特許 6014545 内燃機関の吸気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6014545

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】内燃機関の吸気装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 21/08 20060101AFI20161011BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20161011BHJP

   F02B 23/06 20060101ALI20161011BHJP

   F02B 23/00 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   F02D21/08 301A

   F02D13/02 F

   F02B23/06 B

   F02B23/00 T

【請求項の数】13

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-102078(P2013-102078)

(22)【出願日】2013年5月14日

(65)【公開番号】特開2014-222050(P2014-222050A)

(43)【公開日】2014年11月27日

【審査請求日】2015年9月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100131048

【弁理士】

【氏名又は名称】張川 隆司

(72)【発明者】

【氏名】元尾 幸平

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 昌晴

【審査官】 立花 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１２７２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８０１３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １３／００−２８／００

Ｆ０２Ｂ ２３／００

Ｆ０２Ｂ ２３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関（１０）の筒内に第１ガスとその第１ガスとは濃度が異なる第２ガスとを別々に吸入する内燃機関の吸気装置であって、
前記第１ガスの吸入開始に遅れて前記第２ガスの吸入が開始するように前記第２ガスの吸入を制御する吸気制御手段（５０、１４２、４２、４３）を備え、
前記第１ガスは前記内燃機関の排気系から吸気系に還流される排気ガスであるＥＧＲガスの濃度が希薄なＥＧＲリーンガスであり、
前記第２ガスは前記ＥＧＲガスの濃度が濃厚なＥＧＲリッチガスであり、
前記筒内に配置されたピストン（１６）の頂部にはキャビティ（１６１）が形成され、
前記第１ガスの吸入開始から前記第１ガスと前記第２ガスの両方の吸入が終了するまでの期間を吸気期間として、
前記吸気制御手段は、前記内燃機関の負荷が高いほど前記吸気期間の前半に吸入する前記第２ガスの量が多くなるように、かつ、後半に吸入する前記第２ガスの量が少なくなるように、かつ、前記内燃機関の圧縮行程終了時の前記キャビティの底面における排気濃度が、前記負荷が低いほど高くなるように前記第２ガスの吸入を制御することを特徴とする内燃機関の吸気装置。

【請求項2】

内燃機関（１０）の筒内に第１ガスとその第１ガスとは濃度が異なる第２ガスとを別々に吸入する内燃機関の吸気装置であって、
前記第１ガスの吸入開始に遅れて前記第２ガスの吸入が開始するように前記第２ガスの吸入を制御する吸気制御手段（５０、１４２、４２、４３）を備え、
前記第１ガスは前記内燃機関の排気系から吸気系に還流される排気ガスであるＥＧＲガスの濃度が希薄なＥＧＲリーンガスであり、
前記第２ガスは前記ＥＧＲガスの濃度が濃厚なＥＧＲリッチガスであり、
前記第１ガスの吸入開始から前記第１ガスと前記第２ガスの両方の吸入が終了するまでの期間を吸気期間として、
前記吸気制御手段は、前記内燃機関の負荷が高いほど前記吸気期間の前半に吸入する前記第２ガスの量が多くなるように、かつ、後半に吸入する前記第２ガスの量が少なくなるように、かつ、前記負荷が高いほど、前記第２ガスの吸気終了時の前記筒内における前記第２ガスの層の、前記筒内を構成する気筒（１１）が延びた第１方向における厚さが大きくなり、かつ、前記第１方向に垂直な第２方向における厚さが小さくなるように、前記第２ガスの吸入を制御することを特徴とする内燃機関の吸気装置。

【請求項3】

内燃機関（１０）の筒内に第１ガスとその第１ガスとは濃度が異なる第２ガスとを別々に吸入する内燃機関の吸気装置であって、
前記第１ガスの吸入開始に遅れて前記第２ガスの吸入が開始するように前記第２ガスの吸入を制御する吸気制御手段（５０、１４２、４２、４３）を備え、
前記第１ガスは前記内燃機関の排気系から吸気系に還流される排気ガスであるＥＧＲガスの濃度が希薄なＥＧＲリーンガスであり、
前記第２ガスは前記ＥＧＲガスの濃度が濃厚なＥＧＲリッチガスであり、
前記第１ガスの吸入開始から前記第１ガスと前記第２ガスの両方の吸入が終了するまでの期間を吸気期間として、
前記内燃機関は、前記筒内に繋がる第１の吸気ポート（１２）とその第１の吸気ポートとは異なる第２の吸気ポート（１３）とを有し、
前記第１ガスを前記第１の吸気ポートから前記筒内に吸入し、
前記第２ガスを前記第２の吸気ポートから前記筒内に吸入し、
前記吸気制御手段は、
前記第２ガスが流れる通路（１３、２５）の開閉を行うバルブ（１４２、４２）と、
そのバルブの開閉を制御するバルブ制御手段（５０、４３）とを備え、
前記第１ガスの吸入開始から前記第１ガスと前記第２ガスの両方の吸入が終了するまでの期間を吸気期間として、
前記バルブ制御手段は、前記内燃機関の負荷が高いほど前記吸気期間の前半に吸入する前記第２ガスの量が多くなるように、かつ、後半に吸入する前記第２ガスの量が少なくなるように、前記負荷に応じて前記バルブの開弁開始時期と開度の少なくとも一方を変更することを特徴とする内燃機関の吸気装置。

【請求項4】

前記吸気制御手段は、前記内燃機関の圧縮行程終了時に前記筒内の中央エリア（１６３）の周りに形成されるスキッシュエリア（１６２）の排気濃度が、前記負荷が高いほど低くなるように、前記負荷に応じて前記第２ガスの吸入を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項5】

前記筒内に配置されたピストン（１６）の頂部にはキャビティ（１６１）が形成され、
前記吸気制御手段は、前記内燃機関の圧縮行程終了時の前記キャビティの底面における排気濃度が、前記負荷が低いほど高くなるように、前記負荷に応じて前記第２ガスの吸入を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項6】

前記吸気制御手段は、前記負荷が高いほど、前記第２ガスの吸気終了時の前記筒内における前記第２ガスの層の、前記筒内を構成する気筒（１１）が延びた第１方向における厚さが大きくなり、かつ、前記第１方向に垂直な第２方向における厚さが小さくなるように、前記負荷に応じて前記第２ガスの吸入を制御することを特徴とする請求項１又は３に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項7】

前記内燃機関は、前記筒内に繋がる第１の吸気ポート（１２）とその第１の吸気ポートとは異なる第２の吸気ポート（１３）とを有し、
前記第１ガスを前記第１の吸気ポートから前記筒内に吸入し、
前記第２ガスを前記第２の吸気ポートから前記筒内に吸入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吸気装置。

【請求項8】

前記吸気制御手段は、
前記第２ガスが流れる通路（１３、２５）の開閉を行うバルブ（１４２、４２）と、
そのバルブの開閉を制御するバルブ制御手段（５０、４３）とを備え、
前記バルブ制御手段は、前記負荷が高いほど前記吸気期間の前半に吸入する前記第２ガスの量が多くなるように、かつ、後半に吸入する前記第２ガスの量が少なくなるように、前記負荷に応じて前記バルブの開弁開始時期と開度の少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項9】

