(57)【要約】【課題】吸気に加えて排気ガスが筒内に導入される場合に、吸気と排気ガスとの混合が抑制されることの可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の制御装置であって、内燃機関１の吸気行程において、吸気弁７を閉じた状態で予め定められた第１の期間排気弁８を開いて排気ガスＥｘを前記内燃機関の気筒の筒内に導入し、前記排気ガスの渦流Ｓ２を生成する排気ガス渦流生成手段と、前記吸気行程における前記第１の期間の終了後に、前記排気弁を閉じた状態で予め定められた第２の期間前記吸気弁を開いて吸気Ｉｎを前記筒内に導入し、前記吸気の渦流Ｓ１を生成する吸気渦流生成手段とを備える。前記排気ガスの渦流と前記吸気の渦流とが前記気筒の中心軸を中心として同じ回転方向に回転するように、前記排気ガス渦流生成手段及び前記吸気渦流生成手段は前記排気ガスの渦流及び前記吸気の渦流をそれぞれ生成する。【選択図】        図２
2008121607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気行程において、吸気弁を閉じた状態で予め定められた第１の期間排気弁を開いて排気ガスを前記内燃機関の気筒の筒内に導入し、前記排気ガスの渦流を生成する排気ガス渦流生成手段と、
前記吸気行程における前記第１の期間の終了後に、前記排気弁を閉じた状態で予め定められた第２の期間前記吸気弁を開いて吸気を前記筒内に導入し、前記吸気の渦流を生成する吸気渦流生成手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
前記筒内において前記吸気の渦流が相対的に上方に生成されると共に前記排気ガスの渦流が相対的に下方に生成されるように、前記排気ガス渦流生成手段及び前記吸気渦流生成手段がそれぞれ動作する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記排気ガス渦流生成手段により生成される前記排気ガスの渦流は、前記排気ガスのスワール流であり、
前記吸気渦流生成手段により生成される前記吸気の渦流は、前記吸気のスワール流である
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気渦流生成手段は、前記吸気が前記筒内に導入される際に前記吸気を案内して前記吸気のスワール流を生成させるスワールポートとして形成された吸気ポートを有している
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の内燃機関の制御装置において、
前記排気ガス渦流生成手段は、前記排気ガスが前記筒内に導入される際に前記排気ガスを案内して前記排気ガスのスワール流を生成させるスワールポートとして形成された排気ポートを有している
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気渦流生成手段は、前記吸気を前記筒内に導入する複数の吸気ポートを備え、
前記複数の吸気ポートのうちで、予め定められた特定の吸気ポートを閉じておくことにより前記吸気のスワール流を生成し、
前記特定の吸気ポートは、前記特定の吸気ポートの延在方向において前記特定の吸気ポート内を前記吸気が前記筒内へ向けて流れる向きが、前記気筒の中心軸を中心とする予め定められた回転方向に逆らう向きである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記排気ガス渦流生成手段は、前記排気ガスを前記筒内に導入する複数の排気ポートを備え、
前記複数の排気ポートのうちで、予め定められた特定の排気ポートを閉じておくことにより前記排気ガスのスワール流を生成し、
前記特定の排気ポートは、前記特定の排気ポートの延在方向において前記特定の排気ポート内を前記排気ガスが前記筒内へ向けて流れる向きが、前記気筒の中心軸を中心とする予め定められた回転方向に逆らう向きである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項３から７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記排気ガスのスワール流と前記吸気のスワール流とが前記気筒の中心軸を中心として同じ回転方向に回転するように、前記排気ガス渦流生成手段及び前記吸気渦流生成手段は前記排気ガスのスワール流及び前記吸気のスワール流をそれぞれ生成する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に吸気に加えて排気ガスが筒内に導入される場合に、吸気と排気ガスとの混合が抑制されることの可能な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気行程におけるポンピングロスの低減等を目的として、吸気に加えて排気ガス（既燃ガス）が筒内に導入されることがある。例えば吸気行程において排気弁が開かれることにより、排気ガスが筒内に導入される方法がある。
