JP2014222049A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１ガス、第２ガスを内燃機関の筒内に層状に吸入し、吸入した第１ガス、第２ガスの成層化の程度を向上できる内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】排気濃度が希薄なＥＧＲリーンガスが流れる通路２２がエンジン１０のスワール生成ポート１２に接続され、排気濃度が濃厚なＥＧＲリッチガスが流れる通路２５がエンジン１０のタンブル生成ポート１３に接続される。通路２５にはその通路２５の開閉を行う吸気制御バルブ４２が設けられる。ＥＣＵ５０は、エンジン１０の吸気行程の前半よりも後半に開度が大きくなるよう吸気制御バルブ４２を開閉制御する。ＥＧＲリーンガスは吸気行程の間中、スワール生成ポート１２から吸入され続ける。ＥＧＲリッチガスは、タンブル生成ポート１３から吸気行程の前半よりも後半に多く吸入される。その結果、吸気行程終了時に、筒内の下部にＥＧＲリーンガスを、上部にＥＧＲリッチガスを層状に配置できる。
【選択図】図１

Description

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

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

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

特開２００６−２６６１５９号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、吸気行程中に各バルブの開閉を切り替える際のバルブの応答時間（バルブが全閉から全開になるまでの時間、又は全開から全閉になるまでの時間）に、第１ガスと第２ガスとが混合してしまい、筒内における第１ガスと第２ガスとの成層化の程度が低下してしまう。また、成層化の程度の低下を抑えるためには、応答時間が短い高速バルブを採用する必要があり、高速バルブの採用によりコストが高くなってしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コストが高くなるのを抑制しつつ、第１ガスと第２ガスとの成層化の程度を向上できる内燃機関の吸気装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の吸気装置は、筒内に繋がる第１の吸気ポートとその第１の吸気ポートとは異なる前記筒内に繋がる第２の吸気ポートとを有した内燃機関の前記第１の吸気ポートに接続され、第１ガスが流れる第１通路と、
前記第２の吸気ポートに接続され、前記第１ガスとは濃度が異なる第２ガスが流れる第２通路と、
前記筒内と前記第２の吸気ポートとの開口に設けられた吸気バルブの上流に設けられて前記第２ガスが流れる通路の開閉を行う吸気制御バルブと、
前記内燃機関の吸気行程に前記第１の吸気ポートから前記筒内に吸入された前記第１ガスと前記第２の吸気ポートから前記筒内に吸入された前記第２ガスとが前記筒内にて層状となるように、前記吸気バルブの開閉タイミングに合わせて前記吸気制御バルブの開閉を制御するバルブ制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１ガスと第２ガスとを異なる吸気ポートから吸入し、第２ガスが流れる通路に設けられた吸気制御バルブの開閉を制御することで、それら第１ガス、第２ガスとを筒内にて層状に分布させている。吸気制御バルブが設けられた通路は、第１ガスが流れる通路から分離されているので、吸気制御バルブの開閉を切り替える際の吸気制御バルブの応答時間に、第１ガスと第２ガスとが混合してしまうのを抑制できる。その結果、筒内における第１ガスと第２ガスとの成層化の程度を向上できる。また、吸気制御バルブとして応答時間が短い高速バルブを採用しなくても成層化の程度を向上できるので、コストが高くなるのを抑制できる。