前記バルブ制御手段は、前記負荷が高いほど前記バルブの開弁開始時期を進角させ、かつ、前記バルブの開度を小さくすることを特徴とする請求項３又は８に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項10】

前記バルブ制御手段は、前記負荷が高いほど前記吸気期間の前半の前記バルブの開度を大きくし、かつ、後半の前記バルブの開度を小さくすることを特徴とする請求項３又は８に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項11】

前記第１ガスは、前記第１の吸気ポートと前記筒内との開口（１７１）に設けられてその開口の開閉を行う第１吸気バルブ（１４１）の開弁期間中、前記筒内に吸入され続け、
前記バルブは、前記第２の吸気ポートと前記筒内との開口（１７２）に設けられてその開口の開閉を行う第２吸気バルブ（１４２）であり、
前記バルブ制御手段（５０）は、前記第１吸気バルブの開弁開始時期に遅れて前記第２吸気バルブの開弁を開始することを特徴とする請求項３、８〜１０のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項12】

前記第１ガスは、前記第１の吸気ポートと前記筒内との開口（１７１）に設けられてその開口の開閉を行う第１吸気バルブ（１４１）の開弁期間中、前記筒内に吸入され続け、
前記バルブは、前記第２の吸気ポートと前記筒内との開口（１７２）に設けられてその開口の開閉を行う第２吸気バルブ（１４２）の上流に設けられ、前記第２の吸気ポートに接続された通路（２５）の開閉を行う吸気制御バルブ（４２）であり、
前記第１吸気バルブと前記第２吸気バルブの開閉は同期しており、
前記バルブ制御手段（５０、４３）は、前記第２吸気バルブの開弁開始時期に遅れて前記吸気制御バルブの開弁を開始することを特徴とする請求項３、８〜１０のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項13】

前記第１の吸気ポートは前記筒内に吸気するガスにスワール流を生じさせるスワール生成ポートであり、
前記第２の吸気ポートは前記筒内に吸気するガスにタンブル流を生じさせるタンブル生成ポートであることを特徴とする請求項３、７〜１２のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関への筒内への吸気を行う装置に関し、詳細には、濃度が異なるガスを筒内に層状に吸入する内燃機関の吸気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、内燃機関から排出されるエミッション（ＮＯｘ、スモーク）を抑制するために、排気系から吸気系に還流したＥＧＲガスと、新気とを別々に吸気して、それらガスを筒内で層状に分布（成層分布）させる技術がある（例えば特許文献１参照）。例えば特許文献１の吸気装置では、新気が流れる通路と、ＥＧＲガスが流れる通路とが設けられ、それら通路が吸気ポートの上流で合流して合流後の通路が吸気ポートに接続される。また、各通路にはそれぞれバルブが設けられる。そして、吸気行程の前半では、ＥＧＲガスが流れる通路に設けられたバルブを閉じ、新気が流れる通路に設けられたバルブを開けて、筒内に新気を吸入する。その後、吸気行程の後半では、新気が流れる通路に設けられたバルブを閉じ、ＥＧＲガスが流れる通路に設けられたバルブを開けて、筒内にＥＧＲガスを吸入する。

【0003】

このように、特許文献１の吸気装置では、新気、ＥＧＲガスのように濃度（酸素濃度、排気濃度）が異なる第１ガス、第２ガスを１つの吸気ポートから交互に（別々に）吸入することで、筒内にてそれら第１ガス、第２ガスを層状に分布させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−２６６１５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、第１ガスと第２ガスとの成層化を行うのはエミッションを抑制するためであるが、そのエミッションの筒内における生成領域は内燃機関の負荷によって変化する。しかし、特許文献１の成層化の方法は、ＥＧＲ量に応じて第１ガスの吸入量と第２ガスの吸入量の割合を変更するだけであり、筒内におけるエミッションの生成領域の変化を考慮したものとはなっていない。そのため、負荷によっては成層化を行うことのメリットが低下してしまう、つまり思ったほどエミッションの抑制につながらないことがある。

【0006】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、筒内におけるエミッションの生成領域が変更されたとしても、その変更にあわせて第１ガスと第２ガスの成層分布を変更できる内燃機関の吸気装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の筒内に第１ガスとその第１ガスとは濃度が異なる第２ガスとを別々に吸入する内燃機関の吸気装置であって、
前記第１ガスの吸入開始に遅れて前記第２ガスの吸入が開始するように前記第２ガスの吸入を制御する吸気制御手段を備え、
前記第１ガスの吸入開始から前記第１ガスと前記第２ガスの両方の吸入が終了するまでの期間を吸気期間として、
前記吸気制御手段は、前記内燃機関の負荷に応じて前記吸気期間の前半に吸入する前記第２ガスの量と後半に吸入する前記第２ガスの量の割合が変わるように、前記第２ガスの吸入を制御することを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、第２ガスは第１ガスの吸入に遅れて吸入されるので、筒内の下部（ピストン）側に第１ガスを多く含んだ層を、上部（エンジンヘッド）側に第２ガスを多く含んだ層を配置できる。吸気制御手段は、内燃機関の負荷に応じて、つまり筒内におけるエミッションの生成領域に応じて吸気前後半における第２ガスの吸入量の割合を変更するので、負荷（エミッションの生成領域）に応じて筒内における第２ガスの層の分布を変更できる。また、第２ガスの層以外の部分が第１ガスの層と考えると、第２ガスの層の分布の変更に伴い第１ガスの層の分布も変わることになる。ゆえに、本発明は、負荷に応じて、つまり筒内におけるエミッションの生成領域に応じて第１ガスと第２ガスの成層分布を変更でき、成層化を行うことのメリットを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態におけるエンジンシステムの構成図である。

【図2】クランク角に対する各吸気バルブのリフト量変化を示した図である。

【図3】各吸気ポートから吸入されるガスの吸気流量を示した図である。

【図4】筒内に吸入されるスワール流とタンブル流とを模式的に示した図である。

【図5】吸気行程終了時における筒内でのガスの分布を示した図である。

【図6】圧縮行程終了時における筒内でのガスの分布を示した図である。

【図7】圧縮行程終了時における筒内の様子を示し、筒内の各部における排気濃度を色の濃淡で表した図である。

【図8】筒内及びピストン１６の断面（右半分の断面）を示し、圧縮行程後の燃焼行程において時間の経過とともにピストン１６が下降している様子を示した図である。

【図9】エンジン負荷に対するスキッシュエリアでのＳＯＯＴ生成割合の変化を示した図である。

【図10】エンジンが高いとき、低いときのそれぞれにおける吸気バルブのリフト量の変化を示した図である。

【図11】第１実施形態における低負荷のときのクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。

【図12】第１実施形態における高負荷のときのクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。

【図13】圧縮前後の筒内の様子を示し、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）の順に、吸気前半のＥＧＲリッチガスの吸入量が多くなっている図である。

