(57)【要約】【課題】本発明は、予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが可能な技術を提供することを課題とする。【解決手段】気筒内中央部に吸気を導入する第１吸気ポート３と、気筒内壁面付近に吸気を導入する第２吸気ポート４と、第１吸気ポート３および第２吸気ポート４にＥＧＲガスを導入する排気再循環手段２０と、を備え、内燃機関１の運転状態に応じて、第１吸気ポート３および第２吸気ポート４に導入されるＥＧＲガスの量を、それぞれ制御することで気筒２内のＥＧＲ率の分布を制御する。【選択図】  図１
2004346796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気行程中または／および圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼を行う予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、
前記気筒内中央部に吸気を導入する第１吸気ポートと、
前記気筒内壁面付近に吸気を導入する第２吸気ポートと、
前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートとの少なくとも一方に排気の一部を導入する排気再循環手段と、
該排気再循環手段によって前記第１吸気ポートまたは／および前記第２吸気ポートに導入される排気の量を制御する再循環排気量制御手段と、
前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
を備え、
前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態に応じて、前記第１吸気ポートまたは／および前記第２吸気ポートに導入される排気の量を制御することよって、前記気筒内の再循環排気率の分布を制御することを特徴とする予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システム。
【請求項２】
前記排気再循環手段は、前記第１吸気ポートおよび前記第２吸気ポートに排気の一部を導入し、
前記再循環排気量制御手段は、前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態に応じて、前記第１吸気ポートに導入される排気の量および前記第２吸気ポートに導入される排気の量をそれぞれ制御することを特徴とする請求項１記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システム。
【請求項３】
前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にある場合、前記再循環排気量制御手段は、前記第１吸気ポートに導入される排気の量よりも前記第２吸気ポートに導入される排気の量を多くすることを特徴とする請求項２記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システム。
【請求項４】
前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にある場合、前記再循環排気量制御手段は、前記第１吸気ポートに導入される排気の量よりも前記第２吸気ポートに導入される排気の量を少なくすることを特徴とする請求項２または３記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システム。
【請求項５】
前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関は、前記予混合圧縮着火燃焼と、前記予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼とを選択的に切り換える予混合圧縮着火燃焼内燃機関であって、
前記通常燃焼が行われる場合、前記再循環排気量制御手段は、前記第１吸気ポートに導入される排気の量と前記第２吸気ポートに導入される排気の量とを略同一とすることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システム。
【請求項６】
前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態に応じて、前記第１吸気ポートによって導入される吸気量と前記第２吸気ポートによって導入される吸気量とをそれぞれ制御する吸気量制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システム。
【請求項７】
前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態に応じて、前記第１吸気ポートによる吸気時期と前記第２吸気ポートによる吸気時期とをそれぞれ制御する吸気時期制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から４または６のいずれかに記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システム。
【請求項８】
前記吸気時期制御手段によって、前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートとの少なくとも一方による吸気導入と吸気導入停止とが吸気行程中に複数回繰り返されるよう制御することを特徴とする請求項７記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システム。
【請求項９】
吸気行程中または／および圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼を行う予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、
