【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関および内燃機関の燃焼方法に関し、特に、気筒内に燃料を直接噴射し、主として点火により燃焼させる筒内噴射ガソリンエンジンおよびその燃焼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気筒内（燃焼室内）に直接燃料を噴射する内燃機関（筒内噴射ガソリンエンジン）においては、部分負荷域において、燃料消費率を低減するために、混合気の成層化を図り、燃焼性を確保しつつ、スロットル弁を開いて燃料に対して空気を過剰とし、ポンピングロスを低減する手法が広く知られている。
【０００３】
また、このような燃焼形態では主として窒素酸化物（以下ＮＯｘと略す）の低減が必要になるので、ＮＯｘ還元触媒を用いてこれを解決するようにしたものが公知である（例えば、特許文献１）。
【０００４】
この内燃機関は、排気管に吸蔵型ＮＯｘ触媒と三元触媒からなる排気浄化触媒装置が取り付けられており、リーン空燃比で運転中にはＮＯｘ触媒にＮＯｘを吸着させ、吸蔵型ＮＯｘ触媒が吸蔵したＮＯｘを理論混合比（ストイキ）あるいはリッチ空燃比での運転によって還元除去させる構成となっている。以下、これをリッチスパイクと呼ぶ。そして、ＮＯｘ吸蔵型触媒が経時変化により劣化した際には、リッチ時間を長くとることにより、ＮＯｘの大気放出を避けるようにしている。
しかしながら、この方法には次に示すような問題点がある。
【０００５】
（１）リッチスパイク中には成層燃焼による燃費低減ができないばかりか、ＮＯｘ還元のためのエネルギとしては無駄な燃料を消費しており、せっかく希薄混合気により燃費を低減しても、リッチスパイクにより相殺されてしまうので、実質の燃費低減率が低くなってしまう。
【０００６】
（２）現在の技術では、ＮＯｘ還元触媒におけるＮＯｘの浄化率は、最高でも９０％程度で、三元触媒を用いた場合の９９％以上の浄化率と比べ、残留エミッションで比較すると、かなりの性能差があり、希薄燃焼によるＮＯｘの低減を考慮したとしても、テールパイプ、すなわち排気管からのエミッションの悪化を招く。
【０００７】
これを解決するために、本発明者らは、これまでに理論混合比成層燃焼エンジンを考案している。これは、ポンピングロス低減のためにリーン混合気とするのではなく、ＥＧＲ（排気還流）ガスを用い、これらを、例えば、上下に仕切った吸気通路の一方から燃焼室に吸入させることで、燃焼室内に吸入空気とＥＧＲガスからなる別々のスワールまたはタンブルを生成させる。そして、燃焼室内の吸入空気に向かって燃料を噴射し、局所的に混合気を作り、これを点火する。これにより、全体としての空燃比を理論混合比に保ち、三元触媒を利用することで、高いＮＯｘ浄化率と燃費低減の両立を図ろうとするものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２０７８１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成においては、次に示すような問題点がある。すなわち、主として吸入空気からなるスワールまたはタンブルと、ＥＧＲガスからなるスワールまたはタンブルは、燃焼室内で互いに逆方向に回転し、かつ中心軸の異なる流れであるため、その端部同士がぶつかり合って混り合い、期待したような吸入空気とＥＧＲガスの分離が十分でなく、ＥＧＲガスの流量を増やすと、燃焼が悪化しやすい。
【００１０】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、排気浄化効率の高い三元触媒を有効に使用することにより、低コストでエミッションの悪化を抑制し、さらに、成層燃焼時にもリッチスパイクを行なわず、燃費の悪化を防じ、吸気行程から燃焼（点火）時点まで吸入空気とＥＧＲガスとが混じ合うことを効果的に抑制し、ＥＧＲガスが多い運転条件でも燃焼悪化を生じることがない内燃機関およびその燃焼方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による内燃機関は、燃料を燃焼室内に直接噴射する機構と、燃焼後の排気ガスを燃焼室に還流させる機構と、吸気通路の一部を閉塞してタンブルを生成する機構を備えており、前記吸気通路が３つ以上の区画に区分され、その第１の区画には吸入空気を主とする気体を通過させ、第２の区画には排気還流ガスを主とする気体を通過させ、第３の区画は閉塞する。
【００１２】
より詳細には、一つの燃焼室毎に２個の吸気弁および互いに並行な２本の独立吸気通路を有し、その各々の独立吸気通路が仕切板により下部通路と上部内側通路と上部外側通路との３区分され、前記下部通路および前記上部外側通路を閉塞する吸気制御弁を有し、前記上部外側通路に排気還流ガスを主とする気体を供給し、前記上部内側通路から吸入空気を流入させる、或いは、一つの燃焼室毎に２個の吸気弁および互いに並行な２本の独立吸気通路を有し、その各々の独立吸気通路が仕切板により外側通路と内側上部通路と内側下部通路との３区分され、前記外側通路および前記内側下部通路を閉塞する吸気制御弁を有し、前記外側通路に排気還流ガスを主とする気体を供給し、前記内側上部通路から吸入空気を流入させる。
【００１３】
この発明による内燃機関によれば、例えば、低負荷域では吸気制御弁を閉じ、排気還流ガスを主とする気体、つまりＥＧＲガスを、吸気制御弁によって閉塞されている区画に流入させておく。そして吸気弁が開くと、吸気通路の外側からはＥＧＲガスが燃焼室内に流入し、中心側（内側）には吸入空気が流入する。これらの２種類のガスは、同一方向で、略同一中心軸を持つタンブルとして流入するため、エンジンの吸気行程から圧縮行程の後半に至るまで、吸入空気とＥＧＲガスは混合せず、それぞれ独立したままになる。
【００１４】
圧縮行程後半において、吸入空気によるタンブルに向けて燃料を噴射する。混合気の空燃比は理論空燃比になるように燃料噴射量を制御する。このようにすれば、排出されるＥＧＲガスも、理論空燃比で燃焼した排気ガスと同様の組成になる。こうして混合気の成層化をはかり、ポンピングロスや冷却損失の低減により燃費を低減しながら、ガス全体としての空燃比を、三元触媒が利用できる理論空燃比とし、ＮＯｘ、ＨＣを同時に浄化する。
【００１５】
内燃機関が、高い負荷を必要とする場合には、吸気制御弁を開くことにより吸気抵抗を軽減して吸入空気量を増やし、かつ、燃料を吸気行程に噴射することにより十分な気化時間、および空気との混合時間を確保し、均質燃焼を行ない、必要な出力を確保することができる。
【００１６】
この発明による内燃機関は、負荷に応じた前記吸気制御弁の開閉制御により混合気の成層化あるいは均質な混合気の生成を行ない、いずれの場合にも混合気全体の空燃比が、三元触媒を作動させるために必要な理論空燃比近傍になるように制御する。これにより、全運転域において、三元触媒を有効に利用でき、ＮＯｘ、ＨＣを同時に高浄化率で浄化できる。
【００１７】
この発明による内燃機関は、吸気通路に排気還流ガスを主とする気体を供給するポートが吸気通路下流の燃焼室の方向に指向性をもって開口しており、燃焼室内における排気還流ガスによるタンブルの生成を助長できる。
【００１８】
この発明による内燃機関は、吸気弁の開閉時期を可変設定する機構を備えていてよく、成層燃焼時には、吸排気弁のオーバラップ期間がないよう、あるいは少なくなるよう、均質燃焼時に比して吸気弁の開閉時期タイミングを遅らせばよい。
【００１９】
また、この発明による内燃機関は、燃料を燃焼室内に直接噴射する機構と、燃焼後の排気ガスを機関燃焼室に還流させる機構と、燃焼室内で二つ以上のタンブルを生成する機構を備え、前記タンブル生成機構は、そのタンブルの組成が、一方は空気または可燃性混合気を主体とし、他方は排気還流ガス（ＥＧＲガス）を主とする気体とし、互いに回転方向が同一のタンブルとなるように形成される。
【００２０】
これらの２種類のガスは、同一方向で、略同一中心軸を持つタンブルとして流入するため、エンジンの吸気行程から圧縮行程の後半に至るまで、吸入空気とＥＧＲガスは混合せず、それぞれ独立したままになる。
【００２１】
また、この発明による内燃機関は、前記タンブルを生成する機構は、３つ以上に区分される同一方向に回転する同軸上のタンブルを生成し、そのうち、燃焼室内で、吸入空気を主とするタンブルが中央にあり、これを両側から挟みこむように排気還流ガスを主とするタンブルを生成する。そして、中央に存在する吸入空気を主とするタンブルに対して燃料噴射を行なう燃料噴射手段を有する。これにより、吸入空気によるタンブルに向けて燃料が噴射され、ポンピングロスが少ない良好な成層燃焼が行われる。
【００２２】
また、この発明による内燃機関は、タンブルによる成層燃焼と、通常吸気による均質燃焼とを運転状態に応じて切り換え、成層燃焼時には圧縮行程の後半で燃料を噴射し、均質燃焼時には吸気行程で燃料を噴射する。これにより、成層燃焼時には、吸入空気によるタンブルに向けて燃料を的確に噴射でき、均質燃焼時には、噴霧の気化時間および拡散時間を長くして吸入空気との混合を促進し、混合気の均質度を高めることができる。
【００２３】
また、上述の目的を達成するために、この発明による内燃機関の燃焼方法は、燃料を燃焼室内に直接噴射し、燃焼室内に、空気または可燃性混合気を主体としたタンブルと、排気還流ガスを主とする気体によるタンブルを互いに回転方向のタンブルとして生成し、燃料を燃焼室内の空気または可燃性混合気を主体としたタンブルに対して直接噴射し、成層燃焼を行なう。
この発明による内燃機関の燃焼方法によれば、排気還流ガスの使用により、ポンピングロスがない良好な成層燃焼を行なうことができる。
【００２４】
また、この発明による内燃機関の燃焼方法は、タンブルによる成層燃焼と、通常吸気による均質燃焼とを運転状態に応じて切り換え、成層燃焼時には圧縮行程の後半で燃料を噴射し、均質燃焼時には吸気行程で燃料を噴射する。これにより、成層燃焼時には、吸入空気によるタンブルに向けて燃料が的確に噴射され、均質燃焼時には、噴霧の気化時間および拡散時間を長くして吸入空気との混合を促進し、混合気の均質度を高めることができる。