【図14】吸気後半のＥＧＲリッチガスの吸入量が変わるとキャビティ底面とスキッシュエリアそれぞれでＥＧＲ成層化の程度がどのように変わるかを模式的に示した図である。

【図15】エンジン負荷に応じた吸気バルブや吸気制御バルブの制御の手順を示したフローチャートである。

【図16】負荷ごとの吸気バルブの作動プロフィールを格納したテーブルを例示した図である。

【図17】エンジンが高いとき、低いときのそれぞれにおける吸気バルブのリフト量の変化を示した変形例の図である。

【図18】第２実施形態におけるエンジンシステムの構成図である。

【図19】吸気バルブのリフト量の変化、吸気制御バルブの開度の変化及び各吸気ポートからの吸気流量を示した図である。

【図20】エンジン負荷に応じて吸気制御バルブの制御を変更することを説明する図である。

【図21】第２実施形態における低負荷のときのクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。

【図22】第２実施形態における高負荷のときのクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。

【図23】負荷ごとの吸気制御バルブの作動プロフィールを格納したテーブルを例示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（第１実施形態）
以下、本発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、車両に搭載されたエンジンシステム１の構成図を示している。エンジンシステム１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジンという）と、そのエンジン１０の運転に必要な各種構成とを備える形で構成されている。なお、本実施形態では、エンジン１０は、４つの気筒１１（シリンダ）を有した４気筒エンジンである。エンジン１０は、各気筒１１において、吸気、圧縮、燃焼、排気の４行程を経て動力を生み出す４ストローク機関である。吸気、圧縮、燃焼、排気の４行程による燃焼サイクル（「７２０°ＣＡ」周期）が、例えば各気筒１１間で「１８０°ＣＡ」ずらして逐次実行される。図１の右側の気筒１１から順に１番から４番までの番号を付けたときに、例えば、１番、３番、４番、２番の気筒１１の順に燃焼サイクルが実行される。

【0011】

各気筒１１には、筒内（気筒１１の内部）に吸入される吸入空気（ガス）の導入口となる吸気ポートとして、スワール生成ポート１２とタンブル生成ポート１３の２つの吸気ポートが接続されている。それら吸気ポート１２、１３は、気筒１１の上部に設けられたエンジンヘッド内に形成されている。スワール生成ポート１２は、筒内に吸入されるガスにスワール流（横渦）を生じさせる吸気ポートである。タンブル生成ポート１３は、筒内に吸入されるガスにタンブル流（縦渦）を生じさせる吸気ポートである。これら２つの吸気ポート１２、１３により、インジェクタ（図示外）から噴射された燃料と吸気ポート１２、１３から吸入されたガスとの混じりを良くできる。

【0012】

また、スワール生成ポート１２と筒内とを繋ぐ開口１７１にはその開口１７１の開閉を行う吸気バルブ１４１が設けられている。同じく、タンブル生成ポート１３と筒内とを繋ぐ開口１７２にはその開口１７２の開閉を行う吸気バルブ１４２が設けられている。また、各気筒１１には、筒内での燃焼後のガスを筒内から排出する排気ポートが接続されている。その排気ポートと筒内とを繋ぐ開口にはその開口の開閉を行う排気バルブ１５が設けられている。

【0013】

エンジンシステム１には、エンジン１０の筒内に吸入される新気が流れる吸気通路２１が設けられている。その吸気通路２１には、上流側から、新気を圧縮する過給器３１、過給器３１で圧縮された新気を冷却するインタークーラ３２が設けられている。また、インタークーラ３２より下流の吸気通路２１には、新気量を調整するスロットル３３が設けられている。そのスロットル３３より下流の吸気通路２１から、各気筒１１（厳密にはエンジンヘッド）に繋がる通路２２（インテークマニホールドの通路。以下、ＥＧＲリーンガス通路という）が分岐している。各ＥＧＲリーンガス通路２２は各気筒１１のスワール生成ポート１２に接続されている。ＥＧＲリーンガス通路２２及び吸気通路２１には、新気のみ又は新気にＥＧＲバルブ４１の開度に応じたＥＧＲガスが混ざったガスｇｌｅａｎ（以下、ＥＧＲリーンガスという）が流れる。

【0014】

また、各気筒１１には、各気筒１１から排出される排気ガスをまとめて排気通路２７に渡すためのエキゾーストマニホールド２３が接続されている。なお、排気通路２７には、上流側から、排気ガスからエネルギーを回収する過給器のタービン３７（可変ノズルターボ（ＶＮＴ））、排気ガスに対して所定の処理を行う後処理装置３８、排気ガスの流量を調整する排気絞り弁３９がこの順で配置されている。後処理装置３８は、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ等を酸化して除去する酸化触媒や排気ガス中のＰＭを除去するＤＰＦなどである。

【0015】

後処理装置３８より下流の排気通路２７に一端が接続され、他端が過給器３７よりも上流にて吸気通路２１に接続された低圧ＥＧＲ通路２８が設けられている。その低圧ＥＧＲ通路２８は排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路２１に還流するための通路である。低圧ＥＧＲ通路２８には、その低圧ＥＧＲ通路２８を流れるＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ４０や、そのＥＧＲガスの流量を調整する低圧ＥＧＲバルブ４１が設けられている。なお、これら低圧ＥＧＲ通路２８、低圧ＥＧＲクーラ４０及び低圧ＥＧＲバルブ４１を有した低圧ＥＧＲシステムが備えられていなくても良い。この場合には、吸気通路２１には新気のみが流れることになる。

【0016】

エキゾーストマニホールド２３には、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるための高圧ＥＧＲ通路２４が接続されている。その高圧ＥＧＲ通路２４には、高圧ＥＧＲ通路２４を流れるＥＧＲガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ３４や、そのＥＧＲガスの流量を調整する高圧ＥＧＲバルブ３５が設けられている。その高圧ＥＧＲバルブ３５より下流の高圧ＥＧＲ通路２４からは、各気筒１１（厳密にはエンジンヘッド）に繋がる通路２５（以下、ＥＧＲリッチガス通路という）が分岐している。各ＥＧＲリッチガス通路２５は、各気筒１１のタンブル生成ポート１３に接続されている。ＥＧＲリッチガス通路２５には、ＥＧＲリーンガス通路２２を流れるガス、すなわちＥＧＲリーンガスよりもＥＧＲガスの濃度が濃い（排気濃度が高い、酸素濃度が低い）ガスｇｒｉｃｈ（以下、ＥＧＲリッチガスという）が流れる。

【0017】

また、エンジンシステム１には、吸気通路２１と高圧ＥＧＲ通路２４とを接続する接続通路２９が設けられている。その接続通路２９は、ＥＧＲリーンガス通路２２に分岐する前の吸気通路２１と、ＥＧＲリッチガス通路２５に分岐する前の高圧ＥＧＲ通路２４とを接続している。その接続通路２９により、吸気通路２１及びその下流のＥＧＲリーンガス通路２２を流れるガスの圧力と、高圧ＥＧＲ通路２４及びその下流のＥＧＲリッチガス通路２５を流れるガスの圧力とを同等にできる。その結果、筒内において、圧力の違いによりＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの成層分布が乱れるのを抑制できる。