【０００３】
吸気に加えて排気ガスが筒内に導入される場合、燃焼速度を高めて熱効率を向上させる観点からは、吸気と導入された排気ガスとが混合されずに筒内で成層化されていることが望ましい。吸気と排気ガスとが筒内で成層化されている場合、燃焼が実質的に吸気の層の範囲内で行われることが可能となる。実質的に吸気の層の範囲内で燃焼が行われると、吸気と排気ガスとが混合された場合に比べて、燃料及び酸素の濃度が高い状態で燃焼が行われる。このため、燃焼速度が高くなり、熱効率が向上する。一方、吸気に不活性な排気ガスが混ざった状態で燃焼が行われる場合、燃焼速度が低下してしまうため、熱効率が低下する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０２０７６６号公報
【特許文献２】特開２００１−１５９３３４号公報
【特許文献３】特開２００１−３２３８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吸気に加えて排気ガスが筒内に導入される場合に、吸気と排気ガスとの混合が抑制されることが望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、吸気に加えて排気ガスが筒内に導入される場合に、吸気と排気ガスとの混合が抑制されることの可能な内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気行程において、吸気弁を閉じた状態で予め定められた第１の期間排気弁を開いて排気ガスを前記内燃機関の気筒の筒内に導入し、前記排気ガスの渦流を生成する排気ガス渦流生成手段と、前記吸気行程における前記第１の期間の終了後に、前記排気弁を閉じた状態で予め定められた第２の期間前記吸気弁を開いて吸気を前記筒内に導入し、前記吸気の渦流を生成する吸気渦流生成手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記筒内において前記吸気の渦流が相対的に上方に生成されると共に前記排気ガスの渦流が相対的に下方に生成されるように、前記排気ガス渦流生成手段及び前記吸気渦流生成手段がそれぞれ動作することを特徴としている。
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記排気ガス渦流生成手段により生成される前記排気ガスの渦流は、前記排気ガスのスワール流であり、前記吸気渦流生成手段により生成される前記吸気の渦流は、前記吸気のスワール流であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記吸気渦流生成手段は、前記吸気が前記筒内に導入される際に前記吸気を案内して前記吸気のスワール流を生成させるスワールポートとして形成された吸気ポートを有していることを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記排気ガス渦流生成手段は、前記排気ガスが前記筒内に導入される際に前記排気ガスを案内して前記排気ガスのスワール流を生成させるスワールポートとして形成された排気ポートを有していることを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記吸気渦流生成手段は、前記吸気を前記筒内に導入する複数の吸気ポートを備え、前記複数の吸気ポートのうちで、予め定められた特定の吸気ポートを閉じておくことにより前記吸気のスワール流を生成し、前記特定の吸気ポートは、前記特定の吸気ポートの延在方向において前記特定の吸気ポート内を前記吸気が前記筒内へ向けて流れる向きが、前記気筒の中心軸を中心とする予め定められた回転方向に逆らう向きであることを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記排気ガス渦流生成手段は、前記排気ガスを前記筒内に導入する複数の排気ポートを備え、前記複数の排気ポートのうちで、予め定められた特定の排気ポートを閉じておくことにより前記排気ガスのスワール流を生成し、前記特定の排気ポートは、前記特定の排気ポートの延在方向において前記特定の排気ポート内を前記排気ガスが前記筒内へ向けて流れる向きが、前記気筒の中心軸を中心とする予め定められた回転方向に逆らう向きであることを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記排気ガスのスワール流と前記吸気のスワール流とが前記気筒の中心軸を中心として同じ回転方向に回転するように、前記排気ガス渦流生成手段及び前記吸気渦流生成手段は前記排気ガスのスワール流及び前記吸気のスワール流をそれぞれ生成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、吸気に加えて排気ガスが筒内に導入される場合に、吸気と排気ガスとの混合が抑制されることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１から図８を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、吸気に加えて既燃ガス（排気ガス）が筒内に導入される場合に、吸気と排気ガスとの混合が抑制されることの可能な内燃機関の制御装置に関する。
【００１８】
本実施形態では、ポンピング損失を低減させるために、吸気行程において、吸気に加えて排気ガスが筒内（シリンダ内）に導入される。この場合に、筒内に導入された吸気と排気ガスとが混合すると、燃料及び酸素の濃度が低下するため、燃焼速度が低下する。これに対して、本実施形態では、燃焼速度を高めて熱効率を向上させるために、筒内における吸気と排気ガスとの混合を抑制する制御が行われる。より具体的には、以下に説明するように、吸気及び排気ガスのそれぞれを筒内で成層化させる制御が行われる。
【００１９】
図１は、排気ガスが筒内に導入される様子を示す図である。図２は、筒内において吸気及び排気ガスのそれぞれが成層化された様子を示す図である。
【００２０】
吸気行程において、まず初めに、図１に示すように、吸気弁（図１の符号７）を閉じた状態で排気弁（図１の符号８）が開かれ、排気ガスが筒内に導入される。これにより、筒内に符号Ｅｘでしめす排気ガスの層が形成される。次に、排気弁８が閉じられるのと実質的に同時に吸気弁７が開かれて、吸気が筒内に導入される。このように排気ガスＥｘの導入と吸気の導入が別々の期間に行われることで、図２に示すように筒内において排気ガスＥｘと吸気とが成層化される。図２において、符号Ｉｎは、吸気（混合気）を示す。符号Ｂは、吸気Ｉｎ及び排気ガスＥｘの境界部を示す。
【００２１】
図２に示すように、吸気行程において先に筒内に導入された排気ガスＥｘが筒内の下方に成層化される。排気ガスＥｘの後から筒内に導入された吸気Ｉｎが、筒内における排気ガスＥｘの上方に成層化される。
【００２２】
さらに、成層化される排気ガスＥｘと吸気Ｉｎとが混合することを抑制するために、筒内に排気ガスＥｘ及び吸気Ｉｎそれぞれのスワール流が生成される。図２において、符号Ｓ１は、吸気のスワール流を示す。符号Ｓ２は、排気ガスのスワール流を示す。吸気のスワール流Ｓ１と排気ガスのスワール流Ｓ２とは、気筒の中心軸を中心として同じ向きに回転している。後述するように、本実施形態では、内燃機関（エンジン）は、スワールポートに形成された吸気ポート（図４の符号５ｂ参照）を備えている。吸気のスワール流Ｓ１は、スワールポートに形成された吸気ポート５ｂを介して導入される吸気により生成される。
【００２３】
また、エンジンはスワールポートに形成された排気ポート（図４の符号６ａ参照）を備えている。排気ガスのスワール流Ｓ２は、スワールポートに形成された排気ポート６ａを介して導入される排気ガスにより生成される。
【００２４】
上記のように吸気のスワール流Ｓ１及び排気ガスのスワール流Ｓ２が筒内において生成されることにより、以下の作用が生じて、排気ガスＥｘと吸気Ｉｎとが混合することが抑制される。
【００２５】
第１に、図２に示すように、排気ガスＥｘ及び吸気Ｉｎがそれぞれスワール流（Ｓ１、Ｓ２）となって回転することで、両者の層がそれぞれ気筒の中心軸を回転軸とする回転慣性を有することとなる。このため、排気ガスＥｘ及び吸気Ｉｎそれぞれの気筒の中心軸方向の運動が抑制される。その結果、両者が混合することが抑制される。
【００２６】
第２に、図２に示すように、排気ガスのスワール流Ｓ２と吸気のスワール流Ｓ１とが気筒の中心軸を中心として同方向に回転することで、排気ガスＥｘの層と吸気Ｉｎの層との境界部Ｂにおいて、両者の相対速度が小さくされる。これにより、両者が混合することが抑制される。
【００２７】
図３は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。図４は、図３のＡ視図である。
【００２８】
図３において、符号１は、内燃機関（エンジン）を示す。エンジン１は、シリンダブロック２を有する。シリンダブロック２の内部には、シリンダブロック２の内部を往復動可能なピストン３が設けられている。ピストン３の上方に燃焼室４が形成されている。
【００２９】
シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド１０が設けられている。シリンダヘッド１０には、吸気ポート５及び排気ポート６が設けられている。吸気ポート５と燃焼室４との接続部には、吸気弁７が設けられている。排気ポート６と燃焼室４との接続部には、排気弁８が設けられている。吸気ポート５には、図示しない燃料噴射弁により燃料が噴射される。
【００３０】
図４において、図３と対応する部分には同一符号が付してある。図４に示すように、燃焼室４には、２つの吸気ポート５（第１吸気ポート５ａ、第２吸気ポート５ｂ）が接続されている。第１吸気ポート５ａは、ストレートポートに形成されている。第２吸気ポート５ｂ（吸気渦流生成手段）は、ヘリカル形状のスワールポートに形成されている。第２吸気ポート５ｂを介して吸入される吸気により、符号Ｙ１で示す回転方向の吸気のスワール流（図２のＳ１参照）が生成される。
【００３１】
第１吸気ポート５ａと燃焼室４との接続部には、第１吸気弁７ａが設けられている。第２吸気ポート５ｂと燃焼室４との接続部には、第２吸気弁７ｂが設けられている。
【００３２】
燃焼室４には、２つの排気ポート６（第１排気ポート６ａ、第２排気ポート６ｂ）が接続されている。第２排気ポート６ｂは、ストレートポートに形成されている。第１排気ポート６ａ（排気ガス渦流生成手段）は、ヘリカル形状のスワールポートに形成されている。第１排気ポート６ａを介して導入される排気ガスにより、符号Ｙ１で示す回転方向の排気ガスのスワール流（図２のＳ２参照）が生成される。
【００３３】
第１排気ポート６ａと燃焼室４との接続部には、第１排気弁８ａが設けられている。第２排気ポート６ｂと燃焼室４との接続部には、第２排気弁８ｂが設けられている。
【００３４】
吸気弁７（７ａ、７ｂ）及び排気弁８（８ａ、８ｂ）は、それぞれ電磁力を利用して駆動される電磁駆動弁として構成されている。吸気弁７（７ａ、７ｂ）及び排気弁８（８ａ、８ｂ）は、それぞれ任意のタイミングで開閉されることが可能である。即ち、第１吸気弁７ａ及び第２吸気弁７ｂは、それぞれ任意のタイミングで開閉されることができる。第１排気弁８ａ及び第２排気弁８ｂは、それぞれ任意のタイミングで開閉されることができる。
【００３５】
図３に示すように、エンジン１が搭載された車両（図示省略）には、車両各部を制御するＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）を有する車両制御部２０が設けられている。吸気弁７及び排気弁８は、それぞれ車両制御部２０に接続されている。車両制御部２０により吸気弁７及び排気弁８が制御される。
【００３６】
図５は、本実施形態のタイムチャートである。図５において、符号１００は、排気弁８のリフト量を示す。符号１０１は、吸気弁７のリフト量を示す。符号Ｋ１は、排気行程において筒内から排気ガスの排出が行われる期間を示す。符号Ｋ２は、吸気行程において排気弁８が開かれて排気ガスが筒内に導入される期間（第１の期間）を示す。符号Ｋ３は、吸気行程において吸気弁７が開かれて吸気が筒内に導入される期間（第２の期間）を示す。
【００３７】
図５において符号Ｋ２及びＫ３に示すように、本実施形態では、吸気行程において、吸気が導入される期間Ｋ３よりも前の期間Ｋ２において、排気ガスが筒内に導入される。この場合、吸気行程において、図１に示すように吸気弁７が閉じた状態で排気弁８が開かれる。ピストン３が下降して負圧となる燃焼室４に符号Ｙ２で示すように、排気ポート６から排気ガスが流入する。
【００３８】
期間Ｋ２において上記のように排気ガスが筒内に導入された後で、期間Ｋ３において、吸気が筒内に導入される。この場合、排気弁８が閉じると共に吸気弁７が開いた状態とされて、吸気が筒内に導入される。後述するように、ポンピング損失を低減させるためには、吸気弁７及び排気弁８が共に閉じている期間が短いほど有利となる。このため、排気弁８が閉じるのと実質的に同時に吸気弁７が開かれることが望ましい。即ち、排気ガスが導入される期間Ｋ２が終了するのと実質的に同時に吸気が導入される期間Ｋ３が開始されることが望ましい。
【００３９】
上記のように排気ガスの導入と吸気の導入とが別々の期間に行われることで、図２に示すように、筒内で排気ガスと吸気（混合気）とがそれぞれ別の層として成層化される。
【００４０】
図２において、符号Ｉｎは、吸気を示す。符号Ｅｘは、排気ガスを示す。図２に示すように、先に導入された排気ガスＥｘが相対的に下方に層を成す。一方、後から導入された吸気Ｉｎは、排気ガスＥｘの上方に層を成す。このように排気ガスＥｘと吸気Ｉｎが成層化されることで、排気ガスＥｘと吸気Ｉｎとが混合することが抑制される。
【００４１】
