(57)【要約】【課題】安定した成層燃焼が得られる内燃機関を提供する。【解決手段】気筒毎に副吸気通路３２とＥＧＲ通路３３を設け、該副吸気通路３２とＥＧＲ通路３３のそれぞれの下流端開口３２ａ，３３ａを上記各気筒の燃焼室８のクランク軸方向一側部，他側部に向けて接続し、上記各副吸気通路３２の上流端開口３２ｂ同士を副吸気集合管４７を介して連通させ、上記ＥＧＲ通路３３の上流端開口３３ｂをＥＧＲ集合管３４を介して排気通路１５に接続するとともに該ＥＧＲ集合管３４の上流側に第１ＥＧＲ制御弁３５を介在させ、該内燃機関の運転状態を制御する運転制御手段３６を備える。【選択図】      図１
2008128084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と、該各気筒に接続された吸気通路と、該各吸気通路が接続されたサージタンクと、上記各吸気通路に配設された気筒毎のスロットル弁とを備えた内燃機関であって、
上記気筒毎に副吸気通路とＥＧＲ通路を設け、
該副吸気通路とＥＧＲ通路のそれぞれの下流端開口を上記各気筒の燃焼室のクランク軸方向一側部，他側部に向けて接続し、
上記各副吸気通路の上流端開口同士を連通させ、
上記ＥＧＲ通路の上流端開口を集合させた集合通路により排気通路に接続し、該集合通路の途中に第１ＥＧＲ制御弁を介在させ、
該内燃機関の運転状態を制御する運転制御手段を備えたたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１において、上記吸気通路は、上記副吸気通路からの副吸気流及びＥＧＲ通路からのＥＧＲ流と同一方向の回転を該吸気通路からの吸気流に生じさせるよう形成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１において、上記サージタンクに空気を導入する空気導入管に負圧制御弁を接続し、上記運転制御手段は、低・中負荷運転域では、ＥＧＲ成層燃焼となるよう上記負圧制御弁及び上記第１ＥＧＲ制御弁を所定開度に制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１において、上記サージタンクに空気を導入する空気導入管にベンチュリ部を介在させ、該ベンチュリ部を排気導入通路により上記排気通路に接続するとともに、該排気導入通路に第２ＥＧＲ制御弁を介在させ、
上記運転制御手段は、中負荷運転域では、ＥＧＲ成層燃焼となるよう上記第１，第２ＥＧＲ制御弁を開く（全開又は大開度とする）ことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４において、上記運転制御手段は、低・中負荷運転域では、上記ＥＧＲ通路内のＥＧＲ流のＣＯ2 濃度が上記吸気通路内の吸気流のＣＯ2 濃度より高くなるように上記第１，第２ＥＧＲ制御弁の開度を制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項４において、上記運転制御手段は、高負荷運転域では、上記第１ＥＧＲ制御弁を閉じる（全閉又は小開度すとる）とともに、上記第２ＥＧＲ制御弁を開く（全開又は大開度とする）ことを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項１において、該内燃機関の暖機運転の進行状態を検知する暖機状態検知手段を設け、
上記サージタンクに空気を導入する空気導入管を接続し、該空気導入管にベンチュリ部を介在させ、該ベンチュリ部を排気導入通路により上記排気通路に接続するとともに、該排気導入通路に第２ＥＧＲ制御弁を介在させ、
上記運転制御手段は、暖機運転が完了するまでは、上記第１ＥＧＲ制御弁及び第２ＥＧＲ制御弁の開度を、成層リーン燃焼が得られるように制御し、暖機運転の完了後は、上記第１ＥＧＲ制御弁及び第２ＥＧＲ制御弁の開度を、ＥＧＲ成層理論空燃比燃焼が得られるように制御することを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項１において、各気筒あたり１つの吸気弁と、該吸気弁の燃焼室開口に連通する１つの吸気通路と、該吸気通路に配設された２つの燃料噴射弁とを備えていることを特徴とする内燃機関。
【請求項９】
請求項８において、上記２つの燃料噴射弁のうち一方の燃料噴射弁は、低負荷運転域において上記副吸気通路からの副吸気流に向けて燃料を噴射する低負荷用燃料噴射弁であり、他方の燃料噴射弁は、中・高負荷運転域において上記吸気通路からの吸気流に向けて燃料を噴射する中高負荷用燃料噴射弁であることを特徴とする内燃機関。
【請求項１０】
請求項９において、気筒軸方向上方から見たとき、上記中高負荷用燃料噴射弁は、吸気通路からの吸気流に向けて燃料を噴射するよう該吸気通路の略中心線上にかつ該中心線と略平行に配置され、上記低負荷用燃料噴射弁は、上記副吸気通路からの副吸気流に向けて燃料を噴射するよう上記中心線に対して斜めに配置されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項１１】
請求項８において、上記２つの燃料噴射弁のうち一方の燃料噴射弁は、低・中・高負荷運転域において上記副吸気通路からの副吸気流に向けて燃料を噴射する低中高負荷用燃料噴射弁であり、他方の燃料噴射弁は、中・高負荷運転域において上記吸気通路からの吸気流に向けて燃焼を噴射する中高負荷用燃料噴射弁であることを特徴とする内燃機関。
【請求項１２】
請求項９又は１１において、上記運転制御手段は、低負荷運転域では、上記第１ＥＧＲ制御弁を開く（全開又は大開度とする）とともに、上記低負荷用燃料噴射弁又は低中高負荷用燃料噴射弁から燃料を上記副吸気通路からの副吸気流に向けて噴射させることを特徴とする内燃機関。
【請求項１３】
請求項９又は１１において、上記サージタンクに空気を導入する空気導入管を接続し、該空気導入管にベンチュリ部を介在させ、該ベンチュリ部を排気導入通路により上記排気通路に接続するとともに、該排気導入通路に第２ＥＧＲ制御弁を介在させ、
上記運転制御手段は、中高負荷運転域では、上記第２ＥＧＲ制御弁を開く（全開又は大開度とする）とともに、上記中高負荷用燃料噴射弁から燃料を上記吸気通路からの吸気流に向けて噴射させることを特徴とする内燃機関。
【請求項１４】
請求項１１において、上記運転制御手段は、低中速・高負荷運転域では、オーバーラップ終了から吸気弁閉までの吸気弁開期間内に上記低中高負荷用燃料噴射弁と中高負荷用燃料噴射弁の両方から燃料を噴射させることを特徴とする内燃機関。
【請求項１５】
請求項８において、２つの点火プラグを備え、一方の点火プラグは、上記副吸気通路からの副吸気流に略対応する位置に配置され、他方の点火プラグは、上記ＥＧＲ通路からのＥＧＲ流に略対応する位置に配置されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項１６】
請求項１において、燃焼室のクランク軸方向一側部，他側部に位置するよう並列配置された各気筒あたり少なくとも２つの吸気弁と、該各吸気弁の燃焼室開口に連通する１つの吸気通路と、該吸気通路に配設された２つの燃料噴射弁とを備え、
上記ＥＧＲ通路の下流端開口を上記他側部の吸気弁開口に向けて配置するとともに、上記副吸気通路の下流端開口を上記一側部の吸気弁開口に向けて配置し、
上記２つの燃料噴射弁のうち一方の燃料噴射弁は上記吸気通路からの吸気流に向けて燃料を噴射するように配置され、他方の燃料噴射弁は上記副吸気通路からの副吸気流に向けて燃料を噴射するように配置されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項１７】
請求項１６において、上記運転制御手段は、低負荷運転域では、上記他方の燃料噴射弁から燃料を噴射させることを特徴とする内燃機関。
【請求項１８】
請求項１６において、上記運転制御手段は、中・高負荷運転域では、上記一方及び他方の燃料噴射弁から燃料を噴射させることを特徴とする内燃機関。