気筒内に吸気を導入する複数の吸気ポートと、
少なくとも一の前記吸気ポートに排気の一部を導入する排気再循環手段と、
前記排気再循環手段によって前記吸気ポートに導入される排気の量を制御する再循環排気量制御手段と、
前記吸気ポートによる吸気時期を前記吸気ポート毎にそれぞれ制御する吸気時期制御手段と、
前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
を備え、
前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態に応じて、前記吸気ポートに導入される排気の量と、前記吸気ポート毎の吸気時期とを制御することによって、前記気筒内の再循環排気率の分布を制御することを特徴とする予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内において、燃焼に供される予混合気が形成される予混合圧縮着火燃焼内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関において、吸気行程中または圧縮行程中に気筒内へ燃料を噴射することで、該燃料と吸気（空気）との予混合気を形成し、該予混合気を燃焼に供することによって、ＮＯｘや煙の排出が抑制される予混合圧縮着火燃焼内燃機関の開発が進められている。
【０００３】
このような予混合圧縮着火燃焼内燃機関においては、形成された予混合気が気筒内の温度上昇により圧縮行程上死点近傍となる前に着火燃焼する、いわゆる過早着火が発生する虞がある。そこで、燃焼室に導入される再循環排気量を排気中のＮＯｘ濃度に基づき制御することで、過早着火の発生を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５２８５３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１２０４５７号公報
【特許文献１】
特開平１０−２７４１０４号公報
【特許文献２】
特開平６−２２９３２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
予混合圧縮着火燃焼内燃機関では、機関が高負荷で運転されているときは、気筒内、特に気筒内中央部の温度が高くなるため過早着火が発生し易くなる。また、気筒内において予混合気は略均一に分布している、即ち気筒内での空気と燃料との濃度分布が略均一であるため、高温では予混合気の燃焼は急激なものとなり燃焼騒音が悪化する虞がある。一方、機関が低負荷で運転されているときや機関の暖機前は、気筒内壁面付近の温度が低く該気筒内壁面付近の予混合気において未燃成分が発生する虞がある。
【０００６】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが可能な技術を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
即ち、本発明は、予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムであって、複数の吸気ポートを備えており、少なくとも一の吸気ポートに排気の一部を導入し（以下、吸気ポートに導入される排気をＥＧＲガスと称する）、この吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量を制御することで気筒内のＥＧＲガス率の分布を制御するものである。
【０００８】
より詳しくは、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムは、
吸気行程中または／および圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼を行う予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、
前記気筒内中央部に吸気を導入する第１吸気ポートと、
前記気筒内壁面付近に吸気を導入する第２吸気ポートと、
前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートとの少なくとも一方にＥＧＲガスを導入する排気再循環手段と、
該排気再循環手段によって前記第１吸気ポートまたは／および前記第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量を制御する再循環排気量制御手段と、
前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
を備え、
前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態に応じて、前記第１吸気ポートまたは／および前記第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量を制御することよって、前記気筒内の再循環排気率の分布を制御することを特徴とする。
【０００９】
ここで、再循環排気率とは、気体（吸気または予混合気）中におけるＥＧＲガス量の割合のことである。以下、この再循環排気率をＥＧＲ率と称する。
【００１０】
本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムによれば、機関の運転状態に応じて、気筒内のＥＧＲ率の分布が制御される。  予混合気においては、ＥＧＲ率が高くなると酸素濃度が低下するため該予混合気の着火性は低下し、ＥＧＲ率が低くなると酸素濃度が高くなるため該予混合気の着火性も高くなる。即ち、ＥＧＲ率を制御することで予混合気の着火性を制御することが出来る。更に、気筒内において中央部と壁面付近とでは異なったＥＧＲ率とすることで予混合気の着火遅れを不均一とし、予混合気の急激な燃焼を防止することが出来る。
【００１１】