【００２５】
この発明による内燃機関の燃焼方法では、成層燃焼時と均質燃焼時のいずれの場合も、混合気全体の空燃比を、三元触媒を作動させるために必要な理論空燃比近傍とする。これにより、三元触媒を有効に利用してＮＯｘ、ＨＣを同時に高浄化率で浄化でき、成層燃焼時にもリッチスパイクを行なわず、燃費の悪化を防ぐことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明による内燃機関の実施形態１を図１〜図８を参照して説明する。図１、図３は一つの気筒を上から見たもの、図２、図４は同じくそれを横方向から見たものについて示す。また、図５は独立吸気管流路の断面図を、図６は吸気制御弁を示している。なお、本発明の内燃機関は、主として多気筒エンジンを想定しているが、図では理解を簡単にするために１つの気筒について説明する。
この内燃機関（エンジン）は、各気筒毎に、２つの吸気弁１１１ａ、１１１ｂと、２つの排気弁１１２ａ、１１２ｂを有する４バルブ方式のものである。
【００２７】
吸気管１０１は、内燃機関（エンジン）の燃焼室１２３に近づくと、互いに並行な２つの独立吸気通路（吸気ポート）１０１ａ、１０１ｂに分かれ、各々個別の吸気弁１１１ａ、１１１ｂによって開閉される。吸気弁１１１ａ、１１１ｂは、可変カム式、電動式のもので、開閉時期を可変設定できる開閉時期可変式のものである。
【００２８】
独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂは、各々、逆Ｔ字形の断面形状をもつ仕切板１０２によって、下部通路Ａと、上部内側通路Ｂと、上部外側通路Ｃとに３区分される。これら下部通路Ａ、上部内側通路Ｂ、上部外側通路Ｃを区画通路部と呼ぶ。実施形態１では、下部通路Ａと上部内側通路Ｂと上部外側通路Ｃの通路断面積の比率が、２：１：１になっている。
【００２９】
この各独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの区画通路部より上流部に、吸気制御弁１０３ａ、１０３ｂが設けられている。吸気制御弁１０３ａ、１０３ｂは、共通の弁軸１２０に取り付けられ、同時に同様に開閉される。吸気制御弁１０３ａ、１０３ｂは、各々９０度の回転角範囲に亘って切欠部１２１ａ、１２１ｂを有するバタフライ弁であり、弁開時には、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々の下部通路Ａ、上部内側通路Ｂ、上部外側通路Ｃを全て開き、弁閉時には、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々の下部通路Ａと上部外側通路Ｃを閉塞し、切欠部１２１ａ、１２１ｂによって上部内側通路Ｂの連通のみを維持する。
【００３０】
燃料噴射弁１２２は燃焼室１２３内に燃料（ガソリン系燃料）を直接噴射するように取り付けられている。吸入空気は、エアクリーナ１０６を通り、エアフローメータ１０５で流量を計測され、電子制御式のスロットル弁１０４で流量を調節された後、コレクタ１１６で各気筒に分配される。その後、前述の独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂを通り、吸気弁１１１ａ、１１１ｂが開いた際に燃焼室１２３に流入する。
【００３１】
燃焼室１２３の頂部中央に点火プラグ１１３があり、点火プラグ１１３が燃料噴射弁１２２より噴射された燃料と吸入空気との混合気の点火を行なう。これにより、燃焼室１２３内で混合気の燃焼が行われる。
【００３２】
燃焼室１２３で燃焼したガスは、排気弁１１２ａ、１１２ｂの弁開によって排気ポート１２５ａ、１２５ｂより排気管１１０へ排出される。この既燃焼ガス（排気ガス）は排気管１１０を通った後、三元触媒コンバータ１１５によって浄化され、消音器（図示しない）を通って大気中に排気される。
【００３３】
排気ガスの一部はＥＧＲ制御弁１０８によって流量を調節されつつＥＧＲ通路１０９によって吸気管１０１に還流する。これが排気ガス再循環（ＥＧＲ）である。ＥＧＲ通路１０９は、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々の上部外側通路Ｃに連通し、燃焼室１２３の方向に向けて開口したＥＧＲポート１０９Ａ（図７（ｂ）参照）より排気還流ガス（ＥＧＲガス）を噴出する。
【００３４】
インジェクタ１２２の燃料噴射時期と、点火プラグ１１３の点火時期と、吸気制御弁１０３ａ、１０３ｂ、スロットル弁１０４、ＥＧＲ制御弁１０８のそれぞれの開度は、エアフローメータ１０５で計測された吸入空気量、アクセル開度、エンジン水温、エンジン回転数、車速（いずれもその入力を行なうセンサを図示していない）などの情報を元に、コンピュータによる電子式エンジン制御装置（ＥＣＵ）２０１によって最適値、最適時期に設定、制御される。
【００３５】
主に、エンジンの低負荷時において成層燃焼を行なうときには、まず、吸気制御弁１０３ａ、１０３ｂを閉じ、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々の下部通路Ａと上部外側通路Ｃを閉塞し、ＥＧＲ通路１０９、ＥＧＲ制御弁１０８を用いてＥＧＲガスを閉塞状態の上部外側通路Ｃの区画に流入させ、充填しておく。
【００３６】
エンジンの吸気行程で、２つの吸気弁１１１ａ、１１１ｂを開く。このとき、後述するように吸気弁１１１ａ、１１１ｂの開弁時期は通常よりも遅らせる。ピストン１０７の降下によって燃焼室１２３に発生した負圧により、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々の上部外側通路ＣからＥＧＲガスが燃焼室１２３内に流入する。これにより、燃焼室１２３内に、図２で見て反時計廻り方向に旋回するＥＧＲガスによるタンブル（縦渦）Ｔｅｇｒａ、Ｔｅｇｒｂが発生する。
【００３７】
また、これとほぼ同時に、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々の上部内側通路Ｂから燃焼室１２３に吸入空気が流入する。これにより、燃焼室１２３内に、図２で見て反時計廻り方向に旋回する吸入空気によるタンブル（縦渦）Ｔｉｔが発生する。このタンブル（縦渦）Ｔｉｔは、独立吸気通路１０１ａの上部内側通路Ｂ、独立吸気通路１０１ｂの上部内側通路Ｂとが互いに隣接していることにより、独立吸気通路１０１ａからの吸入空気と独立吸気通路１０１ｂからの吸入空気とが合流した流束によるものになる。
【００３８】
図１および図２に示されているように、これらのタンブルＴｅｇｒａ、Ｔｅｇｒｂ、Ｔｉｔの関係は、吸入空気によるタンブルＴｉｔが２つのＥＧＲガスによるタンブルＴｅｇｒａ、Ｔｅｇｒｂによって両側を挟まれており、またこれら３つのタンブルＴｅｇｒａ、Ｔｅｇｒｂ、Ｔｉｔは同一方向に旋回し、かつ、その旋回軸は略同一である。これにより、縦旋回するＥＧＲガスと同じく縦旋回する吸入空気との相対速度は小さく、衝突流、せん断流による混合が起こりにくいため、ＥＧＲガスと吸入空気との成層化状態を比較的長期間維持することができる。
【００３９】
続いて圧縮行程では、吸気弁１１１ａおよび１１１ｂが閉じ、ピストン１０７が上昇して燃焼室１２３内が圧縮される。ここで、燃料噴射弁１２２から燃料を燃焼室１２３内の中央部に噴射する。この燃料噴射弁１２２からの燃料噴霧Ｆが専ら吸入空気によるタンブルＴｉｔの領域に向かい、かつ、燃焼室１２３の壁面に衝突しないよう、燃料圧力等を調節して噴霧の広がり角や噴霧貫通力、すなわちペネトレーションを予め最適に設定しておく。燃料噴霧Ｆのうち、図２の上方に向かう成分が、下方に向かう成分よりも大きくなる、いわゆる偏向噴霧に設定しておく。
【００４０】
このように構成することによって、吸入空気によるタンブルＴｉｔと燃料噴霧Ｆとの混合が効率よく行われ、さらに燃料噴射時期を適切に選定することにより、点火プラグ１１３近傍の混合気をややリッチにして点火の安定度を高めることが可能になる。
【００４１】
ここで、吸入空気と燃料の混合比、すなわち空燃比は、三元触媒コンバータ１１５によって効率的に排気浄化が可能な理論空燃比近くになるように調節することが重要である。
圧縮行程の後半、すなわち最適な点火時期になったとき、ＥＣＵ２０１からの信号によって点火プラグ１１３が放電し、混合気の点火、燃焼が行われる。
【００４２】
このようにして燃焼室１２３の中心部に、良好な燃焼ができる理論空燃比の混合気を形成しながら、ＥＧＲガスにより全体としての吸気量を増やし、ポンピングロスや冷却損失を減らして燃費を向上させる。
【００４３】
従来技術のように希薄混合気で運転しないので、リーンＮＯｘ触媒を使用する必要がなく、ＮＯｘ触媒再生のためのリッチスパイクによる燃費の悪化や、ＮＯｘの除去率が低く排気浄化の効果が小さいといった問題もない。また、リーンＮＯｘ触媒と三元触媒を両方使用する必要がないため、コストダウンも図ることができる。
【００４４】
図７（ａ）、（ｂ）は低負荷時の吸気通路の状態を示している。図７（ａ）は図５に示されている独立吸気管通路１０１ｂのＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面の内側部分を、図７（ｂ）は同じくＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面の外側部分を、それぞれ内側すなわち独立吸気通路１０１ａ側から見た図である。なお、以下の独立吸気管通路１０１ｂに関する説明は、もう一方の独立吸気管通路１０１ａでも同じである。
【００４５】
低負荷時には、吸気制御弁１０３ｂが閉じられ、独立吸気通路１０１ｂの下部通路Ａと上部外側通路Ｃが閉じられる。そして、ＥＧＲ通路１０９からＥＧＲガスが上部外側通路Ｃに流入して滞留し、このＥＧＲガスはエンジンの吸気行程で燃焼室１２３に流入する。一方、上側内側通路Ｂは開放されており、エンジンの吸気行程で、そのまま吸入空気が燃焼室１２３に流入する。このようにして、燃焼室１２３内にＥＧＲガスによるタンブルＴｅｇｒｂと吸入空気によるタンブルＴｉｔを別々に生成することができる。
