JP2002030992A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】成層燃焼運転時において、ＥＧＲ量当たりの排
気浄化（ＮＯｘ低減）効果を高め、ＥＧＲを大量に行わ
なくとも、排気浄化効果が得られるようにする。 【解決手段】４バルブエンジンの場合、ＥＧＲ通路３１
は、２つの排気ポートのうち、第１のもの２０ａに接続
する。この排気ポート２０ａに対して設けられる排気弁
１６ａは、第２の排気弁１６ｂの開時期より遅くに開
き、また該第２の排気弁１６ｂの閉時期より早くに閉じ
るようにする。第１の排気弁１６ａの弁開期間は、負荷
や回転数の増大にあわせて延長する。
気浄化（ＮＯｘ低減）効果を高め、ＥＧＲを大量に行わ
なくとも、排気浄化効果が得られるようにする。 【解決手段】４バルブエンジンの場合、ＥＧＲ通路３１
は、２つの排気ポートのうち、第１のもの２０ａに接続
する。この排気ポート２０ａに対して設けられる排気弁
１６ａは、第２の排気弁１６ｂの開時期より遅くに開
き、また該第２の排気弁１６ｂの閉時期より早くに閉じ
るようにする。第１の排気弁１６ａの弁開期間は、負荷
や回転数の増大にあわせて延長する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関する。より詳細には、成層燃焼をすることの
できる内燃機関において、排気還流を行って排気を浄化
する場合に、成層燃焼運転時における排気還流量当たり
の排気浄化効果を高めるための技術に関する。
化装置に関する。より詳細には、成層燃焼をすることの
できる内燃機関において、排気還流を行って排気を浄化
する場合に、成層燃焼運転時における排気還流量当たり
の排気浄化効果を高めるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球温暖化防止の観点から内燃機
関の燃費向上の必要性が高まり、特定運転領域にて稀薄
空燃比燃焼、すなわち、理論空燃比よりリーンで運転さ
れる内燃機関が普及しつつある。その中には、特に低負
荷低回転域にて成層燃焼、すなわち、点火栓近傍に適度
の空燃比の混合気を形成し、さらにその周りに多量の余
剰空気が存在する状態での燃焼を行うものがある。成層
燃焼では、点火栓近傍の混合気のみが燃焼に寄与するこ
とになるため、均質燃焼の場合と比較して、空燃比を大
幅にリーン化することができ、燃費向上効果が高い。
関の燃費向上の必要性が高まり、特定運転領域にて稀薄
空燃比燃焼、すなわち、理論空燃比よりリーンで運転さ
れる内燃機関が普及しつつある。その中には、特に低負
荷低回転域にて成層燃焼、すなわち、点火栓近傍に適度
の空燃比の混合気を形成し、さらにその周りに多量の余
剰空気が存在する状態での燃焼を行うものがある。成層
燃焼では、点火栓近傍の混合気のみが燃焼に寄与するこ
とになるため、均質燃焼の場合と比較して、空燃比を大
幅にリーン化することができ、燃費向上効果が高い。
【０００３】ところで、リーンでの運転、すなわち、燃
焼が酸素過剰雰囲気で行われる場合には、燃焼の結果排
出される排気ガスは酸素を多く含むうえ、還元成分が不
足しているため、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化するこ
とは難しい。よって、リーンで運転する場合に大気への
ＮＯｘ放出量を低減するには、燃焼時に生成されるＮＯ
ｘ自体を減少させる必要がある。このためには、排気還
流（ＥＧＲ）が有効である。
焼が酸素過剰雰囲気で行われる場合には、燃焼の結果排
出される排気ガスは酸素を多く含むうえ、還元成分が不
足しているため、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化するこ
とは難しい。よって、リーンで運転する場合に大気への
ＮＯｘ放出量を低減するには、燃焼時に生成されるＮＯ
ｘ自体を減少させる必要がある。このためには、排気還
流（ＥＧＲ）が有効である。
【０００４】このＥＧＲとは、既燃ガスの一部を吸気に
導入して、混合気中におけるＣＯ2（比熱が大きい）濃
度を増加させ、燃焼温度を低下させることにより、ＮＯ
ｘ生成量を低減する技術である。
導入して、混合気中におけるＣＯ2（比熱が大きい）濃
度を増加させ、燃焼温度を低下させることにより、ＮＯ
ｘ生成量を低減する技術である。
【０００５】ところが、実際には、排気ガス中のＣＯ2
濃度は、運転空燃比の変化に伴って変化するため、上記
のようなリーン燃焼機関にあっては、ＥＧＲ流量に対す
るＮＯｘ低減効果が変化する。従って、このような内燃
機関では、排気ガス中のＣＯ 2 濃度の変化に対応した対
策を施すのが好ましい。これを目的とした従来技術とし
て、特開平１１−２３６８５７号公報に開示されるもの
がある。
濃度は、運転空燃比の変化に伴って変化するため、上記
のようなリーン燃焼機関にあっては、ＥＧＲ流量に対す
るＮＯｘ低減効果が変化する。従って、このような内燃
機関では、排気ガス中のＣＯ 2 濃度の変化に対応した対
策を施すのが好ましい。これを目的とした従来技術とし
て、特開平１１−２３６８５７号公報に開示されるもの
がある。
【０００６】このものは、リーン運転時にＥＧＲを行う
際に、ＥＧＲガスに含まれる既燃ガスの、全吸入ガスに
対する割合を算出し、これが目標値と一致するように、
ＥＧＲ量を制御するものである。
際に、ＥＧＲガスに含まれる既燃ガスの、全吸入ガスに
対する割合を算出し、これが目標値と一致するように、
ＥＧＲ量を制御するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このも
のでは、次のような問題がある。成層燃焼は、前述の通
り燃費向上効果が高く、なるべく広い運転領域に渡って
適用されるのが望ましい。成層燃焼では、燃焼に寄与す
る混合気が点火栓近傍に限られる分、均質燃焼の場合と
比べて、多量にＥＧＲをしても燃焼安定性が損なわれ難
いという一面がある。しかし、大幅なリーン化により排
気ガス中のＣＯ2濃度が著しく低下しているため、ＥＧ
ＲによるＮＯｘ低減効果は得られにくい。
のでは、次のような問題がある。成層燃焼は、前述の通
り燃費向上効果が高く、なるべく広い運転領域に渡って
適用されるのが望ましい。成層燃焼では、燃焼に寄与す
る混合気が点火栓近傍に限られる分、均質燃焼の場合と
比べて、多量にＥＧＲをしても燃焼安定性が損なわれ難
いという一面がある。しかし、大幅なリーン化により排
気ガス中のＣＯ2濃度が著しく低下しているため、ＥＧ
ＲによるＮＯｘ低減効果は得られにくい。
【０００８】このため、上記の従来技術によりＮＯｘ低
減効果を回復しようとすれば、ＣＯ 2 濃度の低下に相当
する分だけＥＧＲ量を増す必要があり、この要求を満た
すようにＥＧＲ装置の最大流量も大きく設定する必要が
ある。こればかりでなく、成層燃焼運転時には、一般に
吸排差圧が小さくなるため、ＥＧＲの効率が悪い。よっ
て、この観点からも、ＥＧＲ装置の最大流量を大きく設
定する必要が生じる。
減効果を回復しようとすれば、ＣＯ 2 濃度の低下に相当
する分だけＥＧＲ量を増す必要があり、この要求を満た
すようにＥＧＲ装置の最大流量も大きく設定する必要が
ある。こればかりでなく、成層燃焼運転時には、一般に
吸排差圧が小さくなるため、ＥＧＲの効率が悪い。よっ
て、この観点からも、ＥＧＲ装置の最大流量を大きく設
定する必要が生じる。
【０００９】ところが、このような大流量のＥＧＲ装置
では、ＥＧＲ量の要求変化に対する制御応答性及び制御
精度の両立が難しく、部品コストの上昇を招く可能性が
ある。特に、成層燃焼と均質燃焼とを切り換えて実施す
る内燃機関においては、制御性を確保するためにＥＧＲ
装置の最大流量が制約されて、ＮＯｘ生成量を低減する
ために大量のＥＧＲを必要とする高負荷側の成層燃焼運
転領域が制限される場合がある。
では、ＥＧＲ量の要求変化に対する制御応答性及び制御
精度の両立が難しく、部品コストの上昇を招く可能性が
ある。特に、成層燃焼と均質燃焼とを切り換えて実施す
る内燃機関においては、制御性を確保するためにＥＧＲ
装置の最大流量が制約されて、ＮＯｘ生成量を低減する
ために大量のＥＧＲを必要とする高負荷側の成層燃焼運
転領域が制限される場合がある。
【００１０】さらに、ＥＧＲを大量に行う場合には、高
温の排気が大量に吸気側に供給されることとなるので、
吸気全体の温度が過度に上昇し、吸気の密度が低下し
て、充填効率の低下、延いては出力低下に繋がる可能性
もある。
温の排気が大量に吸気側に供給されることとなるので、
吸気全体の温度が過度に上昇し、吸気の密度が低下し
て、充填効率の低下、延いては出力低下に繋がる可能性
もある。
【００１１】このような実情に鑑み、本発明は、排気還
流を行って排気浄化を図る場合に、成層燃焼運転時にお
ける排気還流量当たりの排気浄化効果を高め、ＥＧＲを
大量に行わなくとも排気浄化の効果が得られるように
し、装置の小型化や、装置の大型化回避に資する内燃機
関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
流を行って排気浄化を図る場合に、成層燃焼運転時にお
ける排気還流量当たりの排気浄化効果を高め、ＥＧＲを
大量に行わなくとも排気浄化の効果が得られるように
し、装置の小型化や、装置の大型化回避に資する内燃機
関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼室内に、
点火栓近傍領域が可燃空燃比となり、その周辺領域が稀
薄な不可燃空燃比となる混合気層を形成して、成層燃焼
を行わせることのできる内燃機関ＥＮＧの排気浄化装置
であって、図１に示すように、前記成層燃焼により発生
した排気ガスから、燃焼に寄与した排気ガスを分離する
排気ガス分離手段Ａと、該手段Ａにより分離された燃焼
に寄与した排気ガスの少なくとも一部を吸気系に還流す
る排気還流手段Ｂと、を含んで構成される（請求項
１）。
点火栓近傍領域が可燃空燃比となり、その周辺領域が稀
薄な不可燃空燃比となる混合気層を形成して、成層燃焼
を行わせることのできる内燃機関ＥＮＧの排気浄化装置