【請求項１９】
請求項１６において、上記運転制御手段は、低中速・高負荷運転域では、オーバーラップ終了から吸気弁閉までの吸気弁開期間内に上記一方及び他方の燃料噴射弁から燃料を噴射させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２０】
請求項１６において、燃焼室の略中央に配置された第１点火プラグと、上記副吸気通路からの副吸気流に略対応する位置に配置された第２点火プラグとを備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２１】
請求項１６において、燃焼室の略中央に配置された第１点火プラグと、燃焼室のクランク軸方向一側部，他側部に配置された第２，第３点火プラグとを備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２２】
請求項２１において、上記運転制御手段は、上記第１ＥＧＲ制御弁が開いている運転域では、上記第１〜第３点火プラグを全て点火させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２３】
請求項２１において、上記サージタンクに空気を導入する空気導入管にベンチュリ部を介在させ、該ベンチュリ部を排気導入通路により上記排気通路に接続するとともに、該排気導入通路に第２ＥＧＲ制御弁を介在させ、上記運転制御手段は、上記第１，第２ＥＧＲ制御弁が開いている運転域では、上記第１〜第３点火プラグを全て点火させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２４】
請求項２１において、上記運転制御手段は、高負荷運転域では、上記第１点火プラグの点火時期を上記第２，第３点火プラグの点火時期より遅延させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２５】
請求項２１において、上記運転制御手段は、高負荷運転域では、上記第１点火プラグによる点火を停止し、上記第２，第３点火プラグのみを点火させることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒と、該各気筒の燃焼室に連通する吸気通路と、該各吸気通路が接続されたサージタンクと、上記各吸気通路に配設された気筒毎のスロットル弁とを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関では、燃費の向上及び排気ガスの清浄化を図る観点から、排気通路を流れる排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと称す）を吸気系に還流させて再燃焼させるようにしたＥＧＲ装置を備える場合がある。
【０００３】
このようなＥＧＲ装置を備えた内燃機関として、例えば、特許文献１には、吸気通路を上側通路と下側通路とに画成し、上側通路にスロットル弁を通った空気流を燃焼室に順タンブルをなすよう流入させ、下側通路に排気通路から還流させたＥＧＲガス流を燃焼室に逆タンブルをなすよう流入させ、上記空気流に燃料を噴射することにより、成層燃焼を行うようにした構造が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−３３２５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来の内燃機関のように、順タンブルの空気流と逆タンブルのＥＧＲガス流とを燃焼室内に流入させる場合には、上記空気流とＥＧＲガス流とが燃焼室内でぶつかり合うことから、安定した成層燃焼が得られにくいという懸念があり、ポンピングロスの低減，燃費の向上を図るうえで改善する余地がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、安定した成層燃焼が得られる内燃機関を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、複数の気筒と、該各気筒に接続された吸気通路と、該各吸気通路が接続されたサージタンクと、上記各吸気通路に配設された気筒毎のスロットル弁とを備えた内燃機関であって、上記気筒毎に副吸気通路とＥＧＲ通路を設け、該副吸気通路とＥＧＲ通路のそれぞれの下流端開口を上記各気筒の燃焼室のクランク軸方向一側部，他側部に向けて接続し、上記各副吸気通路の上流端開口同士を副吸気集合管を介して連通させ、上記ＥＧＲ通路の上流端開口をＥＧＲ集合管を介して排気通路に接続するとともに該ＥＧＲ集合管の上流側に第１ＥＧＲ制御弁を介在させ、該内燃機関の運転状態を制御する運転制御手段を備えたたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、上記吸気通路は、上記副吸気通路からの副吸気流及びＥＧＲ通路からのＥＧＲ流と同一方向の回転を該吸気通路からの吸気流に生じさせるよう形成されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１において、上記サージタンクに空気を導入する空気導入管に負圧制御弁を接続し、上記運転制御手段は、低・中負荷運転域では、ＥＧＲ成層燃焼となるよう上記負圧制御弁を及び上記第１ＥＧＲ制御弁を所定開度に制御することを特徴としている。
【０００９】
ここで請求項３において、負圧制御弁及び第１ＥＧＲ制御弁を所定開度となるように制御するとは、具体的には例えば、上記負圧制御弁及び第１ＥＧＲ制御弁の開度を、小開度（例えば全開の約１５％）から中開度（例えば全開の約５０％）の範囲内において制御する場合が含まれる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１において、上記サージタンクに空気を導入する空気導入管にベンチュリ部を介在させ、該ベンチュリ部を排気導入通路により上記排気通路に接続するとともに、該排気導入通路に第２ＥＧＲ制御弁を介在させ、上記運転制御手段は、中負荷運転域では、ＥＧＲ成層燃焼となるよう上記第１，第２ＥＧＲ制御弁を開くことを特徴としている。
【００１１】
ここで請求項４において、上記第１，第２ＥＧＲ制御弁を開くとは、具体的には例えば、第１ＥＧＲ制御弁の開度を中開度に制御し、また第２ＥＧＲ制御弁の開度を小開度から中開度の範囲内において制御する場合が含まれる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４において、上記運転制御手段は、低・中負荷運転域では、上記ＥＧＲ通路内のＥＧＲ流のＣＯ2 濃度が上記吸気通路内の吸気流のＣＯ2 濃度より高くなるように上記第１，第２ＥＧＲ制御弁の開度を制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項４において、上記運転制御手段は、高負荷運転域では、上記第１ＥＧＲ制御弁を閉じるとともに、上記第２ＥＧＲ制御弁を開くことを特徴としている。
【００１４】
ここで請求項６において、上記第１ＥＧＲ制御弁を閉じるとともに、上記第２ＥＧＲ制御弁を開くとは、具体的には例えば、上記第１ＥＧＲ制御弁の開度を全閉から小開度の範囲内で制御し、上記第２ＥＧＲ制御弁の開度を大開度（例えば全開の約８０％）から全開の範囲内で制御する場合が含まれる。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１において、該内燃機関の暖機運転の進行状態を検知する暖機状態検知手段を設け、上記サージタンクに空気を導入する空気導入管を接続し、該空気導入管にベンチュリ部を介在させ、該ベンチュリ部を排気導入通路により上記排気通路に接続するとともに、該排気導入通路に第２ＥＧＲ制御弁を介在させ、上記運転制御手段は、暖機運転が完了するまでは、上記第１ＥＧＲ制御弁及び第２ＥＧＲ制御弁の開度を、成層リーン燃焼が得られるように制御し、暖機運転の完了後は、上記第１ＥＧＲ制御弁及び第２ＥＧＲ制御弁の開度を、ＥＧＲ成層理論空燃比燃焼が得られるように制御することを特徴としている。