【００４６】
図３、図７、図８はエンジンの高負荷時の状態を示している。高負荷時には、スロットル弁１０４の開度を大きくし、吸入空気量を増やす。また、吸気制御弁１０３ａ、１０３ｂは全開し、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々の下部通路Ａ、上部内側通路Ｂ、上部外側通路Ｃが連通状態になり、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの全ての通路Ａ、Ｂ、Ｃに吸入空気が流れる。これにより、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの通気抵抗が小さく、吸入空気量が多くなり、エンジンが高いトルクを得るようにすることができる。
【００４７】
高負荷時には、吸気行程で、インジェクタ１２２より燃料噴射を行なう。これにより、噴霧の気化時間および拡散時間を長くして吸入空気との混合を促進し、混合気の均質度を高めることができる。吸入空気量が大きいので、燃料噴射量を大きくすれば、多量の混合気形成を行なうことができ、大きなトルクを得ることができる。
【００４８】
なお、このときでも、負荷に応じてＥＧＲ制御弁１０８を開き、ＥＧＲ通路１０９からＥＧＲガスを流入させることができる。ＥＧＲ通路１０９の独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂへの開口部１０９Ａが燃焼室１２３を指向し、またそれぞれ外側に開口しているため、高負荷時に燃焼室１２３に流入するＥＧＲガスは燃焼室１２３の外側領域を流れることになる。
【００４９】
これにより、燃焼室１２３の中心部、すなわち点火プラグ１１３近傍にＥＧＲガスが多く流入することを防ぐことができ、高負荷領域でも、ポンピングロスを減らしながら、ＥＧＲガスによる燃焼悪化を防いで燃焼効率を高めることができる。
【００５０】
図９は本実施形態における吸排気弁のリフトカーブを示している。エンジンの低負荷時に、ＥＧＲ成層燃焼を行なわせようとする場合、既燃焼ガスと吸入空気の混合がなるべく少なくなるように、吸気弁の開閉タイミングを遅らせ（特性ＩＴａ）、排気弁１１２と吸気弁１１１ａおよび１１１ｂが同時に開弁する期間、すなわち弁オーバラップを小さくするか、またはオーバラップが起こらないようにする。なお、ＥＸは排気弁の開閉特性を示している。
【００５１】
これに対し、エンジンの高負荷時には、吸気効率が最大となるように、吸気弁の開閉時期（特性ＩＴｂ）を設定する。
このようにして、低負荷時にＥＧＲガスが流入しても燃焼悪化を防止し、また高負荷時のエンジントルクを高くすることができる。
【００５２】
次に、本実施形態の動作を図１０に示されているフローチャートを参照して説明する。まず、ＥＣＵ２０１は、エンジン回転数、アクセル開度、水温、吸気圧力、排気温度、ギヤ位置をそれぞれのセンサから読み込み（ステップＳ１１）、これを元にして目標トルクを演算する（ステップＳ１２）。
【００５３】
次に、この演算による目標トルクを用いてエンジン回転数−目標トルクの運転状態マップを参照し、ＥＧＲ成層運転を行なう領域か、均質運転を行なう領域なのかを決定し（ステップＳ１３）、決定した運転モードに合った適切な燃料噴射量、点火時期、スロット弁開度、ＥＧＲ制御弁開度を決定する（ステップＳ１４〜Ｓ１７）。
【００５４】
次に、現在設定されている運転モードがＥＧＲ成層運転モードであるか否かを判別を行なう（ステップＳ１８）。ＥＧＲ成層運転モードである場合には、吸気制御弁１０３ａ、１０３ｂを閉じ（ステップＳ１９）、燃料噴射時期をエンジンの圧縮行程に設定する（ステップＳ２０）。そして、吸気弁１１１ａ、１１１ｂの開閉時期を遅らせる側（特性Ｔｉａ）に設定する。
【００５５】
次に、エンジンが吸気行程に入ると、吸気弁１１１ａおよび１１１ｂが動作する（ステップＳ２１）。すなわち、成層運転を行なう場合には、仕切板１０２で区画された独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの上部内側通路Ｂと上部外側通路Ｃから、吸入空気およびＥＧＲガスが別々に燃焼室１２３に流入し、それぞれ別々のタンブルＴｉｔ、Ｔｅｇｒａ、Ｔｅｇｒｂを生成する（ステップＳ２２）。ここで、インジェクタ１２２より吸入空気のタンブルＴｉｔに対して指向性をもたせて圧縮行程で燃料噴射を行なう（ステップＳ２３）。これにより、専ら点火プラグ１１３の周りに混合気を形成しながら、周囲をＥＧＲガスで成層化し（ステップＳ２４）、点火、燃焼を行なうことができる（ステップＳ２５）。
【００５６】
これに対し、ＥＧＲ成層運転を行なわない、つまり均質運転を行なう場合には、吸気制御弁１０３ａ、１０３ｂを開き（ステップＳ２６）、燃料噴射時期をエンジンの吸気行程に設定する（ステップＳ２７）。そして、吸気弁の開閉時期をＥＧＲ成層運転の場合よりも進角側（特性Ｔｉｂ）に設定する。
【００５７】
そして、吸気弁１１１ａ、１１１ｂが早めに開き（ステップＳ）、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々全ての通路Ａ、Ｂ、Ｃから燃焼室１２３に空気が流入する。この状態では、吸気通路断面積が大きく、通気抵抗が少ないため、多くの空気が流入する（ステップＳ２９）。そして吸気行程で燃料噴射（を行なうことによりステップＳ３０）、気化時間を長くとることができ、混合気の均質性を高めることができる（ステップＳ３１）。
【００５８】
次に、決められた点火時期に従い点火を行なう（ステップＳ２５）。ここで燃焼が行われて出力が取り出され、続いて排気行程で燃焼ガスが排気通路１１０に排出される。以上により１回サイクルが終了し、これを繰り返すことによりエンジンの運転が行なわれる。
【００５９】
つぎに、本発明による内燃機関の実施形態２を図１１〜図１３を参照して説明する。なお、図１１〜図１３において、図１〜図５に対応する部分は、図１〜図５に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００６０】
この実施形態では、独立吸気通路１０１ａにはＥＧＲガスの供給を行なわず、独立吸気通路１０１ｂにのみ実施形態１と同様にＥＧＲガスの供給を行なう。
これに伴い、独立吸気通路１０１ａは、フラットな仕切板１２６によって下部通路Ａと上部通路Ｄとに２区分されている。独立吸気通路１０１ｂは、実施形態１と同様に、仕切板１０２によって、下部通路Ａと、上部内側通路Ｂと、上部外側通路Ｃとに３区分される。
【００６１】
独立吸気通路１０１ｂの吸気制御弁１０３ｂは、実施形態１のものと同様で、９０度の回転角範囲に亘って切欠部１２１ｂを有し、弁開時には、独立吸気通路１０１ｂの下部通路Ａ、上部内側通路Ｂ、上部外側通路Ｃを全て開き、弁閉時には、独立吸気通路１０１ｂの各々の下部通路Ａと上部外側通路Ｃを閉塞し、切欠部１２１ｂによって上部内側通路Ｂの連通のみを維持する。
【００６２】
これに対し、独立吸気通路１０１ａの吸気制御弁１０３ａは、独立吸気通路１０１ａの下部通路Ａのみを選択的に閉塞すべく、半円状のバタフライ弁によって構成されている。
【００６３】
この実施形態でも、低負荷時には、吸気制御弁１０３ａ、吸気制御弁１０３ｂが弁閉し、燃焼室１２３内には、主として吸入空気からからなるＴｉｔと、主としてＥＧＲガスからなるＴｅｇｒｂの二つが生成される。インジェクタ１２２はＥＣＵ２０１からの信号により、実施形態１と同様に、吸入空気からなるタンブルＴｉｔに向かって燃料を噴射する。
【００６４】
この実施形態では、ＥＧＲガス通路１０９の吸気管１０１への開口部（ＥＧＲポート）を１つにでき、構造が簡単で、より安価なシステムとすることができる。
つぎに、本発明による内燃機関の実施形態３を図１４、図１５を参照して説明する。
【００６５】
実施形態１では、独立吸気通路１０ａ、１０１ｂの各々の下部通路Ａと上部内側通路Ｂと上部外側通路Ｃの各々通路断面積の比率が、２：１：１になっているのに対し、実施形態３では、図１４に示されているように、仕切板１０２の配置位置によって独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々の下部通路Ａと上部内側通路Ｂと上部外側通路Ｃの各々通路断面積の比率が、３：２：１になっている。つまり、吸入空気側の上部内側通路Ｂの通路断面積がＥＧＲガス１側の上部外側通路Ｃの通路断面積の２倍になっており、吸入空気の割合を大きくしている。
【００６６】
当然、吸気制御弁１０３ａ、１０３ｂの形状は、上部内側通路Ｂの通路断面積が大きく、上部外側通路Ｃの通路断面積が小さくなるので、図１５に示されているように、これに対応した形状になる。
【００６７】
この実施形態において、燃焼室１２３内に生成されるタンブルは、実施形態１と同様に、吸入空気によるタンブルＴｉｔとＥＧＲガスによる２つのタンブルＴｅｇｒａ、Ｔｅｇｒｂの計３つで、吸入空気によるタンブルＴｉｔが２つのＥＧＲガスによるタンブルＴｅｇｒａ、Ｔｅｇｒｂによって両側を挟まれる。
【００６８】
この実施形態では、ＥＧＲガスの流量が少なく、吸気流量が比較的多いケースでも、燃焼室１２３に吸入される流速を上げ、とＥＧＲガスによるタンブルＴｅｇｒａ、Ｔｅｇｒｂの速度を速めて吸入空気の速度に近づけ、吸入空気とＥＧＲガスの混合を防止することができる。
【００６９】
なお、本実施形態より、ターゲットとする、よりＥＧＲガスを多く導入したい運転負荷領域に合わせて縦方向の仕切位置を最適化できることが明らかであり、これらは本発明の範囲に含まれる。
つぎに、本発明による内燃機関の実施形態４を図１６、図１７を参照して説明する。
【００７０】