本実施形態では、上記のように排気ガスＥｘ及び吸気Ｉｎが成層化されるのみならず、両者が混合することをさらに抑制するために、排気ガスＥｘ及び吸気Ｉｎのスワール流がそれぞれ生成される。上記において図４を参照して説明したように、第２吸気ポート５ｂを介して導入される吸気Ｉｎにより、図２に符号Ｓ１で示す吸気のスワール流が生成される。第１排気ポート６ａを介して導入される排気ガスＥｘにより、図２に符号Ｓ２で示す排気ガスのスワール流が生成される。吸気のスワール流Ｓ１と排気ガスのスワール流Ｓ２とが、気筒の中心軸を中心として同じ回転方向に回転するように吸気のスワール流Ｓ１及び排気ガスのスワール流Ｓ２がそれぞれ生成される。これにより、以下に説明するように、吸気Ｉｎと排気ガスＥｘとが混合することがさらに抑制される。
【００４２】
第１に、排気ガスＥｘ及び吸気Ｉｎがそれぞれ気筒の中心軸を回転軸とするスワール流となって筒内で回転する。この場合、排気ガスＥｘ及び吸気Ｉｎには、回転慣性が働き、同じ回転運動を続けようとする力が働く。このため、排気ガスＥｘ及び吸気Ｉｎが上下方向（回転軸方向）へ移動することが抑制される。これにより、排気ガスＥｘが吸気Ｉｎの層に入り込むこと、及び吸気Ｉｎが排気ガスＥｘの層に入り込むことが抑制される。その結果、排気ガスＥｘと吸気Ｉｎとが混合することが抑制される。
【００４３】
第２に、図２に示すように、排気ガスＥｘのスワール流Ｓ２及び吸気Ｉｎのスワール流Ｓ１は、気筒の中心軸を中心として同じ回転方向のスワール流とされる。気筒の中心軸を中心として排気ガスＥｘ及び吸気Ｉｎが共に同じ方向に回転することで、両者の境界部（図２の符号Ｂ）における相対速度が低減される。排気ガスＥｘの層の流速と吸気Ｉｎの層の流速が異なる場合には、両者の境界部Ｂにおいて流れが乱れてしまう。流速の差が大きくなるほど流れは乱れ、両者が混合しやすくなる。これに対して、本実施形態では、上記のように境界部Ｂにおける排気ガスＥｘと吸気Ｉｎとの相対速度が低減されるので、排気ガスＥｘと吸気Ｉｎとが混合することが抑制される。
【００４４】
上記のように排気ガスＥｘと吸気Ｉｎとが混合することが抑制される結果、以下に説明するように、実質的に吸気Ｉｎの層の範囲内において燃焼が行われて熱効率が高められることが可能となる。
【００４５】
燃料を含む吸気Ｉｎと排気ガスＥｘとが混合された場合、吸気Ｉｎ内に不活性な排気ガスＥｘが混ざり込んでしまう。このため、燃料及び酸素の濃度が低下し、燃焼速度が低下する。これに対して、本実施形態では吸気Ｉｎと排気ガスＥｘとが混合されることが抑制されるので、燃料及び酸素はそのほとんどが吸気Ｉｎの層の範囲内に留まった状態となる。このため、実質的に吸気Ｉｎの層の範囲内において燃焼が行われることが可能となる。その結果、燃焼速度が大きくなり、熱効率が向上する。
【００４６】
次に、吸気行程において排気ガスＥｘが導入される期間Ｋ２（図５）及び吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３（図５）の長さの設定方法について説明する。ここで、それぞれの期間（Ｋ２、Ｋ３）の長さは、例えばエンジン１のクランク角度の値として設定される。
【００４７】
本実施形態では、吸気量は、吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３の長さで調節される。吸気Ｉｎの必要量が多い場合には、吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３が大きな値に設定され、吸気Ｉｎの必要量が少ない場合には、吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３が小さな値に設定される。上記のように吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３の長さで吸気量が調節されるので、吸気量を調節するために流路抵抗を可変とする必要がない。このため、吸気Ｉｎの流量を調節するためのスロットルバルブの設置を省略することができる。この場合、スロットルバルブが設けられている場合に比べて流路抵抗が小さくなるので、ポンピング損失が低減されることができる。
【００４８】
吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３が決定される際には、まず、エンジン１の負荷に応じて、必要な吸気量が設定される。次に、上記必要な吸気量に基づいて、吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３の長さが設定される。吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３の長さが設定される際には、例えば、予め定められたエンジン１の負荷と吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３との対応関係を示すマップが参照される。上記マップは、例えば、実験の結果に基づいて設定されることができる。なお、吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３の長さは、上記に加えてエンジン１の回転数に基づいて設定されることができる。