【0018】

さらに、低圧ＥＧＲ通路２８から還流されるＥＧＲガスやＥＧＲリッチガス通路２５を流れるＥＧＲリッチガス（排気ガス）だけではＥＧＲ率の目標値（目標ＥＧＲ率）を達成できない場合には、接続通路２９を介して高圧ＥＧＲ通路２４から吸気通路２１にＥＧＲガスを流し、又は吸気通路２１から高圧ＥＧＲ通路２４に新気を流すことで、目標ＥＧＲ率を達成できるようになっている。すなわち、目標ＥＧＲ率が高い場合には、接続通路２９を介して高圧ＥＧＲ通路２４から吸気通路２１にＥＧＲガスを流して吸気通路２１及びＥＧＲリーンガス通路２２を流れるＥＧＲリーンガスのＥＧＲ濃度を高くすることで、ＥＧＲ率を上げることができる。反対に目標ＥＧＲ率が低い場合には、接続通路２９を介して吸気通路２１から高圧ＥＧＲ通路２４に新気を流して高圧ＥＧＲ通路２４及びＥＧＲリッチガス通路２５を流れるＥＧＲリッチガスのＥＧＲ濃度を低くすることで、ＥＧＲ率を下げることができる。なお、ＥＧＲ率は、筒内に吸入されるＥＧＲガス（排気ガス）の量を、筒内に吸入されるガスの総吸入量（新気の吸入量＋ＥＧＲガスの吸入量）で割った値である。

【0019】

エンジンシステム１には、各バルブ（スロットル３３、ＥＧＲバルブ３５、４１、吸気バルブ１４１、１４２、排気バルブ１５など）の開閉（開閉時期や開度など）やインジェクタなどを制御することでエンジン１０の運転を制御するＥＣＵ５０が設けられている。そのＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータを主として構成されている。ＥＣＵ５０には、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ６１や、車両を運転する運転者の要求トルクを車両側に知らせるための運転操作部に相当するアクセルペダルの操作量（踏み込み量）を検出するアクセルセンサ６２が接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、それらセンサから入力されたエンジン回転数、アクセルペダルの操作量等に基づき、燃料噴射時期や噴射量や目標ＥＧＲ率を決定したり、各バルブの開閉を制御したりする。また、ＥＣＵ５０は、自身が実行する処理のプログラム等の各種情報を記憶したＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ５１を備えている。

【0020】

ＥＣＵ５０は、エンジン１０から排出されるエミッションを抑制するために、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとが筒内で成層分布するように、それらＥＧＲリーンガス、ＥＧＲリッチガスを筒内に吸入させている。詳細には、ＥＣＵ５０は、吸気行程の間中、スワール生成ポート１２からＥＧＲリーンガスを吸入し続ける。また、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲリーンガスの吸入開始に遅れてＥＧＲリッチガスの吸入を開始させる。これにより、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの成層化を実現している。

【0021】

ここで、図２は、吸気行程におけるクランク角に対する各吸気バルブ１４１、１４２のリフト量変化を示している。図２において、ライン２０１は、スワール生成ポート１２に設けられた吸気バルブ１４１のリフト量変化を示している。ライン２０２は、タンブル生成ポート１３に設けられた吸気バルブ１４２のリフト量変化を示している。なお、図２は、例えば、１番目の気筒１１の吸気行程の期間（クランク角が０°〜１８０°ＣＡの期間）での、１番目の気筒１１の各吸気バルブ１４１、１４２のリフト量変化を示している。２番〜４番目の気筒１１の各吸気バルブ１４１、１４２のリフト量変化も図２と同様となっている。すなわち、１番目の気筒１１の次に吸気行程が行われる３番目の気筒１１の各吸気バルブ１４１、１４２は、３番目の気筒１１の吸気行程の期間（１８０°〜３６０°ＣＡの期間）において、図２と同様のリフト量変化を示す。３番目の気筒１１の次に吸気行程が行われる４番目の気筒１１の各吸気バルブ１４１、１４２は、４番目の気筒１１の吸気行程の期間（３６０°〜５４０°ＣＡの期間）において、図２と同様のリフト量変化を示す。４番目の気筒１１の次に吸気行程が行われる２番目の気筒１１の各吸気バルブ１４１、１４２は、２番目の気筒１１の吸気行程の期間（５４０°〜７２０°ＣＡの期間）において、図２と同様のリフト量変化を示す。

【0022】

図２に示すように、ＥＣＵ５０は、タンブル生成ポート１３に設けられた吸気バルブ１４２の開弁開始時期を、スワール生成ポート１２に設けられた吸気バルブ１４１の開弁開始時期から遅らせている。さらに、ＥＣＵ５０は、吸気バルブ１４２のリフト量を吸気バルブ１４１のリフト量より小さくしている。なお、各吸気バルブ１４１、１４２の閉弁時期は同じとなっている。なお、図２において、ライン２０１（吸気バルブ１４１）のリフトが開始されてから、ライン２０１及びライン２０２（吸気バルブ１４１、１４２）のリフトが終了するまでの期間が吸気行程の期間であり、本発明における「吸気期間」に相当する。

【0023】

図３は、各吸気バルブ１４１、１４２が図２のように制御されたときの各吸気ポート１２、１３から吸入されるガスの流量のクランク角に対する変化を示している。図３において、ライン２０３は、スワール生成ポート１２から吸入されるガス、つまりＥＧＲリーンガスの吸気流量を示している。ライン２０４は、タンブル生成ポート１３から吸入されるガス、つまりＥＧＲリッチガスの吸気流量を示している。図３のライン２０３が示すように、ＥＧＲリーンガスは吸気行程の間中、吸入され続ける。これに対し、吸気バルブ１４１の開弁に対して吸気バルブ１４２の開弁が遅れる結果、ＥＧＲリッチガスは、吸気行程の前半よりも後半で吸気流量が増加している（ライン２０４参照）。

【0024】

また、図４は、スワール生成ポート１２から筒内１１０に吸入されるガスの流れ（スワール流）と、タンブル生成ポート１３から吸入されるガスの流れ（タンブル流）とを模式的に示している。図４に示すように、スワール流（ＥＧＲリーンガス）は筒内１１０の外周寄りに吸入されるのに対し、タンブル流（ＥＧＲリッチガス）は筒内１１０の中央寄りに吸入される。その結果、図５に示すように、吸気行程終了時（圧縮行程開始時）では、筒内１１０の下部（ピストン１６側）にＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが配置され、上部（吸気バルブ側）にＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが配置される。詳細には、筒内１１０の上部の中央付近にＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが配置され、そのＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの周りにＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが配置される。このように、圧縮行程開始時に、ＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎとＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈとを筒内１１０で層状に分布させることができる。