この実施形態では、実施形態３とは逆に、ＥＧＲガスの通路断面積を大きくするために、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂについて、上下に分割する仕切板を廃止している。独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂは、図１６に示されているように、各々、横転Ｔ字形の断面形状をもつ仕切板１２７によって、ＥＧＲガスを供給される外側通路Ｅと、吸入空気用の内側上部通路Ｆおよび内側下部通路Ｇに３区分される。実施形態４では、外側通路Ｅと内側上部通路Ｆと内側下部通路Ｇの通路断面積の比率が２：１：１になっている。
【００７１】
吸気制御弁１０３ａ、１０３ｂは、実施形態１のものと同様の構成のものであり、弁開時には、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々の外側通路Ｅ、内側上部通路Ｆ、内側下部通路Ｇを全て開き、弁閉時には、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの各々の外側通路Ｅと内側下部通路Ｇを閉塞し、内側上部通路Ｆの連通のみを維持する。
【００７２】
この実施形態では、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの外側から流入するＥＧＲガスは、吸気通路の上下で流速に偏りが少なく、ＥＧＲガスによるタンブルＴｅｇｒａ、Ｔｅｇｒｂは弱くなる傾向がある。これに対し、独立吸気通路１０１ａ、１０１ｂの内側上部より燃焼室１２３に流入する吸入空気からなるタンブルＴｉｔは比較的強い。
【００７３】
このように構成すると、エンジンの負荷がごく小さい場合、例えば、アイドリング時などに吸入空気が少ない場合でも、強いタンブルＴｉｔにより燃料噴霧Ｆと吸入空気との混合を良好に行ないつつ、吸入空気とＥＧＲガスとの成層化を良好に行なうことができる。
【００７４】
なお、本実施形態でも。実施形態３と同様に、縦方向の仕切板位置は、ターゲットとする運転領域に対して最適となるように設定すればよいことが明らかであり、これらは本発明の範囲に含まれる。
【００７５】
図１８は本発明における内燃機関の回転数−トルクマップ上の成層−均質運転領域を示している。同一のエンジン回転数においては、負荷が小さいときには相対的に多量のＥＧＲガスを導入し、負荷が大きくなると、ＥＧＲガスは減少する。さらに負荷が大きくなると、均質燃焼に切り換える。
【００７６】
図１９は従来技術における回転数−トルクマップ上の成層−均質運転領域を、図２０は従来技術と本発明の燃料消費量を比較したものを、図２１は従来技術と本発明とのＮＯｘ排出量を比較したものをそれぞれ示している。
【００７７】
従来技術では、主として空気による成層化を行なっているが、本発明では、ＥＧＲガスを用いているので、エンジンの膨張行程において燃焼室内ガスの比熱比が増加し、エンジンの効率が向上する。また、ＥＧＲガスと可燃混合気との混合が最小限に抑えられるので、混合気の燃焼悪化を防ぐことができ、燃焼効率が向上する。このため、同一のエンジン回転数および負荷で比較した場合には、燃料消費量を少なくすることができる。
【００７８】
さらに、従来技術では、リーンＮＯｘ触媒の活性を維持するために、一定間隔でリッチスパイクをかける必要があり、この間の燃料消費が悪化する。このため、総合的な燃料消費量はさらに本発明のほうが小さくできる。
【００７９】
また、図２１に示されているように、本発明では、理論混合比での燃焼を主に行なうため、エンジン出口におけるＮＯｘ排出量は、リーン燃焼を行った場合よりもやや大きくなる。しかし、浄化効率（ＮＯｘ除去率）の大きな三元触媒を用いるため、触媒後すなわち大気開放時のＮＯｘレベルは従来の成層リーン運転の場合と比べてずっと低く、均質ストイキとほぼ同じレベルにすることができる。
【００８０】
本発明の効果を列挙すると、次のようになる。
（１）ＥＧＲガスを用いたため、成層燃焼を行ないポンピングロスを低減して効率向上を図りながら空燃比を常に理論空燃比近傍に保つことができ、三元触媒を有効に働かせて排気浄化を図れるので、従来のようなリーンＮＯｘ触媒を使用する必要がなく、リッチスパイクによる燃費の悪化が防止できるという効果がある。
（２）ＮＯｘの除去率が高く、排気浄化の効果が大きいという効果がある。
（３）リーンＮＯｘ触媒と三元触媒を両方使用する必要がないため、コストダウンも図ることができる。
（４）混合気とＥＧＲガスの成層化は吸気ポートやピストンキャビティの形状などによっていないので、高回転時や高負荷時の空気流動が妨げられることがなく、高出力で、かつ、低負荷時にポンピングロスが少なく燃費の良いエンジンにできる。
【００８１】
なお、以上の実施例では、ＥＧＲ成層による理論混合気燃焼の基本概念について述べたものであり、本発明の範囲は必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば吸気通路の本数、あるいは吸気通路の形状が変わった場合でも、それらの通路を部分的に閉塞する仕切板と吸気制御弁を持ち、閉塞部分にＥＧＲガスを導入し、かつ、バルブタイミングを可変することにより、ＥＧＲガスと可燃性混合気の成層化をはかる構成であれば、あきらかに本発明の範囲に含まれる。
【００８２】
さらに、本実施形態は自然吸気エンジンについて記載しているが、ＥＧＲガスを用いた成層燃焼を行なうことができれば、過給機付きエンジンに関しても同様の動作を行なわせることができる。この場合には、吸入空気の圧力が大気圧よりも高まるので、ＥＧＲガスを入れても吸入空気量を多くすることができ、自然吸気の場合よりも成層運転範囲を広くすることができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による内燃機関およびその燃焼方法によれば、燃焼室内に、空気または可燃性混合気を主体としたタンブルと排気還流ガスを主とする気体によるタンブルを回転方向が互いに同一のタンブルとして生成して成層燃焼を行なうから、ＥＧＲガスにより全体としての吸気量を増やし、ポンピングロスや冷却損失を減らして燃費を向上させることができ、排気浄化効率の高い三元触媒を有効に使用することにより、低コストでエミッションの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態１の内燃機関を成層燃焼状態時（低負荷時）に燃焼室上側から見た構成図。
【図２】図１の内燃機関の略横側から見た構成図。
【図３】図１の内燃機関を均質燃焼状態時（高負荷時）に燃焼室上側から見た構成図。
【図４】図３の内燃機関の略横側から見た構成図。
【図５】図１の内燃機関の独立吸気管通路の構成を示する断面図。
【図６】図１の内燃機関の吸気制御弁の形状を示す図。
【図７】（ａ）、（ｂ）は成層燃焼状態時（低負荷時）の図５の線ＶＩＩ−ＶＩＩによる断面図。
【図８】均質燃焼状態時（高負荷時）の図５の線ＶＩＩ−ＶＩＩによる断面図。
【図９】本発明による実施形態１の内燃機関の吸排気弁リフト特性を示す図。
【図１０】図１の内燃機関の制御フローを示すフローチャート。
【図１１】本発明による実施形態２の内燃機関を成層燃焼状態時（低負荷時）に燃焼室上側から見た構成図。
【図１２】図１１の内燃機関の独立吸気管通路の構成を示する断面図。
【図１３】図１１の内燃機関の吸気制御弁の形状を示す図。
【図１４】本発明による実施形態３の内燃機関の独立吸気管通路の構成を示する断面図。
【図１５】図１４の内燃機関の吸気制御弁の形状を示す図。
【図１６】本発明による実施形態４の内燃機関の独立吸気管通路の構成を示する断面図。
【図１７】図１６の内燃機関の吸気制御弁の形状を示す図。
【図１８】本発明における内燃機関の回転−トルクマップ上のＥＧＲ成層−均質運転領域を示すグラフ。
【図１９】従来技術における回転−トルクマップ上の成層−均質運転領域を示すグラフ。
【図２０】本発明と従来技術との燃料消費量の比較図。
【図２１】本発明と従来技術とのＮＯｘ排出量の比較図。
【符号の説明】
１０１…吸気管
１０１ａ…独立吸気通路
１０１ｂ…独立吸気通路
１０２、１２６、１２７…仕切板
１０３ａ、１０３ｂ…吸気制御弁
１０４…スロットル弁
１０８…ＥＧＲ制御弁
１０９…ＥＧＲ通路
１１０…排気管
１１１ａ、１１１ｂ…吸気弁
１１２ａ、１１２ｂ…排気弁
１１３…点火プラグ
１１５…三元触媒コンバータ
１２２…インジェクタ
１２３…燃焼室[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an internal combustion engine and a combustion method for an internal combustion engine, and more particularly, to a direct injection gasoline engine in which fuel is directly injected into a cylinder and burned mainly by ignition, and a combustion method thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine (in-cylinder injection gasoline engine) in which fuel is directly injected into a cylinder (combustion chamber), stratification of an air-fuel mixture is carried out in a partial load region in order to reduce a fuel consumption rate, and combustibility is reduced. It has been widely known that the throttle valve is opened to make the air excessive with respect to the fuel while the pumping loss is reduced.