【００１６】
ここで請求項７において、暖機運転が完了するまでは、上記第１ＥＧＲ制御弁及び第２ＥＧＲ制御弁の開度を、成層リーン燃焼が得られるように制御しとは、具体的には例えば、空燃比が１５．０以上の成層燃焼となるように、第１ＥＧＲ制御弁の開度を全閉から小開度の範囲内で制御し、第２ＥＧＲ制御弁の開度を全閉とする場合が含まれる。
【００１７】
また、暖機運転の完了後は、上記第１ＥＧＲ制御弁及び第２ＥＧＲ制御弁の開度を、ＥＧＲ成層理論空燃比燃焼が得られるように制御するとは、具体的には例えば、エンジン回転速度，スロットル弁開度及び空気流量等に基づいて予め設定されている開度、例えば、第１，第２ＥＧＲ制御弁開度を全閉とし、燃料噴射期間を、排気管に設けた酸素センサの信号に基づいて、空燃比が１４．６となるようにフィードバック制御する場合が含まれる。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１において、各気筒あたり１つの吸気弁と、該吸気弁の燃焼室開口に連通する１つの吸気通路と、該吸気通路に配設された２つの燃料噴射弁とを備えていることを特徴としている。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項８において、上記２つの燃料噴射弁のうち一方の燃料噴射弁は、低負荷運転域において上記副吸気通路からの副吸気流に向けて燃料を噴射する低負荷用燃料噴射弁であり、他方の燃料噴射弁は、中・高負荷運転域において上記吸気通路からの吸気流に向けて燃料を噴射する中高負荷用燃料噴射弁であることを特徴としている。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項９において、気筒軸方向上方から見たとき、上記中高負荷用燃料噴射弁は、吸気通路からの吸気流に向けて燃料を噴射するよう該吸気通路の略中心線上にかつ該中心線と略平行に配置され、上記低負荷用燃料噴射弁は、上記副吸気通路からの副吸気流に向けて燃料を噴射するよう上記中心線に対して斜めに配置されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項８において、上記２つの燃料噴射弁のうち一方の燃料噴射弁は、低・中・高負荷運転域において上記副吸気通路からの副吸気流に向けて燃料を噴射する低中高負荷用燃料噴射弁であり、他方の燃料噴射弁は、中・高負荷運転域において上記吸気通路からの吸気流に向けて燃焼を噴射する中高負荷用燃料噴射弁であることを特徴としている。
【００２２】
請求項１２の発明は、請求項９又は１１において、上記運転制御手段は、低負荷運転域では、上記第１ＥＧＲ制御弁を開くとともに、上記低負荷用燃料噴射弁又は低中高負荷用燃料噴射弁から燃料を上記副吸気通路からの副吸気流に向けて噴射させることを特徴としている。
【００２３】
ここで請求項１２において、低負荷運転域では、上記第１ＥＧＲ制御弁を開くとは、具体的には例えば、上記第１ＥＧＲ制御弁の開度を、小開度（例えば全開の約１５％）から中開度（例えば全開の約５０％）の範囲内で制御する場合が含まれる。
【００２４】
請求項１３の発明は、請求項９又は１１において、上記サージタンクに空気を導入する空気導入管を接続し、該空気導入管にベンチュリ部を介在させ、該ベンチュリ部を排気導入通路により上記排気通路に接続するとともに、該排気導入通路に第２ＥＧＲ制御弁を介在させ、上記運転制御手段は、中高負荷運転域では、上記第２ＥＧＲ制御弁を開くとともに、上記中高負荷用燃料噴射弁から燃料を上記吸気通路からの吸気流に向けて噴射させることを特徴としている。
【００２５】
ここで請求項１３において、中高負荷運転域では、上記第２ＥＧＲ制御弁を開くとは、具体的には例えば、上記第２ＥＧＲ制御弁の開度を、小開度から全開の範囲内で制御する場合が含まれる。
【００２６】
請求項１４の発明は、請求項１１において、上記運転制御手段は、低中速・高負荷運転域では、オーバーラップ終了から吸気弁閉までの吸気弁開期間内に上記低中高負荷用燃料噴射弁と中高負荷用燃料噴射弁の両方から燃料を噴射させることを特徴としている。
【００２７】
請求項１５の発明は、請求項８において、２つの点火プラグを備え、一方の点火プラグは、上記副吸気通路からの副吸気流に略対応する位置に配置され、他方の点火プラグは、上記ＥＧＲ通路からのＥＧＲ流に略対応する位置に配置されていることを特徴としている。
【００２８】
請求項１６の発明は、請求項１において、燃焼室のクランク軸方向一側部，他側部に位置するよう並列配置された各気筒あたり少なくとも２つの吸気弁と、該各吸気弁の燃焼室開口に連通する１つの吸気通路と、該吸気通路に配設された２つの燃料噴射弁とを備え、上記ＥＧＲ通路の下流端開口を上記他側部の吸気弁開口に向けて配置するとともに、上記副吸気通路の下流端開口を上記一側部の吸気弁開口に向けて配置し、上記２つの燃料噴射弁のうち一方の燃料噴射弁は上記吸気通路からの吸気流に向けて燃料を噴射するように配置され、他方の燃料噴射弁は上記副吸気通路からの副吸気流に向けて燃料を噴射するように配置されていることを特徴としている。
【００２９】
請求項１７の発明は、請求項１６において、上記運転制御手段は、低負荷運転域では、上記他方の燃料噴射弁から燃料を噴射させることを特徴としている。
【００３０】
請求項１８の発明は、請求項１６において、上記運転制御手段は、中・高負荷運転域では、上記一方及び他方の燃料噴射弁から燃料を噴射させることを特徴としている。
【００３１】
請求項１９の発明は、請求項１６において、上記運転制御手段は、低中速・高負荷運転域では、オーバーラップ終了から吸気弁閉までの吸気弁開期間内に上記一方及び他方の燃料噴射弁から燃料を噴射させることを特徴としている。
【００３２】
請求項２０の発明は、請求項１６において、燃焼室の略中央に配置された第１点火プラグと、上記副吸気通路からの副吸気流に略対応する位置に配置された第２点火プラグとを備えたことを特徴としている。
【００３３】
請求項２１の発明は、請求項１６において、燃焼室の略中央に配置された第１点火プラグと、燃焼室のクランク軸方向一側部，他側部に配置された第２，第３点火プラグとを備えたことを特徴としている。
【００３４】
請求項２２の発明は、請求項２１において、上記運転制御手段は、上記第１ＥＧＲ制御弁が開いている運転域では、上記第１〜第３点火プラグを全て点火させることを特徴としている。
【００３５】
請求項２３の発明は、請求項２１において、上記サージタンクに空気を導入する空気導入管にベンチュリ部を介在させ、該ベンチュリ部を排気導入通路により上記排気通路に接続するとともに、該排気導入通路に第２ＥＧＲ制御弁を介在させ、上記運転制御手段は、上記第１，第２ＥＧＲ制御弁が開いている運転域では、上記第１〜第３点火プラグを全て点火させることを特徴としている。
【００３６】
請求項２４の発明は、請求項２１において、上記運転制御手段は、高負荷運転域では、上記第１点火プラグの点火時期を上記第２，第３点火プラグの点火時期より遅延させることを特徴としている。
【００３７】
請求項２５の発明は、請求項２１において、上記運転制御手段は、高負荷運転域では、上記第１点火プラグによる点火を停止し、上記第２，第３点火プラグのみを点火させることを特徴としている。
【００３８】
ここで本発明における運転域は、図５に示すように、エンジン回転速度を便宜的に低速，中速，高速の３段階に区分けし、エンジン負荷を便宜的に低負荷，中負荷，高負荷に区分けすることにより定義されている。例えば、低・中負荷運転域とは、図５におけるＡ１〜Ａ３・Ｂ１〜Ｂ３を指し、また高負荷運転域とは、Ｃ１〜Ｃ３を指し、さらに低中速・高負荷運転域とは、Ｃ１，Ｃ２を指す。
【発明の効果】
【００３９】