であって、図１に示すように、前記成層燃焼により発生
した排気ガスから、燃焼に寄与した排気ガスを分離する
排気ガス分離手段Ａと、該手段Ａにより分離された燃焼
に寄与した排気ガスの少なくとも一部を吸気系に還流す
る排気還流手段Ｂと、を含んで構成される（請求項
１）。
【００１３】前記排気ガス分離手段Ａは、燃焼に寄与し
た排気ガスと燃焼に寄与しなかった排気ガスとを分離し
て、前記燃焼に寄与した排気ガスを第１の排気通路内
に、前記燃焼に寄与しなかった排気ガスを第２の排気通
路内に至らしめ、前記排気還流手段Ｂは、前記第１の排
気通路より排気ガスの一部を吸気系に還流するのが好ま
しい（請求項２）。
た排気ガスと燃焼に寄与しなかった排気ガスとを分離し
て、前記燃焼に寄与した排気ガスを第１の排気通路内
に、前記燃焼に寄与しなかった排気ガスを第２の排気通
路内に至らしめ、前記排気還流手段Ｂは、前記第１の排
気通路より排気ガスの一部を吸気系に還流するのが好ま
しい（請求項２）。
【００１４】前記排気ガス分離手段Ａは、前記第１の排
気通路側の第１の排気弁と前記第２の排気通路側の第２
の排気弁とのバルブタイミングを異ならせ、前記第１の
排気弁の開時期を前記第２の排気弁の開時期より遅く設
定し、前記第１の排気弁の閉時期を前記第２の排気弁の
閉時期より早く設定して、排気ガスを分離するのが好ま
しい（請求項３）。
気通路側の第１の排気弁と前記第２の排気通路側の第２
の排気弁とのバルブタイミングを異ならせ、前記第１の
排気弁の開時期を前記第２の排気弁の開時期より遅く設
定し、前記第１の排気弁の閉時期を前記第２の排気弁の
閉時期より早く設定して、排気ガスを分離するのが好ま
しい（請求項３）。
【００１５】本発明は、燃焼室内に、点火栓近傍領域が
可燃空燃比となり、その周辺領域が稀薄な不可燃空燃比
となる混合気層を形成して、成層燃焼を行わせることの
できる内燃機関の排気浄化装置であって、成層燃焼運転
時にて、第１の排気通路側の第１の排気弁は、第２の排
気通路側の第２の排気弁の開時期より遅く開弁して、該
第２の排気弁の閉時期より早く閉弁し、前記第１の排気
通路内の排気ガスの少なくとも一部を吸気系に還流する
ことを特徴とする（請求項４）。
可燃空燃比となり、その周辺領域が稀薄な不可燃空燃比
となる混合気層を形成して、成層燃焼を行わせることの
できる内燃機関の排気浄化装置であって、成層燃焼運転
時にて、第１の排気通路側の第１の排気弁は、第２の排
気通路側の第２の排気弁の開時期より遅く開弁して、該
第２の排気弁の閉時期より早く閉弁し、前記第１の排気
通路内の排気ガスの少なくとも一部を吸気系に還流する
ことを特徴とする（請求項４）。
【００１６】成層燃焼運転時にて、前記第１の排気弁と
前記第２の排気弁とがともに開弁しているときには、前
記第１の排気通路の開口部の最小面積は、前記第２の排
気通路の開口部の最小面積より大きいのが好ましい（請
求項５）。
前記第２の排気弁とがともに開弁しているときには、前
記第１の排気通路の開口部の最小面積は、前記第２の排
気通路の開口部の最小面積より大きいのが好ましい（請
求項５）。
【００１７】本発明は、前記第１の排気弁のバルブタイ
ミングを機関運転条件に応じて可変に設定可能な第１の
バルブタイミング可変手段を備えるのが好ましい（請求
項６）。
ミングを機関運転条件に応じて可変に設定可能な第１の
バルブタイミング可変手段を備えるのが好ましい（請求
項６）。
【００１８】前記第１のバルブタイミング可変手段は、
前記機関運転条件としての機関回転数及び負荷のうち少
なくとも一方の増加にあわせて、前記第１の排気弁の弁
開期間を延長するのが好ましい（請求項７）。
前記機関運転条件としての機関回転数及び負荷のうち少
なくとも一方の増加にあわせて、前記第１の排気弁の弁
開期間を延長するのが好ましい（請求項７）。
【００１９】前記第１のバルブタイミング可変手段は、
均質燃焼運転時にて、前記第１の排気弁のバルブタイミ
ングを前記第２の排気弁のバルブタイミングに設定する
のが好ましい（請求項８）。
均質燃焼運転時にて、前記第１の排気弁のバルブタイミ
ングを前記第２の排気弁のバルブタイミングに設定する
のが好ましい（請求項８）。
【００２０】本発明は、前記第２の排気弁のバルブタイ
ミングを可変に設定可能な第２のバルブタイミング可変
手段を備え、均質燃焼運転時にて、前記第１及び第２の
排気弁のバルブタイミングを同時期に設定するのが好ま
しい（請求項９）。
ミングを可変に設定可能な第２のバルブタイミング可変
手段を備え、均質燃焼運転時にて、前記第１及び第２の
排気弁のバルブタイミングを同時期に設定するのが好ま
しい（請求項９）。
【００２１】前記第１及び第２のバルブタイミング可変
手段のうち少なくとも一方は、バルブタイミングを連続
的に設定可能であるのが好ましい（請求項１０）。前記
排気ガス分離手段は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃
料噴射弁により、前記第１の排気通路側の第１の排気弁
及び前記第２の排気通路側の第２の排気弁のうち、前記
第１の排気弁の方向に燃料を噴射して、排気ガスを分離
してもよい（請求項１１）。
手段のうち少なくとも一方は、バルブタイミングを連続
的に設定可能であるのが好ましい（請求項１０）。前記
排気ガス分離手段は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃
料噴射弁により、前記第１の排気通路側の第１の排気弁
及び前記第２の排気通路側の第２の排気弁のうち、前記
第１の排気弁の方向に燃料を噴射して、排気ガスを分離
してもよい（請求項１１）。
【００２２】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、次の効果
を得ることができる。成層燃焼では、点火栓近傍領域の
可燃空燃比の混合気のみが燃焼に寄与することができ、
その周辺領域の余剰空気は、燃焼に寄与することはでき
ない。従って、燃焼直後の燃焼室内には、燃焼に寄与し
て生成された排気ガスと、燃焼に寄与せずに生成された
排気ガスとが混在している。これらのうち、前者の燃焼
に寄与した排気ガスは、ＣＯ2 濃度が高く、後者の燃焼
に寄与しなかった排気ガスは、ＣＯ2 濃度が低い。
を得ることができる。成層燃焼では、点火栓近傍領域の
可燃空燃比の混合気のみが燃焼に寄与することができ、
その周辺領域の余剰空気は、燃焼に寄与することはでき
ない。従って、燃焼直後の燃焼室内には、燃焼に寄与し
て生成された排気ガスと、燃焼に寄与せずに生成された
排気ガスとが混在している。これらのうち、前者の燃焼
に寄与した排気ガスは、ＣＯ2 濃度が高く、後者の燃焼
に寄与しなかった排気ガスは、ＣＯ2 濃度が低い。
【００２３】そこで、排気ガス分離手段Ａにより燃焼に
寄与したＣＯ2 濃度の高い排気ガスを分離し、そのうち
の少なくとも一部を排気還流手段Ｂにより吸気系に還流
することで、ＣＯ2 濃度の高い排気ガスを選択的に還流
することができ、ＥＧＲガス中のＣＯ2 濃度を高め、比
較的小流量でもＮＯｘ低減効果を得ることができるよう
になる。従って、排気還流手段Ｂを従来よりも小型化す
ることができ、また場合によっては、その大型化を回避
することもできる。
寄与したＣＯ2 濃度の高い排気ガスを分離し、そのうち
の少なくとも一部を排気還流手段Ｂにより吸気系に還流
することで、ＣＯ2 濃度の高い排気ガスを選択的に還流
することができ、ＥＧＲガス中のＣＯ2 濃度を高め、比
較的小流量でもＮＯｘ低減効果を得ることができるよう
になる。従って、排気還流手段Ｂを従来よりも小型化す
ることができ、また場合によっては、その大型化を回避
することもできる。
【００２４】請求項２に係る発明によれば、燃焼に寄与
した排気ガスは、排気ガス分離手段Ａにより燃焼に寄与
しなかった排気ガスから分離された後、燃焼に寄与しな
かった排気ガスとは別に、第１の排気通路内を流れる。
そして、排気還流手段Ｂは、この第１の排気通路内の排
気ガスをＥＧＲする。従って、燃焼に寄与した排気ガス
は、燃焼に寄与しなかった排気ガスと混ざることなく吸
気系へ還流されるので、ＥＧＲ量当たりの排気浄化効果
をより高めることができる。
した排気ガスは、排気ガス分離手段Ａにより燃焼に寄与
しなかった排気ガスから分離された後、燃焼に寄与しな
かった排気ガスとは別に、第１の排気通路内を流れる。
そして、排気還流手段Ｂは、この第１の排気通路内の排
気ガスをＥＧＲする。従って、燃焼に寄与した排気ガス
は、燃焼に寄与しなかった排気ガスと混ざることなく吸
気系へ還流されるので、ＥＧＲ量当たりの排気浄化効果
をより高めることができる。
【００２５】請求項３，４に係る発明によれば、次の効
果を得ることができる。前述のように、燃焼直後の燃焼
室内には、燃焼に寄与した排気ガスと、燃焼に寄与しな
かった排気ガスとが混在しているが、前者は主に点火栓
周りの燃焼室略中央に分布しており、一方後者は、前記
燃焼に寄与した排気ガス周辺の、より壁面に近いところ
に分布している。従って、排気時では、まず排気弁近傍
の燃焼に寄与しなかった排気ガスが排気され、さらに燃
焼に寄与した排気ガスが続き、最後に再び燃焼に寄与し
なかった排気ガスが排気される。
果を得ることができる。前述のように、燃焼直後の燃焼
室内には、燃焼に寄与した排気ガスと、燃焼に寄与しな
かった排気ガスとが混在しているが、前者は主に点火栓
周りの燃焼室略中央に分布しており、一方後者は、前記
燃焼に寄与した排気ガス周辺の、より壁面に近いところ
に分布している。従って、排気時では、まず排気弁近傍
の燃焼に寄与しなかった排気ガスが排気され、さらに燃
焼に寄与した排気ガスが続き、最後に再び燃焼に寄与し
なかった排気ガスが排気される。
【００２６】そこで、排気時において、第１の排気弁
が、第２の排気弁の開時期より遅く開き、また第２の排
気弁の閉時期より早く閉じることで、主に燃焼室略中央
に分布する燃焼に寄与した排気ガスを積極的に抽出し、
排気ガスの分離を良好に達成して、ＣＯ2 濃度の高い排
気ガスを吸気系に還流することができる。