本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムにおいては、第１吸気ポートまたは第２吸気ポートのいずれか一方にのみＥＧＲガスを導入する場合であっても、気筒内において、ＥＧＲガスが導入された吸気ポートによって吸気が導入された部分のＥＧＲ率は高くなるため、気筒内のＥＧＲ率の分布を制御することが出来る。
【００１２】
また、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムにおいては、第１吸気ポートおよび第２吸気ポートにＥＧＲガスを導入し、第１吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量および第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量を、機関の運転状態に応じて、それぞれ制御しても良い。
【００１３】
このような制御によれば、第１吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量および第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量をそれぞれ制御することで、第１吸気ポートによって導入される吸気（以下、第１吸気と称する）のＥＧＲ率と第２吸気ポートによって導入される吸気（以下、第２吸気と称する）のＥＧＲ率とをそれぞれ制御することが出来る。そのため、気筒内のＥＧＲ率の分布を機関の運転状態に応じて制御することが可能となる。
【００１４】
そこで、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムにおいては、機関の運転状態が低負荷運転領域にある場合、第１吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量よりも第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量を多くしても良い。
【００１５】
低負荷運転領域においては、燃料噴射量は少ないが、このような制御によれば、気筒内中央部のＥＧＲ率は低くなるため該気筒中央部の酸素濃度は高くなるため、該気筒内中央部での予混合気の着火性を確保することが出来る。また、低負荷運転領域においては、気筒内壁面付近の温度は比較的低温となるが、上記のような制御によれば、気筒内壁面付近のＥＧＲ率が高くなりＥＧＲガスの熱によって予混合気の温度を上昇させることが出来る。そのため、該気筒内壁面付近の予混合気における未燃成分の発生を抑制することが可能となる。
【００１６】
一方、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムにおいては、機関の運転状態が高負荷運転領域にある場合、第１吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量よりも第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量を少なくしても良い。
【００１７】
高負荷運転領域においては、気筒内中央部の温度が高くなり過早着火が発生し易くなるが、このような制御によれば、気筒内中央部のＥＧＲ率は高くなるため該気筒中央部の酸素濃度は低くなり、該気筒内中央部での予混合気の着火性を抑制することが出来る。以て過早着火を抑制することが可能となる。尚、高負荷運転領域においては、気筒内の温度は高くなっているため、ＥＧＲガスの温度による影響は低負荷時と比較して非常に小さい。また、上記のような制御によれば、気筒内壁面付近のＥＧＲ率は気筒内中央部よりも低くなり、気筒内壁面付近の予混合気と気筒内中央部の予混合気との着火遅れは不均一となる。そのため、予混合気の急激な燃焼が抑制され、以て燃焼騒音の悪化を抑制することが可能となる。
【００１８】
また、本発明に係る内燃機関が、予混合圧縮着火燃焼と、予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼とを選択的に切り換える内燃機関であった場合、該内燃機関が通常燃焼を行うときは、第１吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量と第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量とが略同一となるよう制御しても良い。即ち、第１吸気と第２吸気とのＥＧＲ率を略同一とすることで気筒内のＥＧＲ率の分布を略均一に制御する。
【００１９】
内燃機関が通常燃焼を行うときは、気筒内のＥＧＲ率の分布を略均一に制御することで、燃焼を安定させ、ドライバビィリティやエミッションの悪化を抑制することが出来る。従って、予混合圧縮着火燃焼と通常燃焼とを切り換える内燃機関であっても、両方の燃焼をより好適に行うことが可能となる。
【００２０】
本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムにおいては、第１吸気ポートまたは／および第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量を制御すると共に、第１吸気の導入量と第２吸気の導入量とを、機関の運転状態に応じて、それぞれ制御しても良い。
【００２１】
本発明に係る第２吸気は気筒内壁面付近に導入されるため、該第２吸気が気筒内に流入されることによって、気筒内において壁面に沿った旋回流が生起される。上記のような構成によれば、第１吸気の導入量と第２吸気の導入量とを制御することで、この旋回流のスワール比を制御し、該スワール比を制御することで、気筒内における第１吸気と第２吸気との分布範囲を制御する。
【００２２】