[0003]
Further, in such a combustion mode, reduction of nitrogen oxides (hereinafter, abbreviated as NOx) is mainly required. Therefore, there is known an apparatus which solves this problem by using a NOx reduction catalyst (for example, Patent Document 1). ).
[0004]
In this internal combustion engine, an exhaust purification catalyst device comprising a storage NOx catalyst and a three-way catalyst is attached to an exhaust pipe. During operation at a lean air-fuel ratio, the NOx catalyst adsorbs NOx, and the storage NOx catalyst stores the NOx. NOx is reduced and removed by operation at a stoichiometric ratio or a rich air-fuel ratio. Hereinafter, this is called a rich spike. When the NOx storage catalyst deteriorates due to aging, the rich time is extended to prevent NOx from being emitted to the atmosphere.
However, this method has the following problems.
[0005]
(1) During the rich spike, not only the fuel consumption cannot be reduced by the stratified combustion, but also wasteful fuel is consumed as the energy for NOx reduction. Since they are offset, the actual fuel efficiency reduction rate becomes low.
[0006]
(2) With the current technology, the NOx purification rate of the NOx reduction catalyst is at most about 90%, which is considerably higher than the purification rate of 99% or more when a three-way catalyst is used, as compared with the residual emission. There is a difference in performance, and even if the reduction of NOx due to lean combustion is considered, the emission from the tail pipe, that is, the exhaust pipe, is deteriorated.
[0007]
In order to solve this, the present inventors have devised a stoichiometric stratified combustion engine. This is because instead of using a lean air-fuel mixture to reduce pumping loss, EGR (exhaust gas recirculation) gas is used, and these gases are sucked into the combustion chamber from, for example, one of upper and lower intake passages. A separate swirl or tumble of intake air and EGR gas is generated in the room. Then, fuel is injected toward the intake air in the combustion chamber to locally form an air-fuel mixture and ignite the mixture. Thus, the overall air-fuel ratio is maintained at the stoichiometric mixture ratio, and a three-way catalyst is used to achieve both a high NOx purification rate and a reduction in fuel consumption.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 200120781 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above configuration has the following problems. That is, the swirl or tumble mainly composed of the intake air and the swirl or tumble mainly composed of the EGR gas rotate in opposite directions in the combustion chamber and have different central axes, so that their ends collide with each other. As a result, the expected separation between the intake air and the EGR gas is not sufficient, and if the flow rate of the EGR gas is increased, the combustion is likely to deteriorate.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress emission deterioration at low cost by effectively using a three-way catalyst having high exhaust gas purification efficiency. In addition, rich spikes are not performed during stratified combustion, fuel economy is prevented from deteriorating, and the mixture of intake air and EGR gas from the intake stroke to the point of combustion (ignition) is effectively suppressed. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine and a combustion method thereof that do not cause deterioration of combustion even under many operating conditions.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, an internal combustion engine according to the present invention has a mechanism for directly injecting fuel into a combustion chamber, a mechanism for recirculating exhaust gas after combustion to a combustion chamber, and a part of an intake passage closed. A mechanism for generating a tumble, wherein the intake passage is divided into three or more sections, a first section through which a gas mainly containing intake air passes, and a second section through which exhaust gas recirculates. And the third compartment is closed.
[0012]
More specifically, each combustion chamber has two intake valves and two independent intake passages parallel to each other, each of which is separated by a partition plate into a lower passage, an upper inner passage, and an upper outer passage. An intake control valve for closing the lower passage and the upper outer passage, supplying a gas mainly containing exhaust gas to the upper outer passage, and flowing intake air from the upper inner passage. Alternatively, each combustion chamber has two intake valves and two independent intake passages parallel to each other, each of the independent intake passages being separated by a partition plate into an outer passage, an inner upper passage, and an inner lower passage. And an intake control valve for closing the outer passage and the inner lower passage, supplying a gas mainly composed of exhaust gas recirculation gas to the outer passage, and allowing the intake air to flow from the inner upper passage.
[0013]
According to the internal combustion engine of the present invention, for example, in a low load region, the intake control valve is closed, and a gas mainly composed of the exhaust gas recirculation gas, that is, the EGR gas is caused to flow into the section closed by the intake control valve. When the intake valve opens, EGR gas flows into the combustion chamber from outside the intake passage, and intake air flows into the center (inside). Since these two types of gases flow in the same direction as a tumble having substantially the same central axis, the intake air and the EGR gas are not mixed from the intake stroke of the engine until the latter half of the compression stroke, and are independent of each other. Will remain.
[0014]
In the latter half of the compression stroke, fuel is injected toward tumble by the intake air. The fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio of the mixture becomes the stoichiometric air-fuel ratio. In this way, the exhausted EGR gas has the same composition as the exhaust gas burned at the stoichiometric air-fuel ratio. In this way, stratification of the air-fuel mixture is performed, and while reducing fuel efficiency by reducing pumping loss and cooling loss, the air-fuel ratio of the entire gas is set to the stoichiometric air-fuel ratio that can be used by the three-way catalyst, and NOx and HC are simultaneously purified.
[0015]
When the internal combustion engine requires a high load, the intake control valve is opened to reduce intake resistance to increase the intake air amount, and sufficient fuel vaporization time by injecting fuel into the intake stroke, and The time required for mixing with air can be secured, homogeneous combustion can be performed, and the required output can be secured.
[0016]
The internal combustion engine according to the present invention stratifies the air-fuel mixture or generates a homogeneous air-fuel mixture by controlling the opening and closing of the intake control valve according to the load, and in any case, the air-fuel ratio of the entire air-fuel mixture is a three-way catalyst. Is controlled so as to be in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio required to operate the. Thus, in the entire operation range, the three-way catalyst can be effectively used, and NOx and HC can be simultaneously purified at a high purification rate.
[0017]
In the internal combustion engine according to the present invention, a port for supplying gas mainly containing exhaust gas recirculation gas to the intake passage is opened with directionality in the direction of the combustion chamber downstream of the intake passage, and generation of a tumble by the exhaust gas recirculation gas in the combustion chamber is performed. Can be promoted.
[0018]
The internal combustion engine according to the present invention may include a mechanism for variably setting the opening / closing timing of the intake valve.In the stratified combustion, there is no or less overlap period of the intake and exhaust valves, and the intake air is compared with that in the homogeneous combustion. The opening and closing timing of the valve may be delayed.
[0019]
Further, the internal combustion engine according to the present invention includes a mechanism for directly injecting fuel into the combustion chamber, a mechanism for recirculating exhaust gas after combustion to the engine combustion chamber, and a mechanism for generating two or more tumble in the combustion chamber, The tumble generating mechanism is configured such that one of the tumble components is mainly composed of air or a combustible air-fuel mixture, the other is a gas mainly composed of exhaust gas recirculation gas (EGR gas), and the tumble has the same rotational direction. Formed.
[0020]
Since these two types of gases flow in the same direction as a tumble having substantially the same central axis, the intake air and the EGR gas are not mixed from the intake stroke of the engine until the latter half of the compression stroke, and are independent of each other. Will remain.