車両に搭載されたエンジンシステムの構成図の第１例である。 吸気制御バルブ４２の断面を例示した図である。 車両に搭載されたエンジンシステムの構成図の第２例である。 車両に搭載されたエンジンシステムの構成図の第３例である。 吸気行程中における吸気制御バルブの回転角、開度の変化及び各吸気ポートからの吸気流量を示した図である。 吸気制御バルブ４２が全開している状態を示した図である。 吸気制御バルブ４２が開度不変領域４２ｃの端にある状態を示した図である。 通常のバルブ４６を用いたときにおける、吸気行程中のそのバルブ４６の作動の様子を示した図である。 筒内に吸入されるスワール流とタンブル流とを模式的に示した図である。 吸気行程終了時における筒内でのガスの分布を示した図である。 圧縮行程終了時における筒内でのガスの分布を示した図である。 吸気制御バルブの開閉制御の第１例を示した図である。 吸気制御バルブ４２が開度不変領域４２ｃの開始位置にある状態を示した図である。 吸気制御バルブの開閉制御の第２例を示した図である。 回転軸４４を上から見たときの各吸気制御バルブ４２１〜４２４の位相の違いを図形の違いであらわした図であり、吸気制御バルブ４２１、４２４と吸気制御バルブ４２２、４２３との位相差が９０°であることを示した図である。 回転軸４４の軸方向から見たときの各吸気制御バルブ４２１〜４２４を示し、吸気制御バルブ４２１、４２４の組と、吸気制御バルブ４２２、４２３の組との間で位相差が９０°となっている状態を示した図である。 吸気制御バルブの開閉制御の第３例を示した図である。 回転軸４４を上から見たときの各吸気制御バルブ４２１〜４２４の位相の違いを図形の違いであらわした図であり、吸気制御バルブ４２１〜４２４間で位相を４５°ずつ変えている状態を示した図である。 回転軸４４の軸方向から見たときの各吸気制御バルブ４２１〜４２４を示し、吸気制御バルブ４２１〜４２４間で位相を４５°ずつ変えている状態を示した図である。 吸気制御バルブの開閉制御の第４例を示した図である。 吸気制御バルブが開度不変領域４２ｃの終了位置４２ｄと全開位置４２ｅの間で搖動する様子を示した図である。 吸気制御バルブの開閉制御の第５例を示した図である。 吸気制御バルブが開度不変領域４２ｃの中央位置４２ｆと全開位置４２ｇの間で搖動する様子を示した図である。 吸気制御バルブの開閉制御の第６例を示した図である。 回転軸４４の軸方向から見たときの各吸気制御バルブ４２１〜４２４を示し、吸気制御バルブ４２１、４２４の組と、吸気制御バルブ４２２、４２３の組との間で位相差が４５°となっている状態を示した図である。 図３のエンジンシステムにおける吸気制御バルブの開閉制御の第１例を示した図である。 図３のエンジンシステムにおける吸気制御バルブの開閉制御の第２例を示した図である。 ＥＧＲ率が低いときと高いときとでＥＧＲリッチガス量に応じてＥＧＲ成層化の程度がどのように変化するかを模式的に示した図である。 ＥＧＲ率に応じて吸気制御バルブの開時期を変更することを説明する図である。 ＥＧＲ率に応じて吸気制御バルブの開度を変更することを説明する図である。 ＥＧＲ率が低いときにおけるクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。 ＥＧＲ率が高いときにおけるクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。 ＥＧＲ率に応じた吸気制御バルブの開閉制御の手順を示したフローチャートである。 目標ＥＧＲ率ごとの吸気制御バルブの開時期のテーブル３００を例示した図である。 目標ＥＧＲ率ごとの吸気制御バルブの開度のテーブル３１０を例示した図である。 圧縮行程終了時における筒内の様子を示し、筒内の各部における排気濃度を色の濃淡で表した図である。 筒内及びピストン１６の断面（右半分の断面）を示し、圧縮行程後の燃焼行程において時間の経過とともにピストン１６が下降している様子を示した図である。 エンジン負荷に対するスキッシュエリアでのＳＯＯＴ生成割合の変化を示した図である。 エンジン負荷に応じて吸気制御バルブの開時期及び開度変化の勾配を変更することを説明する図である。 低負荷のときにおけるクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。 高負荷のときにおけるクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。 圧縮前後の筒内の様子を示し、図４２（Ａ）、図４２（Ｂ）、図４２（Ｃ）の順に、吸気前半のＥＧＲリッチガスの吸入量が多くなっている図である。 ＥＧＲリッチガスの吸入タイミングが変わるとキャビティ底面とスキッシュエリアそれぞれでＥＧＲ成層化の程度がどのように変わるかを模式的に示した図である。 エンジン負荷に応じた吸気制御バルブの開閉制御の手順を示したフローチャートである。 負荷ごとの吸気制御バルブの作動プロフィールを格納したテーブル４００を例示した図である。 エンジンの運転領域を、均一ＥＧＲモードの運転領域５０１と成層ＥＧＲモードの運転領域５０２とに区分したマップの図である。 エンジンの運転状態に応じて均一ＥＧＲモードと成層ＥＧＲモードとの間で切り替えを行う処理を示したフローチャートである。 エンジンの運転領域を、均一ＥＧＲモード＿開度大の運転領域５０１と、成層ＥＧＲモードの運転領域５０４と、均一ＥＧＲモード＿開度小の運転領域５０５とに区分したマップの図である。 エンジンの運転状態に応じて均一ＥＧＲモード＿開度大と成層ＥＧＲモードと均一ＥＧＲモード＿開度小との間で切り替えを行う処理を示したフローチャートである。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、車両に搭載されたエンジンシステム１の構成図を示している。エンジンシステム１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジンという）と、そのエンジン１０の運転に必要な各種構成とを備える形で構成されている。なお、本実施形態では、エンジン１０は、４つの気筒１１１〜１１４（シリンダ）を有した４気筒エンジンである。エンジン１０は、各気筒１１１〜１１４において、吸気、圧縮、燃焼、排気の４行程を経て動力を生み出す４ストローク機関である。吸気、圧縮、燃焼、排気の４行程による燃焼サイクル（「７２０°ＣＡ」周期）が、例えば各気筒１１１〜１１４間で「１８０°ＣＡ」ずらして逐次実行される。図１の右側の気筒１１１から順に１番から４番までの番号を付けたときに、本実施形態では、１番目の気筒１１１、３番目の気筒１１３、４番目の気筒１１４、２番目の気筒１１２の順に燃焼サイクルが実行される。なお、以下では、４つの気筒１１１〜１１４のうちのどの気筒であるかを特定しないときには、符号「１１」で気筒を示す。

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

なお、各吸気ポート１２、１３と筒内とを繋ぐ開口１４０（図１参照）にはその開口１４０の開閉を行う吸気バルブ１４が設けられている。また、各気筒１１には、筒内での燃焼後のガスを筒内から排出する排気ポートが接続されている。その排気ポートと筒内とを繋ぐ開口にはその開口の開閉を行う排気バルブ１５が設けられている。