第２吸気の導入量を増加させる、または／および第１吸気の導入量を減少させると、前記旋回流のスワール比が高くなる。該スワール比が高くなると、第２吸気の分布範囲が気筒内壁面付近により集中することになり、それによって第１吸気の分布範囲が気筒内壁面側へ広がることになる。一方、第２吸気の導入量を減少させる、または／および第１吸気の導入量を増加させると、前記旋回流のスワール比が低くなる。該スワール比が低くなると、第２吸気の分布範囲が気筒内中央部側に広がることになり、それによって第１吸気の分布範囲が気筒内中央部により集中することになる。従って、ＥＧＲ率の異なる第１吸気の導入量と第２吸気の導入量とをそれぞれ制御することによって、気筒内壁面に沿った旋回流のスワール比を制御し、以て気筒内のＥＧＲ率分布をより細かく制御することが出来る。
【００２３】
例えば、（１）機関の運転状態が低負荷運転領域においても比較的低い負荷領域にあるときは、第１吸気ポートに導入されるＥＧＲガス量よりも第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガス量を多くする、即ち、第１吸気のＥＧＲ率よりも第２吸気のＥＧＲ率を高くすると共に、第２吸気の導入量をより増加させる。そして、（２）低負荷運転領域内において機関負荷が大きくなると共に、第１吸気のＥＧＲガス率より第２吸気のＥＧＲガス率を高くした状態で、第２吸気の導入量をより減少させる。このような制御（１）、（２）によれば、気筒内壁面付近の温度がより低いときは気筒内壁面付近のＥＧＲ率をより集中的に高くすることが出来、効率的に気筒内壁面付近の予混合気の温度を上昇させることが可能となる。また、気筒内中央部においては、機関負荷が大きくなるにつれて、即ち温度上昇に応じてＥＧＲ率の低い範囲を小さくすることで、予混合気の着火性が徐々に抑えられ着火時期をより適正な時期とすることが出来る。
【００２４】
一方、（３）機関の運転状態が高負荷運転領域において比較的低い負荷領域にあるときには、第１吸気ポートに導入されるＥＧＲガス量よりも第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガス量を少なくする、即ち、第１吸気のＥＧＲ率より第２吸気のＥＧＲ率を低くすると共に、第２吸気の導入量をより減少させる。そして、（４）機関負荷が大きくなると共に、第１吸気のＥＧＲガス率より第２吸気のＥＧＲガス率を低くした状態で、第２吸気の導入量をより増加させる。このような制御（３）、（４）によれば、気筒内中央部においては、機関負荷が大きくなるにつれて、即ち温度上昇に応じてＥＧＲ率の高い範囲を大きくすることで、予混合気の着火性がより抑制され着火時期をより適正な時期とすることが出来る。
【００２５】
また、機関の運転状態が低負荷運転領域から高負荷運転領域へと移っていくような過渡運転状態にあっても、上記のような（１）、（２）、（３）、（４）の制御を連続的に行うことによって、気筒内のＥＧＲ率の分布を連続的に制御することが出来るため、機関の運転状態に応じて、より好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが可能となる。
【００２６】
また、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムにおいて、第１吸気ポートまたは／および第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量を制御すると共に、第１吸気ポートによる吸気時期と、第２吸気ポートによる吸気時期とを、機関の運転状態に応じて、それぞれ制御しても良い。
【００２７】
ここで、吸気時期とは、それぞれの吸気ポートによる吸気の導入が開始される時期および吸気の導入が停止される時期のことである。
【００２８】
吸気行程において、最初に第２吸気ポートによって第２吸気を気筒内に導入し、次に第１吸気ポートによって第１吸気を気筒内に導入することによって、第２吸気が気筒内壁面付近により分布し易くなり、第１吸気が気筒内中央部により分布し易くなる。従って、例えば、第１吸気および第２吸気のＥＧＲ率をそれぞれ制御すると共に、それぞれの吸気時期を制御することによって、前記のような第１吸気の導入量と第２吸気の導入量とをそれぞれ制御した場合と同様、気筒内のＥＧＲ率分布をより細かく制御することが出来る。また、機関の運転状態が低負荷運転領域から高負荷運転領域へと移っていくような過渡運転状態にあっても、気筒内のＥＧＲ率の分布を連続的に制御することが出来るため、機関の運転状態に応じて、より好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが可能となる。
【００２９】
さらに、第１吸気ポートと第２吸気ポートとの少なくとも一方による吸気導入と吸気導入停止とを吸気行程中に複数回繰り返すよう制御しても良い。
【００３０】
このような制御によれば、気筒内において、ＥＧＲ率の高い予混合気とＥＧＲ率の低い予混合気とを多層化することが出来る。そのため、気筒内における予混合気の着火遅れがより不均一となるため、燃焼をより穏やかにすることが出来る。従って、より高い負荷領域で予混合燃焼を行うことが可能となる。
【００３１】
また、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムでは、これまで説明したように各吸気ポートによる吸気導入箇所を気筒内中央部と気筒内壁面付近とに限定することなく、単に複数の吸気ポートと、少なくとも一の吸気ポートにＥＧＲガスを導入する排気再循環手段と、吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量を制御する再循環排気量制御手段と、吸気時期を吸気ポート毎にそれぞれ制御する吸気時期制御手段と、を備え、機関の運転状態に応じて、吸気ポートに導入されるＥＧＲガスの量と、吸気ポート毎の吸気時期とを制御することによって、前記気筒内の再循環排気率の分布を制御しても良い。
【００３２】