[0021]
Further, in the internal combustion engine according to the present invention, the mechanism for generating the tumble generates three or more coaxial tumbles that rotate in the same direction, and the tumble mainly includes intake air in the combustion chamber. Is located at the center, and a tumble mainly composed of the exhaust gas is generated so as to sandwich the tumble from both sides. The fuel injection device has a fuel injection unit that injects fuel into a tumble mainly including intake air existing at the center. Thereby, fuel is injected toward the tumble by the intake air, and favorable stratified combustion with small pumping loss is performed.
[0022]
Further, the internal combustion engine according to the present invention switches between stratified combustion by tumble and homogeneous combustion by normal intake according to the operating state, injects fuel in the latter half of the compression stroke during stratified combustion, and in the intake stroke during homogeneous combustion. Inject. As a result, during stratified charge combustion, the fuel can be accurately injected toward the tumble with the intake air, and during homogeneous combustion, the vaporization time and diffusion time of the spray are extended to promote mixing with the intake air, and the homogeneity of the air-fuel mixture is improved. Can be increased.
[0023]
Further, in order to achieve the above object, a combustion method for an internal combustion engine according to the present invention includes directly injecting fuel into a combustion chamber, and in the combustion chamber, a tumble mainly composed of air or a combustible air-fuel mixture; Is generated as a tumble in a rotational direction with respect to each other, and fuel is directly injected into a tumble mainly composed of air or a combustible air-fuel mixture in the combustion chamber to perform stratified combustion.
According to the combustion method for an internal combustion engine according to the present invention, good stratified combustion without pumping loss can be performed by using the exhaust gas recirculation gas.
[0024]
Further, the combustion method for an internal combustion engine according to the present invention switches between stratified combustion by tumble and homogeneous combustion by normal intake according to the operating state, injects fuel in the latter half of the compression stroke during stratified combustion, and performs intake stroke during homogeneous combustion. Inject fuel. As a result, during stratified charge combustion, fuel is accurately injected toward the tumble by the intake air, and during homogeneous combustion, the vaporization time and diffusion time of the spray are lengthened to promote mixing with the intake air, and the homogeneity of the air-fuel mixture is increased. Can be increased.
[0025]
In the combustion method for an internal combustion engine according to the present invention, the air-fuel ratio of the entire air-fuel mixture is set near the stoichiometric air-fuel ratio necessary for operating the three-way catalyst in both stratified combustion and homogeneous combustion. As a result, NOx and HC can be purified at the same time at a high purification rate by effectively utilizing the three-way catalyst, and rich spikes are not performed even during stratified combustion, so that deterioration in fuel efficiency can be prevented.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
First Embodiment An internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 3 show one cylinder viewed from above, and FIGS. 2 and 4 show the same cylinder viewed from the side. FIG. 5 is a sectional view of an independent intake pipe passage, and FIG. 6 shows an intake control valve. Although the internal combustion engine of the present invention is mainly assumed to be a multi-cylinder engine, one cylinder will be described in the figure for easy understanding.
This internal combustion engine (engine) is of a four-valve type having two intake valves 111a, 111b and two exhaust valves 112a, 112b for each cylinder.
[0027]
As the intake pipe 101 approaches the combustion chamber 123 of the internal combustion engine (engine), the intake pipe 101 is divided into two independent intake passages (intake ports) 101a and 101b parallel to each other, and each is opened and closed by individual intake valves 111a and 111b. The intake valves 111a and 111b are of a variable cam type and an electric type, and are of a variable opening / closing timing type capable of variably setting the opening / closing timing.
[0028]
The independent intake passages 101a and 101b are each divided into a lower passage A, an upper inner passage B, and an upper outer passage C by a partition plate 102 having an inverted T-shaped cross section. The lower passage A, the upper inner passage B, and the upper outer passage C are referred to as partitioned passage portions. In the first embodiment, the ratio of the cross-sectional area of the lower passage A, the upper inner passage B, and the upper outer passage C is 2: 1: 1.
[0029]
The intake control valves 103a and 103b are provided upstream of the partition passages of the independent intake passages 101a and 101b. The intake control valves 103a and 103b are attached to a common valve shaft 120 and are opened and closed at the same time. The intake control valves 103a and 103b are butterfly valves having notches 121a and 121b over a rotation angle range of 90 degrees, respectively. When the valves are opened, the lower passage A and the upper inner passage of each of the independent intake passages 101a and 101b are provided. B, all the upper outer passages C are opened, and when the valves are closed, the lower passages A and the upper outer passages C of the independent intake passages 101a, 101b are closed, and only the communication of the upper inner passages B is maintained by the notches 121a, 121b. I do.
[0030]
The fuel injection valve 122 is attached so as to directly inject fuel (gasoline-based fuel) into the combustion chamber 123. The intake air passes through an air cleaner 106, the flow rate is measured by an air flow meter 105, the flow rate is adjusted by an electronically controlled throttle valve 104, and then distributed to each cylinder by a collector 116. Thereafter, the air flows through the independent intake passages 101a and 101b, and flows into the combustion chamber 123 when the intake valves 111a and 111b are opened.
[0031]
An ignition plug 113 is provided at the center of the top of the combustion chamber 123, and the ignition plug 113 ignites a mixture of fuel injected from the fuel injection valve 122 and intake air. Thereby, the combustion of the air-fuel mixture is performed in the combustion chamber 123.
[0032]
The gas burned in the combustion chamber 123 is discharged from the exhaust ports 125a and 125b to the exhaust pipe 110 by opening the exhaust valves 112a and 112b. The burned gas (exhaust gas) passes through the exhaust pipe 110, is purified by the three-way catalytic converter 115, and is exhausted to the atmosphere through a silencer (not shown).
[0033]
A part of the exhaust gas returns to the intake pipe 101 through the EGR passage 109 while the flow rate is adjusted by the EGR control valve 108. This is exhaust gas recirculation (EGR). The EGR passage 109 communicates with the upper outer passage C of each of the independent intake passages 101a and 101b, and receives an exhaust gas recirculation gas (EGR gas) from an EGR port 109A (see FIG. 7B) opened toward the combustion chamber 123. Spout).
[0034]
The fuel injection timing of the injector 122, the ignition timing of the ignition plug 113, and the respective opening degrees of the intake control valves 103a and 103b, the throttle valve 104, and the EGR control valve 108 are based on the intake air amount measured by the air flow meter 105, Based on information such as opening, engine water temperature, engine speed, and vehicle speed (all of which do not show sensors for inputting them), an electronic engine control unit (ECU) 201 using a computer determines an optimal value and an optimal time. Set and controlled.
[0035]
When performing stratified combustion mainly when the engine is under a low load, first, the intake control valves 103a and 103b are closed, the lower passage A and the upper outer passage C of the independent intake passages 101a and 101b are closed, and the EGR passage 109 is closed. The EGR gas is caused to flow into the closed upper outer passage C by using the EGR control valve 108 and filled therein.
[0036]
During the intake stroke of the engine, the two intake valves 111a and 111b are opened. At this time, as described later, the valve opening timing of the intake valves 111a and 111b is delayed more than usual. The EGR gas flows into the combustion chamber 123 from the upper outer passage C of each of the independent intake passages 101a and 101b due to the negative pressure generated in the combustion chamber 123 due to the lowering of the piston 107. Thereby, tumbles (longitudinal vortices) Tegra and Tegrb are generated in the combustion chamber 123 due to the EGR gas rotating counterclockwise as viewed in FIG.
[0037]
At almost the same time, the intake air flows into the combustion chamber 123 from the upper inner passage B of each of the independent intake passages 101a and 101b. Thus, a tumble (vertical vortex) Tit is generated in the combustion chamber 123 by the intake air swirling counterclockwise as viewed in FIG. The tumble (longitudinal vortex) Tit is defined by the fact that the upper inner passage B of the independent intake passage 101a and the upper inner passage B of the independent intake passage 101b are adjacent to each other, so that the intake air from the independent intake passage 101a and the independent intake passage This is due to the combined flux of the intake air from 101b.
[0038]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the relationship between these tumbles Tegra, Tegrb, and Tit is such that the tumble Tit by the intake air is sandwiched on both sides by the tumble Tegra and Tegrb by the two EGR gases. The three tumbles Tegra, Tegrb, and Tit pivot in the same direction, and their pivot axes are substantially the same. As a result, since the relative velocity between the vertically swirling EGR gas and the vertically swirling intake air is small and mixing by the collision flow and the shear flow is unlikely to occur, the stratified state of the EGR gas and the intake air is maintained for a relatively long time. can do.
[0039]
Subsequently, in the compression stroke, the intake valves 111a and 111b close, the piston 107 rises, and the inside of the combustion chamber 123 is compressed. Here, the fuel is injected from the fuel injection valve 122 into the center of the combustion chamber 123. The fuel pressure and the like are adjusted so that the fuel spray F from the fuel injection valve 122 is directed toward the region of the tumble Tit caused solely by the intake air and does not collide with the wall surface of the combustion chamber 123. That is, the penetration is optimally set in advance. In the fuel spray F, an upward component in FIG. 2 is set to a so-called deflected spray in which the upward component is larger than the downward component.