【0025】

その後、圧縮行程の終了時になると、図６に示すように、インジェクタ４７の直下の中央エリア１６３にＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈを、つまり、排気濃度が高い（酸素濃度が低い）ガスを配置できる。また、中央エリア１６３の周りのスキッシュエリア１６２（ピストン１６の上面外周部とエンジンヘッドの間の隙間）にＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎを配置できる。さらに、ピストン１６の上面（頂部）にはキャビティ１６１が形成されており、そのキャビティ１６１の底面（以下、キャビティ底面１６１という）にＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎを配置できる。

【0026】

また、図７は、図６と同様に圧縮行程終了時における筒内の様子を示し、筒内の各部における排気濃度の違いを色の濃淡の違いで表した図である。図７において、色が濃くなるほど排気濃度が高いことを示している。図７に示すように、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの成層化を行うことにより、中央エリア１６３は排気濃度を高く（酸素濃度を低く）、キャビティ底面１６１やスキッシュエリア１６２は排気濃度を低く（酸素濃度を高く）することができる。

【0027】

中央エリア１６３は、酸素量が多くかつ温度が高くなりやすいエリアであり、窒素と酸素が結びついてＮＯｘが発生しやすいエリアとなっている。これに対し、キャビティ底面１６１やスキッシュエリア１６２は、酸素量が少なくスモーク（煤）が発生しやすいエリアである。よって、中央エリア１６３に配置された、酸素濃度が低いＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの層はＮＯｘの低減に寄与し、スキッシュエリア１６２及びキャビティ底面１６１に配置された、酸素濃度が高いＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎの層はスモークの低減に寄与する。つまり、図６、図７のように層状に配置することで、エミッション（ＮＯｘ、スモーク）を低減できる。

【0028】

一方で、本発明者は、エンジン１０の負荷が高くなるほどスキッシュエリア１６２で酸素不足になりやすいという知見をもっている。ここで、図８は、エンジン１０の負荷が高くなるほどスキッシュエリア１６２で酸素不足になりやすいことを説明する図である。詳細には、図８は、筒内及びピストン１６の断面（右半分の断面）を示し、圧縮行程後の燃焼行程において時間の経過とともにピストン１６が下降している様子を示している。

【0029】

インジェクタ４７から噴射される燃料噴射量は、エンジン１０の負荷に応じて変化し、具体的には、負荷が高いほど燃料噴射量が増加する。そのため、負荷が低いときには燃料噴射量が少ないので、インジェクタ４７は、図８の上段で示した燃焼行程の初期で燃料を噴射し終える。この場合、インジェクタ４７から斜めの角度φ（図８参照）で噴射された燃料は、キャビティ底面１６１に到達することになるので、主にキャビティ底面１６１で燃焼が行われることになる。それにともない、主にキャビティ底面１６１でスモークが発生することになる。

【0030】

これに対して、負荷が高いときには、燃料噴射量が多くなるので、インジェクタ４７は、図８の上段の燃焼行程の初期では未だ燃料を噴射し終えておらず、図８の中段、下段で示すように、ピストン１６の下降が進んでからも燃料を噴射し続ける。この場合、燃料噴射量に対するスキッシュエリア１６２に到達する燃料量の割合が、負荷が低いときに比べて増加する。つまり、負荷が高くなるほど燃焼領域がスキッシュエリア１６２に移行していく。そのために、負荷が高いときには低いときに比べてスキッシュエリア１６２で酸素不足になりやすくなる。よって、図９に示すように、負荷が高くなるほどスキッシュエリア１６２でのＳＯＯＴ（スモーク）の生成割合が増加し、反対にキャビティ底面１６１でのＳＯＯＴ生成割合は減少する。

【0031】

そこで、ＥＣＵ５０は、吸気行程終了時に図５のように成層分布するようにＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを吸入しつつ、エンジン１０の負荷が高いときには、低いときに比べてスキッシュエリア１６２での酸素濃度が高くなるように、吸気バルブ１４２の開弁時期やリフト量（開度）を変えている。具体的には、ＥＣＵ５０は、図１０で示すように、負荷に応じて吸気バルブ１４２の開弁時期やリフト量を変更している。図１０は、クランク角に対する各吸気バルブ１４１、１４２のリフト量の変化を示し、詳細には、ライン２０５は吸気バルブ１４１のリフト量を、ライン２０６は負荷が低いときにおける吸気バルブ１４２のリフト量を、ライン２０７は負荷が高いときにおける吸気バルブ１４２のリフト量を示している。

【0032】

ＥＣＵ５０は、図１０のライン２０６、２０７で示すように、負荷が高いときには、低いときに比べて、吸気バルブ１４２の開弁開始時期を進角させる。ただし、ＥＣＵ５０は、スワール生成ポート１２に設けられた吸気バルブ１４１の開弁開始時期よりかは吸気バルブ１４２の開弁開始時期を遅らせる。さらに、ＥＣＵ５０は、負荷が高いときには、低いときに比べて、吸気バルブ１４２のリフト量を小さくする。

【0033】

図１１は、負荷が低いときにおける、つまり、図１０のライン２０５、２０６のように各吸気バルブ１４１、１４２を制御したときにおけるクランク角に対する吸気流量の変化を示している。図１１のライン２０８は、スワール生成ポート１２から吸入されるＥＧＲリーンガスの吸気流量を示している。図１１のライン２０９は、タンブル生成ポート１３から吸入されるＥＧＲリッチガスの吸気流量を示している。図１２は、負荷が高いときにおける、つまり、図１０のライン２０５、２０７のように各吸気バルブ１４１、１４２を制御したときにおけるクランク角に対する吸気流量の変化を示している。図１２のライン２１０は、スワール生成ポート１２から吸入されるＥＧＲリーンガスの吸気流量を示している。ライン２１１は、タンブル生成ポート１３から吸入されるＥＧＲリッチガスの吸気流量を示している。

【0034】

図１１、図１２のライン２０９、２１１の比較によると、負荷が増加して、図１０のライン２０６からライン２０７のように吸気バルブ１４２の開弁開始時期及びリフト量を変更することで、ＥＧＲリッチガスの吸入開始時期が早くなっていることがわかる。つまり、負荷が高いときは低いときに比べて、ＥＧＲリッチガスの吸気前半における吸入量が増加する。また、負荷が高いときは低いときに比べて、吸気後半における吸入量は減少している。これは、負荷が高いときは低いときに比べて吸気バルブ１４２のリフト量を小さくしているためである。このとき、ＥＣＵ５０は、吸気前半と後半とでＥＧＲリッチガスの吸入量の割合を変更しているものの、筒内に吸入されるガスの総吸入量（ＥＧＲリーンガスの吸入量＋ＥＧＲリッチガスの吸入量）に対するＥＧＲリッチガスの吸入量を所定割合（例えば目標ＥＧＲ率に応じた割合（例えば総吸入量の２０％〜３０％の割合））に維持させる。