が、第２の排気弁の開時期より遅く開き、また第２の排
気弁の閉時期より早く閉じることで、主に燃焼室略中央
に分布する燃焼に寄与した排気ガスを積極的に抽出し、
排気ガスの分離を良好に達成して、ＣＯ2 濃度の高い排
気ガスを吸気系に還流することができる。
【００２７】また、本発明は、特別な装置を追加するこ
となく、既存のＥＧＲ装置付きの内燃機関ＥＮＧで実現
することができる。請求項５に係る発明によれば、第１
の排気通路の排気ガス流量を、第２の排気通路の排気ガ
ス流量よりも大きくすることができるため、燃焼に寄与
した排気ガスは、第１の排気通路側により積極的に流入
するようになる。このため、より多量の高ＣＯ2 濃度の
ＥＧＲガスを確保することができ、成層燃焼運転領域の
拡大を図ることができる。
となく、既存のＥＧＲ装置付きの内燃機関ＥＮＧで実現
することができる。請求項５に係る発明によれば、第１
の排気通路の排気ガス流量を、第２の排気通路の排気ガ
ス流量よりも大きくすることができるため、燃焼に寄与
した排気ガスは、第１の排気通路側により積極的に流入
するようになる。このため、より多量の高ＣＯ2 濃度の
ＥＧＲガスを確保することができ、成層燃焼運転領域の
拡大を図ることができる。
【００２８】請求項６に係る発明によれば、第１の排気
弁のバルブタイミングを機関運転条件に応じて変更し
て、燃焼に寄与した排気ガスを効率的に取り出すことが
できるようになる。
弁のバルブタイミングを機関運転条件に応じて変更し
て、燃焼に寄与した排気ガスを効率的に取り出すことが
できるようになる。
【００２９】請求項７に係る発明によれば、次の効果を
得ることができる。機関回転数が増加すると、１サイク
ル当たりの排気の実時間は減少する。このときに、第１
のバルブタイミング可変手段により、第１の排気弁の弁
開期間を延長することで、第１の排気弁による排気の実
時間を延長して、燃焼に寄与した排気ガスの第１の排気
通路への流入量を可及的に維持することができる。
得ることができる。機関回転数が増加すると、１サイク
ル当たりの排気の実時間は減少する。このときに、第１
のバルブタイミング可変手段により、第１の排気弁の弁
開期間を延長することで、第１の排気弁による排気の実
時間を延長して、燃焼に寄与した排気ガスの第１の排気
通路への流入量を可及的に維持することができる。
【００３０】また、負荷が増加すると、これに付随して
燃料噴射量も増加して、燃焼に寄与することのできる混
合気の絶対量が増える。従って、この場合にも第１の排
気弁の弁開期間を延長することで、より多量の高ＣＯ2
濃度のＥＧＲガスを確保することができる。
燃料噴射量も増加して、燃焼に寄与することのできる混
合気の絶対量が増える。従って、この場合にも第１の排
気弁の弁開期間を延長することで、より多量の高ＣＯ2
濃度のＥＧＲガスを確保することができる。
【００３１】請求項８，９に係る発明によれば、燃焼室
内の排気ガス中のＣＯ2 濃度がほぼ均一となる均質燃焼
運転時に、第１のバルブタイミング可変手段により、第
１の排気弁のバルブタイミングを第２の排気弁のバルブ
タイミングに設定することで、他性能への悪影響、例え
ば高負荷高回転域における排気弁作動角不足による排気
効率の低下を、防止することができる。
内の排気ガス中のＣＯ2 濃度がほぼ均一となる均質燃焼
運転時に、第１のバルブタイミング可変手段により、第
１の排気弁のバルブタイミングを第２の排気弁のバルブ
タイミングに設定することで、他性能への悪影響、例え
ば高負荷高回転域における排気弁作動角不足による排気
効率の低下を、防止することができる。
【００３２】請求項１０に係る発明によれば、バルブタ
イミングを連続的に可変としたことで、バルブタイミン
グ切換え時の段差による運転性への影響を抑えることが
できる。また、成層燃焼運転時において、燃焼に寄与し
た排気ガスの発生状況に応じてバルブタイミングを変化
させることもでき、ＣＯ2 濃度の高い排気ガスを、より
積極的にＥＧＲに利用することができる。
イミングを連続的に可変としたことで、バルブタイミン
グ切換え時の段差による運転性への影響を抑えることが
できる。また、成層燃焼運転時において、燃焼に寄与し
た排気ガスの発生状況に応じてバルブタイミングを変化
させることもでき、ＣＯ2 濃度の高い排気ガスを、より
積極的にＥＧＲに利用することができる。
【００３３】請求項１１に係る発明によれば、燃料の噴
射方向を第１の排気弁の方向に傾けることで、第１の排
気弁近傍に燃焼に寄与することのできる混合気が集中的
に分布されることとなる。このため、第１の排気弁と第
２の排気弁とのバルブタイミングが同じ場合であって
も、ＣＯ2 濃度の高い排気ガスを、第２の排気通路より
も、第１の排気通路内に多量に取り込むことができる。
射方向を第１の排気弁の方向に傾けることで、第１の排
気弁近傍に燃焼に寄与することのできる混合気が集中的
に分布されることとなる。このため、第１の排気弁と第
２の排気弁とのバルブタイミングが同じ場合であって
も、ＣＯ2 濃度の高い排気ガスを、第２の排気通路より
も、第１の排気通路内に多量に取り込むことができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
図面を参照して説明する。図２は、本発明の第１の実施
形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という。）１
の構造を示す概略図であり、本発明に係る排気浄化装置
を備えている。以下、同図を参照して、エンジン１の構
造を概略説明する。
図面を参照して説明する。図２は、本発明の第１の実施
形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という。）１
の構造を示す概略図であり、本発明に係る排気浄化装置
を備えている。以下、同図を参照して、エンジン１の構
造を概略説明する。
【００３５】エンジン１の吸気通路２の入口には、エア
クリーナ３が取り付けられている。このすぐ下流には、
エアフロメータ４が設置されており、その検出信号が後
述する電子制御ユニット４１に送られて、エンジン１へ
の吸入空気量を測定可能となっている。
クリーナ３が取り付けられている。このすぐ下流には、
エアフロメータ４が設置されており、その検出信号が後
述する電子制御ユニット４１に送られて、エンジン１へ
の吸入空気量を測定可能となっている。
【００３６】エアフロメータ４の下流の吸気通路２に
は、電子制御式のスロットル弁５が設置されており、こ
れにより吸入空気量が制御される。さらに、スロットル
弁５の下流には、コレクタ６及びポート部７が接続し、
スロットル弁５により流量制御された空気は、これらを
介して１気筒につき２つの吸気弁８（８ａ，８ｂ）の弁
開期間にてシリンダ９内の燃焼室に供給される。これら
の吸気弁８は、リフタ１０を介して、吸気側カム１１に
より同じバルブタイミングをもって駆動される。
は、電子制御式のスロットル弁５が設置されており、こ
れにより吸入空気量が制御される。さらに、スロットル
弁５の下流には、コレクタ６及びポート部７が接続し、
スロットル弁５により流量制御された空気は、これらを
介して１気筒につき２つの吸気弁８（８ａ，８ｂ）の弁
開期間にてシリンダ９内の燃焼室に供給される。これら
の吸気弁８は、リフタ１０を介して、吸気側カム１１に
より同じバルブタイミングをもって駆動される。
【００３７】シリンダ９の内部には、ピストン１２が往
復動自在に挿入されている。このピストン１２の冠面に
は、タンブル制御のための凹凸１３が設けられており、
燃焼室内に進入した吸入空気は、この凹凸１３により案
内されてタンブル流を形成する。なお、ポート部７は、
燃焼室に対して、タンブル流が形成され易い角度をもっ
て接続している。
復動自在に挿入されている。このピストン１２の冠面に
は、タンブル制御のための凹凸１３が設けられており、
燃焼室内に進入した吸入空気は、この凹凸１３により案
内されてタンブル流を形成する。なお、ポート部７は、
燃焼室に対して、タンブル流が形成され易い角度をもっ
て接続している。
【００３８】また、シリンダ９には、燃料噴射弁１４
が、ポート部７の開口部近傍にて燃焼室内に直接臨むよ
うに設置されており、さらに点火栓１５が、燃焼室略中
央に位置するように設置されている。上記のようにして
タンブル流を形成する吸入空気に対して、燃料噴射弁１
４により所定のタイミングに、所定量の燃料が噴射供給
され、このようにして形成された混合気は、点火栓１５
の作動により、所定のタイミングにて着火燃焼する。
が、ポート部７の開口部近傍にて燃焼室内に直接臨むよ
うに設置されており、さらに点火栓１５が、燃焼室略中
央に位置するように設置されている。上記のようにして
タンブル流を形成する吸入空気に対して、燃料噴射弁１
４により所定のタイミングに、所定量の燃料が噴射供給
され、このようにして形成された混合気は、点火栓１５
の作動により、所定のタイミングにて着火燃焼する。
【００３９】なお、燃料噴射弁１４は、エンジン１の燃
焼方式に応じて噴射時期が切り換えられ、燃料を燃焼室
内に均一に分布させて出力を得る均質燃焼の場合には、
吸気行程にて噴射する。一方、燃焼に寄与することので
きる可燃空燃比の混合気を点火栓１５の近傍に分布させ
て混合気を層状化して、燃費向上を狙う成層燃焼の場合
には、圧縮行程にて噴射する。
焼方式に応じて噴射時期が切り換えられ、燃料を燃焼室
内に均一に分布させて出力を得る均質燃焼の場合には、
吸気行程にて噴射する。一方、燃焼に寄与することので
きる可燃空燃比の混合気を点火栓１５の近傍に分布させ
て混合気を層状化して、燃費向上を狙う成層燃焼の場合
には、圧縮行程にて噴射する。
【００４０】燃焼後、生成された排気ガスは、排気通路
１７に排出される。排気通路１７を開閉する排気弁１６
は、１気筒につき２つ設けられ、リフタ１８を介して、
排気側カム１９によりそれぞれ開閉駆動される。これら
の排気弁１６（１６ａ，１６ｂ）のバルブタイミング
は、前述の吸気弁８の場合とは違い、異なっている。バ
ルブタイミングについては、さらに後述する。
１７に排出される。排気通路１７を開閉する排気弁１６