【００４９】
次に、排気ガスＥｘが導入される期間Ｋ２の設定方法について説明する。排気ガスＥｘが導入される期間Ｋ２の長さは、例えば、１回の吸気行程の長さから吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３の長さを除いた残りの長さに設定される。即ち、吸気行程において、吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３以外の期間は、全て排気ガスＥｘが導入される期間Ｋ２とされる。これは、ポンピング損失を極力低減させるためである。吸気行程において吸気弁７及び排気弁８が共に閉じた状態となると、ピストン３が下降することにより、筒内は負圧となる。その結果、ピストン３を上方に引っ張る力が大きくなり、ポンピング損失が増加してしまう。よって、ポンピング損失を極力低減させるためには、排気ガスＥｘが導入される期間Ｋ２の長さができるだけ大きな値に設定されて、吸気弁７及び排気弁８が共に閉じた状態となる期間が短くされることが望ましい。
【００５０】
排気ガスＥｘが導入される期間Ｋ２の長さが設定される際には、例えば、予め定められたエンジン１の負荷と排気ガスＥｘが導入される期間Ｋ２との対応関係を示すマップが参照されることができる。上記マップは、例えば、実験の結果に基づいて設定されることができる。
【００５１】
本実施形態では、第２吸気ポート５ｂ及び第１排気ポート６ａがスワールポートとされた。図４においては、スワールポートの一例としてヘリカルポートが図示されているが、ポート形状はヘリカルポートに限定されない。例えば、図６に示すように、ヘリカルポートに代えて、第２吸気ポート５ｂ及び第１排気ポート６ａがタンゼンシャルポートとされることができる。
【００５２】
本実施形態では２つある吸気ポート５のうち第２吸気ポート５ｂがスワールポートとされたが、これには限定されない。第１吸気ポート５ａ及び第２吸気ポート５ｂの少なくともいずれか一方がスワールポートとされていればよい。
【００５３】
本実施形態では２つある排気ポート６のうち第１排気ポート６ａがスワールポートとされたが、これには限定されない。第１排気ポート６ａ及び第２排気ポート６ｂの少なくともいずれか一方がスワールポートとされていればよい。
【００５４】
吸気のスワール流Ｓ１（図２）がより強くされるために、吸気Ｉｎが導入される際に、２つの吸気ポート５のうち実質的に第２吸気ポート５ｂのみから吸気が吸入されることができる。この場合、第１吸気弁７ａが閉じられ、第２吸気弁７ｂが開かれる。また、吸気Ｉｎの導入時に第１吸気弁７ａが閉じられる構成に代えて、第１吸気ポート５ａに吸気制御弁が設けられ、吸気Ｉｎが導入される際には上記吸気制御弁が閉じられて、実質的に第２吸気ポート５ｂのみから吸気が導入される構成とされることができる。
【００５５】
排気ガスのスワール流Ｓ２（図２）がより強くされるために、排気ガスＥｘが導入される際に、２つの排気ポート６のうち実質的に第１排気ポート６ａのみから排気ガスＥｘが導入されることができる。この場合、排気ガスＥｘの導入時に第１排気弁８ａが開かれ、第２排気弁８ｂは閉じた状態とされる。また、排気ガスＥｘの導入時に第２排気弁８ｂが閉じられる構成に代えて、第２排気ポート６ｂに排気制御弁が設けられ、排気ガスＥｘが導入される際には上記排気制御弁が閉じられて、実質的に第１排気ポート６ａのみから排気ガスＥｘが導入される構成とされることができる。
【００５６】
本実施形態では、スワールポートを介して導入される排気ガスＥｘ及び吸気Ｉｎにより排気ガス及び吸気それぞれのスワール流が生成されたが、これに代えて、以下に説明するように、特定の吸気ポート５（図４参照）及び特定の排気ポート６（図４参照）を閉じておくことにより、吸気のスワール流Ｓ１及び排気ガスのスワール流Ｓ２がそれぞれ生成されることができる。
【００５７】
吸気のスワール流Ｓ１が生成される場合を例に説明すると、吸気Ｉｎが導入される際に、２つの吸気ポート５（５ａ、５ｂ）のうちいずれか一方の吸気ポート５が開かれると共に他方の吸気ポート５が閉じられることにより、吸気のスワール流が生成されることができる。この場合、吸気ポート５（５ａ、５ｂ）はスワールポートである必要はない。例えば、図４に符号Ｙ１で示す回転方向の吸気のスワール流Ｓ１が生成される場合について説明すると、吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３において、第１吸気弁７ａが閉じられて第１吸気ポート５ａ（特定の吸気ポート）から筒内に吸気が導入されない状態とされる。これは、第１吸気ポート５ａの延在方向（軸線方向）において第１吸気ポート５ａを吸気が筒内へ向けて流れる向きが、符号Ｙ１で示す回転方向に逆らう向きとなっているからである。