【0035】

なお、負荷が高いときと低いときとで吸気バルブ１４１の制御は変えていないにもかかわらず（図１０のライン２０５参照）、ＥＧＲリーンガスの吸気流量は負荷が高いとき（図１２のライン２１０）と低いとき（図１１のライン２０８）とで若干異なっている。これは、負荷が高いときと低いときとでＥＧＲリッチガスの吸入の仕方が変わったためである。

【0036】

負荷に応じて図１０のように吸気バルブ１４２の制御を変更し、図１１、図１２のようにＥＧＲリッチガスの吸気流量を変化させることによって、筒内におけるＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの成層分布が変わる。図１３は、ＥＧＲリッチガスの吸入の仕方を変えることで成層分布が変わることを示した図である。詳細には、図１３は、圧縮前後の筒内の様子を示し、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）の順に、吸気前半のＥＧＲリッチガスの吸入量が多くなっている。反対に、吸気後半のＥＧＲリッチガスの吸入量は図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）の順に少なくなっている。なお、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）間で、ＥＧＲリッチガスの総吸入量（容積）は同じである。

【0037】

図１３に示すように、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）の順に、つまり、ＥＧＲリッチガスを吸気前半に多く吸入するほど、圧縮前（吸気行程終了時）におけるＥＧＲリッチガスの層は、筒内の上下方向（本発明の第１方向に相当）に厚くなり、反対に筒内の径方向（本発明の第２方向に相当）に薄くなることがわかる。

【0038】

また、図１４は、吸気後半のＥＧＲリッチガスの吸入量が変わるとキャビティ底面とスキッシュエリアそれぞれでＥＧＲ成層化の程度、すなわち吸気行程の後、圧縮行程が終了した段階で最も排気濃度が高い部分（最も酸素濃度が低い部分）と最も排気濃度が低い部分（最も酸素濃度が高い部分）との差がどのように変わるかを模式的に示している。図１４において、図７の中央エリア１６３とキャビティ底面１６１の間の酸素濃度差（ＥＧＲ成層化の程度）の変化をライン２２０で示し、中央エリア１６３とスキッシュエリア１６２の間の酸素濃度差の変化をライン２２１で示している。図１４に示すように、ＥＧＲリッチガスの吸気後半の吸入量が多くなるほど、言い換えると、ＥＧＲリッチガスの吸気前半の吸入量が少なくなるほど、キャビティ底面でのＥＧＲ成層化の程度が高くなり、反対にスキッシュエリアでのＥＧＲ成層化の程度が低くなる。

【0039】

負荷が低いときには図１０のライン２０６のように吸気バルブ１４２を作動させることで、図１３（Ａ）に示すように、圧縮前においてＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈは筒内の上部に偏在する。その結果、圧縮後ではキャビティ底面１６１の排気濃度を、図１３（Ｂ）、（Ｃ）に比べて低くする（酸素濃度を高くする）ことができる。図１４で説明すると、負荷が低いときには、ＥＧＲリッチガスの吸気後半の吸入量を多い量Ｘ２にすることで、キャビティ底面１６１のＥＧＲ成層化の程度、つまり酸素濃度を高くすることができる。図９で説明したように、負荷が低いときにはスモークは主にキャビティ底面１６１で生成されるので、図１３（Ａ）、図１４の吸入量Ｘ２で吸入することで、キャビティ底面１６１でのスモークの発生を抑制できる。

【0040】

これに対して、負荷が高いときには図１０のライン２０７のように吸気バルブ１４２を作動させることで、図１３（Ｃ）に示すように、圧縮前においてＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの層が筒内の下部側に延びる。それにともない、筒内の上部外周においてＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの占める割合が減少する。よって、圧縮後ではスキッシュエリア１６２の排気濃度を、図１３（Ａ）、（Ｂ）に比べて低くする（酸素濃度を高くする）ことができる。図１４で説明すると、負荷が高いときには、ＥＧＲリッチガスの吸気後半の吸入量を少ない量Ｘ１にすることで、スキッシュエリア１６２のＥＧＲ成層化の程度、つまり酸素濃度を高くすることができる。これによって、負荷が高いときのスキッシュエリア１６２での酸素不足を抑制でき、その結果、スキッシュエリア１６２でのスモークの発生を抑制できる。

【0041】

以上を言い換えると、ＥＣＵ５０は、負荷が高くなってスモークの生成領域がスキッシュエリアに移行するにしたがって、ＥＧＲリッチガスを長い時間かけて少しずつ（単位時間当たりの吸気流量を小さくして）吸入させている。これによって、図１３に示すように、負荷が高くなるほど、圧縮前のＥＧＲリッチガスの層を筒内の上下方向に細長くでき、その結果、スキッシュエリア１６２の酸素濃度を高くできる。

【0042】

ＥＣＵ５０は、例えば図１５のフローチャートの処理により、負荷に応じた吸気バルブ１４２の開閉制御を実行する。具体的には、先ず、エンジン１０の負荷として例えば燃料噴射量を取得する（Ｓ１１）。ＥＣＵ５０は、アクセルセンサ６２（図１参照）が検出するアクセルペダルの操作量に基づいて燃料噴射量を求めるので、Ｓ１１ではその求めた燃料噴射量を取得する。次に、Ｓ１１で取得した負荷に応じた吸気バルブ１４２の開弁開始時期及びリフト量を決定する（Ｓ１２）。具体的には、例えば、負荷ごとに吸気バルブ１４２の開弁開始時期及びリフト量が反映された吸気バルブ１４２の作動プロフィールをあらかじめメモリ５１に記憶しておく。

【0043】

図１６は、メモリ５１に記憶された、負荷ごとの作動プロフィールを格納したテーブル４００を例示している。テーブル４００には、負荷が格納される負荷格納欄４０１と、その負荷格納欄４０１に格納された各負荷に応じた作動プロフィールが格納される作動プロフィール格納欄４０２とが設けられている。なお、負荷格納欄４０１の各欄には負荷の範囲（０〜４ｂａｒ、４〜９ｂａｒ、９〜１２ｂａｒ、・・・）が格納されている。また、負荷格納欄４０１には、燃料噴射量そのものを負荷として格納しても良い。

【0044】

図１６の作動プロフィール格納欄４０２には、図１０で説明したように、負荷が高くなるほど開弁開始時期が進角し、かつ、リフト量が小さい、言い換えるとクランク角に対するリフト量変化が緩やかとなる作動プロフィールが格納されている。各作動プロフィールをどの程度の開弁開始時期及びリフト量とするかは、図９の特性を考慮して決定する。具体的には例えば、図９において、負荷が５のときにはスキッシュエリアでのＳＯＯＴ生成割合は約５０％となり、残り約５０％のＳＯＯＴはキャビティ底面で生成される。そこで、負荷が５のときには、例えば、圧縮後においてキャビティ底面とスキッシュエリアとの間で酸素濃度の比率が１：１になるように、吸気バルブ１４２の作動プロフィール（開弁開始時期及びリフト量）を決定する。また、例えば、図９において、負荷が１０のときにはスキッシュエリアでのＳＯＯＴ生成割合は約８０％となり、負荷が５のときに比べて約１．６倍（＝８０／５０）となる。そこで、負荷が１０のときには、圧縮後においてスキッシュエリアの酸素濃度が負荷が５のときに比べて約１．６倍となるように、吸気バルブ１４２の作動プロフィールを決定する。