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

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

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

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

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

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

各ＥＧＲリッチガス通路２５には、各ＥＧＲリッチガス通路２５の開閉を行うバルブ４２１〜４２４（以下、吸気制御バルブという）が設けられている。なお、以下では、４つの吸気制御バルブ４２１〜４２４のうちどの吸気制御バルブかを特定しないときには、符号「４２」で吸気制御バルブを示す。吸気制御バルブ４２の設置位置はできるだけ吸気バルブ１４に近いほうが良い。なぜなら、吸気バルブ１４から吸気制御バルブ４２までの容積が小さくなり、吸気流量の制御性が良くなるからである。吸気制御バルブ４２はタンブル生成ポート１３内に設けられていたとしても良い。

図２に吸気制御バルブ４２の断面を例示している。図２に示す吸気制御バルブ４２は、弁を回転させて通路の開閉を行うタイプのバルブ（例えばバタフライバルブ）である。詳細には、吸気制御バルブ４２は、開閉を行う通路（本実施形態ではＥＧＲリッチガス通路２５）に接続される筒状の弁箱４２ａと、その弁箱４２ａ内に配置されて後述する回転軸４４周りに回転する円盤状、球状等の弁体４２ｂとを備えている。その弁体４２ｂが回転軸４４周りに一方向に回転することで、又は揺動することで通路２５の開閉が行われる。

また、吸気制御バルブ４２は、弁体４２ｂが回転しても開度が閉じたままとなる作動領域を有している。具体的には、弁箱４２ａの筒側面には外側に弧状に膨らんだ弧状部４２ｃが形成されている。弁体４２ｂがその弧状部４２ｃの角度範囲θで回転しているときには吸気制御バルブ４２の開度は閉じた状態から変化しないようになっている。なお、角度範囲θは何度であっても良いが、例えば９０°とすることができる。以下では、弧状部４２ｃを開度不変領域と言う。

図１に示すように、４つの吸気制御バルブ４２（厳密には弁体４２ｂ）は１つの（共通の）回転軸４４に接続されている。その回転軸４４は、回転軸４４を回転駆動するモータ４３が接続されている。つまり、モータ４３が回転すると回転軸４４が回転し、その回転軸４４の回転により４つの吸気制御バルブ４２（弁体４２ｂ）が同時に作動するようになっている。なお、モータ４３に代えて、他の方式のアクチュエータ（例えば油圧シリンダなど）で回転軸４４を回転、つまり吸気制御バルブ４２を作動させても良いし、エンジン１０の回転を利用して吸気制御バルブ４２を作動させても良い。エンジン１０の回転を利用して吸気制御バルブ４２を作動させる場合には、例えば、エンジン１０のクランク軸と回転軸４４とをベルト等の連結部材で連結して、エンジン１０の回転により回転軸４４を回転させるようにする。

また、各吸気制御バルブ４２に接続して、各吸気制御バルブ４２間に開度の位相差を与える位相調整機構４５が設けられている。その位相調整機構４５が作動しない通常状態のときには、回転軸４４の回転に対して４つの吸気制御バルブ４２間で同じ開度で変化するように、つまり同位相の開度で変化するように、各吸気制御バルブ４２は回転軸４４に接続されている。そして、位相調整機構４５が作動すると、４つの吸気制御バルブ４２間で予め定められた開度の位相差が付与されるようになっている。詳細には、４つの気筒１１１〜１１４のうち、吸気行程が隣り合わない気筒１１１、１１４への吸気を制御する吸気制御バルブ４２１、４２４の組と、同じく吸気行程が隣り合わない気筒１１２、１１３への吸気を制御する吸気制御バルブ４２２、４２３の組との間で、位相調整機構４５により開度の位相差が付与されるようになっている。

エンジンシステム１には、吸気制御バルブ４２を含む各バルブ（スロットル３３、ＥＧＲバルブ３５、４１、吸気バルブ１４、排気バルブ１５など）の開閉（開閉時期や開度など）やインジェクタなどを制御することでエンジン１０の運転を制御するＥＣＵ５０が設けられている。そのＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータを主として構成されている。ＥＣＵ５０には、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ６１や、車両を運転する運転者の要求トルクを車両側に知らせるための運転操作部に相当するアクセルペダルの操作量（踏み込み量）を検出するアクセルセンサ６２が接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、それらセンサから入力されたエンジン回転数、アクセルペダルの操作量等に基づき、燃料噴射時期や噴射量や目標ＥＧＲ率を決定したり、吸気制御バルブ４２等のバルブの開閉を制御したりする。また、ＥＣＵ５０は、位相調整機構４５の作動を制御して、吸気制御バルブ４２１〜４２４間の開度を同位相の状態と位相差がある状態との間で切り替える。また、ＥＣＵ５０は、自身が実行する処理のプログラム等の各種情報を記憶したＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ５１を備えている。なお、ＥＣＵ５０による吸気制御（吸気制御バルブ４２の開閉制御）は本発明の特徴部分であるので、後に詳細に説明する。