【００５８】
第２吸気弁７ｂが開かれると共に第１吸気弁７ａが閉じられることで、第２吸気ポート５ｂから吸気Ｉｎが筒内に導入されると共に、第１吸気ポート５ａからは吸気が導入されなくなる。これにより、符号Ｙ１で示す回転方向に逆らう向きの、第１吸気ポート５ａを介して導入される吸気の流れがなくなる。よって、気筒の中心軸を中心とする符号Ｙ１で示す回転方向の吸気のスワール流が生成される。
【００５９】
また、２つの吸気弁７（７ａ、７ｂ）のうちいずれか一方の吸気弁７が開かれる構成に代えて、２つの吸気ポート５（５ａ、５ｂ）のうちいずれか一方の吸気ポート５に吸気制御弁が設けられ、吸気Ｉｎが導入される期間Ｋ３において上記吸気制御弁が閉じられる構成とされることができる。
【００６０】
本実施形態では、図５に示すように、排気ガスＥｘの排出が行われる期間Ｋ１と排気ガスＥｘが導入される期間Ｋ２との間に排気弁８が閉じられる期間Ｋ４が設けられているが、これは、排気弁８がピストン３と接触することを防ぐためである。排気行程の終了する上死点において、排気弁８が開いた状態であると、排気弁８とピストン３とが接触する可能性がある。このため、上記上死点の近傍において排気弁８が閉じられる期間Ｋ４が設定されている。
【００６１】
上記上死点の近傍において排気弁８とピストン３とが接触することが抑制される程度に両者間のクリアランスが保たれている場合には、排気ガスＥｘの排出が行われる期間Ｋ１と排気ガスＥｘが導入される期間Ｋ２との間に、排気弁８が閉じられる期間Ｋ４を設けないことができる。この場合、排気弁８が閉じられる期間Ｋ４が設けられている場合に比べてポンピング損失が低減されることができる。
【００６２】
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態では吸気ポート５に燃料が噴射されたが、これに代えて、本変形例では筒内に直接燃料が噴射される。
【００６３】
図７は、本変形例に係る装置の概略構成図である。第１実施形態（図３）では吸気ポート５に燃料が噴射された（燃料噴射弁は図示せず）が、本変形例では、燃料噴射弁９は、筒内に燃料を直接噴射する位置に設置されている。また、第１実施形態の車両制御部２０に代えて、車両制御部３０が設けられている。
【００６４】
吸気弁７、排気弁８及び燃料噴射弁９は、それぞれ車両制御部３０に接続されている。吸気弁７、排気弁８及び燃料噴射弁９は、それぞれ車両制御部３０により制御される。
【００６５】
本変形例では、上記第１実施形態（図５）と同様に、吸気行程においてまず初めに排気ガスが筒内に導入され（図５の期間Ｋ２）、次に吸気（新気）が吸入される（図５の期間Ｋ３）。これにより、燃焼室４の内部において、吸気と排気ガスとが成層化される。図８に示すように、燃焼室４内において上方に吸気Ｉｎ１の層が形成され、下方に排気ガスＥｘの層が形成される。
【００６６】
図８において、符号Ｆは、燃料噴射弁９により噴射された燃料の噴霧を示す。本変形例では、符号Ｆに示すように、燃料の主な飛翔範囲が吸気Ｉｎ１の層とされている。即ち、燃料の噴霧Ｆが主として吸気Ｉｎ１の層内に広がるように燃料の噴射が行われる。これにより、実質的に吸気Ｉｎ１の層の範囲内において燃焼が行われることができる。また、上記第１実施形態と同様に、吸気のスワール流Ｓ３が生成されているため、燃料の噴霧Ｆは吸気Ｉｎ１と十分に混合し、均質な混合気が生成される。
【００６７】
本変形例は、ガソリン等を燃料とする火花着火式のエンジン及びディーゼルエンジン等の圧縮着火式のエンジンのいずれにも適用可能である。
【００６８】
（第２実施形態）
図９を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００６９】
本実施形態では、吸気Ｉｎが理論空燃比となるように燃料の噴射量が制御される。これにより、排気エミッションが悪化する（有害物質の排出量が増加する）ことが抑制される。
【００７０】
図９は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。上記第１実施形態（図３）の構成に加えて、排気管１１には排気ガスＥｘを浄化するための触媒（三元触媒）１２が設けられている。三元触媒１２は、炭化水素（ＨＣ）と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の３つの物質を酸化・還元反応によって同時に除去することができる。三元触媒１２は、理論空燃比で燃焼が行われた場合に、排気ガスＥｘを効率よく浄化することができる。上記第１実施形態における車両制御部２０に代えて、車両制御部４０が設けられている。