吸気行程において、最初に一の吸気ポートにより吸気を気筒内に導入し、次に他の吸気ポートにより吸気を気筒内に導入した場合、最初に導入された吸気は気筒内の下側により分布し易く、次に導入された吸気は気筒内の上側により分布し易くなる。従って、吸気ポート毎の吸気導入箇所が前記第１吸気ポートと前記第２吸気ポートとのように限定されていない場合であっても、ＥＧＲ率の異なる吸気の吸気時期をそれぞれ制御することによって気筒内のＥＧＲ率の分布を制御することが出来る。
【００３３】
また、この場合においても、少なくとも一の吸気ポートによる吸気導入と吸気停止とを、吸気行程中に複数回繰り返すよう制御することで、気筒内において、ＥＧＲ率の高い予混合気とＥＧＲ率の低い予混合気とを多層化することが出来る。そのため、気筒内における予混合気の着火遅れがより不均一となるため、燃焼をより穏やかにすることが出来る。従って、より高い負荷領域で予混合燃焼を行うことが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムの具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００３５】
図１および図２は、本実施の形態に係る内燃機関とその再循環排気制御システムの概略構成を示す図である。
【００３６】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２（１つの気筒のみ図示）を有する多気筒ディーゼル機関である。気筒２の略中心部には燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１０が備えられている。また、気筒２には第１吸気ポート３と第２吸気ポート４と２つの排気ポート５が備えられている。
【００３７】
第１吸気ポート３と第２吸気ポート４とは、インテークマニホルド１２と連通されており、インテークマニホルド１２は、吸気通路１１に接続されている。また、２つの排気ポート５はエキゾーストマニホルド１３と連通されており、エキゾーストマニホルド１３は排気通路１４に接続されている。
【００３８】
第１吸気ポート３は、気筒２の軸方向下向きに形成され、且つ該第１吸気ポート３の気筒２への開口部は第２吸気ポート４の気筒２への開口部よりも気筒２の中心により近くなるように設置されている。一方、第２吸気ポート４は、該第２吸気ポートによって導入される吸気によって気筒２の内壁面に沿って横方向旋回流が生起されるよう気筒２に対して接線方向に設置されている。このような構成によって、第１吸気ポート３によって導入される吸気（以下、第１吸気と称する）は気筒２内中央部に導入され、第２吸気ポート４によって導入される吸気（以下、第２吸気と称する）は気筒２内壁面部付近に導入される。
【００３９】
また、２つの排気ポート５には、図示しない排気弁がそれぞれ設けられており、第１吸気ポート３と第２吸気ポート４とには、図２に示すとおり、それぞれ第１吸気弁６と第２吸気弁７とが設けられている。第１吸気弁６と第２吸気弁７とには、各吸気弁６，７の開閉時期やリフト量をそれぞれ制御する第１可変動弁機構８と第２可変動弁機構９とがそれぞれ設けられている。可変動弁機構としては電磁駆動弁等が例示出来る。
【００４０】
また、本実施の形態に係る内燃機関１には、該内燃機関１から排出された排気の一部を吸気系へ再循環させる排気再循環装置２０が備えられている。該排気再循環装置２０は、エキゾーストマニホルド１３と連通されている主排気再循環通路２１と、該主排気再循環通路２１と第１吸気ポート３とを連通する第１ＥＧＲ通路２２と、該主排気再循環通路２１と第２吸気ポート４とを連通する第２ＥＧＲ通路２３と、を備えている。また、第１ＥＧＲ通路２２と第２ＥＧＲ通路２３とには、電磁弁等からなり印加電圧の大きさに応じて第１ＥＧＲ通路２２もしくは第２ＥＧＲ通路２３内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を調整する第１ＥＧＲ弁２４と第２ＥＧＲ弁２５とがそれぞれ設けられている。
【００４１】
このように構成された排気再循環装置２０では、第１ＥＧＲ弁２４または第２ＥＧＲ弁２５が開弁されると、内燃機関１から排出された排気の一部（ＥＧＲガス）がエキゾーストマニホルド１３を介して主排気再循環通路２１へ流入し、該主排気再循環通路２１を流通するＥＧＲガスが、第１ＥＧＲ通路２２または第２ＥＧＲ通路２３を通って、第１吸気ポート３または第２吸気ポート４へ導入される。各吸気ポート３，４に導入されたＥＧＲガスは新気（空気）と混ざり合って吸気を形成し、該吸気が気筒２内へ導入される。また、第１ＥＧＲ弁２４と第２ＥＧＲ弁２５によって各吸気ポート３，４に導入されるＥＧＲガス量を制御することで、第１吸気と第２吸気とのＥＧＲ率がそれぞれ制御される。
【００４２】
ここで、各吸気のおいてＥＧＲ率が高くなると酸素濃度が低くなり、ＥＧＲ率が低くなると酸素濃度は高くなる。そのため、気筒内において、ＥＧＲ率の高い吸気が導入された部分では予混合気の着火性は抑制され、ＥＧＲ率の低い吸気が導入された部分では予混合気の着火性は向上する。また、ＥＧＲガスの温度は吸気通路１１から導入される新気（空気）の温度よりもかなり高いため、ＥＧＲ率の高い吸気の温度は高くなる。そのため、機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときのように気筒２内の温度が低いときは、ＥＧＲ率の高い吸気が導入された部分の予混合気の温度は高くなる。機関の運転状態が高負荷運転領域となると気筒２内の温度はかなり高くなっているため、ＥＧＲガスの温度による影響は小さくなる。
【００４３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０が併設されている。このＥＣＵ３０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００４４】
ＥＣＵ３０は、内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ３１や、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３２等の各種センサと電気的に接続されており、これらセンサの出力信号がＥＣＵ３０に入力される。
