図６７はその開度比が８：２の場合の成層パターンＺを示している。図６５の成層パターンＸは、位置ＣにＥＧＲガスＧが存在するため、位置Ｃの光強度が他の位置Ａ、Ｂよりも高い図示のような光強度特性を持つ。同様に、図６６の成層パターンＹは、位置ＢにＥＧＲガスＧが存在するため、位置Ｂの光強度が他の位置Ａ、Ｃよりも高い図示のような光強度特性を持つ。更に、図６７の成層パターンＺは、位置ＡにＥＧＲガスが存在するため、位置Ａの光強度が他の位置Ｂ、Ｃよりも高い図示のような光強度特性を持つ。
【０１１５】
第１３の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンはその手順が図６２と同一であるので図６２を使用して詳細を説明する。ＥＣＵ６０はステップＳ１２１において、ステップＳ２で設定した開度比又はステップＳ４で補正された補正後の開度比に対応する目標成層パターンを設定する。ここでは説明を簡単にするため、図６５〜図６７に示した成層パターンＸ〜Ｚのいずれかを設定することとする。これらの成層パターンＸ〜Ｚが本発明に係る基準分布に相当する。次に、ステップＳ１２２で測定装置１２５による測定結果を取得する。即ち、ＥＣＵ６０は検出装置１３０が出力する各ＰＤ１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃに対応する信号を取得する。
【０１１６】
次に、ステップＳ１２３において、目標成層パターンと測定結果との一致度を判定する。図６８は、この一致度を判定するための判定条件を成層パターンＸ〜Ｚ毎に示している。図６８に示すように、ステップＳ１２２で取得した測定結果が図示された判定条件を満たす場合に目標パターンと一致したものと判定し、その測定条件を満たさない場合には目標パターンと不一致であると判定する。例えば、ステップＳ１２１で成層パターンＹが設定された場合には、ステップＳ１２２で取得した各ＰＤの出力ＶＡ、ＶＢ、ＶＣが、ＶＢ≧１．２ＶＡかつＶＢ≧１．２ＶＣを満たすか否かによってパターンの一致、不一致を判定する。図６２に戻り、ステップＳ１２４では、成層パターンが一致する場合はステップＳ１２５に処理を進め、不一致の場合は処理をステップＳ５に進める。ステップＳ１２５では、目標成層パターンに一致する方向に開度比を補正してステップＳ５に進める。このように開度比が補正されることで、目標成層パターンに一致するようにスワール生成ポート１２の上層部１８ａ及び下層部１８ｂへのＥＧＲガスの導入量がそれぞれ補正されることとなる。そして、ステップＳ５で設定ないし補正された開度比を維持しつつ調整弁５１及び調整弁５２のそれぞれの開度量が設定される。続くステップＳ６では、ステップＳ５で設定した開度量が得られるように、駆動装置５３及び駆動装置５４をそれぞれ操作することにより調整弁５１及び調整弁５２の開度をそれぞれ操作して、今回のルーチンを終了する。
【０１１７】
第１３の形態によれば、第１２の形態と同様の効果を得ることができる。即ち、実際のＥＧＲガスの分布が何らかの原因でずれた場合でも、目標成層パターンに一致するように制御されるので、より的確な位置にＥＧＲガスを偏在させることができるようになる。第１３の形態において、ＥＣＵ６０は図６２の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る排気還流制御手段として、図６２のステップＳ１２３〜ステップＳ１２５を実行することにより、本発明に係る補正手段として、それぞれ機能する。
【０１１８】
以上第１〜第１３の形態を説明したが本発明はこれらの形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施することができる。また、これらの各形態を適宜組み合わせることを妨げるものではなく、これらの形態を互いに矛盾しない範囲で組み合わせてもよい。
【０１１９】
上述した各形態では、一つのポートに接線流生成部と旋回流生成部とが設けられたスワール生成ポートを吸気装置として例示したが、本発明に係る吸気装置の構成はこれに限定されない。図６９は吸気装置を他の形態で実施した排気還流装置の一例を示している。図６９の形態は、一つのシリンダ２に対して、空気を導く過程で接線流Ｓｔを生成するストレートポート１４１と、旋回流Ｓｒを生成するヘリカルポート１４２とを設けるとともに、これらのポートへＥＧＲガスを導入するように、図２に示した分岐通路４１をスペーサ４３を介してストレートポート１４１に、分岐通路４２をスペーサ４３を介してヘリカルポート１４２にそれぞれ接続したものである。この形態では、ストレートポート１４１が本発明に係る接線流生成部に、ヘリカルポート１４２が本発明に係る旋回流生成部にそれぞれ相当し、ストレートポート１４１とヘリカルポート１４２との組み合わせが本発明に係る吸気装置に相当する。以上から明らかなように、以上の各形態の吸気装置を図６９の形態に置き換えた場合でも、ストレートポート１４１へのＥＧＲガスの導入量と、ヘリカルポート１４２へのＥＧＲガスの導入量とをそれぞれ制御することにより、上述した各形態と同様の効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の一形態に係る排気還流装置が適用された内燃機関の要部を示した全体図。