請求項１の発明に係る内燃機関によれば、各気筒ごとに設けた副吸気通路及びＥＧＲ通路の各下流端開口を燃焼室のクランク軸方向一側部，他側部に向けて接続したので、上記副吸気通路からの副吸気流とＥＧＲ通路からのＥＧＲ流とが、クランク軸方向に横並びとなって、かつ同じ方向の流れとなって燃焼室内に流入することとなる。これにより副吸気流とＥＧＲ流との独立した層状の順タンブル（縦渦）流を形成することができ、ＥＧＲ流量を大きくしても安定した成層燃焼を得ることができる。その結果、低・中負荷運転域でのＥＧＲ率を高めることが可能となり、ポンピングロスを低減できるとともに、燃費及び排気ガス浄化を向上できる。
【００４０】
請求項２の発明では、副吸気通路からの副吸気流及びＥＧＲ通路からのＥＧＲ流と同一方向の回転を吸気通路からの吸気流に生じさせるようにしたので、副吸気流，ＥＧＲ流及び吸気流がそれぞれ横並びに独立した層状の順タンブル流となって燃焼室に流することとなり、従来の順タンブルと逆タンブルとのぶつかり合いによるミキシングを防止でき、ＥＧＲ流量を大きくしても安定した成層燃焼をより確実に得ることができる。
【００４１】
請求項３の発明では、サージタンクに接続された空気導入管に負圧制御弁を配設し、低・中負荷運転域では、負圧制御弁及び第１ＥＧＲ制御弁を小開度から中開度の範囲内で制御したので、低・中負荷運転域でのＥＧＲ率を高めながら、副吸気通路からの副吸気流による燃焼を確保することができ、安定した成層燃焼を行うことができる。即ち、スロットル弁を開くことで吸気量が大きくなると、空気導入管の負圧が小さくなり、これに伴ってＥＧＲガス量も小さくなり、ＥＧＲ率が低下する懸念がある。請求項３の発明では、上記負圧制御弁を吸気量に影響を与えない範囲で小さくすることにより、空気導入管の負圧が大きくなり、その結果、ＥＧＲ率を向上できる。また上記負圧制御弁は、スロットル弁が故障した場合のフェルセーフ弁として機能する。
【００４２】
請求項４の発明では、空気導入管に介在させたベンチュリ部を排気導入通路により排気通路に接続し、該排気導入通路に第２ＥＧＲ制御弁を介設し、中負荷運転域では、第１，第２ＥＧＲ制御弁の両方を開くようにしたので、ポンピングロスを抑制して燃費を向上できる。この場合、中負荷運転域では、低負荷運転域より新気量が増えるので、吸気通路及びＥＧＲ通路から大量のＥＧＲガスが燃焼室に流入しても安定した成層燃焼を行うことができる。
【００４３】
請求項５の発明では、低・中運転域では、ＥＧＲ流のＣＯ2 濃度を吸気流のＣＯ2 濃度より高くなるように第１，第２ＥＧＲ制御弁の開度を制御するようにしたので、ＥＧＲガス量が多い状態でも成層燃焼を確実に行うことができる。
【００４４】
請求項６の発明では、高負荷運転域では、第１ＥＧＲ制御弁を閉じ、第２ＥＧＲ制御弁を開くようにしたので、スロットル全開状態からスロットルを急閉させたときの負荷状態過渡時の制御性を確保でき、スロットル急閉時に過剰ＥＧＲ率になるのを防止できる。即ち、第１ＥＧＲ制御弁が開いている状態で、スロットル弁を全開状態から急閉させると、ＥＧＲ通路から大量のＥＧＲガスが燃焼室に流れることとなる。その結果、過剰ＥＧＲ率となり、場合によっては失火するおそれがある。請求項６の発明では、このような過剰ＥＧＲ率による失火を防止できる。
【００４５】
請求項７の発明では、暖気運転が完了するまでは、ＥＧＲ成層リーン燃焼が得られるように制御したので、低温始動時，冷間時に触媒が作動していない不活性状態であっても排気ガス性状を改善できる。一方、暖気運転の完了後は、ＥＧＲ成層理論空燃比燃焼が得られるように制御したので、触媒が活性化して排気ガス浄化機能を発揮することとなる。
【００４６】
請求項８の発明では、１つの吸気通路に１つの吸気弁と２つの燃料噴射弁を配置したので、低・中・高負荷運転域に応じて燃料噴射弁を切り替えることにより、燃焼効率を高めることが可能となる。例えば、低負荷運転域では、一方の燃料噴射弁からの燃料を酸素量の多い副吸気流に向けて噴射させることにより、成層ＥＧＲの燃焼効率を高めることができる。これにより、ＣＯ，ＨＣの発生を抑制しつつ、成層燃焼を確実に行うことができる。
【００４７】
請求項９の発明では、低負荷運転域では、一方の燃料噴射弁から燃料を副吸気流に向けて噴射し、中・高負荷運転域では、他方の燃料噴射弁から燃料を吸気流に向けて噴射するようにしたので、低・中・高負荷の全運転域において成層ＥＧＲの燃焼効率を高めることができる。
【００４８】
請求項１０の発明では、中高負荷用燃料噴射弁を、吸気通路の略中心線上でかつ該中心線と略平行に配置し、低負荷用燃料噴射弁を、上記中心線に対して斜めに配置したので、低負荷用燃料噴射弁からの燃料を副吸気流に向けて確実に噴射することができる。
【００４９】
請求項１１の発明では、一方の燃料噴射弁は、低・中・高負荷運転域において副吸気通路からの副吸気流に向けて噴射し、他方の燃料噴射弁は、中・高負荷運転域において吸気通路からの吸気流に向けて噴射するようにしたので、低・中・高負荷の全運転域において成層ＥＧＲの燃焼効率を高めることができる。
【００５０】
請求項１２の発明では、低負荷運転域では、第１ＥＧＲ制御弁を開くとともに、低負荷用燃料噴射弁又は低中高負荷用燃料噴射弁から燃料を副吸気流に向けて噴射するようにしたので、多量のＥＧＲガスが燃焼室に流入しても、ＣＯ，ＨＣの発生を抑制しつつ、安定した成層燃焼を行うことができる。
【００５１】
請求項１３の発明では、中・高負荷運転域では、第２ＥＧＲ制御弁を開くとともに、中高負荷用燃料噴射弁からの燃料を吸気通路からの吸気流に向けて噴射するようにしたので、中・高負荷運転域における成層ＥＧＲの燃焼効率を高めることができる。
【００５２】
請求項１４の発明では、低中速・高負荷運転域では、オーバーラップ終了から吸気弁開期間内に両方の燃料噴射弁から燃料を噴射するようにしたので、吸気弁が開いてる短時間に必要な燃料量を噴射することができる。即ち、上記運転域において吸・排気弁が開くオーバラップ期間中に燃料を噴射すると、混合気が排気側に吹き抜けるおそれがある。このため排気弁が閉じ、吸気弁が開いてる短時間に両方の燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、燃料が吸気流に乗せられて燃焼室に流入することとなる。これにより、吸気通路の壁面に付着する燃料量が減少し、燃焼室内での混合気の温度を下げることができ、耐ノッキング性を向上できる。
【００５３】
請求項１５の発明では、一方の点火プラグを副吸気通路の副吸気流に略対応するよう配置し、他方の点火プラグをＥＧＲ流に略対応するよう配置したので、低負荷運転時には、他方の点火プラグにより副吸気流に確実に着火させることができる。また、中負荷運転時には、両方の点火プラグにより２つのタンブル混合気に確実に着火させることができる。さらにまた、高負荷運転時には、両方の点火プラグにより吸気通路の高ＥＧＲタンブルに確実に着火させることができるとともに、燃焼速度を高めることができる。
【００５４】
請求項１６の発明では、１つの吸気通路に２つの吸気弁及び２つの燃料噴射弁を配置し、ＥＧＲ通路の下流端開口を他側の吸気弁開口に向けて配置し、副吸気通路の下流端開口を一側の吸気弁開口に向けて配置し、一方の燃料噴射弁を吸気通路からの吸気流に向けて配置し、他方の燃料噴射弁を副吸気通路からの副吸気流に向けて配置したので、副吸気流とＥＧＲ流とがそれぞれ一側，他側の吸気弁開口から燃焼室内に流入することとなり、独立した横並びの順タンブル流を形成することができ、安定した成層燃焼をより一層確実に行うことができる。
【００５５】
請求項１７の発明では、低負荷運転域では、他方の燃料噴射弁から燃料を副吸気流に向けて噴射するようにしたので、燃料を酸素量の多い副吸気流に噴射させることができ、成層燃焼を確実に行うことができる。
【００５６】
請求項１８の発明では、中・高負荷運転域では、両方の燃料噴射弁から燃料を噴射するようにしたので、中・高負荷運転域における成層ＥＧＲの燃焼効率を高めることができる。
【００５７】
請求項１９の発明では、低中速運転・高負荷運転時では、オーパーラップ終了から吸気弁開期間内に両方の燃料噴射弁から燃料を噴射するようにしたので、吸気弁の開期間中という短時間で、必要な燃料量を噴射することができる。