【００４５】
一方、ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁１０、第１可変動弁機構８、第２可変動弁機構９、第１ＥＧＲ弁２４、第２ＥＧＲ弁２５等と電気的に接続されており、上記各部がＥＣＵ３０によって制御される。
【００４６】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、例えば、クランクポジションセンサ３１がパルス信号を出力する時間的な間隔等に基づき機関回転数を算出し、アクセル開度センサ３２の出力信号等に基づき機関負荷を算出する。また、ＥＣＵ３０は機関回転数と機関負荷とから内燃機関１の運転状態を判断する。
【００４７】
また、本実施の形態に係る内燃機関１は、吸気行程中または圧縮行程中に燃料噴射弁１０により気筒２内へ燃料を噴射することで、燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される、いわゆる予混合圧縮着火燃焼を行う内燃機関である。
【００４８】
次に、本実施の形態に係る再循環排気システムによる気筒内のＥＧＲガス率の分布制御について説明する。
【００４９】
図３および４は、本実施の形態に係る気筒２内のＥＧＲ率の分布を示す図である。図３および４の一点鎖線はＥＧＲ率分布を示している。
【００５０】
本実施の形態に係る再循環排気システムにおいては、内燃機関１が低負荷運転領域で運転されているときは、第１ＥＧＲ弁２４の開度は第２ＥＧＲ弁２５の開度よりも小さくなるよう制御される。即ち、第１吸気ポート３に導入されるＥＧＲガス量が第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガス量よりも少なくなるよう制御される。このため、第１吸気のＥＧＲ率が第２吸気のＥＧＲ率よりも低くなる。
【００５１】
本実施の形態に係る内燃機関１においては、上述したように、第１吸気は気筒２内中央部に導入され、第２吸気は気筒２内壁面付近に導入される。従って、第１吸気のＥＧＲ率が第２吸気のＥＧＲ率よりも低くなると、気筒２内におけるＥＧＲ率の分布は、図３に示すように、中央部のＥＧＲ率が低く、壁面付近のＥＧＲ率が高くなる。
【００５２】
低負荷運転領域においては、燃料噴射量は少ないが、このような制御によれば、気筒２内中央部のＥＧＲ率は低くなる、即ち気筒２内中央部の酸素濃度は比較的高くなるため、該気筒２内中央部での予混合気の着火性を確保することが出来る。また、低負荷運転領域においては、気筒２内壁面付近の温度は比較的低温となるが、上記のような制御によれば、気筒２内壁面付近のＥＧＲ率が高くなるため、ＥＧＲガスの熱によって内壁面付近の予混合気の温度を上昇させることが出来る。そのため、該気筒２内壁面付近の予混合気における未燃成分の発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
一方、本実施の形態に係る再循環排気制御システムにおいては、内燃機関１が高負荷運転領域で運転されているときは、第１ＥＧＲ弁２４の開度は第２ＥＧＲ弁２５の開度よりも大きくなるよう制御される。即ち、第１吸気ポート３に導入されるＥＧＲガス量が第２吸気ポートに導入されるＥＧＲガス量よりも多くなるよう制御される。このため、第１吸気のＥＧＲ率が第２吸気のＥＧＲ率よりも高くなる。
【００５４】
第１吸気のＥＧＲ率が第２吸気のＥＧＲ率よりも高くなると、気筒２内におけるＥＧＲ率の分布は、図４に示すように、中央部のＥＧＲ率が高く、壁面付近のＥＧＲ率が低くなる。
【００５５】
高負荷運転領域においては、気筒２内中央部の温度が高くなり過早着火が発生し易くなるが、このような制御によれば、気筒２内中央部のＥＧＲ率は高くなる、即ち気筒２内中央部の酸素濃度は低くなるため、該気筒２内中央部での予混合気の着火性を抑制することが出来、以て過早着火を抑制することが可能となる。また、上記のような制御によれば、気筒２内壁面付近のＥＧＲ率は気筒２内中央部よりも低くなる、即ち気筒２内の酸素分布は不均一となるため、気筒２内壁面付近の予混合気と気筒２内中央部の予混合気との着火遅れは不均一となる。そのため、予混合気の急激な燃焼が抑制され、以て燃焼騒音の悪化を抑制することが可能となる。
【００５６】
尚、第１吸気ポート３と第２吸気ポート４とのいずれか一方にのみＥＧＲガスを導入することで、気筒２内のＥＧＲ率の分布を制御しても良い。また、第１ＥＧＲ通路２２と第２ＥＧＲ通路２３とのいずれか一方が設けられていない構成とした場合であっても、第１吸気ポート３と第２吸気ポート４とのいずれか一方にのみ導入されるＥＧＲガスの量を制御することで、気筒２内のＥＧＲ率の分布を制御することが出来る。
【００５７】
また、本実施の形態に係る内燃機関１を、予混合圧縮着火燃焼と、予混合気を形成せずに燃焼を行う通常燃焼（いわゆる拡散燃焼）とを選択的に切り換える内燃機関とした場合、内燃機関１が通常燃焼を行うときは、第１吸気ポート３に導入されるＥＧＲガスの量と第２吸気ポー４トに導入されるＥＧＲガスの量とが略同一となるよう制御される。即ち、第１吸気と第２吸気とのＥＧＲ率を略同一とすることで気筒２内のＥＧＲ率の分布を略均一に制御する。
【００５８】
通常燃焼時は、気筒２内のＥＧＲ率の分布を略均一に制御することで、燃焼を安定させ、ドライバビィリティやエミッションの悪化を抑制することが出来る。従って、予混合圧縮着火燃焼と通常燃焼とを切り換える内燃機関であっても、両方の燃焼をより好適に行うことが可能となる。
【００５９】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムの第２の実施の形態について図面に基づいて説明する。本実施の形態に係る内燃機関と再循環排気制御システムのハード構成は、上述した第１の実施の形態と同様であるため説明を割愛し、本実施の形態に係る再循環排気制御システムによる気筒内のＥＧＲガス率の分布制御について以下に説明する。