【図２】図１の内燃機関の一部を拡大して示した斜視図。
【図３】スワール生成ポートの詳細を示した図。
【図４】図２の矢印IVの方向から見た状態を示した図。
【図５】第１の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図６】開度比を設定するために参照されるマップの一例を示した図。
【図７】開度比の補正方法を説明する説明図。
【図８】燃料噴射量が少ない場合のＥＧＲガスと燃料噴霧との関係を示した説明図。
【図９】燃料噴射量が中間程度の場合のＥＧＲガスと燃料噴霧との関係を示した説明図。
【図１０】燃料噴射量が多い場合のＥＧＲガスと燃料噴霧との関係を示した説明図。
【図１１】予混合気が形成される場合の燃料噴霧とＥＧＲガスとの関係を示した説明図。
【図１２】スワールの強さに応じた開度比の補正を行うことができる制御ルーチンの変形例を示したフローチャート。
【図１３】スワールの強さに応じた開度比の補正方法を説明する説明図。
【図１４】第２の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図１５】開度比の設定方法を説明する説明図。
【図１６】第３の形態に係る内燃機関の一部を拡大して示した斜視図。
【図１７】図１６の矢印XVIIの方向から見た状態を示した図。
【図１８】第３の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図１９】水温（機関温度）と主導入量及び副導入量のそれぞれとの関係を示した説明図。
【図２０】暖機未了の場合の燃料噴霧とＥＧＲガスとの関係を説明する説明図であって、機関温度が低く燃料噴射量が多い場合を示した説明図。
【図２１】暖機未了の場合の燃料噴霧とＥＧＲガスとの関係を説明する説明図であって、機関温度が図２０の場合よりも高く燃料噴射量が同等の場合を示した説明図。
【図２２】追従ポートの他の形態を示した図。
【図２３】ＥＧＲガスをシリンダの中央部に偏在させた状態を示した説明図。
【図２４】第４の形態の要部を示した断面模式図。
【図２５】スワール比と流量係数との関係について、仕切り板がある場合とない場合とを対比した説明図。
【図２６】第４の形態の変形例を示した図。
【図２７】第５の形態の要部を示した断面模式図。
【図２８】図２７の可動部が下側位置に傾斜した状態を示した図。
【図２９】図２７の可動部が上側位置に傾斜した状態を示した図。
【図３０】シリンダ内のＥＧＲガス及び燃料噴霧のそれぞれの状態を示した図であって、下層部にＥＧＲガスを全量導入し、かつ可動部を中立位置に保持した場合を示した図。
【図３１】シリンダ内のＥＧＲガス及び燃料噴霧のそれぞれの状態を示した図であって、下層部にＥＧＲガスを全量導入し、かつ可動部を下側位置に保持した場合を示した図。
【図３２】シリンダ内のＥＧＲガス及び燃料噴霧のそれぞれの状態を示した図であって、上層部にＥＧＲガスを全量導入し、かつ可動部を下側位置に保持した場合を示した図。
【図３３】シリンダ内のＥＧＲガス及び燃料噴霧のそれぞれの状態を示した図であって、下層部にＥＧＲガスを全量導入し、かつ可動部を上側位置に保持した場合を示した図。
【図３４】シリンダ内のＥＧＲガス及び燃料噴霧のそれぞれの状態を示した図であって、上層部にＥＧＲガスを全量導入し、かつ可動部を上側位置に保持した場合を示した図。
【図３５】第６の形態に係る内燃機関の一部を拡大して示した斜視図。
【図３６】図３５の矢印XXXVIの方向から見た状態を示した図。
【図３７】第６の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図３８】回転角度を設定するためにＥＣＵが参照するマップの一例を示した図。
【図３９】第６の形態の変形例を示した図であって、図３６に対応する図。
【図４０】第７の形態に係る内燃機関の一部を拡大して示した斜視図。
【図４１】図４０の矢印XLIの方向から見た状態を示した図。
【図４２】第７の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図４３】回転角度を設定するためにＥＣＵが参照するマップの一例を示した図。
【図４４】第８の形態に係る排気還流装置が適用された内燃機関の要部を示した全体図。
【図４５】第８の形態に係る清掃制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図４６】空気量の推定値と測定値との差分及び機関回転数を変数として開度量を与えるマップの一例を示した図。
【図４７】第９の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図４８】ＥＧＲガスの配置の一例を示した図。