[0040]
With this configuration, the tumble Tit and the fuel spray F are efficiently mixed by the intake air, and the mixture near the spark plug 113 is made slightly rich by appropriately selecting the fuel injection timing. It is possible to increase the stability of ignition.
[0041]
Here, it is important to adjust the mixture ratio of the intake air and the fuel, that is, the air-fuel ratio, to be close to the stoichiometric air-fuel ratio at which the three-way catalytic converter 115 can efficiently purify the exhaust gas.
In the latter half of the compression stroke, that is, when the optimal ignition timing is reached, the ignition plug 113 is discharged by a signal from the ECU 201, and the mixture and the ignition are performed.
[0042]
In this way, while forming a mixture having a stoichiometric air-fuel ratio that enables good combustion in the center of the combustion chamber 123, the overall intake air amount is increased by the EGR gas, and pumping loss and cooling loss are reduced to improve fuel efficiency. Let it.
[0043]
Since the engine is not operated with a lean mixture as in the prior art, it is not necessary to use a lean NOx catalyst, and the fuel efficiency is deteriorated due to rich spikes for NOx catalyst regeneration, and the NOx removal rate is low and the exhaust purification effect is small. No problem. Further, since it is not necessary to use both the lean NOx catalyst and the three-way catalyst, the cost can be reduced.
[0044]
FIGS. 7A and 7B show the state of the intake passage under a low load. 7A shows the inside portion of the cross-section taken along the line VII-VII of the independent intake pipe passage 101b shown in FIG. 5, and FIG. 7B shows the outside portion of the cross section taken along the line VII-VII. FIG. 3 is a diagram viewed from the intake passage 101a side. The following description regarding the independent intake pipe passage 101b is the same for the other independent intake pipe passage 101a.
[0045]
When the load is low, the intake control valve 103b is closed, and the lower passage A and the upper outer passage C of the independent intake passage 101b are closed. Then, the EGR gas flows from the EGR passage 109 into the upper outer passage C and stays therein, and the EGR gas flows into the combustion chamber 123 during the intake stroke of the engine. On the other hand, the upper inner passage B is open, and the intake air flows into the combustion chamber 123 as it is during the intake stroke of the engine. In this manner, the tumble Tegrb by the EGR gas and the tumble Tit by the intake air can be separately generated in the combustion chamber 123.
[0046]
FIGS. 3, 7, and 8 show the state when the engine is under a high load. At a high load, the opening of the throttle valve 104 is increased to increase the amount of intake air. Further, the intake control valves 103a and 103b are fully opened, the lower passage A, the upper inner passage B, and the upper outer passage C of the independent intake passages 101a and 101b are in communication with each other, and all the independent intake passages 101a and 101b are connected. The intake air flows through A, B, and C. Thus, the ventilation resistance of the independent intake passages 101a and 101b is small, the amount of intake air is large, and the engine can obtain high torque.
[0047]
When the load is high, fuel is injected from the injector 122 during the intake stroke. Thereby, the vaporization time and the diffusion time of the spray are prolonged to promote mixing with the intake air, and the homogeneity of the air-fuel mixture can be increased. Since the intake air amount is large, if the fuel injection amount is increased, a large amount of air-fuel mixture can be formed, and a large torque can be obtained.
[0048]
At this time, the EGR control valve 108 can be opened according to the load, and the EGR gas can flow from the EGR passage 109. Since the openings 109A of the EGR passage 109 to the independent intake passages 101a and 101b are directed toward the combustion chamber 123 and open to the outside, the EGR gas flowing into the combustion chamber 123 when the load is high is outside the combustion chamber 123. Will flow through the area.
[0049]
Accordingly, it is possible to prevent a large amount of EGR gas from flowing into the center of the combustion chamber 123, that is, the vicinity of the ignition plug 113. Even in a high load region, the pumping loss is reduced, and the combustion deterioration due to the EGR gas is prevented, thereby improving the combustion efficiency. Can be increased.
[0050]
FIG. 9 shows a lift curve of the intake / exhaust valve in the present embodiment. When attempting to perform stratified EGR combustion at a low engine load, the opening and closing timing of the intake valve is delayed (characteristic ITa) so that the mixture of the burned gas and the intake air is reduced as much as possible. The period during which the valves 111a and 111b are simultaneously opened, that is, the valve overlap is reduced or the overlap does not occur. EX indicates the opening / closing characteristics of the exhaust valve.
[0051]
On the other hand, when the engine is under a high load, the opening / closing timing of the intake valve (characteristic ITb) is set so that the intake efficiency is maximized.
Thus, even if the EGR gas flows in at a low load, deterioration of combustion can be prevented, and the engine torque at a high load can be increased.
[0052]
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, the ECU 201 reads the engine speed, the accelerator opening, the water temperature, the intake pressure, the exhaust temperature, and the gear position from the respective sensors (step S11), and calculates the target torque based on the read data (step S12).
[0053]
Next, using the target torque obtained by this calculation, referring to the engine speed-target torque operation state map, it is determined whether the region is for the EGR stratified operation or the region for the homogeneous operation (step S13). Appropriate fuel injection amount, ignition timing, slot valve opening, and EGR control valve opening appropriate for the operation mode are determined (steps S14 to S17).
[0054]
Next, it is determined whether or not the currently set operation mode is the EGR stratified operation mode (step S18). In the case of the EGR stratified operation mode, the intake control valves 103a and 103b are closed (Step S19), and the fuel injection timing is set to the compression stroke of the engine (Step S20). Then, the opening / closing timing of the intake valves 111a and 111b is set to a side that delays the opening / closing timing (characteristic Tia).
[0055]
Next, when the engine enters the intake stroke, the intake valves 111a and 111b operate (step S21). That is, when performing the stratified operation, the intake air and the EGR gas separately flow into the combustion chamber 123 from the upper inner passage B and the upper outer passage C of the independent intake passages 101a and 101b partitioned by the partition plate 102, A separate tumble Tit, Tegra, and Tegrb are generated (step S22). Here, the injector 122 performs the fuel injection in the compression stroke while giving directivity to the tumble Tit of the intake air (step S23). Accordingly, the surroundings can be stratified with the EGR gas while forming an air-fuel mixture exclusively around the ignition plug 113 (step S24), and ignition and combustion can be performed (step S25).
[0056]
On the other hand, when the EGR stratified operation is not performed, that is, when the homogeneous operation is performed, the intake control valves 103a and 103b are opened (step S26), and the fuel injection timing is set to the intake stroke of the engine (step S27). Then, the opening / closing timing of the intake valve is set to be more advanced (characteristic Tib) than in the case of the EGR stratified operation.
[0057]
Then, the intake valves 111a and 111b are opened early (step S), and air flows into the combustion chamber 123 from all the passages A, B and C of the independent intake passages 101a and 101b. In this state, since the intake passage cross-sectional area is large and the airflow resistance is small, a lot of air flows in (step S29). Then, fuel injection (in step S30 by performing the intake stroke), the vaporization time can be lengthened, and the homogeneity of the air-fuel mixture can be improved (step S31).
[0058]
Next, ignition is performed according to the determined ignition timing (step S25). Here, the combustion is performed and the output is taken out. Subsequently, the combustion gas is discharged to the exhaust passage 110 in the exhaust stroke. Thus, one cycle is completed, and by repeating this, the operation of the engine is performed.
[0059]
Next, an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIGS. 11 to 13, portions corresponding to FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 5, and description thereof is omitted.
[0060]
In this embodiment, the EGR gas is not supplied to the independent intake passage 101a, and the EGR gas is supplied only to the independent intake passage 101b as in the first embodiment.
Accordingly, the independent intake passage 101a is divided into a lower passage A and an upper passage D by a flat partition plate 126. As in the first embodiment, the independent intake passage 101b is divided by the partition plate 102 into a lower passage A, an upper inner passage B, and an upper outer passage C.
[0061]
The intake control valve 103b of the independent intake passage 101b has a cutout 121b over a rotation angle range of 90 degrees in the same manner as that of the first embodiment. The inner passage B and the upper outer passage C are all opened, and when the valve is closed, each of the lower passage A and the upper outer passage C of the independent intake passage 101b is closed, and only the communication of the upper inner passage B is maintained by the notch 121b.
[0062]
On the other hand, the intake control valve 103a of the independent intake passage 101a is configured by a semicircular butterfly valve so as to selectively close only the lower passage A of the independent intake passage 101a.
[0063]
Also in this embodiment, when the load is low, the intake control valve 103a and the intake control valve 103b are closed, and Tit mainly composed of intake air and Tegrb mainly composed of EGR gas are generated in the combustion chamber 123. You. Injector 122 injects fuel toward tumble Tit composed of intake air, as in the first embodiment, based on a signal from ECU 201.
[0064]
In this embodiment, the opening (EGR port) of the EGR gas passage 109 to the intake pipe 101 can be made one, and a system with a simple structure and a lower cost can be obtained.
Next, a third embodiment of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0065]
In the first embodiment, the ratio of the cross-sectional area of each of the lower passage A, the upper inner passage B, and the upper outer passage C of each of the independent intake passages 10a and 101b is 2: 1: 1. In the third embodiment, as shown in FIG. 14, the ratio of the sectional area of each of the lower passage A, the upper inner passage B, and the upper outer passage C of each of the independent intake passages 101a and 101b depends on the arrangement position of the partition plate 102. However, it is 3: 2: 1. That is, the passage cross-sectional area of the upper inner passage B on the intake air side is twice as large as the passage cross-sectional area of the upper outer passage C on the EGR gas 1 side, and the proportion of the intake air is increased.