【００５８】
請求項２０の発明では、燃焼室の略中央に配置された第１点火プラグと、副吸気通路の副吸気流に略対応するよう配置された第２点火プラグとを備えたので、低負荷運転時には、第２点火プラグにより副吸気流に確実に着火させることができる。また、中負荷運転時には、第１，第２点火プラグにより２つのタンブル混合気に確実に着火させることができ、高負荷運転時には、第１，第２点火プラグにより吸気通路の高ＥＧＲタンブルに確実に着火させることができるとともに、燃焼速度を高めることができる。
【００５９】
請求項２１の発明では、燃焼室の略中央に配置された第１点火プラグと、クランク軸方向一側部，他側部に配置された第２，第３点火プラグとを備えたので、高負荷運転時における高ＥＧＲタンブルに確実に着火させることができるとともに、燃焼速度を高めることができる。またシリンダボア径が大きい場合の火炎伝播距離を短縮できる。
【００６０】
請求項２２，２３の発明では、第１ＥＧＲ制御弁又は第１，第２ＥＧＲ制御弁を開いているときには、第１〜第３点火プラグの全てを点火させたので、ＥＧＲ燃焼による燃費をより一層高めることができる。ここで、ＥＧＲ制御を行わない運転とは、内燃機関の出力性能を優先する観点から全負荷，フルスロットル状態で行う運転をいう。
【００６１】
請求項２４の発明では、高負荷運転域では、第１点火プラグの点火時期を、第２，第３点火プラグの点火時期より遅延させたので、点火からピストンの上死点直後までの燃焼速度を遅くすることができ、高負荷運転域での耐ノッキング性を向上できる。
【００６２】
請求項２４の発明では、高負荷運転域では、第２，第３点火プラグのみ点火させるようにしたので、上記同様にピストンの上死点前における燃焼速度を遅くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００６４】
図１ないし図４は、本発明の第１実施形態による内燃機関を説明するための図であり、図１は内燃機関の概略構成図、図２，図３は内燃機関の断面図、図４は内燃機関の吸気通路の平面図である。
【００６５】
図において、１は４サイクル並列４気筒内燃機関を示しており、該内燃機関１は、各気筒共通のクランク軸２が収容されたクランクケース３に、４つのシリンダボア（気筒）４ａがクランク軸２方向に並列に形成されたシリンダブロック４を結合し、該シリンダブロック４にシリンダヘッド５を結合し、該シリンダヘッド５にヘッドカバー２３を装着した概略構造を有している。
【００６６】
上記シリンダブロック４の各シリンダボア４ａ内には、ピストン６が摺動自在に挿入配置され、各ピストン６はコンロッド７を介して上記クランク軸２に連結されている。
【００６７】
上記シリンダヘッド５の下合面の各シリンダボア４ａに対向する部分には、それぞれ燃焼凹部５ａが形成され、該燃焼凹部５ａ，シリンダボア４ａ及びピストン６の頂面６ａで囲まれた空間が燃焼室８となっている。
【００６８】
上記シリンダヘッド５の各燃焼凹部５ａのクランク軸２を挟んだクランク軸直角方向一側には１つの吸気弁開口５ｂが、他側には１つの排気開口５ｃが形成されている。
【００６９】
上記吸気弁開口５ｂ及び排気弁開口５ｃには、該開口５ｂ，５ｃを開閉する吸気弁９，排気弁１０が配置され、該吸気弁９，排気弁１０はそれぞれ吸気カム軸１１，排気カム軸１２により開閉駆動される。
【００７０】
上記シリンダヘッド５には、２本の点火プラグ１３，１４が燃焼凹部５ａ内に臨むよう挿着されている。上記各点火プラグ１３，１４は、燃焼室８の中心を通るクランク軸２と平行な線上でかつ燃焼凹部５ａの両側部に位置するよう配置されている。
【００７１】
上記各排気弁開口５ｃは、排気ポート５ｄによりシリンダヘッド５の一方の側壁に導出されている。該各排気ポート５ｄには排気管１５が接続されている。該各排気管１５の下流端は１本の排気合流管１６に合流され、該排気合流管１６の下流端部にはマフラ（不図示）が接続されている。また上記排気合流管１６の中途部には、排気ガスの浄化を行う触媒１７が介設されている。
【００７２】
上記各吸気弁開口５ｂは、吸気ポート５ｅによりシリンダヘッド５の他方の側壁に導出されている。該各吸気ポート５ｅには吸気管１８が接続され、該各吸気管１８の上流端部は全気筒共通のサージタンク１９に接続されている。
【００７３】
上記各吸気管１８には、各気筒毎のスロットル弁３１が配置されている。この各スロットル弁３１は、各吸気管１８内に配置された弁板３１ｂを、各吸気管１８を貫通するよう配置された共通の弁軸３１ａに固定したバタフライ弁型の構造を有している。
【００７４】
上記サージタンク１９の側壁１９ａには、空気を該サージタンク内に導入する空気導入管２０が接続されている。なお、上記空気導入管２０の上流側には空気を濾過するエアクリーナ２１が接続されている。
【００７５】
上記シリンダヘッド５の各吸気ポート５ｅには、それぞれ第１，第２燃料噴射弁２５，２６がクランク軸方向一側部，他側部に位置するよう装着されている。この第１，第２燃料噴射弁２５，２６は、噴射口２５ａ，２６ａが吸気弁９の弁裏中心部に指向するように配置されている。
【００７６】
上記内燃機関１は、各排気ポート５ｄから各排気枝管１５を通って排気合流管１６を流れる排気ガスを吸気系に還流させて再燃焼させるようにしたＥＧＲ装置３０を備えている。
【００７７】
このＥＧＲ装置３０は、各気筒毎に配設された副吸気通路３２及びＥＧＲ通路３３と、該各副吸気通路３２の上流端開口３２ｂに接続された副吸気集合管４７と、上記各ＥＧＲ通路３３の上流端開口３３ｂに接続されたＥＧＲ集合管３４と、該ＥＧＲ集合管３４により集合された集合通路３９の中途部に介設された低・中負荷用第１ＥＧＲ制御弁３５と、該内燃機関１の運転状態を各運転域（図５参照）に応じて制御するＥＣＵ（運転制御手段）３６とを備えている。
【００７８】
上記副吸気通路３２及びＥＧＲ通路３３は、各吸気管１８と略平行に延びるよう配置され、詳細には以下の構造を有している。
【００７９】
上記シリンダヘッド５の各吸気ポート５ｅの底壁部には、ＥＧＲ流入口５ｆ，及び副吸気流入口５ｆ′が形成されている。該各流入口５ｆ，５ｆ′は、平面視で、各気筒の燃焼室８のクランク軸方向左側（一側部），右側（他側部）に向くように並列配置され（図４参照）、クランク軸方向視で、上記吸気ポート５ｅの吸気弁開口５ｂの略中心を指向するように形成されている（図３参照）。
【００８０】
上記ＥＧＲ流入口５ｆには、上記ＥＧＲ通路３３の下流端開口３３ａが接続され、上記副吸気流入口５ｆ′には、上記副吸気通路３２の流端開口３２ａが接続されている。
【００８１】
図３に示すように、上記副吸気通路３２からの副吸気流ａは、副吸気流入口５ｆ′から吸気弁開口５ｂを通って燃焼室８内にてシリンダボア４ａの排気側壁に沿って下降し、ピストン頂面６ａで反転して吸気側壁に沿って上昇する順方向タンブル（縦渦）ａ′を生成する。同様に、上記ＥＧＲ通路３３からのＥＧＲ流ｂは、上記ＥＧＲ流入口５ｆから吸気弁開口５ｂを通って燃焼室８内にて上記副吸気流ａと同一方向の順タンブル（縦渦）ｂ′を生成する。さらに上記吸気管１８からの吸気流ｃは、吸気ポート５ｅから吸気弁開口５ｂを通って燃焼室８内にて上記副吸気流ａ及びＥＧＲ流ｂと同一方向の順タンブル（縦渦）ｃ′を生成する。これら３つの順タンブルａ′，ｂ′，ｃ′は、クランク軸方向に横並びの流れとなっている。
【００８２】
上記副吸気集合管４７は、クランク軸２と略平行に配置され、長手方向に所定間隔をあけて形成された枝管４７ａを有しており、該各枝管４７ａに上記各副吸気通路３２の上流端開口３２ｂが接続されている。
【００８３】
上記副吸気集合管４７には、上記各副吸気通路３２の集合通路であるブローバイガス還元ホース２９が接続されている。このブローバイガス還元ホース２９は、クランクケース３内に連通するよう接続され、該クランクケース３内に燃焼室８から侵入した混合気，燃焼ガス等のブローバイガスを燃焼室８に還元させるものであり、該ブローバイガス還元ホース２７の中途部にはＰＣＶ弁２８が介設されている。