図１のエンジンシステム１は１つのモータ４３、１つの回転軸４４で４つの吸気制御バルブ４２を作動させる１軸方式のシステムであるが、その図１のシステムの他に、図３、図４のエンジンシステムを採用することもできる。なお、図３、図４において、図１のエンジンシステム１と同じ構成には同一符号を付している。図３のエンジンシステム２は、吸気行程が隣り合わない気筒１１１、１１４の吸気制御バルブ４２１、４２４の組と、同じく吸気行程が隣り合わない気筒１１２、１１３の吸気制御バルブ４２２、４２３の組に分けて、各組を他の組から独立して作動できるようにした２軸方式のシステムである。具体的には、エンジンシステム２には、１番目の吸気制御バルブ４２１と４番目の吸気制御バルブ４２４とが接続された第１の回転軸４４１と、その第１の回転軸４４１を回転駆動する第１のモータ４３１とが設けられている。それら第１の回転軸４４１、第１のモータ４３１により、２つの吸気制御バルブ４２１、４２４が同時に作動するようになっている。なお、吸気制御バルブ４２１、４２４は、第１の回転軸４４１の回転により互いに同じ開度で変化するように、つまり、同じ位相で第１の回転軸４４１に接続されている。

エンジンシステム２には、２番目の吸気制御バルブ４２２と３番目の吸気制御バルブ４２３とが接続された第２の回転軸４４２と、その第２の回転軸４４２を回転駆動する第２のモータ４３２とが設けられている。それら第２の回転軸４４２、第２のモータ４３２により、２つの吸気制御バルブ４２２、４２３が同時に作動するようになっている。なお、吸気制御バルブ４２２、４２３は、第２の回転軸４４２の回転により互いに同じ開度で変化するように、つまり、同じ位相で第２の回転軸４４２に接続されている。モータ４３１、４３２、回転軸４４１、４４２以外の構成は図１と同じである。

図４のエンジンシステム３は、各吸気制御バルブ４２１〜４２４ごとにモータ４３３〜４３６が接続された４軸方式のシステムである。すなわち、エンジンシステム３では、モータ４３３〜４３６により、各吸気制御バルブ４２１〜４２４を他の吸気制御バルブから独立して作動できるようになっている。モータ４３３〜４３６以外の構成は図１と同じである。

次に、図１、図３、図４のＥＣＵ５０による吸気制御バルブ４２の開閉制御の詳細を説明する。ＥＣＵ５０はエンジン１０から排出されるエミッションを抑制するために、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとが筒内で成層分布するように、それらＥＧＲリーンガス、ＥＧＲリッチガスを筒内に吸入させている。詳細には、ＥＧＲリーンガスは、吸気行程の間中、スワール生成ポート１２から筒内に吸入され続ける。他方、ＥＧＲリッチガスは吸気行程の前半は吸入を停止し、後半から筒内に吸入されるように、ＥＣＵ５０は、吸気バルブ１４の開閉タイミングに合わせて吸気制御バルブ４２の開閉（厳密にはモータ４３（図１）、４３１、４３２（図３）、４３３〜４３６（図４）の回転）を制御する。

図５を参照してさらに吸気制御バルブ４２の開閉制御を説明する。図５は、吸気行程において吸気制御バルブ４２をどのように開閉させるかを説明する図である。詳細には、図５は、クランク角に対する吸気バルブ１４のリフト量の変化（図５（Ａ））、吸気制御バルブ４２の弁体４２ｂ（図２参照）の回転角の変化（図５（Ｂ））、吸気制御バルブ４２の開度の変化（図５（Ｃ））、各吸気ポート１２、１３から吸入されるガスの流量の変化（図５（Ｄ））を示している。なお、図５（Ａ）〜（Ｄ）間で横軸のクランク角が同じとなっている。また、図５（Ｂ）には、図２の吸気制御バルブ４２を用いたときの回転角の変化２０１（実線）の他に、図２の開度不変領域４２ｃが無いタイプの通常のバルブを用いたときのそのバルブの回転角の変化２０２（破線）を示している。また、図５（Ｂ）において、図２に示すように、弁体４２ｂが通路に対して直角の位置にある状態、言い換えると、弁体４２ｂが開度不変領域４２ｃの中央に位置している状態を、吸気制御バルブ４２の回転角０°としている。

また、図５（Ｃ）において、吸気制御バルブ４２が閉じている状態、つまり、開度不変領域４２ｃにある状態をバルブ開度０°とし、図６に示すように吸気制御バルブ４２が全開している状態をバルブ開度９０°としている。また、図５（Ｄ）において、符号「２０３」のラインは、スワール生成ポート１２から吸入されるガス、つまりＥＧＲリーンガスの吸気流量の変化を示している。符号「２０４」のラインは、タンブル生成ポート１３から吸入されるガス、つまりＥＧＲリッチガスの吸気流量の変化を示している。

図５（Ａ）で吸気バルブ１４がリフトしている期間が吸気行程を示している。図５（Ｂ）のライン２０１で示すように、ＥＣＵ５０は、吸気行程の比較的早い時点からモータ４３（図１の場合）の回転駆動を開始して、吸気制御バルブ４２を作動させる。このとき、吸気制御バルブ４２は最初は開度が変わらない開度不変領域４２ｃ（図２参照）で作動するので、図５（Ｃ）に示すように、吸気行程の途中までは閉じたままとなる。その後、吸気制御バルブ４２が、図７に示すように開度不変領域４２ｃの終了位置の角度θ１（例えば４５°）まで回転したとき、つまり、吸気行程の途中から吸気制御バルブ４２が開き始める（図５（Ｃ）参照）。その後、吸気制御バルブ４２は最終的に全開になる。

これに対して、図８に示す通常のバルブ４６を用いた場合、図５（Ｃ）のようにバルブ開度を変化させようとするには、図５（Ｂ）のライン２０２で示すように、吸気行程の後半からバルブ４６の作動を開始する必要がある。吸気行程の前半からバルブ４６を作動させてしまうと、吸気行程の前半からＥＧＲリッチガスが吸入されてしまい、所望の成層分布を達成できなくなるからである。