【0045】

Ｓ１２では、Ｓ１１で取得した今回の負荷が、図１６の負荷格納欄４０１に格納されたどの負荷に属しているかを判定する。そして、属していると判定した負荷に対応付けて作動プロフィール格納欄４０２に格納された作動プロフィールを読み出せば良い。

【0046】

次に、Ｓ１２で決定した開弁開始時期及びリフト量（作動プロフィール）で吸気バルブ１４２を作動させる（Ｓ１３）。これによって、図１１、図１２で説明したように負荷に応じてＥＧＲリッチガスの吸入の仕方が変化し、その結果、図１３で説明したように負荷に応じて成層分布が変化する。よって、負荷の増減でスモークの生成領域が変化したとしても、それに合わせて酸素濃度の分布を変更でき、ひいてはスモークの発生を抑制できる。Ｓ１３の後、図１５のフローチャートの処理を終了する。

【0047】

以上説明したように、本実施形態によれば、エンジン１０の負荷が低いときにはキャビティ底面の酸素濃度が高くなるように、負荷が高いときにはスキッシュエリアの酸素濃度が高くなるように吸気バルブ１４２の制御を変更しているので、スモークの発生をより一層抑制できる。また、ＥＧＲリッチガスの吸気前半の吸入量を増やすときには吸気後半の吸入量を減らし、吸気前半の吸入量を減らすときには吸気後半の吸入量を増やすようにしているので、負荷が変わったとしても、ＥＧＲリッチガスの総吸入量はそれほど変化しないようにできる。これにより、ＥＧＲ率やＥＧＲ成層化の程度が大きく変わってしまうのを防止できる。

【0048】

また、本実施形態では、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとが別々の吸気ポートから吸入されるので、特許文献１のように、同じ吸気ポートからバルブの切り替えで交互に吸入する場合に比べて、ＥＧＲ成層化の程度を向上できる。特許文献１の方法では、新気とＥＧＲガスとの吸入を切り替えるバルブの応答時間に、それら新気、ＥＧＲガスとが混合してしまい、結果、ＥＧＲ成層化の程度が低下してしまう。また、本実施形態では、スワール生成ポートに設けられた吸気バルブと、タンブル生成ポートに設けられた吸気バルブとの間で開弁時期に差を設けた可変バルブ機構を採用することで、成層化を実現している。これにより、吸気バルブ以外に、ＥＧＲリーンガスやＥＧＲリッチガスの吸入を制御するバルブを設ける必要がないので、バルブ数を削減できる。

【0049】

（変形例）
上記実施形態では、負荷が高いときには低いときに比べて、タンブル生成ポートに設けられた吸気バルブの開弁開始時期を進角させ、かつ、リフト量を小さくしていた（図１０参照）。しかし、負荷が高いほど、ＥＧＲリッチガスの吸気前半の吸入量が多くなり、吸気後半の吸入量が少なくなるのであれば、図１０の制御に限定されず、例えば図１７のように制御しても良い。図１７は、変形例における、クランク角に対する各吸気バルブ１４１、１４２のリフト量変化を示し、詳細には、ライン２１２は吸気バルブ１４１のリフト量を、ライン２１３は負荷が低いときにおける吸気バルブ１４２のリフト量を、ライン２１４は負荷が高いときにおける吸気バルブ１４２のリフト量を示している。

【0050】

図１７のライン２１３、２１４で示すように、負荷が高いときには、低いときに比べて、ＥＧＲリッチガスの吸気前半の吸気バルブ１４２のリフト量を増加させ、かつ、吸気後半のリフト量を減少させるようにしても良い。このとき、吸気バルブ１４２の開弁開始時期は変更しても変更しなくても良い。これによっても、負荷が高いほど、ＥＧＲリッチガスの吸気前半の吸入量を多く、かつ、吸気後半の吸入量を少なくでき、結果、図１３のように負荷に応じて成層分布を変更できる。また、図１７の場合、ライン２１３におけるリフト量の最大値とライン２１４におけるリフト量の最大値は互いに同じであったとしても良い。

【0051】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。図１８は本実施形態のエンジンシステムの構成図を示している。なお、図１８において、図１と変更が無い部分には同一符号を付している。図１８のエンジンシステム２は、吸気制御バルブ４２とアクチュエータ４３とが設けられている点で図１のエンジンシステム１と異なっており、それ以外は同じである。

【0052】

吸気制御バルブ４２は、ＥＧＲリッチガス通路２５に設けられ、そのＥＧＲリッチガス通路２５の開閉を行うバルブである。吸気制御バルブ４２としては例えばバタフライ弁やシャッター弁などが用いられる。吸気制御バルブ４２の設置位置はできるだけ吸気バルブ１４２に近いほうが良い。なぜなら、吸気バルブ１４２から吸気制御バルブ４２までの容積が小さくなり、吸気流量の制御性が良くなるからである。吸気制御バルブ４２はタンブル生成ポート１３内に設けられていたとしても良い。なお、吸気制御バルブ４２は、各気筒１１のＥＧＲリッチガス通路２５ごとに設けられている。

【0053】

アクチュエータ４３は、吸気制御バルブ４２に接続してその吸気制御バルブ４２を作動させる。そのアクチュエータ４３は、例えばモータであったり、油圧、負圧で作動するアクチュエータであったりする。なお、アクチュエータ４３は、吸気制御バルブ４２ごとに設けられたとしても良いし、４つの吸気制御バルブ４２間で共通のアクチュエータであったとしても良い。

【0054】

本実施形態のＥＣＵ５０は、吸気行程中に吸気制御バルブ４２の開閉の制御を行うことで、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの成層化を実現する。ここで、図１９は、吸気行程において吸気制御バルブ４２をどのように開閉させるかを説明する図である。詳細には、図１９は、クランク角に対する吸気バルブ１４１、１４２のリフト量の変化（図１９（Ａ））、吸気制御バルブ４２の開度の変化（図１９（Ｂ））、各吸気ポート１２、１３から吸入されるガスの流量の変化（図１９（Ｃ））を示している。なお、図１９（Ａ）〜（Ｃ）間で横軸のクランク角が同じとなっている。なお、図１９（Ｂ）において、吸気制御バルブ４２が閉弁状態の開度を０°、全開状態の開度を９０°としている。また、図１９（Ｃ）において、ライン２１５は、スワール生成ポート１２から吸入されるガス、つまりＥＧＲリーンガスの吸気流量を示している。ライン２１６は、タンブル生成ポート１３から吸入されるガス、つまりＥＧＲリッチガスの吸気流量を示している。