【００８４】
ピストン６の下降によりクランクケース３内の圧力が高くなるとともに、吸気ポート５ｅが負圧になると、ＰＣＶ弁２８が開き、クランクケース３内のブローバイガスが、ブローバイ還元ホース２９を介して副吸気集合管４７から各副吸気通路３２を通り、副吸気流ａとなって燃焼室８に流入する。これによりブローバイガスの外方排出が防止される。
【００８５】
上記ＥＧＲ集合管３４は、クランク軸２と略平行に配置され、長手方向に所定間隔をあけて形成された枝管３４ａを有しており、該各枝管３４ａに上記各ＥＧＲ通路３３の上流端開口３３ｂが連通接続されている。
【００８６】
上記ＥＧＲ集合管３４の長手方向中央部には、ＥＧＲ還元管（集合通路）３９の下流端開口が連通接続され、該ＥＧＲ還元管３９の上流端開口は上記排気合流管１６の触媒１７より上流側に連通接続されている。なお、ＥＧＲ還元管３９の上流端開口を、排気合流管１６の触媒１７より下流側に接続してもよい。また上記ＥＧＲ還元管３９には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４０が介設されている。
【００８７】
上記ＥＧＲ還元管３９のＥＧＲ集合管３４上流側近傍に、該ＥＧＲ還元管３９を開閉する上記第１ＥＧＲ制御弁３５が介設されている。この第１ＥＧＲ制御弁３５は、ステップモータ式のものであり、上記ＥＣＵ３６により開閉制御される。
【００８８】
上記空気導入管２０には、負圧制御弁２２が配設されている。この負圧制御弁２２は、空気導入管２０により軸支された弁軸２２ａに弁板２２ｂを固定したバタフライ弁型のものである。この弁軸２２ａの外端部には、該負圧制御弁２２を開閉駆動するモータ３８が接続されており、該モータ３８は上記ＥＣＵ３６により制御される。
【００８９】
上記空気導入管２０の、上記負圧制御弁２２とサージタンク１９との間には、該空気導入管２０の通路面積を絞って負圧を発生させるベンチュリ部４１が設けられている。該ベンチュリ部４１には、リード弁４４，第２ＥＧＲ制御弁４３が接続され、該第２ＥＧＲ制御弁４３には排気導入管４２の下流端開口４２ａが接続されている。該排気導入管４２の上流端開口４２ｂは、上記ＥＧＲ還元管３９の第１ＥＧＲ制御弁３５とＥＧＲクーラ４０との間に連通接続されている。
【００９０】
上記第２ＥＧＲ制御弁４３は、ステップモータ式のものであり、上記ＥＣＵ３６により開閉制御される。上記リード弁４４は、排気ガスが第２ＥＧＲ制御弁４３側から空気導入管２０内に流れるのを許容し、空気が該空気導入管２０側からＥＧＲ制御弁４３側に流れるのを阻止する。
【００９１】
なお、上記第１ＥＧＲ制御弁３５及び第２ＥＧＲ制御弁４３は、図２に示すように、その軸線を気筒軸方向（上下方向）に向けて配置されているが、図１ではその構造を表現し易くするために、軸線を実際と異なる水平方向に向けて図示されている。
【００９２】
上記第１燃料噴射弁２５は、低負荷運転域において上記副吸気通路３２からの副吸気流ａに向けて燃料を噴射する低負荷用燃料噴射弁であり、上記第２燃料噴射弁２６は、中・高負荷運転域において上記吸気管１８からの吸気流ｃに向けて燃料を噴射する中高負荷用燃料噴射弁である。
【００９３】
気筒軸線方向上方から見たとき、上記第２燃料噴射弁２６は、上記吸気管１８からの吸気流ｃに向けて燃料を噴射するよう該吸気管１８の中心線Ａ上にかつ該中心線Ａと略平行に配置されている。上記第１燃料噴射弁２５は、上記副吸気通路３２からの副吸気流ａに向けて燃料を噴射するよう上記中心線Ａに対して斜め内側に傾斜させて配置されている（図４参照）。
【００９４】
上記２つの点火プラグ１３，１４のうち、右側の点火プラグ１３は、上記副吸気通路３２からの副吸気流ａに略対応する位置に配置され、左側の点火プラグ１４は、上記ＥＧＲ通路３３からのＥＧＲ流ｂに略対応する位置に配置されている。また各点火プラグ１３，１４は、吸気管１８からの吸気流ｃのクランク軸方向右側部分，左側部分に略対応する位置に配置されている。
【００９５】
上記ＥＣＵ３６は、エンジン回転数，スロットル開度，エンジン温度，排気ガスの酸素濃度・・等の各種のパラメータに基づいて、内燃機関１の運転状態が、図５に示す運転域Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３の何れに該当するかを判定し、該運転域に応じて第１，第２燃料噴射弁２５，２６の燃料噴射量，噴射時期、各点火プラグ１３，１４の点火時期を制御するとともに、負圧制御弁２２及び第１，第２ＥＧＲ制御弁３５，４３を開閉制御する。
【００９６】
上記ＥＣＵ３６は、低負荷運転域では、上記第２ＥＧＲ制御弁４３を閉じるとともに、第１ＥＧＲ制御弁３５を開き、第１燃料噴射弁２５から燃料を噴射させる。
【００９７】
これにより、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路３３を通っで燃焼室８内に流入するとともに、ブローバイガスが副吸気通路３２を通って燃焼室８内に流入し、第１燃料噴射弁２５が燃料を副吸気通路３２からの副吸気流ａに向って噴射し、該噴射された燃料と副吸気流ａとの混合気流に上記右側の点火プラグ１３により点火される。
【００９８】
上記ＥＣＵ３６は、中負荷運転域では、上記第１ＥＧＲ制御３５の開度を中開度に制御し、，第２ＥＧＲ制御弁４３の開度を小開度から中開度の範囲内において制御するとともに、第２燃料噴射弁２６から燃料を噴射させる。
【００９９】
これにより、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路３３を通って燃焼室８に流入するとともに、排気導入管４２を通ったＥＧＲガスが空気と共にサージタンク１９，各吸気管１８から燃焼室８に流入し、吸気管１８からの吸気流ｃに向って第２燃料噴射弁２６から燃料が噴射され、燃焼室８に流入した吸気流ｃに両方の点火プラグ１３，１４により点火される。
【０１００】
上記ＥＣＵ３６は、高負荷運転域では、第１ＥＧＲ制御弁３５の開度を全閉から小開度の範囲内で制御するとともに、第２ＥＧＲ制御弁４３を大開度から全開の範囲内で制御するとともに、第２燃料噴射弁２６から燃料を噴射させる。
【０１０１】
これにより、排気導入管４２を通ったＥＧＲガスが空気と共にサージタンク１９，各吸気管１８から燃焼室８に流入し、吸気管１８からの吸気流ｃに向って第２燃料噴射弁２６から燃料が噴射され、燃焼室８に流入した吸気流ｃに両方の点火プラグ１３，１４により点火される。
【０１０２】
上記ＥＣＵ３６は、低・中負荷運転域では、吸気量に応じて負圧制御弁２２を所定開度となるよう閉めるとともに、第１ＥＧＲ制御弁３５を開ける。例えば、負圧制御弁２２，第１ＥＧＲ制御弁３５の開度を小開度から中開度の範囲内において制御する。
【０１０３】
また、上記ＥＣＵ３６は、低・中負荷運転域では、ＥＧＲ通路３３内のＥＧＲ流のＣＯ2 濃度が、吸気管１８内の吸気流のＣＯ2 濃度より高くなるように上記第１，第２ＥＧＲ制御弁３５，４３を開閉制御する。
【０１０４】
さらにまた上記ＥＣＵ３６は、内燃機関１の暖機運転の進行状態を検知する温度センサ（暖機状態検知手段）からの検知に基づいて、暖機運転が完了するまでは、上記第１ＥＧＲ制御弁３５及び第２ＥＧＲ制御弁４３の開度を、ＥＧＲ成層リーン燃焼が得られるように制御し、暖機運転の完了後は、第１ＥＧＲ制御弁３５及び第２ＥＧＲ制御弁４３の開度を、ＥＧＲ成層理論空燃比燃焼が得られるように制御する。
【０１０５】
上記ＥＣＵ３６は、低中速・高負荷運転域では、吸気弁９，排気弁１０が共に開くオーバラップ期間終了後から吸気弁９が閉じるまでの吸気弁開期間内に、第１，第２燃料噴射弁２５，２６の両方から燃料を噴射させる。
【０１０６】