【００６０】
図５〜８は、本実施の形態に係る気筒２内のＥＧＲ率の分布を示す図である。図５〜８の一点鎖線はＥＧＲ率分布を示している。一点鎖線の間隔が小さい程ＥＧＲ率分布が密になっていることを示し、一点鎖線の間隔が大きい程ＥＧＲ率分布が疎になっていることを示している。
【００６１】
本実施の形態に係る再循環排気制御システムにおいては、上述した第１の実施の形態と同様、内燃機関１の運転状態に応じて、第１ＥＧＲ弁２４と第２ＥＧＲ弁２５との開度を制御することで、第１吸気と第２吸気とのＥＧＲ率をそれぞれ制御すると共に、吸気行程における第１吸気弁６と第２吸気弁７との閉弁時期を第１可変動弁機構８と第２可変動弁機構９とによってそれぞれ制御することで、気筒２内壁面に沿った旋回流のスワール比を制御する。
【００６２】
本実施の形態に係る第２吸気ポートの配置によれば、第２吸気が気筒２内に導入されると、気筒２内において壁面に沿った旋回流が生起される。この旋回流のスワール比を制御することで、気筒内における第１吸気と第２吸気との分布範囲を制御することが出来る。
【００６３】
第２吸気弁７の閉弁時期を遅角させる、または／および第１吸気弁６の閉弁時期を進角させると、第２吸気の気筒２内への導入量が相対的に増加する。第２吸気の導入量が増加すると、気筒２内壁面に沿った旋回流のスワール比が高くなる。該スワール比が高くなると、第２吸気の分布範囲が気筒２内壁面付近により集中することになり、それによって第１吸気の分布範囲が気筒２内壁面側へ広がることになる。一方、第１吸気弁６の閉弁時期を遅角させる、または／および第２吸気弁７の閉弁時期を進角させると、第２吸気の気筒２内への導入量が相対的に減少する。第２吸気の導入量が減少すると、気筒２内壁面に沿った旋回流のスワール比が低くなる。該スワール比が低くなると、第２吸気の分布範囲が気筒２内中央部側に広がることになり、それによって第１吸気の分布範囲が気筒２内中央部により集中することになる。
【００６４】
そこで、本実施の形態に係る再循環排気制御システムにおいては、（１）内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域においても比較的低い負荷領域にあるときは、第１吸気のＥＧＲ率よりも第２吸気のＥＧＲ率を高くすると共に、第２吸気弁７の閉弁時期を遅角させる。そして、（２）低負荷運転領域内において内燃機関１の機関負荷が大きくなると共に、第１吸気のＥＧＲガス率より第２吸気のＥＧＲガス率を高くした状態で、第２吸気弁７の閉弁時期を進角させる。
【００６５】
このような制御（１）、（２）によれば、気筒２内壁面付近の温度がより低いときは、図５に示すように、気筒２内壁面付近のＥＧＲ率をより集中的に高くすることが出来、効率的に気筒２内壁面付近の予混合気の温度を上昇させることが可能となる。また、気筒２内中央部においては、機関負荷が大きくなると、即ち温度が上昇すると、図６に示すように、ＥＧＲ率の低い範囲を小さくすることで、予混合気の着火性が徐々に抑えられ着火時期をより適正な時期とすることが出来る。
【００６６】
一方、（３）内燃機関１の運転状態が高負荷運転領域において比較的低い負荷領域にあるときには、第１吸気のＥＧＲ率より第２吸気のＥＧＲ率を低くすると共に、第２吸気弁７の閉弁時期を進角させる。そして、（４）内燃機関１の機関負荷が大きくなると共に、第１吸気のＥＧＲガス率より第２吸気のＥＧＲガス率を低くした状態で、第２吸気弁７の閉弁時期を遅角させる。このような制御（３）、（４）によれば、機関負荷が比較的小さいときは、図７に示すように、気筒２内中央部におけるＥＧＲ率の高い範囲を小さくし、機関負荷が大きくなるにつれて、即ち温度上昇に応じて、図８に示すように、ＥＧＲ率の高い範囲を大きくすることで、予混合気の着火性がより好適に抑制され着火時期をより適正な時期とすることが出来る。
【００６７】
上記のように、本実施の形態に係る再循環排気制御システムによれば、気筒内のＥＧＲ率分布をより細かく制御することが出来るため、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが可能となる。
【００６８】
また、本実施の形態に係る再循環排気制御システムにおいては、内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域から高負荷運転領域へと移っていくような過渡運転状態にある場合、上記のような（１）、（２）、（３）、（４）の制御を連続的に行うことによって、気筒２内のＥＧＲ率の分布を連続的に制御することが出来るため、内燃機関１の運転状態に応じて、より好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが可能となる。
【００６９】
尚、本実施の形態に係る再循環排気制御システムにおいては、吸気行程における第１吸気弁６と第２吸気弁７とのバルブリフト量を第１可変動弁機構８と第２可変動弁機構９とによってそれぞれ制御することで、第１吸気と第２吸気との気筒２内への導入量をそれぞれ制御し、気筒２内のスワール比を制御しても良い。
【００７０】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムの第３の実施の形態について図面に基づいて説明する。本実施の形態に係る内燃機関と再循環排気制御システムのハード構成は、上述した第１の実施の形態と同様であるため説明を割愛し、本実施の形態に係る再循環排気システムによる気筒内のＥＧＲガス率の分布制御について以下に説明する。
【００７１】
本実施の形態に係る再循環排気制御システムにおいては、上述した第１の実施の形態と同様、内燃機関１の運転状態に応じて、第１ＥＧＲ弁２４と第２ＥＧＲ弁２５との開度を制御することで、第１吸気と第２吸気とのＥＧＲ率をそれぞれ制御すると共に、吸気行程における第１吸気弁６と第２吸気弁７との開弁時期および閉弁時期を第１可変動弁機構８と第２可変動弁機構９とによってそれぞれ制御することで、第１吸気と第２吸気との気筒２内への吸気時期をそれぞれ制御する。