【００７１】
図示しない燃料噴射弁により吸気ポート５に噴射される燃料の噴射量は、吸気量に基づいて車両制御部４０により設定される。燃料の噴射量は、筒内に導入される吸気Ｉｎ（図２参照）の空燃比が理論空燃比となるように設定される。これにより、以下に説明するように、排気ガスＥｘが三元触媒１２により安定的に効率良く浄化されるので、排気エミッションの悪化が抑制される。
【００７２】
吸気Ｉｎの空燃比が理論空燃比とされるため、吸気Ｉｎの燃焼により発生する排気ガスＥｘは、三元触媒１２により効率よく浄化されることができる。特に、本実施形態では、上記第１実施形態と同様に吸気Ｉｎ及び排気ガスＥｘが混合することが抑制されるため、実質的に吸気Ｉｎの層の範囲内において燃焼が行われることができる。吸気Ｉｎと排気ガスＥｘとが混合された場合には、燃焼速度が低下するため、未燃成分が増加することがあるが、本実施形態によればこのような有害物質の発生量の増加が抑制される。よって、排気ガスＥｘは三元触媒１２により効率的に浄化される状態に保たれる。
【００７３】
また、排気管１１から筒内に導入される排気ガスＥｘは、理論空燃比の吸気Ｉｎが燃焼して発生したものであるため、三元触媒１２により効率よく浄化されることができる。上記のように、燃焼室４からは継続的に理論空燃比の吸気Ｉｎが燃焼して生じる排気ガスＥｘが排出される。このため、排気ガスＥｘは安定して三元触媒１２により効率よく浄化されることができるので、排気エミッションの悪化が抑制される。
【００７４】
本実施形態では、吸気ポート５に燃料が噴射される位置に燃料噴射弁が設けられたが、これに代えて、上記第１実施形態の変形例と同様に、筒内に直接燃料が噴射される位置に燃料噴射弁９が設けられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態において排気ガスを筒内に導入する動作を示す図である。
【図２】本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態における成層化の状態を示す図である。
【図３】本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態に係る装置の概略構成図である。
【図４】図３のＡ方向から見た平面図である。
【図５】本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態における吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを示すタイムチャートである。
【図６】本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態に係る装置において、スワールポートしてタンゼンシャルポートが用いられた場合の一例を示す図である。
【図７】本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態の変形例に係る装置の概略構成図である。
【図８】本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態の変形例における成層化の状態及び燃料の噴霧の状態を示す図である。
【図９】本発明の内燃機関の制御装置の第２実施形態に係る装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  エンジン
２  シリンダブロック
３  ピストン
４  燃焼室
５  吸気ポート
５ａ  第１吸気ポート
５ｂ  第２吸気ポート
６  排気ポート
６ａ  第１排気ポート
６ｂ  第２排気ポート
７  吸気弁
７ａ  第１吸気弁
７ｂ  第２吸気弁
８  排気弁
８ａ  第１排気弁
８ｂ  第２排気弁
９  燃料噴射弁
１０  シリンダヘッド
１１  排気管
１２  三元触媒
２０  車両制御部
３０  車両制御部
４０  車両制御部
Ｆ  燃料の噴霧
Ｅｘ  排気ガス
Ｉｎ  吸気
Ｉｎ１  吸気
Ｋ１  排気ガスの排出が行われる期間
Ｋ２  排気ガスが導入される期間
Ｋ３  吸気が導入される期間
Ｓ１  吸気のスワール流
Ｓ２  排気ガスのスワール流
Ｙ１  スワール流の回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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