は、１気筒につき２つ設けられ、リフタ１８を介して、
排気側カム１９によりそれぞれ開閉駆動される。これら
の排気弁１６（１６ａ，１６ｂ）のバルブタイミング
は、前述の吸気弁８の場合とは違い、異なっている。バ
ルブタイミングについては、さらに後述する。
【００４１】ここに、排気弁１６と排気側カム１９と
は、本発明の排気ガス分離手段を構成する。排気通路１
７のポート部２０には、ＥＧＲ通路３１が接続してい
る。ＥＧＲ通路３１は、このポート部２０と、吸気通路
２のコレクタ６上流とを連通しており、排気ガスの一部
を吸気系に還流することができるようになっている。Ｅ
ＧＲ流量の制御は、ＥＧＲ通路３１の途中に介装された
ＥＧＲバルブ３２の開度調節による。
は、本発明の排気ガス分離手段を構成する。排気通路１
７のポート部２０には、ＥＧＲ通路３１が接続してい
る。ＥＧＲ通路３１は、このポート部２０と、吸気通路
２のコレクタ６上流とを連通しており、排気ガスの一部
を吸気系に還流することができるようになっている。Ｅ
ＧＲ流量の制御は、ＥＧＲ通路３１の途中に介装された
ＥＧＲバルブ３２の開度調節による。
【００４２】ここに、ＥＧＲ通路３１とＥＧＲバルブ３
２とは、本発明の排気還流手段を構成する。図３は、シ
リンダ９を上方から見たところを表しており、便宜上、
吸気通路２ａ，２ｂ及び排気通路１７ａ，１７ｂは、点
線で示している。ＥＧＲ通路３１は、第１の排気弁１６
ａにより開閉される排気ポート２０ａに接続している。
２つの排気通路１７ａと１７ｂとは、ＥＧＲ通路３１の
排気ポート２０ａへの接続点Ｐより下流にて合流する。
２とは、本発明の排気還流手段を構成する。図３は、シ
リンダ９を上方から見たところを表しており、便宜上、
吸気通路２ａ，２ｂ及び排気通路１７ａ，１７ｂは、点
線で示している。ＥＧＲ通路３１は、第１の排気弁１６
ａにより開閉される排気ポート２０ａに接続している。
２つの排気通路１７ａと１７ｂとは、ＥＧＲ通路３１の
排気ポート２０ａへの接続点Ｐより下流にて合流する。
【００４３】図４は、第１の排気弁１６ａ及び第２の排
気弁１６ｂのリフト量のクランク角に対する変化を示し
ている。第１の排気弁１６ａは、プロフィールＰra１に
沿って、また第２の排気弁１６ｂは、プロフィールＰrb
１に沿って、それぞれ駆動される。
気弁１６ｂのリフト量のクランク角に対する変化を示し
ている。第１の排気弁１６ａは、プロフィールＰra１に
沿って、また第２の排気弁１６ｂは、プロフィールＰrb
１に沿って、それぞれ駆動される。
【００４４】このように、第１の排気弁１６ａは、第２
の排気弁１６ｂの開時期より遅く開弁し、第２の排気弁
１６ｂの閉時期より早く閉弁する。つまり、図示の排気
弁開期間（１）〜（３）のうち、膨張行程終了付近の排
気初期（１）と排気後期（３）とでは、第２の排気弁１
６ｂのみが開弁する。一方、排気中期（２）では、第１
及び第２の排気弁１６ａ，１６ｂがともに開弁し、第１
の排気弁１６ａのリフト量は、第２の排気弁１６ｂのリ
フト量よりも大きくなる。
の排気弁１６ｂの開時期より遅く開弁し、第２の排気弁
１６ｂの閉時期より早く閉弁する。つまり、図示の排気
弁開期間（１）〜（３）のうち、膨張行程終了付近の排
気初期（１）と排気後期（３）とでは、第２の排気弁１
６ｂのみが開弁する。一方、排気中期（２）では、第１
及び第２の排気弁１６ａ，１６ｂがともに開弁し、第１
の排気弁１６ａのリフト量は、第２の排気弁１６ｂのリ
フト量よりも大きくなる。
【００４５】図２において、ポート部２０の下流に接続
されたマニホールド部２１には、Ｏ 2 センサ５１が設置
されており、これにより排気ガス中のＯ2 濃度を測定す
る。そして、エンジン１を理論空燃比で運転する際に
は、このＯ2 センサ５１からの情報を基に、フィードバ
ック制御を行う。
されたマニホールド部２１には、Ｏ 2 センサ５１が設置
されており、これにより排気ガス中のＯ2 濃度を測定す
る。そして、エンジン１を理論空燃比で運転する際に
は、このＯ2 センサ５１からの情報を基に、フィードバ
ック制御を行う。
【００４６】電子制御ユニット４１は、ＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェースを
含んで構成され、吸入空気量ＱａやＯ2 濃度の他、クラ
ンク角センサ５２からのクランク軸回転位置信号（これ
に基づいてエンジン回転数Ｎｅを算出することができ
る。）、アクセルセンサ５３からのアクセルペダル開度
信号Ａｐｓ、及び水温センサ５４からのエンジン冷却水
温Ｔｗなどの情報を入力し、これらを基に、スロットル
弁５及びＥＧＲバルブ３２を制御する。
Ｍ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェースを
含んで構成され、吸入空気量ＱａやＯ2 濃度の他、クラ
ンク角センサ５２からのクランク軸回転位置信号（これ
に基づいてエンジン回転数Ｎｅを算出することができ
る。）、アクセルセンサ５３からのアクセルペダル開度
信号Ａｐｓ、及び水温センサ５４からのエンジン冷却水
温Ｔｗなどの情報を入力し、これらを基に、スロットル
弁５及びＥＧＲバルブ３２を制御する。
【００４７】次に、電子制御ユニット４１の制御内容
を、図５〜８に示すフローチャートを参照して説明す
る。まず始めに、図５を参照して、燃焼方式選択ルーチ
ンについて説明した後、続いて、図６〜８を参照して、
燃焼方式に応じたＥＧＲ制御ルーチンについて説明す
る。
を、図５〜８に示すフローチャートを参照して説明す
る。まず始めに、図５を参照して、燃焼方式選択ルーチ
ンについて説明した後、続いて、図６〜８を参照して、
燃焼方式に応じたＥＧＲ制御ルーチンについて説明す
る。
【００４８】図５は、燃焼方式選択ルーチンのフローチ
ャートである。まず、ステップ（以下、単に「Ｓ」とい
う。）１で各種運転条件を読み込んだ後、続くＳ２で、
アクセル開度Ａｐｓを基に、マップから目標トルクＴＴ
Ｃを求める。
ャートである。まず、ステップ（以下、単に「Ｓ」とい
う。）１で各種運転条件を読み込んだ後、続くＳ２で、
アクセル開度Ａｐｓを基に、マップから目標トルクＴＴ
Ｃを求める。
【００４９】Ｓ３では、エンジン回転数Ｎｅと目標トル
クＴＴＣとを基に、燃焼フラグＦCmb （０〜２）を設定
する。成層燃焼により燃費向上を図るべき運転条件にお
いては、燃焼フラグＦCmb は０に設定される。これ以外
の運転条件では、均質燃焼が行われることとなるが、特
に燃費を向上すべき領域においては、均質リーン燃焼の
ため、燃焼フラグＦCmb は１に設定される。上記２つの
領域以外の領域では、均質ストイキ燃焼のため、燃焼フ
ラグＦCmb は２に設定される。
クＴＴＣとを基に、燃焼フラグＦCmb （０〜２）を設定
する。成層燃焼により燃費向上を図るべき運転条件にお
いては、燃焼フラグＦCmb は０に設定される。これ以外
の運転条件では、均質燃焼が行われることとなるが、特
に燃費を向上すべき領域においては、均質リーン燃焼の
ため、燃焼フラグＦCmb は１に設定される。上記２つの
領域以外の領域では、均質ストイキ燃焼のため、燃焼フ
ラグＦCmb は２に設定される。
【００５０】Ｓ４では、水温Ｔｗを所定値ＴｗＬ以上か
否かを判定する。所定値ＴｗＬ以上であると判定された
場合には、本ルーチンをそのままリターンして、Ｓ３で
設定された燃焼フラグＦCmb を維持する。しかし、上記
判定が否定的（即ち、水温Ｔｗが所定値ＴｗＬ未満）と
判定された場合には、Ｓ５に進んで、燃焼フラグＦCmb
を２に設定する。冷機時では、リーン燃焼を行う場合に
安定性が得られない可能性があるため、リーン燃焼を禁
止し、理論空燃比での燃焼を行うためである。
否かを判定する。所定値ＴｗＬ以上であると判定された
場合には、本ルーチンをそのままリターンして、Ｓ３で
設定された燃焼フラグＦCmb を維持する。しかし、上記
判定が否定的（即ち、水温Ｔｗが所定値ＴｗＬ未満）と
判定された場合には、Ｓ５に進んで、燃焼フラグＦCmb
を２に設定する。冷機時では、リーン燃焼を行う場合に
安定性が得られない可能性があるため、リーン燃焼を禁
止し、理論空燃比での燃焼を行うためである。
【００５１】次に、燃焼方式に応じたＥＧＲ制御ルーチ
ンについて説明する。図６は、本ルーチンの基本的な流
れを示すフローチャートである。まず、Ｓ２１で、各種
制御情報を読み込む。
ンについて説明する。図６は、本ルーチンの基本的な流
れを示すフローチャートである。まず、Ｓ２１で、各種
制御情報を読み込む。
【００５２】Ｓ２２では、燃焼フラグＦCmb が２でない
か、すなわち、選択された燃焼方式が均質ストイキ燃焼
でないか否かを判定する。その結果、ＦCmb が０又は１
であり、リーン燃焼（均質リーン燃焼又は成層燃焼）を
行うべき運転領域にあると判定された場合には、Ｓ２３
に進んで、エンジン回転数Ｎｅと目標トルクＴＴＣとを
基に、マップから目標燃空比ＴＦＢＹＡを求める。な
お、ＴＦＢＹＡは、空気過剰率λの逆数であり、理論空
燃比では１をとり、またリーン時には、１より小さな値
をとり、図の矢印方向に向かって大きく設定される。一
方、ＦCmb が２であり、理論空燃比（λ＝１）での運転
が選択された場合には、Ｓ２４に進んで、ＴＦＢＹＡを
１に設定する。
か、すなわち、選択された燃焼方式が均質ストイキ燃焼
でないか否かを判定する。その結果、ＦCmb が０又は１
であり、リーン燃焼（均質リーン燃焼又は成層燃焼）を
行うべき運転領域にあると判定された場合には、Ｓ２３
に進んで、エンジン回転数Ｎｅと目標トルクＴＴＣとを
基に、マップから目標燃空比ＴＦＢＹＡを求める。な
お、ＴＦＢＹＡは、空気過剰率λの逆数であり、理論空
燃比では１をとり、またリーン時には、１より小さな値
をとり、図の矢印方向に向かって大きく設定される。一
方、ＦCmb が２であり、理論空燃比（λ＝１）での運転
が選択された場合には、Ｓ２４に進んで、ＴＦＢＹＡを
１に設定する。
【００５３】Ｓ２５では、エンジン回転数Ｎｅと目標燃
空比ＴＦＢＹＡとを基に、マップから機関効率ＩＴＡを
求める。Ｓ２６では、目標トルクＴＴＣ、目標燃空比Ｔ