このように、作動しても閉じたままとなる作動領域を有した吸気制御バルブ４２を用いることで、図８の通常のバルブ４６を用いたときに比べて、閉から開に又は開から閉に要する応答時間を長くできる。つまり、バルブの応答性を緩和できる。言い換えると、応答が低速のバルブ４２を採用でき、結果、コストが増加するのを抑制できる。

図５（Ｄ）のライン２０３で示すように、ＥＧＲリーンガスは、吸気行程の間中（吸気行程の前半、後半ともに）、吸入され続ける。これに対し、ライン２０４で示すように、ＥＧＲリッチガスは、図５（Ｂ）、（Ｃ）のように吸気制御バルブ４２が制御される結果、吸気行程の前半よりも後半で吸気流量が増加している。なお、図５（Ｄ）では、吸気行程の前半にもＥＧＲリッチガスが多少吸入されていることを示しているが、これは吸気制御バルブ４２の漏れなどによるものであり、意図した吸入ではない。

また、図９は、スワール生成ポート１２から筒内１１０に吸入されるガスの流れ（スワール流）と、タンブル生成ポート１３から吸入されるガスの流れ（タンブル流）とを模式的に示している。図９に示すように、スワール流（ＥＧＲリーンガス）は筒内１１０の外周寄りに吸入されるのに対し、タンブル流（ＥＧＲリッチガス）は筒内１１０の中央寄りに吸入される。その結果、図１０に示すように、吸気行程終了時（圧縮行程開始時）では、筒内１１０の下部（ピストン１６側）にＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが配置され、上部（吸気バルブ側）にＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが配置される。詳細には、筒内１１０の上部の中央付近にＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈが配置され、そのＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの周りにＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎが配置される。このように、圧縮行程開始時に、ＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎとＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈとを筒内１１０で層状に分布させることができる。

その後、圧縮行程の終了時になると、図１１に示すように、インジェクタ４７の直下の中央エリア１６３にＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈを、つまり、排気濃度が高い（酸素濃度が低い）ガスを配置できる。また、中央エリア１６３の周りのスキッシュエリア１６２（ピストン１６の上面外周部とエンジンヘッドの間のエリア）にＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎを配置できる。さらに、ピストン１６の上面にはキャビティ１６１が形成されており、そのキャビティ１６１の底面（以下、キャビティ底面１６１という）にＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎを配置できる。中央エリア１６３は、酸素量が多くかつ温度が高くなりやすいエリアであり、窒素と酸素が結びついてＮＯｘが発生しやすいエリアとなっている。これに対し、キャビティ底面１６１やスキッシュエリア１６２は、酸素量が少なくスモーク（煤）が発生しやすいエリアである。よって、中央エリア１６３に配置された、酸素濃度が低いＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの層はＮＯｘの低減に寄与し、スキッシュエリア１６２及びキャビティエリア１６１に配置された、酸素濃度が高いＥＧＲリーンガスｇｌｅａｎの層はスモークの低減に寄与する。つまり、図１１のように層状に配置することで、エミッション（ＮＯｘ、スモーク）を低減できる。

上述したように、エンジン１０は、気筒１１１〜１１４間で吸気、圧縮、燃焼、排気の行程をずらして実行している。そのため、図１のＥＣＵ５０は、各吸気制御バルブ４２１〜４２４の開度が、対応する気筒１１１〜１１４の吸気行程の前半よりも後半で大きくなるように、回転軸４４の回転制御（モータ４３の駆動制御）を行っている。以下、その回転制御の詳細を説明する。

図１２は、図１のＥＣＵ５０による回転軸４４の回転制御の第１例を説明する図である。この第１例は、４つの吸気制御バルブ４２１〜４２４が回転軸４４の回転に対して同位相で変化する場合における回転軸４４の回転制御である。つまり、位相調整機構４５を作動させない場合における回転軸４４の回転制御である。図１２（Ａ）は、クランク角に対する各気筒１１１〜１１４の吸気バルブ１４のリフト量の変化を示している。なお、図１２以降の図では、１番目の気筒１１１を「１気筒」、２番目の気筒１１２を「２気筒」、３番目の気筒１１３を「３気筒」、４番目の気筒１１４を「４気筒」としている。また、図１２（Ａ）では、各気筒の吸気行程が１８０°ＣＡずれて行われる例を示している。すなわち、０°〜１８０°ＣＡの期間に１気筒（気筒１１１）の吸気行程が行われ、１８０°〜３６０°ＣＡの期間に３気筒（気筒１１３）の吸気行程が行われ、３６０°〜５４０°ＣＡの期間に４気筒（気筒１１４）の吸気行程が行われ、５４０°〜７２０°ＣＡの期間に２気筒（気筒１１２）の吸気行程が行われる。

図１２（Ｂ）は、クランク角に対する回転軸４４の回転角の変化を示している。なお、図１２（Ｂ）に示すライン上の○の点の横に示した角度は、回転軸４４の回転角を示している。また、図１２（Ｃ）は、回転軸４４が図１２（Ｂ）のように回転制御されたときのクランク角に対する吸気制御バルブ４２１〜４２４の開度の変化を示している。なお、図１２（Ａ）〜（Ｃ）間で横軸のクランク角は同じである。