このように第１実施形態によれば、各気筒ごとに設けた副吸気通路３２及びＥＧＲ通路３３の各下流端開口３２ａ，３３ａを燃焼室８のクランク軸方向右側部，左側部に向けて並列配置したので、副吸気通路３２からの副吸気流ａとＥＧＲ通路３３からのＥＧＲ流ｂとが、クランク軸方向一側，他側に横並びに同じ方向に向って燃焼室８内に流入することとなる。これにより副吸気流ａとＥＧＲ流ｂとの独立した層状の順タンブル流ａ′，ｂ′を形成することができ、安定した成層燃焼を得ることができる。その結果、低・中負荷運転域における成層燃焼によるＥＧＲ率を高めることが可能となり、ポンピングロスを低減できるとともに、燃費及び排気ガス性状を改善できる。
【０１０７】
本実施形態では、上記副吸気通路３２からの副吸気流ａ及びＥＧＲ通路３３からのＥＧＲ流ｂと同一方向の回転を吸気管１８からの吸気流ｃに生じさせるようにしたので、副吸気流ａ，ＥＧＲ流ｂ及び吸気流ｃがそれぞれ独立した層状の順タンブルａ′，ｂ′，ｃ′をなすよう燃焼室８内に流入することとなる。その結果、従来の順タンブルと逆タンブルとのぶつかり合いによるミキシングを防止でき、安定した成層燃焼をより確実に得ることができる。
【０１０８】
本実施形態では、低負荷運転域では、第２ＥＧＲ制御弁４３を閉じるとともに、第１ＥＧＲ制御弁３５を開くようにしたので、低負荷運転域でのＥＧＲ率を高めながら、副吸気通路３２からの副吸気流ａによる燃焼を確実に行うことができる。
【０１０９】
本実施形態では、サージタンク１９に接続された空気導入管２０にベンチュリ部４１を設け、該ベンチュリ部４１に排気導入管４２を連通させ、該排気導入管４２に第２ＥＧＲ制御弁４３を介設し、中負荷運転域では、第１，第２ＥＧＲ制御弁３５，４３の両方を開くようにしたので、吸気管１８及びＥＧＲ通路３３から多量のＥＧＲガスを燃焼室８に流入させることができ、ポンピングロスを抑制して燃費を改善できる。
【０１１０】
本実施形態では、空気導入管２０に負圧制御弁２２を配設し、低・中負荷運転域では、負圧制御弁２２を吸気量に影響を与えない開度に閉めるとともに、第１ＥＧＲ制御弁を開くようにしたので、低・中負荷運転域でのＥＧＲ率を高めながら、副吸気通路３２からの副吸気流ｂによる燃焼を確保することができ、安定した成層燃焼を行うことができる。即ち、スロットル弁３１を開くことで吸気量が大きくなると、空気導入管２０の負圧が小さくなり、これに伴ってＥＧＲガス量も小さくなり、ＥＧＲ率が低下する懸念がある。上記負圧制御弁２２を吸気量に影響を与えない程度の開度とすることにより、空気導入管２０の負圧が大きくなり、タンブル強度を大きくできる。
【０１１１】
またスロットル弁３１が故障し、戻り不良になった場合には、スロットル操作量に応じて負圧制御弁２２の開度を駆動制御することにより，該負圧制御弁２２がフェルセーフ弁として機能する。
【０１１２】
本実施形態では、低・中運転域では、ＥＧＲ通路３３内のＥＧＲ流のＣＯ2 濃度が、吸気管１８内の吸気流のＣＯ2 濃度より高くなるように第１，第２ＥＧＲ制御弁３５，４３の開度を制御するようにしたので、ＥＧＲガス量が多い状態であっても成層燃焼を確実に行うことができる。
【０１１３】
本実施形態では、高負荷運転域では、第１ＥＧＲ制御弁３５を閉じ、第２ＥＧＲ制御弁４３を開くようにしたので、スロットル弁２２を全開状態から急閉させたときの負荷状態過渡時の制御性を確保でき、スロットル急閉時に過剰ＥＧＲ率になるのを防止できる。即ち、第１ＥＧＲ制御弁３５が開いている状態で、スロットル弁２２を全開状態から急閉させると、ＥＧＲ通路３３から大量のＥＧＲガスが燃焼室８に流入することとなる。その結果、過剰ＥＧＲ率となり、場合によっては失火するおそれがある。
【０１１４】
本実施形態では、暖気運転が完了するまでは、ＥＧＲ成層リーン燃焼が得られるように制御したので、低温始動時，冷間時に触媒１７が作動していない不活性状態であってもエミッションを下げることができる。一方、暖気運転の完了後は、ＥＧＲ成層理論空燃比燃焼が得られるように制御したので、触媒１７が活性化して排気ガス浄化機能を発揮することとなる。
【０１１５】
本実施形態では、１つの吸気ポート５ｅに１つの吸気弁９と２つの第１，第２燃料噴射弁２５，２６を配置したので、低・中・高負荷運転域に応じて上記燃料噴射弁２５，２６を切り替えることにより、燃焼効率を高めることが可能となる。即ち、低負荷運転域では、第１燃料噴射弁２５からの燃料を酸素量の多い副吸気流ａに向けて噴射供給することにより、成層ＥＧＲの燃焼効率を高めることができる。これにより、ＣＯ，ＨＣの発生を抑制しつつ、成層燃焼を確実に行うことができる。
【０１１６】
本実施形態では、低負荷運転域では、第１燃料噴射弁２５から燃料を副吸気流ａに向けて噴射し、中・高負荷運転域では、第２燃料料噴射弁２６から燃料を吸気流ｃに向けて噴射供給するようにしたので、低・中・高負荷の全運転域において燃焼効率を高めることができる。
【０１１７】
本実施形態では、上記第２燃料噴射弁２６を、吸気管１８の中心線Ａ上でかつ該中心線Ａと略平行に配置し、上記第１燃料噴射弁２５を、上記中心線Ａに対して斜めに配置したので、低負荷運転時における第１燃料噴射弁２５からの燃料を副吸気流ａに向けて確実に噴射供給することができ、かつ中・高負荷運転時における第２燃料噴射弁２６からの燃料を吸気流ｃに向けて確実に噴射供給することができる。
【０１１８】
本実施形態では、高負荷運転域では、第２ＥＧＲ制御弁４３を開くとともに、第２燃料噴射弁２６からの燃料を吸気流ｃに向けて噴射するようにしたので、中・高負荷運転域における成層ＥＧＲの燃焼効率を高めることができる。
【０１１９】
本実施形態では、低・中速運転，高負荷運転域では、オーバーラップ終了時から吸気弁９が閉じるまでの吸気弁開期間内に第１，第２燃料噴射弁２５，２６の両方から燃料を噴射するようにしたので、吸気弁９が開いてる短時間に必要な燃料量を噴射することができる。即ち、上記運転域において吸・排気弁９，１０が共に開くオーバラップ期間中に燃料を噴射すると、混合気が排気ポート側に吹き抜けるおそれがある。このためオーバラップ終了後の吸気弁９が開いてる短時間に両方の燃料噴射弁２５，２６から燃料を噴射することにより、燃料が吸気流ｃに乗せられて燃焼室８にスムーズに流入することとなる。これにより、吸気ポート５ｅの壁面に付着する燃料量が減少し、燃焼室８内での混合気の温度を下げることができ、耐ノッキング性を向上できる。
【０１２０】
本実施形態では、一方の点火プラグ１３を副吸気通路３２からの副吸気流ａに略対応するよう配置し、他方の点火プラグ１４をＥＧＲ通路３３からのＥＧＲ流ｂに略対応するよう配置したので、低負荷運転時には、一方の点火プラグ１３により副吸気流ａに確実に着火させることができ、また中負荷運転時には、両方の点火プラグ１３，１４により２つのタンブル混合気に確実に着火させることができ、さらに高負荷運転時には、両方の点火プラグ１３，１４により高ＥＧＲタンブルに確実に着火させることができるとともに、燃焼中期以降の燃焼速度を高めることができる。
【０１２１】
なお、上記実施形態では、第２燃料噴射弁２６を吸気管１８の中心線Ａ上にかつ該中心線Ａと平行に配置し、第１燃料噴射弁２５を中心線Ａに対して斜めに配置した場合を説明したが、本発明は、図６示すように、第１，第２燃料噴射弁２５，２６を、吸気管１８の中心線Ａを挟んだクランク軸方向一側，他側にかつ該中心線Ａと略平行に配置してもよい。
【０１２２】
このように燃料噴射弁を配置した場合には、第１燃料噴射弁２５を中・高負荷運転域用噴射弁とし、第２燃料噴射弁２６を低・中・高負荷転域用噴射弁とすることにより、全運転域において成層ＥＧＲの燃焼効率を高めることができる。
【０１２３】
上記実施形態では、各副吸気通路３２に接続された副吸気集合管４７に、ブローバイガスを還元するブローバイガス還元ホース２９を接続した場合を説明したが、本発明における副吸気通路への接続通路は、これに限られるものではない。例えば、燃料タンク内で発生する燃料蒸発ガスをパージするキャニスタパージホースを開閉弁を介在させて接続してもよい。またブレーキ踏力を軽減するブレーキブースタを接続してもよい。