ＦＢＹＡ及び機関効率ＩＴＡに基づいて、目標新気量Ｑ
（＝ＴＴＣ／ＴＦＢＹＡ／ＩＴＡ）を算出する。
空比ＴＦＢＹＡとを基に、マップから機関効率ＩＴＡを
求める。Ｓ２６では、目標トルクＴＴＣ、目標燃空比Ｔ
ＦＢＹＡ及び機関効率ＩＴＡに基づいて、目標新気量Ｑ
（＝ＴＴＣ／ＴＦＢＹＡ／ＩＴＡ）を算出する。
【００５４】Ｓ２７では、目標ＥＧＲ率ＴＭＥＧＲを算
出し、これを基に、目標スロットル開度ＴＶＯと目標Ｅ
ＧＲバルブ開度ＴＡＥＧＲとを算出する。本ステップの
詳細は、後述する。
出し、これを基に、目標スロットル開度ＴＶＯと目標Ｅ
ＧＲバルブ開度ＴＡＥＧＲとを算出する。本ステップの
詳細は、後述する。
【００５５】Ｓ２８では、目標スロットル開度ＴＶＯ及
び目標ＥＧＲバルブ開度ＴＡＥＧＲを基に、スロットル
弁５及びＥＧＲバルブ３２の駆動指令を発する。次に、
図７及び８を参照して、上記Ｓ２７（ＥＧＲバルブ目標
開度演算）の内容を説明する。
び目標ＥＧＲバルブ開度ＴＡＥＧＲを基に、スロットル
弁５及びＥＧＲバルブ３２の駆動指令を発する。次に、
図７及び８を参照して、上記Ｓ２７（ＥＧＲバルブ目標
開度演算）の内容を説明する。
【００５６】まず、Ｓ４１では、換算ＥＧＲ流量ＱＥＧ
Ｒを算出する。ＱＥＧＲは、ＥＧＲ流量の吸入空気量換
算値であり、目標新気量Ｑに、目標ＥＧＲ率ＴＭＥＧ
Ｒ、ＣＯ2 濃度補正係数ＫＣＯ2 及び排圧・排温補正係
数ＫＰｅを乗じて算出される（即ち、ＱＥＧＲ＝Ｑ×Ｔ
ＭＥＧＲ×ＫＣＯ2 ×ＫＰｅ）。以下、ＴＭＥＧＲ、Ｋ
ＣＯ2 及びＫＰｅの算出方法について、図８を参照して
説明する。
Ｒを算出する。ＱＥＧＲは、ＥＧＲ流量の吸入空気量換
算値であり、目標新気量Ｑに、目標ＥＧＲ率ＴＭＥＧ
Ｒ、ＣＯ2 濃度補正係数ＫＣＯ2 及び排圧・排温補正係
数ＫＰｅを乗じて算出される（即ち、ＱＥＧＲ＝Ｑ×Ｔ
ＭＥＧＲ×ＫＣＯ2 ×ＫＰｅ）。以下、ＴＭＥＧＲ、Ｋ
ＣＯ2 及びＫＰｅの算出方法について、図８を参照して
説明する。
【００５７】Ｓ６１では、燃焼フラグＦCmb が１でない
か、すなわち、選択された燃焼方式が均質リーン燃焼で
ないか否かを判定する。その結果、ＦCmb が１であると
判定された場合には、Ｓ６２へ進んで、目標ＥＧＲ率Ｔ
ＭＥＧＲを０に設定する。均質リーン燃焼を行う場合に
は、ＥＧＲの実施により燃焼が不安定となり易いので、
ＥＧＲを禁止するためである。
か、すなわち、選択された燃焼方式が均質リーン燃焼で
ないか否かを判定する。その結果、ＦCmb が１であると
判定された場合には、Ｓ６２へ進んで、目標ＥＧＲ率Ｔ
ＭＥＧＲを０に設定する。均質リーン燃焼を行う場合に
は、ＥＧＲの実施により燃焼が不安定となり易いので、
ＥＧＲを禁止するためである。
【００５８】一方、Ｓ６１で燃焼フラグＦCmb が１以外
であると判定された場合には、Ｓ６３に進んで、さらに
ＦCmb が０であるか、すなわち、選択された燃焼方式が
成層燃焼であるか否かを判定する。その結果、ＦCmb が
０であると判定された場合には、Ｓ６４に進み、それ以
外の場合（即ち、ＦCmb ＝２）には、Ｓ６７に進む。
であると判定された場合には、Ｓ６３に進んで、さらに
ＦCmb が０であるか、すなわち、選択された燃焼方式が
成層燃焼であるか否かを判定する。その結果、ＦCmb が
０であると判定された場合には、Ｓ６４に進み、それ以
外の場合（即ち、ＦCmb ＝２）には、Ｓ６７に進む。
【００５９】Ｓ６４〜６６とＳ６７〜６９とは、それぞ
れ目標ＥＧＲ率ＴＭＥＧＲ、ＣＯ2濃度補正係数ＫＣＯ
2 及び排圧・排温補正係数ＫＰｅを算出するステップで
あるが、これらは、燃焼状態により算出方法が異なる。
以下、まず、成層燃焼の場合（Ｓ６４〜６６）について
説明した後、続いて均質ストイキ燃焼の場合（Ｓ６７〜
６９）について説明する。
れ目標ＥＧＲ率ＴＭＥＧＲ、ＣＯ2濃度補正係数ＫＣＯ
2 及び排圧・排温補正係数ＫＰｅを算出するステップで
あるが、これらは、燃焼状態により算出方法が異なる。
以下、まず、成層燃焼の場合（Ｓ６４〜６６）について
説明した後、続いて均質ストイキ燃焼の場合（Ｓ６７〜
６９）について説明する。
【００６０】Ｓ６４では、エンジン回転数Ｎｅと目標ト
ルクＴＴＣとを基に、マップから目標ＥＧＲ率ＴＭＥＧ
Ｒを求める。ＴＭＥＧＲは、図の矢印方向に向かって大
きく設定される。
ルクＴＴＣとを基に、マップから目標ＥＧＲ率ＴＭＥＧ
Ｒを求める。ＴＭＥＧＲは、図の矢印方向に向かって大
きく設定される。
【００６１】Ｓ６５では、エンジン回転数Ｎｅと目標ト
ルクＴＴＣとを基に、マップからＣＯ2 濃度補正係数Ｋ
ＣＯ2 を求める。成層燃焼運転時では、Ｎｅ、ＴＴＣ、
及び目標燃空比ＴＦＢＹＡに応じて、燃焼により燃焼室
内に発生するＣＯ2 の濃度分布が変化することから、Ｅ
ＧＲガス中のＣＯ2 濃度が変化する。このため、本ステ
ップにおいて、Ｎｅ及びＴＴＣに応じて、ＫＣＯ2 を求
めるのである。Ｎｅ及びＴＴＣに対するＫＣＯ2 の傾向
は、燃焼室内及び排気系におけるガス流動の形態に応じ
て異なるが、例えば、図に示すような傾向であり、矢印
方向に向かって大きく設定される。
ルクＴＴＣとを基に、マップからＣＯ2 濃度補正係数Ｋ
ＣＯ2 を求める。成層燃焼運転時では、Ｎｅ、ＴＴＣ、
及び目標燃空比ＴＦＢＹＡに応じて、燃焼により燃焼室
内に発生するＣＯ2 の濃度分布が変化することから、Ｅ
ＧＲガス中のＣＯ2 濃度が変化する。このため、本ステ
ップにおいて、Ｎｅ及びＴＴＣに応じて、ＫＣＯ2 を求
めるのである。Ｎｅ及びＴＴＣに対するＫＣＯ2 の傾向
は、燃焼室内及び排気系におけるガス流動の形態に応じ
て異なるが、例えば、図に示すような傾向であり、矢印
方向に向かって大きく設定される。
【００６２】Ｓ６６では、エンジン回転数Ｎｅと目標ト
ルクＴＴＣとを基に、マップから排圧・排温補正係数Ｋ
Ｐｅを求める。ＫＰｅは、吸排差圧及び排気温度に起因
するＥＲＧガス密度変化を補正するための係数であり、
目標新気量Ｑと換算ＥＧＲ流量ＱＥＧＲとの比がスロッ
トル弁５とＥＧＲバルブ３２との開口面積比と等しくな
るように、設定される。例えば、図に示すような傾向を
有し、矢印方向に向かって大きく設定される。
ルクＴＴＣとを基に、マップから排圧・排温補正係数Ｋ
Ｐｅを求める。ＫＰｅは、吸排差圧及び排気温度に起因
するＥＲＧガス密度変化を補正するための係数であり、
目標新気量Ｑと換算ＥＧＲ流量ＱＥＧＲとの比がスロッ
トル弁５とＥＧＲバルブ３２との開口面積比と等しくな
るように、設定される。例えば、図に示すような傾向を
有し、矢印方向に向かって大きく設定される。
【００６３】次に、均質ストイキ燃焼の場合について説
明する。Ｓ６７では、エンジン回転数Ｎｅと目標トルク
ＴＴＣとを基に、上記Ｓ６４のものとは異なるマップか
ら、目標ＥＧＲ率ＴＭＥＧＲを求める。
明する。Ｓ６７では、エンジン回転数Ｎｅと目標トルク
ＴＴＣとを基に、上記Ｓ６４のものとは異なるマップか
ら、目標ＥＧＲ率ＴＭＥＧＲを求める。
【００６４】Ｓ６８では、ＣＯ2 濃度補正係数ＫＣＯ2
を求める。均質燃焼時では、ＥＧＲガス中のＣＯ2 濃度
は、エンジン回転数Ｎｅ及び目標トルクＴＴＣによらず
ほぼ一定であるので、ここでは、ＫＣＯ2 を１に設定す
る。
を求める。均質燃焼時では、ＥＧＲガス中のＣＯ2 濃度
は、エンジン回転数Ｎｅ及び目標トルクＴＴＣによらず
ほぼ一定であるので、ここでは、ＫＣＯ2 を１に設定す
る。
【００６５】Ｓ６９では、エンジン回転数Ｎｅと目標ト
ルクＴＴＣとを基に、上記Ｓ６６のものとは異なるマッ
プから、排圧・排温補正係数ＫＰｅを求める。成層燃焼
運転時と均質ストイキ燃焼運転時とでは、同じＮｅ及び
ＴＴＣであっても、排圧や排気温度が異なるためであ
る。
ルクＴＴＣとを基に、上記Ｓ６６のものとは異なるマッ
プから、排圧・排温補正係数ＫＰｅを求める。成層燃焼
運転時と均質ストイキ燃焼運転時とでは、同じＮｅ及び
ＴＴＣであっても、排圧や排気温度が異なるためであ
る。
【００６６】図７のＳ４２では、目標新気量Ｑに換算Ｅ
ＧＲ流量ＱＥＧＲを加えて、換算総吸気量Ｑall （＝Ｑ
＋ＱＥＧＲ）を算出する。Ｓ４３では、Ｑall をエンジ
ン回転数Ｎｅで除したものに、単位換算のための係数Ｃ
を乗じて、目標総開口面積ＴＡＡ（＝Ｑall ／Ｎｅ×
Ｃ）を算出する。
ＧＲ流量ＱＥＧＲを加えて、換算総吸気量Ｑall （＝Ｑ
＋ＱＥＧＲ）を算出する。Ｓ４３では、Ｑall をエンジ
ン回転数Ｎｅで除したものに、単位換算のための係数Ｃ
を乗じて、目標総開口面積ＴＡＡ（＝Ｑall ／Ｎｅ×
Ｃ）を算出する。
【００６７】Ｓ４４では、目標新気量Ｑ、換算ＥＧＲ流
量ＱＥＧＲ、換算総吸気量Ｑall 及び目標総開口面積Ｔ
ＡＡを基に、目標スロットル開度ＴＶＯ（＝ＴＡＡ×Ｑ
／Ｑall ）と、目標ＥＧＲバルブ開度ＴＡＥＧＲ（＝Ｔ
ＡＡ×ＱＥＧＲ／Ｑall ）とを算出する。
量ＱＥＧＲ、換算総吸気量Ｑall 及び目標総開口面積Ｔ
ＡＡを基に、目標スロットル開度ＴＶＯ（＝ＴＡＡ×Ｑ
／Ｑall ）と、目標ＥＧＲバルブ開度ＴＡＥＧＲ（＝Ｔ
ＡＡ×ＱＥＧＲ／Ｑall ）とを算出する。
【００６８】以上のようにしてスロットル弁５及びＥＧ
Ｒバルブ３２が制御されることにより、排気ガスの一部
が運転条件に応じて排気ポート２０ａから吸気系に還流
され、ＮＯｘ生成量が低減される。
Ｒバルブ３２が制御されることにより、排気ガスの一部
が運転条件に応じて排気ポート２０ａから吸気系に還流
され、ＮＯｘ生成量が低減される。
【００６９】図９は、成層燃焼運転時における燃焼直後
の燃焼室内のＣＯ2 濃度の分布傾向を表している。前述
のようにして燃焼方式として成層燃焼が選択された場合
（即ち、燃焼フラグＦCmb ＝０）には、点火栓１５近傍
の混合気のみが燃焼に寄与することができ、その周辺の
混合気は稀薄な状態であって、燃焼に寄与することがで
きない。このため、燃焼直後の燃焼室内のＣＯ2 濃度分
布は、図示のように、点火栓１５周りが高く、さらにそ
の周りは低くなる。
の燃焼室内のＣＯ2 濃度の分布傾向を表している。前述
のようにして燃焼方式として成層燃焼が選択された場合
（即ち、燃焼フラグＦCmb ＝０）には、点火栓１５近傍