この第１例では、ＥＣＵ５０は位相調整機構４５（図１参照）を作動させない。そして、ＥＣＵ５０は、図１２（Ｂ）に示すように回転軸４４の回転角がクランク角に対して変化するようにモータ４３を駆動制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の回転数と同期させて、つまり、クランク角の変化と同じ角度だけ回転するように、回転軸４４を１方向に回転させる。なお、図１２（Ｂ）では、吸気制御バルブ４２が図１３に示す開度不変領域４２ｃの開始位置（回転軸の回転角が−θ１（例えば−４５°））から作動開始している例を示している。

例えば、１気筒の吸気行程の期間（０°〜１８０°ＣＡ）では、回転軸４４は、回転角が−θ１から−θ１＋１８０°まで回転、つまり、１８０°分だけ回転されることになる（図１２（Ｂ）参照）。このとき、１気筒の吸気制御バルブ４２１は、図１２（Ｃ）の０°〜１８０°ＣＡの期間のラインで示すように、作動開始後しばらくの間は開度不変領域４２ｃ（図１３参照）で作動するので、開度は０°（閉弁）のままとなる。その後、吸気制御バルブ４２１は、開度不変領域４２ｃを通過すると、吸気行程の途中から開き始め、吸気行程が終わる前の時点で全開（開度９０°）となる。さらにその後、吸気行程の終了時に図１３の状態に戻るように、つまり閉弁（開度０°）するように、吸気制御バルブ４２１は閉じていく。これによって、１気筒の吸気行程終了時に１気筒の筒内においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを図１０のように成層分布させることができる。

なお、クランク角が０°〜１８０°ＣＡの期間では、１気筒以外の気筒（２〜４気筒）の吸気制御バルブ４２２〜４２４も、吸気制御バルブ４２１と同じように開度変化する。しかし、クランク角が０°〜１８０°ＣＡの期間では、２〜４気筒の吸気行程が行われない、つまり吸気バルブ１４が閉じたままなので、吸気制御バルブ４２２〜４２４が開いたとしてもそれら２〜４気筒に吸入されることはない。

ＥＣＵ５０は、１気筒に後続して行われる３気筒、４気筒、２気筒の吸気行程においても、１気筒のときと同様に、１回の吸気行程の期間で１８０°回転するように回転軸４４を回転させる（図１２（Ｂ）参照）。これによって、３気筒の吸気行程の期間１８０°〜３６０°では３気筒の吸気制御バルブ４２３を、４気筒の吸気行程の期間３６０°〜５４０°では４気筒の吸気制御バルブ４２４を、２気筒の吸気行程の期間５４０°〜７２０°では２気筒の吸気制御バルブ４２２を、図１２（Ｃ）に示すように吸気行程の後半で開き、吸気行程の終了時に閉弁することができる。よって、２〜４気筒の吸気行程終了時に２〜４気筒の筒内においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを図１０のように成層分布させることができる。

この第１例では、各吸気行程終了時には、吸気制御バルブ４２１〜４２４を閉弁するようにしているので、後続して行われる他の気筒の吸気行程の開始時からＥＧＲリッチガスが筒内に吸入されてしまうのを防止できる。また、この第１例では、吸気制御バルブ４２１〜４２４間で位相差をつける必要がないので、位相調整機構４５（図１参照）を省略でき、簡易な構成で成層化を実現できる。

図１４は、図１のＥＣＵ５０による回転軸４４の回転制御の第２例を説明する図である。詳細には、図１４（Ａ）は図１２（Ａ）と同じ図である。図１４（Ｂ）は、クランク角に対する回転軸４４の回転角の変化を示している。図１４（Ｃ）は、１気筒の吸気制御バルブ４２１及び４気筒の吸気制御バルブ４２４におけるクランク角に対する開度の変化を示している。図１４（Ｄ）は、２気筒の吸気制御バルブ４２２及び３気筒の吸気制御バルブ４２３におけるクランク角に対する開度の変化を示している。

この第２例では、吸気行程が隣り合わない１気筒、４気筒の吸気制御バルブ４２１、４２４の組と、同じく吸気行程が隣り合わない２気筒、３気筒の吸気制御バルブ４２２、４２３の組との間で９０°の位相差をつけている。図１５、図１６は、吸気制御バルブ４２１、４２４の組と、吸気制御バルブ４２２、４２３の組との間で位相差が９０°となっている状態を示した図である。詳細には、図１５は、回転軸４４を上から見たときの各吸気制御バルブ４２１〜４２４の位相の違いを図形の違いであらわした図である。すなわち、図１５では、吸気制御バルブ４２１、４２４の図形が円形で同じとされ、吸気制御バルブ４２２、４２３の図形が長方形で同じとされている。そして、吸気制御バルブ４２２、４２３の図形（長方形）は、吸気制御バルブ４２１、４２４に対して位相が９０°異なっていることを示している。図１６は、回転軸４４の軸方向から見たときの各吸気制御バルブ４２１〜４２４を示した図である。