[0066]
Naturally, the shape of the intake control valves 103a and 103b has a large cross-sectional area of the upper inner passage B and a small cross-sectional area of the upper outer passage C. Therefore, as shown in FIG. Shape.
[0067]
In this embodiment, the tumble generated in the combustion chamber 123 is a total of three tumbles Tit due to the intake air and two tumbles Tegra and Tegrb due to the EGR gas, as in the first embodiment. Both sides are sandwiched between tumble Tegra and Tegrb by two EGR gases.
[0068]
In this embodiment, even in the case where the flow rate of the EGR gas is small and the intake flow rate is relatively large, the flow rate sucked into the combustion chamber 123 is increased, and the speed of the tumble Tegra and Tegrb by the EGR gas is increased to reduce the speed of the intake air. As a result, mixing of the intake air and the EGR gas can be prevented.
[0069]
It is clear from the present embodiment that the vertical partition position can be optimized according to the target operating load region where more EGR gas is to be introduced, and these are included in the scope of the present invention.
Next, a fourth embodiment of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0070]
In this embodiment, contrary to the third embodiment, in order to increase the cross-sectional area of the passage of the EGR gas, a partition plate for vertically dividing the independent intake passages 101a and 101b is omitted. As shown in FIG. 16, each of the independent intake passages 101a and 101b has an outer passage E to which EGR gas is supplied by a partition plate 127 having a cross-section of a T-shape and an inner upper portion for intake air. It is divided into a passage F and an inner lower passage G. In the fourth embodiment, the ratio of the cross-sectional area of the outer passage E, the inner upper passage F, and the inner lower passage G is 2: 1: 1.
[0071]
The intake control valves 103a and 103b have the same configuration as that of the first embodiment. When the valves are opened, the outer passage E, the inner upper passage F, and the inner lower passage G of each of the independent intake passages 101a and 101b are all closed. When the valve is opened and the valve is closed, the outer passage E and the inner lower passage G of each of the independent intake passages 101a and 101b are closed, and only the communication of the inner upper passage F is maintained.
[0072]
In this embodiment, the EGR gas flowing from the outside of the independent intake passages 101a and 101b has a small deviation in the flow velocity above and below the intake passage, and the tumbling Tegra and Tegrb due to the EGR gas tend to be weak. On the other hand, the tumble Tit composed of the intake air flowing into the combustion chamber 123 from the upper inside of the independent intake passages 101a and 101b is relatively strong.
[0073]
With this configuration, even when the load on the engine is extremely small, for example, when the intake air is small during idling, etc., the fuel spray F and the intake air are mixed well by the strong tumble Tit, Stratification with gas can be performed favorably.
[0074]
In addition, also in this embodiment. As in the case of the third embodiment, it is clear that the vertical partition plate position may be set so as to be optimal for the target operation region, and these are included in the scope of the present invention.
[0075]
FIG. 18 shows a stratified-homogeneous operation region on the rotation speed-torque map of the internal combustion engine according to the present invention. At the same engine speed, a relatively large amount of EGR gas is introduced when the load is small, and the EGR gas decreases when the load is large. When the load further increases, the mode is switched to homogeneous combustion.
[0076]
19 shows a stratified-homogeneous operation region on the rotational speed-torque map in the prior art, FIG. 20 shows a comparison of the fuel consumption between the prior art and the present invention, and FIG. 21 shows a NOx emission between the prior art and the present invention. The comparison of the amounts is shown.
[0077]
In the prior art, stratification is mainly performed by air. However, in the present invention, since the EGR gas is used, the specific heat ratio of the gas in the combustion chamber is increased in the expansion stroke of the engine, and the efficiency of the engine is improved. Further, since the mixture of the EGR gas and the combustible mixture is minimized, deterioration of the combustion of the mixture can be prevented, and the combustion efficiency is improved. For this reason, when compared at the same engine speed and load, the fuel consumption can be reduced.
[0078]
Furthermore, in the prior art, it is necessary to apply a rich spike at regular intervals in order to maintain the activity of the lean NOx catalyst, and the fuel consumption during this time deteriorates. Thus, the overall fuel consumption can be further reduced in the present invention.
[0079]
Further, as shown in FIG. 21, in the present invention, since the combustion is mainly performed at the stoichiometric mixture ratio, the NOx emission amount at the engine outlet is slightly larger than that in the case of performing the lean combustion. However, since a three-way catalyst having a large purification efficiency (NOx removal rate) is used, the NOx level after the catalyst, that is, at the time of opening to the atmosphere, is much lower than that in the conventional stratified lean operation, and should be almost the same level as the homogeneous stoichiometric operation. Can be.
[0080]
The effects of the present invention are listed as follows.
(1) Since EGR gas is used, stratified charge combustion is performed, pumping loss is reduced, efficiency is improved, and the air-fuel ratio can always be kept close to the stoichiometric air-fuel ratio. Exhaust gas purification can be achieved by effectively using the three-way catalyst. Therefore, there is no need to use a lean NOx catalyst as in the related art, and there is an effect that deterioration of fuel efficiency due to rich spikes can be prevented.
(2) There is an effect that the removal rate of NOx is high and the effect of exhaust gas purification is large.
(3) Since it is not necessary to use both the lean NOx catalyst and the three-way catalyst, the cost can be reduced.
(4) Since the stratification of the air-fuel mixture and the EGR gas does not depend on the shape of the intake port or the piston cavity, the air flow at the time of high rotation or high load is not hindered, and at the time of high output and low load. An engine with low pumping loss and good fuel efficiency can be made.
[0081]
In the above embodiments, the basic concept of the stoichiometric mixture combustion by the EGR stratification is described, and the scope of the present invention is not necessarily limited to this. For example, the number of intake passages or the intake passages Even if the shape has changed, it has a partition plate and an intake control valve that partially block those passages, introduces EGR gas into the blocked portion, and varies the valve timing to enable flammable mixing with EGR gas. Any configuration that stratifies the gas is clearly included in the scope of the present invention.
[0082]
Furthermore, although the present embodiment describes a naturally aspirated engine, if stratified charge combustion using EGR gas can be performed, the same operation can be performed for a supercharged engine. In this case, since the pressure of the intake air is higher than the atmospheric pressure, the intake air amount can be increased even if the EGR gas is supplied, and the stratified operation range can be wider than in the case of the natural intake.
[0083]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, according to the internal combustion engine and the combustion method thereof according to the present invention, a tumble mainly composed of air or a combustible air-fuel mixture and a tumble composed of a gas mainly composed of exhaust gas recirculation are rotated in the combustion chamber. Since the stratified combustion is generated by generating tumbles having the same direction as each other, the overall intake amount can be increased by the EGR gas, the pumping loss and the cooling loss can be reduced, and the fuel efficiency can be improved. By using the catalyst effectively, it is possible to suppress emission deterioration at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention as viewed from the upper side of a combustion chamber in a stratified combustion state (at a low load).
FIG. 2 is a configuration diagram of the internal combustion engine of FIG. 1 as viewed from substantially the side.
FIG. 3 is a configuration diagram of the internal combustion engine of FIG. 1 as viewed from above the combustion chamber in a homogeneous combustion state (at a high load).
FIG. 4 is a configuration diagram of the internal combustion engine of FIG. 3 as viewed from substantially the side.
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of an independent intake pipe passage of the internal combustion engine of FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing a shape of an intake control valve of the internal combustion engine of FIG. 1;
7A and 7B are cross-sectional views taken along line VII-VII in FIG. 5 in a stratified combustion state (at a low load).
8 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. 5 in a homogeneous combustion state (at high load).
FIG. 9 is a diagram showing intake and exhaust valve lift characteristics of the internal combustion engine of the first embodiment according to the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a control flow of the internal combustion engine of FIG. 1;
FIG. 11 is a configuration diagram of the internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention as viewed from above the combustion chamber in a stratified combustion state (at a low load).
FIG. 12 is a sectional view showing a configuration of an independent intake pipe passage of the internal combustion engine of FIG. 11;
FIG. 13 is a view showing a shape of an intake control valve of the internal combustion engine of FIG. 11;
FIG. 14 is a sectional view showing a configuration of an independent intake pipe passage of an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a view showing a shape of an intake control valve of the internal combustion engine of FIG. 14;
FIG. 16 is a sectional view showing a configuration of an independent intake pipe passage of an internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a view showing a shape of an intake control valve of the internal combustion engine of FIG. 16;
FIG. 18 is a graph showing an EGR stratification-homogeneous operation region on a rotation-torque map of the internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 19 is a graph showing a stratified-homogeneous operation region on a rotation-torque map according to a conventional technique.
FIG. 20 is a comparison diagram of fuel consumption between the present invention and the prior art.
FIG. 21 is a comparison diagram of NOx emissions between the present invention and the prior art.
[Explanation of symbols]
101 ... intake pipe
101a: Independent intake passage
101b: Independent intake passage
102, 126, 127: Partition plate
103a, 103b ... intake control valve
104 ... Throttle valve
108 ... EGR control valve
109 ... EGR passage
110 ... exhaust pipe
111a, 111b ... intake valves
112a, 112b ... exhaust valve
113… Spark plug
115… Three-way catalytic converter
122 ... Injector
123 ... Combustion chamber