の混合気のみが燃焼に寄与することができ、その周辺の
混合気は稀薄な状態であって、燃焼に寄与することがで
きない。このため、燃焼直後の燃焼室内のＣＯ2 濃度分
布は、図示のように、点火栓１５周りが高く、さらにそ
の周りは低くなる。
【００７０】このようなＣＯ2 濃度の分布傾向は、排気
弁１６が開いて排気が開始された後も、およそ維持され
る。すなわち、排気弁１６が開くと、まず、排気弁１６
近傍のＣＯ2 濃度の低い排気ガスが燃焼室から排出さ
れ、さらに燃焼に寄与して生成されたＣＯ2 濃度の高い
排気ガスが続き、最後に排気弁１６から遠い位置にある
ＣＯ2 濃度の低い排気ガスが排出されることとなる。従
って、燃焼室から排気通路１７に排出される排気ガス中
のＣＯ2 濃度は、図１０に示すような傾向で変化する。
弁１６が開いて排気が開始された後も、およそ維持され
る。すなわち、排気弁１６が開くと、まず、排気弁１６
近傍のＣＯ2 濃度の低い排気ガスが燃焼室から排出さ
れ、さらに燃焼に寄与して生成されたＣＯ2 濃度の高い
排気ガスが続き、最後に排気弁１６から遠い位置にある
ＣＯ2 濃度の低い排気ガスが排出されることとなる。従
って、燃焼室から排気通路１７に排出される排気ガス中
のＣＯ2 濃度は、図１０に示すような傾向で変化する。
【００７１】図１１は、図４に示す各排気弁開期間
（１）〜（３）における排気状況（排気ガス流量及び排
気ガス中のＣＯ2 濃度）を表している。排気初期（１）
では、第２の排気弁１６ｂのみが駆動され、第１の排気
弁１６ａは閉位置に保持されている。このため、燃焼室
内の排気ガスは、第２の排気弁１６ｂを介して、排気通
路１７ｂに流入する。この時の排気ポート２０ｂ内の排
気ガス中のＣＯ2 濃度は、低い。
（１）〜（３）における排気状況（排気ガス流量及び排
気ガス中のＣＯ2 濃度）を表している。排気初期（１）
では、第２の排気弁１６ｂのみが駆動され、第１の排気
弁１６ａは閉位置に保持されている。このため、燃焼室
内の排気ガスは、第２の排気弁１６ｂを介して、排気通
路１７ｂに流入する。この時の排気ポート２０ｂ内の排
気ガス中のＣＯ2 濃度は、低い。
【００７２】排気中期（２）になると、第１の排気弁１
６ａも駆動され、排気ガスは、両方の排気通路１７ａ及
び１７ｂに流入する。前述のように、この時の第１の排
気弁１６ａのリフト量は、第２の排気弁１６ｂのリフト
量よりも大きくなるため、排気ポート２０ａの開口部の
最少面積は、排気ポート２０ｂの開口部の最少面積より
も大きくなる。これにより、第２の排気通路１７ｂへの
排気ガス流量よりも、第１の排気通路１７ａへの排気ガ
ス流量のほうが大きくなり、排気初期（１）に排出され
たＣＯ2 濃度の低い排気ガスが下流の排気通路集合部を
経由して、排気ポート２０ａ内を逆流し、ＥＧＲガスの
ＣＯ2 濃度を減少させるのを防止することができる。ま
た、作動角縮小に伴う排気効率の低下を防ぐこともでき
る。
６ａも駆動され、排気ガスは、両方の排気通路１７ａ及
び１７ｂに流入する。前述のように、この時の第１の排
気弁１６ａのリフト量は、第２の排気弁１６ｂのリフト
量よりも大きくなるため、排気ポート２０ａの開口部の
最少面積は、排気ポート２０ｂの開口部の最少面積より
も大きくなる。これにより、第２の排気通路１７ｂへの
排気ガス流量よりも、第１の排気通路１７ａへの排気ガ
ス流量のほうが大きくなり、排気初期（１）に排出され
たＣＯ2 濃度の低い排気ガスが下流の排気通路集合部を
経由して、排気ポート２０ａ内を逆流し、ＥＧＲガスの
ＣＯ2 濃度を減少させるのを防止することができる。ま
た、作動角縮小に伴う排気効率の低下を防ぐこともでき
る。
【００７３】また、排気中期（２）では、排気ポート２
０ａ，２０ｂ内の排気ガス中のＣＯ 2 濃度は高くなって
おり、排気ポート２０ａ内を流れる排気ガスの一部は、
ＥＧＲ通路３１に導かれて、ＥＧＲに利用される。第１
の排気弁１６ａは、第２の排気弁１６ｂの閉時期より早
くに閉弁する。
０ａ，２０ｂ内の排気ガス中のＣＯ 2 濃度は高くなって
おり、排気ポート２０ａ内を流れる排気ガスの一部は、
ＥＧＲ通路３１に導かれて、ＥＧＲに利用される。第１
の排気弁１６ａは、第２の排気弁１６ｂの閉時期より早
くに閉弁する。
【００７４】排気後期（３）では、第１の排気弁１６ａ
は、閉位置に保持される。このため、燃焼室内の排気ガ
スは、排気初期（１）の場合と同様に、第２の排気弁１
６ｂを介して排気通路１７ｂに流入する。この時の排気
ポート２０ｂ内の排気ガス中のＣＯ2 濃度は、再び低く
なる。
は、閉位置に保持される。このため、燃焼室内の排気ガ
スは、排気初期（１）の場合と同様に、第２の排気弁１
６ｂを介して排気通路１７ｂに流入する。この時の排気
ポート２０ｂ内の排気ガス中のＣＯ2 濃度は、再び低く
なる。
【００７５】本発明によれば、以上のようにして、成層
燃焼運転時においてＣＯ2 濃度の高い排気ガスのみを積
極的に排気ポート２０ａ内に取り込むことができる。そ
して、この排気ポート２０ａからＥＧＲガスを得ること
としたので、成層燃焼運転時でもＥＧＲガス中のＣＯ2
濃度を高く保ち、比較的小さなＥＧＲ流量であっても大
きなＥＧＲ効果を得ることができる。
燃焼運転時においてＣＯ2 濃度の高い排気ガスのみを積
極的に排気ポート２０ａ内に取り込むことができる。そ
して、この排気ポート２０ａからＥＧＲガスを得ること
としたので、成層燃焼運転時でもＥＧＲガス中のＣＯ2
濃度を高く保ち、比較的小さなＥＧＲ流量であっても大
きなＥＧＲ効果を得ることができる。
【００７６】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図１２は、本実施形態に係るエンジン１００の
構造を示す概略図である。前述のエンジン１と同一の構
成部分については、図２における符号と同一の符号を付
している。
明する。図１２は、本実施形態に係るエンジン１００の
構造を示す概略図である。前述のエンジン１と同一の構
成部分については、図２における符号と同一の符号を付
している。
【００７７】エンジン１００は、エンジン１に対して、
さらに排気側カム１９の作動角可変機構６１を追加した
ものである。作動角可変機構６１は、本発明の第１のバ
ルブタイミング可変手段を構成し、第１の排気弁１６ａ
に対するカムプロフィールのみが可変であり、第２の排
気弁１６ｂに対するカムプロフィールは固定されてい
る。作動角可変機構６１は、第１の排気弁１６ａのリフ
トカーブを連続的に変化させることができる。
さらに排気側カム１９の作動角可変機構６１を追加した
ものである。作動角可変機構６１は、本発明の第１のバ
ルブタイミング可変手段を構成し、第１の排気弁１６ａ
に対するカムプロフィールのみが可変であり、第２の排
気弁１６ｂに対するカムプロフィールは固定されてい
る。作動角可変機構６１は、第１の排気弁１６ａのリフ
トカーブを連続的に変化させることができる。
【００７８】しかし、これとは逆に、第２の排気弁１６
ｂに対するカムプロフィールのみを可変としたり、また
は第１及び第２の排気弁１６ａ，１６ｂに対する両方の
カムプロフィールを可変としてもよい。この場合の作動
角可変機構６１は、本発明の第２のバルブタイミング可
変手段を構成する。
ｂに対するカムプロフィールのみを可変としたり、また
は第１及び第２の排気弁１６ａ，１６ｂに対する両方の
カムプロフィールを可変としてもよい。この場合の作動
角可変機構６１は、本発明の第２のバルブタイミング可
変手段を構成する。
【００７９】また、作動角に加えて、リフト量を可変と
することも可能である。図１３は、排気弁１６（ここで
は、第１の排気弁１６ａ）の作動角制御ルーチンのフロ
ーチャートである。本実施形態における燃焼方式選択ル
ーチンや、ＥＧＲ制御ルーチンは、第１の実施形態のも
のと同様であってよいので、ここでの説明は省略する。
以下、図１３を参照して説明する。
することも可能である。図１３は、排気弁１６（ここで
は、第１の排気弁１６ａ）の作動角制御ルーチンのフロ
ーチャートである。本実施形態における燃焼方式選択ル
ーチンや、ＥＧＲ制御ルーチンは、第１の実施形態のも
のと同様であってよいので、ここでの説明は省略する。
以下、図１３を参照して説明する。
【００８０】まず、Ｓ８１では、各種制御情報を読み込
む。Ｓ８２では、燃焼フラグＦCmb が０であるか、すな
わち、選択された燃焼方式が成層燃焼であるか否かを判
定する。その結果、燃焼フラグＦCmb が０であると判定
された場合には、Ｓ８３に進んで、エンジン回転数Ｎｅ
と、目標トルクＴＴＣとに対応させて割り付けられたマ
ップから、排気弁１６ａの目標バルブ作動角を設定す
る。これは、図の矢印方向に向かって大きく設定され、
Ｎｅの増大に伴い、そして特にＴＴＣの増大に伴って大
きく設定される。
む。Ｓ８２では、燃焼フラグＦCmb が０であるか、すな
わち、選択された燃焼方式が成層燃焼であるか否かを判
定する。その結果、燃焼フラグＦCmb が０であると判定
された場合には、Ｓ８３に進んで、エンジン回転数Ｎｅ
と、目標トルクＴＴＣとに対応させて割り付けられたマ
ップから、排気弁１６ａの目標バルブ作動角を設定す
る。これは、図の矢印方向に向かって大きく設定され、
Ｎｅの増大に伴い、そして特にＴＴＣの増大に伴って大
きく設定される。
【００８１】例えば、運転条件が領域Ａにある場合に
は、第１及び第２の排気弁１６ａ，１６ｂのリフトカー
ブは、それぞれ図１４（ａ）に示すプロフィールＰra
２，Ｐrb２のようになり、第１の排気弁１６ａの開時期
は、第２の排気弁１６ｂの開時期より遅く設定され、ま
た第１の排気弁１６ａの閉時期は、第２の排気弁１６ｂ
の閉時期より早く設定される。これにより、点火栓１５
近傍において集中的に生成されるＣＯ2 濃度の高い排気
ガスを、第１の排気ポート２０ａ内に積極的に取り込む
ことができる。
は、第１及び第２の排気弁１６ａ，１６ｂのリフトカー
ブは、それぞれ図１４（ａ）に示すプロフィールＰra
２，Ｐrb２のようになり、第１の排気弁１６ａの開時期
は、第２の排気弁１６ｂの開時期より遅く設定され、ま
た第１の排気弁１６ａの閉時期は、第２の排気弁１６ｂ