【００７２】
図９は、本実施の形態に係る第１吸気弁６と第２吸気弁７との吸気行程における開弁時期および閉弁時期を示すバルブプロフィールの一例である。点線は吸気行程を示し、実線は開弁時期および閉弁時期を示す。
【００７３】
本実施の形態に係る再循環排気制御システムにおいては、例えば、図９に示すように、吸気行程において、第１吸気弁６の開閉時期を第２吸気弁７の開閉時期よりも遅角させる。このような制御によって、最初に第２吸気が気筒２内導入され、次に第１吸気が気筒２内に導入されるため、第２吸気が気筒２内壁面付近により分布し易くなり、第１吸気が気筒２内中央部により分布し易くなる。
【００７４】
従って、本実施の形態に係る再循環排気制御システムによれば、内燃機関１の運転状態に応じて、第１吸気のＥＧＲ率と第２吸気のＥＧＲ率とをそれぞれ制御すると共に、第１吸気の吸気時期と第２吸気の吸気時期とをそれぞれ制御することによって、上述した第２の実施の形態と同様、気筒２内のＥＧＲ率分布をより細かく制御することが出来る。そのため、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが可能となる。
【００７５】
また、機関の運転状態が低負荷運転領域から高負荷運転領域へと移っていくような過渡運転状態にあっても、上述した第２の実施の形態と同様、気筒内のＥＧＲ率の分布を連続的に制御することが出来るため、運転状態に応じて、より好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが可能となる。
【００７６】
さらに、本実施の形態に係る再循環排気制御システムにおいては、第１吸気と第２吸気のＥＧＲ率をそれぞれ制御すると共に、第１吸気弁６と第２吸気弁７との少なくとも一方の開弁と閉弁とが吸気行程において複数回繰り返されるよう制御しても良い。
【００７７】
図１０は、このような制御を行った場合の気筒２内のＥＧＲ率の分布の一例を示す図である。図１０の一点鎖線はＥＧＲ率分布を示している。
【００７８】
このような制御によれば、図１０に示すように、気筒２内のＥＧＲ率の分布を多層化することが出来る。そのため、予混合気の着火遅れがより不均一となり、燃焼をより穏やかにすることが出来る。従って、より高い負荷領域で予混合燃焼を行うことが可能となる。
【００７９】
尚、本実施の形態に係る再循環排気制御システムのように、内燃機関１の運転状態に応じて、第１吸気のＥＧＲ率と第２吸気のＥＧＲ率とをそれぞれ制御すると共に、第１吸気と第２吸気との気筒２内への吸気時期をそれぞれ制御することによって、気筒２内のＥＧＲ率分布を制御する場合、第１吸気ポート３と第２吸気ポート４との配置が上述したような配置（即ち、第１吸気は気筒２内中央部に導入され、第２吸気は気筒２内壁面付近に導入されるような配置）となっていなくても、吸気行程において最初に導入された吸気は気筒２内下側により分布し易く、次に導入された吸気は気筒２内上側により分布し易くなるため、気筒２内のＥＧＲ率の分布を制御することが出来る。
【００８０】
また、第１吸気ポート３と第２吸気ポート４との配置を上述したような配置に限定しなくても、第１吸気弁６と第２吸気弁７との少なくともいずれか一方の開弁と閉弁とが吸気行程において複数回繰り返されるよう制御することによって、気筒２内のＥＧＲ率の分布を多層化することが出来る。
【００８１】
【発明の効果】
本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の再循環排気制御システムによれば、低負荷運転領域においては、着火性を確保しつつ未燃成分の排出を抑制出来、また、高負荷運転領域においては、過早着火や燃焼騒音の悪化を抑制出来るため、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関とその再循環排気制御システムの概略構成を示す第１の図
【図２】本発明に係る内燃機関とその再循環排気制御システムの概略構成を示す第２の図
【図３】第１の実施の形態に係る気筒内のＥＧＲ率分布を示す第１の図
【図４】第１の実施の形態に係る気筒内のＥＧＲ率分布を示す第２の図
【図５】第２の実施の形態に係る気筒内のＥＧＲ率分布を示す第１の図
【図６】第２の実施の形態に係る気筒内のＥＧＲ率分布を示す第２の図
【図７】第２の実施の形態に係る気筒内のＥＧＲ率分布を示す第３の図
【図８】第２の実施の形態に係る気筒内のＥＧＲ率分布を示す第４の図
【図９】第３の実施の形態に係る第１吸気弁と第２吸気弁との吸気行程における開弁時期および閉弁時期を示すバルブプロフィール
【図１０】第３実施の形態に係る気筒内のＥＧＲ率分布を示す図
【符号の説明】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・第１吸気ポート
４・・・第２吸気ポート
５・・・排気ポート
６・・・第１吸気弁
７・・・第２吸気弁
８・・・第１可変動弁機構
９・・・第２可変動弁機構
１０・・燃料噴射弁
１１・・吸気通路
１２・・インテークマニホルド
１３・・エキゾーストマニホルド
１４・・排気通路
２０・・排気再循環装置
２１・・主排気再循環通路
２２・・第１ＥＧＲ通路
２３・・第２ＥＧＲ通路
２４・・第１ＥＧＲ弁
２５・・第２ＥＧＲ弁
３０・・ＥＣＵ
３１・・クランクポジションセンサ
３２・・アクセル開度センサ
【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】
2004346796.tif 000009
【図８】
2004346796.tif 000010
【図９】
2004346796.tif 000011
【図１０】
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