この第２例では、ＥＣＵ５０は位相調整機構４５（図１参照）を作動させて、吸気制御バルブ４２１、４２４の組と、吸気制御バルブ４２２、４２３の組との間の位相差を９０°に変更する（図１５、図１６参照）。なお、第２例を採用する場合には、位相調整機構４５が作動することで位相差が９０°となるように、その位相調整機構４５を構成しておく。そして、ＥＣＵ５０は、図１４（Ｂ）に示すように回転軸４４の回転角が変化するようにモータ４３を駆動制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン１０が１回転する間に１／２回転するように、言い換えると、クランク角の２分の１の回転角で回転するように、回転軸４４を１方向に回転させる。なお、図１４（Ｂ）では、吸気制御バルブ４２１〜４２４が図１６の状態にあるとき、つまり、吸気制御バルブ４２１、４２４が開度不変領域４２ｃの中央に位置し、吸気制御バルブ４２２、４２３が全開のときから回転軸４４の回転を開始している。

図１４（Ｂ）のように回転軸４４を回転させることで、１気筒、４気筒の吸気制御バルブ４２１、４２４は、図１４（Ｃ）に示すように、１気筒、４気筒の吸気行程の期間において、吸気行程開始後しばらくの間は開度は０°（閉弁）のままとなり、吸気行程の途中から開き始めて、吸気行程終了時で全開（開度９０°）となる。これによって、１気筒、４気筒の吸気行程終了時に１気筒、４気筒の筒内においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを図１０のように成層分布させることができる。その後、吸気制御バルブ４２１、４２４は、隣りの３気筒、２気筒の吸気行程の期間にずれ込む形で閉じていき、その吸気行程の途中で閉弁する。このとき、３気筒、２気筒の吸気制御バルブ４２３、４２２は、吸気制御バルブ４２１、４２４と位相が９０°異なっているので、３気筒、２気筒の吸気行程の前半で開いてしまうことがない（図１４（Ｄ）参照）。

他方、２気筒、３気筒の吸気制御バルブ４２２、４２３は、吸気制御バルブ４２１、４２４と位相が９０°異なっているので、図１４（Ｄ）に示すように、吸気制御バルブ４２１、４２４のバルブ開度（図１４（Ｃ））と反対のバルブ開度で作動する。すなわち、吸気制御バルブ４２２、４２３は、２気筒、３気筒の吸気行程の期間において、吸気行程開始後しばらくの間は閉じたままとなり、吸気行程の途中から開き始めて、吸気行程終了時で全開となる。これによって、２気筒、３気筒の吸気行程終了時に２気筒、３気筒の筒内においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを図１０のように成層分布させることができる。その後、吸気制御バルブ４２２、４２３は、隣りの１気筒、４気筒の吸気行程の期間にずれ込む形で閉じていき、その吸気行程の途中で閉弁する。このとき、１気筒、４気筒の吸気制御バルブ４２１、４２４は、吸気制御バルブ４２２、４２３と位相が９０°異なっているので、１気筒、４気筒の吸気行程の前半で開いてしまうことがない。

この第２例では、回転軸４４をエンジン回転数の半分の回転数で回転させれば良いので、第１例に比べて吸気制御バルブ４２１〜４２４の応答性を緩和できる。よって、コスト増加をより抑えることができる。

図１７は、図１のＥＣＵ５０による回転軸４４の回転制御の第３例を説明する図である。詳細には、図１７（Ａ）は図１２（Ａ）と同じ図である。図１７（Ｂ）は、クランク角に対する回転軸４４の回転角の変化を示している。図１４（Ｃ）は１気筒の吸気制御バルブ４２１におけるクランク角に対する開度の変化を示している。図１４（Ｄ）は３気筒の吸気制御バルブ４２３におけるクランク角に対する開度の変化を示している。図１４（Ｅ）は４気筒の吸気制御バルブ４２４におけるクランク角に対する開度の変化を示している。図１４（Ｆ）は２気筒の吸気制御バルブ４２２におけるクランク角に対する開度の変化を示している。

この第３例では、吸気行程が行われる気筒の吸気制御バルブ順に、つまり、１気筒の吸気制御バルブ４２１、３気筒の吸気制御バルブ４２３、４気筒の吸気制御バルブ４２４、２気筒の吸気制御バルブ４２２の順に、位相を４５°ずつ変えている。図１８、図１９は、吸気制御バルブ４２１〜４２４間で位相を４５°ずつ変えている状態を示した図である。詳細には、図１８は図１５と同様の図である。図１８では、隣り合う２つの図形（吸気制御バルブの図形）間で位相が４５°異なっていることを示している。図１９は、図１６と同様の図である。

この第３例では、ＥＣＵ５０は位相調整機構４５（図１参照）を作動させて、１気筒、３気筒、４気筒、２気筒の吸気制御バルブ４２１、４２３、４２４、４２２の順に位相を４５°ずつ変える（図１８、図１９参照）。なお、第３例を採用する場合には、位相調整機構４５が作動することで位相が４５°ずつ変わるように、その位相調整機構４５を構成しておく。そして、ＥＣＵ５０は、図１７（Ｂ）に示すように回転軸４４の回転角が変化するようにモータ４３を駆動制御する。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン１０が１回転する間で１／４回転するように、言い換えると、クランク角の変化に対して４分の１の回転角で回転するように、回転軸４４を１方向に回転させる。なお、図１７（Ｂ）では、吸気制御バルブ４２１〜４２４が図１９の状態にあるとき、つまり、吸気制御バルブ４２１が開度不変領域４２ｃの終了位置にあり、吸気制御バルブ４２３が開度不変領域４２ｃの中央位置にあり、吸気制御バルブ４２４が開度不変領域４２ｃの開始位置にあり、吸気制御バルブ４２２が全開の位置にあるときから、回転軸４４の回転を開始している。なお、開度不変領域４２ｃの角度範囲は９０°としている。