【図４９】ＥＧＲガスの配置の他の例を示した図。
【図５０】第１０の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図５１】第１０の形態によって得られるＥＧＲガスの配置例を示した図。
【図５２】第１１の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図５３】開度比の補正を実現するために利用される補正係数マップの一例を示した図。
【図５４】開度量の補正を実現するために利用される補正係数マップの一例を示した図。
【図５５】平地の場合の燃料噴霧とＥＧＲガスとの関係を示した説明図。
【図５６】高地の場合の燃料噴霧とＥＧＲガスとの関係を示した説明図。
【図５７】開度量の補正を行わない変形例に係る高地の場合の燃料噴霧とＥＧＲガスとの関係を示した説明図。
【図５８】第１２の形態に係る排気還流装置と組み合わされる測定装置の構成を模式的に示した構成図。
【図５９】シリンダ内に形成されるＥＧＲガスの典型的な成層パターンを例示した図であって、開度比が２：８の場合の成層パターンを示した図。
【図６０】シリンダ内に形成されるＥＧＲガスの典型的な成層パターンを例示した図であって、開度比が５：５の場合の成層パターンを示した図。
【図６１】シリンダ内に形成されるＥＧＲガスの典型的な成層パターンを例示した図であって、開度比が８：２の場合の成層パターンを示した図。
【図６２】第１２の形態に係る排気還流制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図６３】目標成層パターンと測定結果との一致度を判定するための判定条件を成層パターン毎に示した図。
【図６４】第１３の形態に係る排気還流装置と組み合わされる測定装置の構成を模式的に示した構成図。
【図６５】シリンダ内に形成されるＥＧＲガスの典型的な成層パターンを例示した図であって、開度比が２：８の場合の成層パターンを示した図。
【図６６】シリンダ内に形成されるＥＧＲガスの典型的な成層パターンを例示した図であって、開度比が５：５の場合の成層パターンを示した図。
【図６７】シリンダ内に形成されるＥＧＲガスの典型的な成層パターンを例示した図であって、開度比が８：２の場合の成層パターンを示した図。
【図６８】目標成層パターンと測定結果との一致度を判定するための判定条件を成層パターン毎に示した図。
【図６９】吸気装置を他の形態で実施した排気還流装置の一例を示した図。
【符号の説明】
【０１２１】
１  内燃機関
２  シリンダ
８  燃料噴射弁
１１  排気通路
１２  スワール生成ポート（吸気装置）
１３  追従ポート
１８ａ  上層部（旋回流生成部）
１８ｂ  下層部（接線流生成部）
２７  ターボチャージャー
２７ａ  コンプレッサ
２７ｂ  タービン
２８  インタークーラ（冷却手段）
３０  排気還流装置
３３  導入装置（導入手段）
４１  分岐通路（第１の導入通路）
４２  分岐通路（第２の導入通路）
５１  調整弁（第１の調整弁）
５２  調整弁（第２の調整弁）
６０  ＥＣＵ（導入制御手段、比率補正手段、ＥＧＲガス量補正手段、可動部制御手段、清掃制御手段、補正手段）
７０  副分岐通路（副導入通路）
７３  副調整弁
７６  仕切り板（仕切り部材）
７７  補助仕切り板（仕切り部材）
７８  仕切り板（仕切り部材）
８０  可動部
８５  導入管
８６  回転管
９０  下側開口部（第１の開口部）
９１  上側開口部（第２の開口部）
９２  流出口
９８  導入管（導入通路）
９９  回転遮蔽板（回転遮蔽部材）
１００  開口部
１０５  空気供給装置（空気供給手段）
１０７  三方弁（切替手段）
１１０  測定装置（ガス分布測定手段）
１２５  測定装置（ガス分布測定手段）
１４１  ストレートポート（接線流生成部）
１４２  ヘリカルポート（旋回流生成部）
ＣＬ  シリンダの中心線
Ｓｔ  接線流
Ｓｒ  旋回流
Ｆｓｗ  スワール
【図１】
2008196306.tif 000003
【図２】
2008196306.tif 000004
【図３】
2008196306.tif 000005
【図４】
2008196306.tif 000006
【図５】
2008196306.tif 000007
【図６】
2008196306.tif 000008
【図７】
2008196306.tif 000009
【図８】
2008196306.tif 000010
【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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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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