【0055】

図１９（Ａ）に示すように、本実施形態では、ＥＣＵ５０は、両吸気バルブ１４１、１４２（図１８参照）を同期して作動させる。また、図１９（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ５０は、吸気制御バルブ４２を吸気バルブ１４２の開弁開始時期に遅れて開弁、つまり吸気行程の途中から開弁するように、アクチュエータ４３を駆動させる。なお、図１９（Ｂ）では、吸気行程の終了時で吸気制御バルブ４２が全開となる例を示しているが、ＥＣＵ５０は、吸気行程の終了前に吸気制御バルブ４２を全開にし、その後、吸気行程の終了時には閉弁するようにしても良い。これによって、図１９（Ｃ）のライン２１５で示すように、ＥＧＲリーンガスは、吸気行程の間中（吸気行程の前半、後半ともに）、吸入され続ける。これに対し、ライン２１６で示すように、ＥＧＲリッチガスは、吸気行程の前半よりも後半で吸気流量が増加している。なお、図１９（Ｃ）では、吸気行程の前半にもＥＧＲリッチガスが多少吸入されていることを示しているが、これは吸気制御バルブ４２の漏れなどによるものであり、意図した吸入ではない。

【0056】

ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとが図１９（Ｃ）のように吸入される結果、吸気行程終了時に図５のように成層分布させることができ、圧縮行程終了時に図６のように成層分布させることができる。よって、エミッションを抑制できる。

【0057】

そして、ＥＣＵ５０は、第１実施形態と同様の趣旨で、負荷が高いほどＥＧＲリッチガスの吸気前半の吸入量が多く、反対に吸気後半の吸入量が少なくなるように、負荷に応じて吸気制御バルブ４２の制御を変更している。ここで、図２０は、負荷に応じて吸気制御バルブ４２の制御を変更することを説明する図である。詳細には、図２０（Ａ）は、クランク角に対する吸気バルブ１４２のリフト量の変化を示している。図２０（Ｂ）は、負荷が低〜中程度のときにおけるクランク角に対する吸気制御バルブ４２の開度の変化を示している。図２０（Ｃ）は、負荷が高いときにおけるクランク角に対する吸気制御バルブ４２の開度の変化を示している。なお、図２０（Ａ）〜（Ｃ）間で横軸のクランク角が同じである。

【0058】

ＥＣＵ５０は、図２０（Ｃ）に示すように、負荷が高いときには、低いとき（図２０（Ｂ）参照）に比べて、吸気行程中における吸気制御バルブ４２の開弁開始時期を進角させる。加えて、ＥＣＵ５０は、図２０（Ｃ）に示すように、負荷が高いときには、低いとき（図２０（Ｂ）参照）に比べて、吸気行程中に吸気制御バルブ４２を開く際に閉弁から開弁に至るまでの開度が緩やかに変わるように、つまり、開度変化の勾配が小さくなるように吸気制御バルブ４２を作動させる。

【0059】

図２１は、図２０（Ｂ）のように吸気制御バルブ４２を作動させたときにおける、クランク角に対する吸気流量の変化を示している。図２１のライン２２２は、スワール生成ポート１２から吸入されるＥＧＲリーンガスの吸気流量を示している。図２１のライン２２３は、タンブル生成ポート１３から吸入されるＥＧＲリッチガスの吸気流量を示している。図２２は、図２０（Ｃ）のように吸気制御バルブ４２を作動させたときにおける、クランク角に対する吸気流量の変化を示している。図２２のライン２２４はＥＧＲリーンガスの吸気流量を、ライン２２５はＥＧＲリッチガスの吸気流量を示している。

【0060】

図２１、図２２のライン２２３、２２５で示すように、負荷が増加して図２０（Ｂ）から図２０（Ｃ）に吸気制御バルブ４２の制御を変更することで、ＥＧＲリッチガスの吸気前半における吸入量を多く、反対に吸気後半における吸入量を少なくできる。なお、図２１、図２２において、吸気行程の開始時からＥＧＲリッチガスが吸入されているが、これは吸気制御バルブ４２の漏れなどによるものであり、意図した吸入ではない。ライン２２３、２２５で示す吸気流量から吸気制御バルブ４２の漏れなどによる吸入を除くと、図１１、図１２のライン２０９、２１１と同様となる。これによって、スモークの生成領域の変更に合わせて図１３のように成層分布を変更でき、その結果、スモークの発生を抑制できる。

【0061】

なお、図２０（Ｃ）では、負荷が高いときには、低いときに比べて吸気制御バルブ４２の開度変化の勾配を小さくしていたが、図１０のライン２０７と同様に、吸気制御バルブ４２の開弁開始時期を進角させ、かつ吸気制御バルブ４２の開度を小さくしても良い。また、図１７のライン２１３、２１４と同様に、負荷が高いときには低いときに比べて、吸気制御バルブ４２の吸気前半における開度を大きくし、反対に吸気後半における開度を小さくしても良い。これらによっても、負荷が高いほど、ＥＧＲリッチガスの吸気前半の吸入量を多く、吸気後半の吸入量を少なくできるので、負荷に応じて図１３のように成層分布を変更できる。

【0062】

本実施形態においても、ＥＣＵ５０は、例えば図１５のフローチャートの処理により、負荷に応じて成層分布を変更する。このとき、メモリ５１には、図１６のテーブル４００に代えて、図２３のテーブル４１０をあらかじめ記憶しておく。このテーブル４１０は、負荷が格納される負荷格納欄４１１と、その負荷格納欄４１１に格納された各負荷に応じた吸気制御バルブ４２の作動プロフィールが格納される作動プロフィール格納欄４１２とが設けられている。作動プロフィール格納欄４１２には、図２０で説明したように、負荷が高くなるほど開弁開始時期が進角し、かつ、開度変化の勾配が緩やかとなる作動プロフィールが格納されている。

【0063】

そして、Ｓ１２では、Ｓ１１で取得した今回の負荷に対応付けて作動プロフィール格納欄４１２に格納された作動プロフィールを読み出す。続くＳ１３では、Ｓ１２で決定した開弁開始時期及び開度変化の勾配（作動プロフィール）で吸気制御バルブ４２を作動させる。これによって、負荷に応じて図１３のように成層分布を変更でき、その結果、スモークの発生を抑制できる。

【0064】

以上説明したように、本実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、両吸気バルブ１４１、１４２間で開弁時期に差を設ける必要がないので、吸気バルブの制御が容易となる。

【0065】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱いない限度で種々の変更が可能である。例えば４つの気筒を有したエンジンシステムに本発明を適用した例を説明したが、単気筒エンジンや４気筒エンジン以外の多気筒エンジンの吸気に本発明を適用しても良い。また、上記実施形態では、ディーゼルエンジンの吸気に本発明を適用した例を説明したが、ガソリン直噴エンジンの吸気に本発明を適用しても良い。

【符号の説明】

【0066】

１０ エンジン
１２ スワール生成ポート
１３ タンブル生成ポート
１４１、１４２ 吸気バルブ
２２ ＥＧＲリーンガス通路
２５ ＥＧＲリッチガス通路
４２ 吸気制御バルブ
５０ ＥＣＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図7】