【０１２４】
また、本発明では、第１燃料噴射弁２５を、低・中・高負荷運転域において副吸気流ａに向けて噴射させ、第２燃料噴射弁２６を、中・高負荷運転域において吸気流ｃに向けて噴射させるようにしてもよい。このようにした場合には、全運転域において成層ＥＧＲの燃焼効率を高めることができる。
【０１２５】
さらにまた、本発明では、低負荷運転のときに、第１ＥＧＲ制御弁３５を開くとともに、第１，第２燃料噴射弁２５，２６の両方から燃料を副吸気流ａに向けて噴射するようにしてもよい。このように場合には、多量のＥＧＲガスが燃焼室８に流入しても、ＣＯ，ＨＣの発生を抑制しつつ、安定した成層燃焼を行うことができる。
【０１２６】
図７は、本発明の第２実施形態による内燃機関を説明するための図である。図中、図１，図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【０１２７】
本第２実施形態の内燃機関１は、各気筒あたり２つのクランク軸方向に並列配置された一側（図面下側），他側（図面上側）の吸気弁９，９′及び排気弁１０，１０′と、１つの吸気ポートから各吸気弁９，９′の燃焼室８に分岐して連通する分岐吸気ポート５ｅ，５ｅと、該吸気ポート５ｅに配設された２つの第１，第２燃料噴射弁２５，２６とを備えている。
【０１２８】
そして本実施形態では、副吸気通路３２の下流端開口３２ａは、一側の吸気弁９の吸気弁開口５ｂに向けて配置されており、ＥＧＲ通路３３の下流端開口３３ａは、他側の吸気弁９′の吸気弁開口５ｂ′に向けて配置されている。
【０１２９】
上記第１燃料噴射弁２５は、吸気管８からの吸気流に向って燃料を噴射するように配置されており、第２燃料噴射弁２６は、副吸気通路３２からの副吸気流に向って燃料を噴射するように配置されている。
【０１３０】
また上記内燃機関１は、燃焼室８の略中央に配置された第１点火プラグ５０と、該燃焼室８の中心を通るクランク軸２と平行な線上でかつ燃焼室側部に配置された一側，他側の第２，第３点火プラグ５１，５２とを備えている。
【０１３１】
そして、ＥＣＵ３６は、低負荷運転域では、第２燃料噴射弁２６から副吸気流ａに向けて燃料を噴射させ、中・高負荷運転域では、両方の第１，第２燃料噴射弁２５，２６から燃料を吸気流ｃに向けて噴射させる。
【０１３２】
上記ＥＣＵ３６は、低中速・高負荷運転域では、オーバラップ期間終了後から吸気弁９，９′が閉じるまでの吸気弁開期間内に、第１，第２燃料噴射弁２５，２６の両方から燃料を噴射させる。
【０１３３】
上記ＥＣＵ３６は、第１ＥＧＲ制御弁３５が開いている運転域、又は第１，第２ＥＧＲ制御弁３５，４３が両方とも開いている運転域では、第１〜第３点火プラグ５０〜５２を全て点火させる。
【０１３４】
また高負荷運転域では、上記第１点火プラグ５０の点火時期を、第２，第３点火プラグ５１，５２の点火時期より遅延させるか、又は第１点火プラグ５０による点火を停止し、第２，第３点火プラグ５１，５２のみ点火させる。
【０１３５】
本第２実施形態では、１つの吸気ポートから分岐した分岐吸気ポート５ｅ，５ｅに２つの吸気弁９，９′及び２つの第１，第２燃料噴射弁２５，２６を配置し、ＥＧＲ通路３３の下流端開口３３ａを他側の吸気弁開口５ｂ′に向けて配置し、副吸気通路３２の下流端開口３２ａを一側の吸気弁開口５ｂに向けて配置し、第１燃料噴射弁２５を吸気管１８からの吸気流ｃに向けて配置し、第２燃料噴射弁２６を副吸気通路３２からの副吸気流ａに向けて配置したので、副吸気流ａとＥＧＲ流ｂとがそれぞれ一側，他側の吸気弁開口５ｂ，５ｂ′から燃焼室８内に流入することから、独立した横並びの順タンブル流を形成することができ、安定した成層燃焼をより一層確実に行うことができる。
【０１３６】
本実施形態では、低負荷運転域では、第２燃料噴射弁２６から燃料を副吸気流ａに向けて噴射するようにしたので、燃料を酸素量の多い副吸気流ａに噴射させることができ、成層燃焼を確実に行うことができる。
【０１３７】
本実施形態では、中・高負荷運転域では、第１，第２燃料噴射弁２５，２６の両方のから燃料を噴射するようにしたので、中・高負荷運転域における成層ＥＧＲの燃焼効率を高めることができる。
【０１３８】
本実施形態では、低中速運転・高負荷運転時では、オーパーラップ期間終了後から吸気弁９，９′閉までの吸気弁開期間内に両方の燃料噴射弁２５，２６から燃料を噴射するようにしたので、吸気弁９，９′の開期間中の短時間に必要な燃料量を噴射することができる。
【０１３９】
本実施形態では、燃焼室８の略中央に配置された第１点火プラグ５０と、クランク軸線上でかつ燃焼室８の周縁部に配置された第２，第３点火プラグ５１，５２とを備えたので、高負荷運転時における高ＥＧＲタンブルに確実に着火させることができるとともに、燃焼速度を高めることができる。またシリンダボア径が大きい場合の火炎伝播距離を短縮できる。
【０１４０】
本実施形態では、第１，第２ＥＧＲ制御弁３５，４３を開いているときには、第１〜第３点火プラグ５０〜５２の全てを点火させたので、成層燃焼による燃費をより一層高めることができる。ここで、ＥＧＲ制御を行わない運転とは、内燃機関の出力性能を優先する観点から全負荷，フルスロットル状態で行う運転をいう。
【０１４１】
本実施形態では、高負荷運転域では、第１点火プラグ５０の点火時期を、第２，第３点火プラグ５１，５２の点火時期より遅延させるか、又は第２，第３点火プラグ５１，５２のみ点火させるようにしたので、燃焼初期における燃焼速度を遅くすることができ、高負荷運転域での耐ノッキング性を向上できる。
【０１４２】
なお、上記第２実施形態では、第１〜第３点火プラグ５０〜５２を設けた場合を説明したが、本発明は、燃焼室の略中央部に配置された第１点火プラグと、副吸気通路からの副吸気流に略対応する位置に配置された第２点火プラグとを備えてもよい。この場合には、低負荷運転時には、第２点火プラグにより副吸気流に確実に点火することができ、また中負荷運転時には、第１，第２点火プラグにより２つのタンブル混合気に確実に点火することができ、さらに高負荷運転時には、第１，第２点火プラグにより吸気通路の高ＥＧＲタンブルに確実に点火することができるとともに、燃焼初期における燃焼速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の第１実施形態による内燃機関の概略構成図である。
【図２】上記内燃機関の断面図である。
【図３】上記内燃機関の断面図である。
【図４】上記内燃機関の吸気通路の平面図である。
【図５】上記実施形態の変形例による吸気通路の平面図である。
【図６】上記実施形態の変形例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態による内燃機関の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１  内燃機関
２  クランク軸
４ａ  シリンダボア（気筒）
５ｂ，５ｂ′  吸気弁開口
５ｅ  吸気ポート（吸気通路）
８  燃焼室
９，9 ′  吸気弁
１３，１４，５０〜５２  点火プラグ
１７  触媒
１８  吸気管（吸気通路）
１９  サージタンク
２０  空気導入管
２２  負圧制御弁
２５，２６  燃料噴射弁
３１  スロットル弁
３２  副吸気通路
３２ａ  下流端開口
３２ｂ  上流端開口
３３  ＥＧＲ通路
３３ａ  下流端開口
３３ｂ  上流端開口
３４  ＥＧＲ集合管
３５  第１ＥＧＲ制御弁
３６  ＥＣＵ（運転制御手段，暖機状態検知手段）
４１  ベンチュリ部
４２  排気導入管（排気導入通路）
４３  第２ＥＧＲ制御弁
４７  副吸気集合管
Ａ  吸気通路中心線
ａ  副吸気流
ｂ  ＥＧＲ流
ｃ  吸気流
ａ′，ｂ′，ｃ′順タンブル流
【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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