の閉時期より早く設定される。これにより、点火栓１５
近傍において集中的に生成されるＣＯ2 濃度の高い排気
ガスを、第１の排気ポート２０ａ内に積極的に取り込む
ことができる。
【００８２】これに対して、運転条件が領域Ｂにある場
合には、図１４（ｂ）示すように、第１の排気弁１６ａ
のリフトカーブを、第２の排気弁１６ｂのリフトカーブ
に一致させる。これにより、燃焼室内のＣＯ2 濃度がほ
ぼ均一となる運転条件において、他性能への影響、例え
ば高負荷高回転域での排気弁作動角不足による排気効率
の低下を防止することができる。
合には、図１４（ｂ）示すように、第１の排気弁１６ａ
のリフトカーブを、第２の排気弁１６ｂのリフトカーブ
に一致させる。これにより、燃焼室内のＣＯ2 濃度がほ
ぼ均一となる運転条件において、他性能への影響、例え
ば高負荷高回転域での排気弁作動角不足による排気効率
の低下を防止することができる。
【００８３】一方、Ｓ８２の判定結果が否定的、すなわ
ち、選択された燃焼方式が均質燃焼（均質リーン燃焼又
は均質ストイキ燃焼）であると判定された場合には、上
記と同様の理由から、第１の排気弁１６ａのリフトカー
ブを、第２の排気弁１６ｂのリフトカーブに一致させ
る。
ち、選択された燃焼方式が均質燃焼（均質リーン燃焼又
は均質ストイキ燃焼）であると判定された場合には、上
記と同様の理由から、第１の排気弁１６ａのリフトカー
ブを、第２の排気弁１６ｂのリフトカーブに一致させ
る。
【００８４】図１５は、成層燃焼運転時における燃焼直
後の燃焼室内のＣＯ2 濃度の分布傾向を、負荷の違い
（高低）に分けて表したものである。また、図１６は、
負荷が低い場合と高い場合とにおける排気弁１６ａ，１
６ｂの作動角を、燃焼室から排出される排気ガス中のＣ
Ｏ2 濃度の時間変化に対応させて示したものである。
後の燃焼室内のＣＯ2 濃度の分布傾向を、負荷の違い
（高低）に分けて表したものである。また、図１６は、
負荷が低い場合と高い場合とにおける排気弁１６ａ，１
６ｂの作動角を、燃焼室から排出される排気ガス中のＣ
Ｏ2 濃度の時間変化に対応させて示したものである。
【００８５】低負荷側、すなわち、燃料噴射量が少ない
場合には、図１５（ａ）に示すように、ＣＯ2 濃度の高
い部分は点火栓１５近傍のごく狭い範囲内に限られ、そ
の周辺に形成されるＣＯ2 濃度の低い部分の占める割合
が大きくなる。このため、排気ガス中のＣＯ2 濃度の時
間変化は、図１６（ａ）のように一時的なピークを形成
するので、ＥＧＲガスのＣＯ2 濃度を高く維持するに
は、第１の排気弁１６ａの作動角を狭めた方がよい。
場合には、図１５（ａ）に示すように、ＣＯ2 濃度の高
い部分は点火栓１５近傍のごく狭い範囲内に限られ、そ
の周辺に形成されるＣＯ2 濃度の低い部分の占める割合
が大きくなる。このため、排気ガス中のＣＯ2 濃度の時
間変化は、図１６（ａ）のように一時的なピークを形成
するので、ＥＧＲガスのＣＯ2 濃度を高く維持するに
は、第１の排気弁１６ａの作動角を狭めた方がよい。
【００８６】一方、高負荷側、すなわち、燃料噴射量が
多い場合には、図１５（ｂ）に示すように、ＣＯ2 濃度
の高い部分は点火栓１５周りの比較的広い範囲に拡大す
るため、排気ガス中のＣＯ2 濃度は、図１６（ｂ）のよ
うに高濃度値をある程度の時間維持する。従って、第１
の排気弁１６ａの作動角を比較的広くとったとしても、
ＥＧＲガス中のＣＯ2 濃度を高く維持することができ
る。
多い場合には、図１５（ｂ）に示すように、ＣＯ2 濃度
の高い部分は点火栓１５周りの比較的広い範囲に拡大す
るため、排気ガス中のＣＯ2 濃度は、図１６（ｂ）のよ
うに高濃度値をある程度の時間維持する。従って、第１
の排気弁１６ａの作動角を比較的広くとったとしても、
ＥＧＲガス中のＣＯ2 濃度を高く維持することができ
る。
【００８７】以上のように、排気弁１６ａのバルブタイ
ミングを運転条件に応じて連続的に可変とすることで、
ＥＧＲガス中のＣＯ2 濃度を常に高い状態に保つことが
でき、また均質燃焼との間の排気弁作動角切換え段差に
よる運転性への悪影響も防ぐことができる。
ミングを運転条件に応じて連続的に可変とすることで、
ＥＧＲガス中のＣＯ2 濃度を常に高い状態に保つことが
でき、また均質燃焼との間の排気弁作動角切換え段差に
よる運転性への悪影響も防ぐことができる。
【００８８】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。図１７は、本実施形態に係るエンジン２００の
構造を示す概略図である。前述のエンジン１と同一の構
成部分については、図２における符号と同一の符号を付
している。
明する。図１７は、本実施形態に係るエンジン２００の
構造を示す概略図である。前述のエンジン１と同一の構
成部分については、図２における符号と同一の符号を付
している。
【００８９】エンジン２００は、エンジン１と同様のエ
ンジンにおいて、吸排気弁８，１６の動弁装置として、
カム式の機構に代えて、電磁駆動式の機構（電磁アクチ
ュエータ７１，７２）を設けたものである。これによ
り、排気弁１６ａ，１６ｂのバルブタイミング及びリフ
ト量を、任意に可変設定することができる。
ンジンにおいて、吸排気弁８，１６の動弁装置として、
カム式の機構に代えて、電磁駆動式の機構（電磁アクチ
ュエータ７１，７２）を設けたものである。これによ
り、排気弁１６ａ，１６ｂのバルブタイミング及びリフ
ト量を、任意に可変設定することができる。
【００９０】図１８は、エンジン２００の排気弁１６
ａ，１６ｂの成層燃焼運転時におけるリフトカーブの一
例を示しており、プロフィールＰra３は第１の排気弁１
６ａに、またプロフィールＰrb３は第２の排気弁１６ｂ
に対応する。このように、成層燃焼運転時に、燃焼室か
らＣＯ2 濃度の高い排気ガスが排出されるタイミングに
あわせて第１の排気弁１６ａを開き、これとともに第２
の排気弁１６ｂのリフト量を小さくすることも可能であ
る。
ａ，１６ｂの成層燃焼運転時におけるリフトカーブの一
例を示しており、プロフィールＰra３は第１の排気弁１
６ａに、またプロフィールＰrb３は第２の排気弁１６ｂ
に対応する。このように、成層燃焼運転時に、燃焼室か
らＣＯ2 濃度の高い排気ガスが排出されるタイミングに
あわせて第１の排気弁１６ａを開き、これとともに第２
の排気弁１６ｂのリフト量を小さくすることも可能であ
る。
【００９１】なお、ここでは、吸気弁８及び排気弁１６
の両方を電磁駆動する例を示しているが、これらのうち
一方のみを電磁駆動し、他方はカムにより駆動すること
としてもよい。
の両方を電磁駆動する例を示しているが、これらのうち
一方のみを電磁駆動し、他方はカムにより駆動すること
としてもよい。
【００９２】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。図１９は、本実施形態に係るエンジン３００の
構造を示す平面図である。前述のエンジン１と同一の構
成部分については、図２における符号と同一の符号を付
している。
明する。図１９は、本実施形態に係るエンジン３００の
構造を示す平面図である。前述のエンジン１と同一の構
成部分については、図２における符号と同一の符号を付
している。
【００９３】このように、燃焼室内に燃料を直接噴射す
る燃料噴射弁８１の噴射方向を、第１の排気ポート２０
ａの開口部（排気弁）に向けて設定し、この開口部近傍
に燃焼に寄与することのできる混合気を集中させる。こ
れにより、燃焼に寄与して生成されたＣＯ2 濃度の高い
排気ガスを、第２の排気ポート２０ｂよりも、第１の排
気ポート２０ａ内に多量に取り込むことができる。
る燃料噴射弁８１の噴射方向を、第１の排気ポート２０
ａの開口部（排気弁）に向けて設定し、この開口部近傍
に燃焼に寄与することのできる混合気を集中させる。こ
れにより、燃焼に寄与して生成されたＣＯ2 濃度の高い
排気ガスを、第２の排気ポート２０ｂよりも、第１の排
気ポート２０ａ内に多量に取り込むことができる。
【００９４】ここに、燃料噴射弁８１は、本発明の排気
ガス分離手段を構成する。以上に説明したように、本発
明によれば、成層燃焼運転時において、ＥＧＲガス中の
ＣＯ2 濃度を従来よりも高めることができる。
ガス分離手段を構成する。以上に説明したように、本発
明によれば、成層燃焼運転時において、ＥＧＲガス中の
ＣＯ2 濃度を従来よりも高めることができる。
【００９５】これにより、ＥＧＲ流量に対するＥＧＲ効
果がこれまで以上に高められ、成層燃焼運転時における
ＥＧＲバルブ開度をこれまでよりも小さく設定すること
できるようになるので、成層燃焼運転領域の拡大や、Ｅ
ＧＲ装置の低流量化を図ることができる。
果がこれまで以上に高められ、成層燃焼運転時における
ＥＧＲバルブ開度をこれまでよりも小さく設定すること
できるようになるので、成層燃焼運転領域の拡大や、Ｅ
ＧＲ装置の低流量化を図ることができる。
【００９６】さらに、成層／均質燃焼切換え時における
ＥＧＲバルブ目標開度差が縮小されるので、上記切換え
時におけるＥＧＲ制御の応答性を向上することができ、
ＥＧＲ目標追従性の悪化に起因するＮＯｘ生成量の増大
や、燃焼悪化を抑制することもできる。
ＥＧＲバルブ目標開度差が縮小されるので、上記切換え
時におけるＥＧＲ制御の応答性を向上することができ、
ＥＧＲ目標追従性の悪化に起因するＮＯｘ生成量の増大
や、燃焼悪化を抑制することもできる。
【図１】本発明の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の構成
を概略示す断面図
を概略示す断面図
【図３】同上内燃機関の平面図
【図４】同上内燃機関の排気弁のリフトカーブを示す図
【図５】燃焼方式選択ルーチンのフローチャート
【図６】ＥＧＲ制御ルーチンのフローチャート
【図７】ＥＧＲバルブ目標開度演算ルーチンのフローチ
ャート
ャート
【図８】換算ＥＧＲ流量演算ルーチンのフローチャート
【図９】成層燃焼運転時における燃焼直後の燃焼室内の
ＣＯ2 濃度の分布傾向を示す図
ＣＯ2 濃度の分布傾向を示す図
【図１０】成層燃焼運転時に燃焼室から排出される排気
ガス中のＣＯ2 濃度の時間変化を示す図
ガス中のＣＯ2 濃度の時間変化を示す図
【図１１】成層燃焼運転時における排気状況の推移を示
す図
す図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の構
成を概略示す断面図
成を概略示す断面図
【図１３】目標バルブ作動角設定ルーチンのフローチャ
ート
ート
【図１４】同上ルーチンにより設定される排気弁の２種
類のリフトカーブを示す図
類のリフトカーブを示す図
【図１５】ＣＯ2 濃度分布の目標トルクに応じた変化傾
向を示す図
向を示す図
【図１６】排気ガス中のＣＯ2 濃度の時間変化及び排気
弁作動角の目標トルクに応じた変化傾向を示す図
弁作動角の目標トルクに応じた変化傾向を示す図
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る内燃機関の構
成を概略示す断面図
成を概略示す断面図
【図１８】同上内燃機関の排気弁のリフトカーブの一例
を示す図
を示す図
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る内燃機関の作
用を示す図
用を示す図
１…エンジン ２…吸気通路 ４…エアフローメータ ５…スロットル弁 ６…コレクタ ７…吸気ポート ８…吸気弁 ９…シリンダ １１…吸気側カム １４…燃料噴射弁 １５…点火栓 １６…排気弁 １７…排気通路 １９…排気側カム ２０…排気ポート ３１…ＥＧＲ通路 ３２…ＥＧＲバルブ ４１…電子制御ユニット ６１…排気側作動角可変機構 ７１…吸気側電磁アクチュエータ ７２…排気側電磁アクチュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ｚ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｎ ３０１Ｚ (72)発明者 福田 隆 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 土田 博文 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G018 AA05 AA12 AB02 AB08 AB16 AB17 BA02 CA01 CA11 DA34 DA70 3G062 AA03 AA07 BA02 BA04 BA05 BA06 BA09 EA10 EB15 ED02 FA05 FA06 FA13 GA01 GA04 GA05 GA06 GA08 GA17 3G084 AA04 BA20 BA23 DA10 DA13 FA10 FA20 FA33 FA38 3G092 AA01 AA06 AA09 AA11 AA17 DA02 DA04 DC03 DC10 EA12 EA16 FA17 FA50 HA01Z HE01Z HE03Z HE08Z HF08Z
Claims (11)
- 【請求項１】燃焼室内に、点火栓近傍領域が可燃空燃比
となり、その周辺領域が稀薄な不可燃空燃比となる混合
気層を形成して、成層燃焼を行わせることのできる内燃
機関の排気浄化装置であって、 前記成層燃焼により発生した排気ガスから、燃焼に寄与
した排気ガスを分離する排気ガス分離手段と、 該手段により分離された燃焼に寄与した排気ガスの少な
くとも一部を吸気系に還流する排気還流手段と、 を含んで構成される内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項２】前記排気ガス分離手段は、燃焼に寄与した
排気ガスと燃焼に寄与しなかった排気ガスとを分離し
て、前記燃焼に寄与した排気ガスを第１の排気通路内
に、前記燃焼に寄与しなかった排気ガスを第２の排気通
路内に至らしめ、 前記排気還流手段は、前記第１の排気通路より排気ガス
の一部を吸気系に還流することを特徴とする請求項１記
載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項３】前記排気ガス分離手段は、前記第１の排気
通路側の第１の排気弁と前記第２の排気通路側の第２の
排気弁とのバルブタイミングを異ならせ、前記第１の排
気弁の開時期を前記第２の排気弁の開時期より遅く設定
し、前記第１の排気弁の閉時期を前記第２の排気弁の閉
時期より早く設定して、排気ガスを分離することを特徴
とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項４】燃焼室内に、点火栓近傍領域が可燃空燃比
となり、その周辺領域が稀薄な不可燃空燃比となる混合
気層を形成して、成層燃焼を行わせることのできる内燃
機関の排気浄化装置であって、 成層燃焼運転時にて、第１の排気通路側の第１の排気弁
は、第２の排気通路側の第２の排気弁の開時期より遅く
開弁して、該第２の排気弁の閉時期より早く閉弁し、 前記第１の排気通路内の排気ガスの少なくとも一部を吸
気系に還流することを特徴とする内燃機関の排気浄化装
置。 - 【請求項５】成層燃焼運転時にて、前記第１の排気弁と
前記第２の排気弁とがともに開弁しているときに、前記
第１の排気通路の開口部の最小面積は、前記第２の排気
通路の開口部の最小面積より大きいことを特徴とする請
求項３又は４記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項６】前記第１の排気弁のバルブタイミングを機
関運転条件に応じて可変に設定可能な第１のバルブタイ
ミング可変手段を備えることを特徴とする請求項３〜５
のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項７】前記第１のバルブタイミング可変手段は、
前記機関運転条件としての機関回転数及び負荷のうち少
なくとも一方の増加にあわせて、前記第１の排気弁の弁
開期間を延長することを特徴とする請求項６記載の内燃
機関の排気浄化装置。 - 【請求項８】前記第１のバルブタイミング可変手段は、
均質燃焼運転時にて、前記第１の排気弁のバルブタイミ
ングを前記第２の排気弁のバルブタイミングに設定する
ことを特徴とする請求項３〜７のいずれか１つに記載の
内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項９】前記第２の排気弁のバルブタイミングを可
変に設定可能な第２のバルブタイミング可変手段を備
え、 均質燃焼運転時にて、前記第１及び第２の排気弁のバル
ブタイミングを同時期に設定することを特徴とする請求
項３〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装
置。 - 【請求項１０】前記第１及び第２のバルブタイミング可
変手段のうち少なくとも一方は、バルブタイミングを連
続的に設定可能であることを特徴とする請求項３〜９の
いずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項１１】前記排気ガス分離手段は、燃焼室内に燃
料を直接噴射する燃料噴射弁により、前記第１の排気通
路側の第１の排気弁及び前記第２の排気通路側の第２の
排気弁のうち、前記第１の排気弁の方向に燃料を噴射し
て、排気ガスを分離することを特徴とする請求項２記載
の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000213810A JP3617419B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000213810A JP3617419B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002030992A true JP2002030992A (ja) | 2002-01-31 |
| JP3617419B2 JP3617419B2 (ja) | 2005-02-02 |
Family
ID=18709504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000213810A Expired - Lifetime JP3617419B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3617419B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008069657A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP2012026342A (ja) * | 2010-07-22 | 2012-02-09 | Tokyo Gas Co Ltd | Ｃｏ２回収型発電システム及びその運転制御方法 |
| JP2013204436A (ja) * | 2012-03-27 | 2013-10-07 | Daihatsu Motor Co Ltd | 内燃機関 |
-
2000
- 2000-07-14 JP JP2000213810A patent/JP3617419B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008069657A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP2012026342A (ja) * | 2010-07-22 | 2012-02-09 | Tokyo Gas Co Ltd | Ｃｏ２回収型発電システム及びその運転制御方法 |
| JP2013204436A (ja) * | 2012-03-27 | 2013-10-07 | Daihatsu Motor Co Ltd | 内燃機関 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3617419B2 (ja) | 2005-02-02 |
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