図１７（Ｂ）のように回転軸４４を回転させることで、各吸気制御バルブ４２１〜４２４は、図１７（Ｃ）〜（Ｆ）に示すように、各吸気制御バルブ４２１〜４２４が担当する各吸気行程の期間において、吸気行程開始から徐々に開き始めて、吸気行程終了時で全開となる。つまり、吸気行程の前半よりも後半でバルブ開度が大きくなる。これによって、各気筒の吸気行程終了時に、各気筒の筒内においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを図１０のように成層分布させることができる。その後、各吸気制御バルブ４２１〜４２４は、隣りの気筒の吸気行程にずれ込む形で閉じていき、その吸気行程の終了時で閉弁する。

この第３例では、吸気行程の前半にも多少はＥＧＲリッチガスが吸入されてしまうものの、回転軸４４をエンジン回転数の４分の１の回転数で回転させれば良く、第１例、第２例に比べて吸気制御バルブ４２１〜４２４の応答性を緩和できる。よって、コスト増加をより抑えることができる。

上記第１例〜第３例では、回転軸４４を１方向に回転制御する例であったが、回転軸４４を搖動させる（１方向にある量だけ回転させた後、逆方向にある量だけ回転させる）ことで、吸気制御バルブ４２１〜４２４を開閉させても良い。図２０は、回転軸４４を搖動させる制御の一例であり、図１のＥＣＵ５０による回転軸４４の回転制御の第４例を説明する図である。詳細には、図２０（Ａ）は図１２（Ａ）と同じ図である。図２０（Ｂ）は、クランク角に対する回転軸４４の回転角の変化を示している。図２０（Ｃ）は、吸気制御バルブ４２１〜４２４のクランクに対する開度の変化を示している。

この第４例では、ＥＣＵ５０は位相調整機構４５（図１参照）を作動させないで、吸気制御バルブ４２１〜４２４を同位相にしておく。そして、ＥＣＵ５０は、図２０（Ｂ）に示すように回転軸４４の回転角が変化するようにモータ４３を駆動制御する。なお、図２０（Ｂ）の縦軸の回転角は、吸気制御バルブ４２１〜４２４が図２１の符号「４２ｄ」の位置にあるとき、つまり開度不変領域４２ｃの終了位置にあるときを４５°とし、符号「４２ｅ」の位置にあるとき、つまり全開の位置にあるときを９０°としている。図２０（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ５０は、各気筒の吸気行程開始時に回転軸４４の回転角を４５°の状態、つまり各吸気制御バルブ４２１〜４２４を開度不変領域４２ｃの終了位置にしておく。そして、ＥＣＵ５０は、吸気行程開始後しばらくの間は、回転角４５°の状態に保持しておき、つまり回転軸４４を回転させないようにし、吸気行程の途中から回転軸４４を回転させ始め、吸気行程が終了する前に回転角９０°の状態にする。その後、ＥＣＵ５０は、回転軸４４を反対の方向に回転させて、吸気行程終了時には回転角４５°の状態に戻るようにする。つまり、ＥＣＵ５０は、吸気制御バルブ４２１〜４２４を、図２１の符号「４２ｄ」の状態と、符号「４２ｅ」の状態との間で搖動させる。

図２０（Ｂ）のように回転軸４４を回転させることで、吸気制御バルブ４２１〜４２４は、図２０（Ｃ）で示すように、吸気行程の途中までは閉じ、吸気行程の途中から全開まで開き、その後、吸気行程終了時に閉弁する。これによって、吸気行程終了時に、各気筒の筒内においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを図１０のように成層分布させることができる。

この第４例では、吸気制御バルブ４２１〜４２４を開度不変領域４２ｃ（図２１参照）では作動させていないものの、回転軸４４を４５°回転させるだけで、吸気制御バルブ４２１〜４２４を閉弁から全開に、及び全開から閉弁にすることができる。よって、通常のバルブ４６（図８参照）を搖動させる場合に比べて、吸気制御バルブ４２１〜４２４の応答性を緩和できる。

図２２は、回転軸４４を搖動させる制御の別例であり、図１のＥＣＵ５０による回転軸４４の回転制御の第５例を説明する図である。詳細には、図２２（Ａ）は図１２（Ａ）と同じ図である。図２２（Ｂ）は、クランク角に対する回転軸４４の回転角の変化を示している。図２２（Ｃ）は、１気筒、４気筒の吸気制御バルブ４２１、４２４におけるクランク角に対する開度の変化を示している。図２２（Ｄ）は、２気筒、３気筒の吸気制御バルブ４２２、４２３におけるクランク角に対する開度の変化を示している。

この第５例では、上記第２例（図１４参照）に対して回転軸４４の回転制御を１方向の回転から搖動に変更している。すなわち、ＥＣＵ５０は位相調整機構４５（図１参照）を作動させて、吸気制御バルブ４２１、４２４の組と、吸気制御バルブ４２２、４２３の組との間で位相を９０°ずらす（図１５、図１６参照）。そして、ＥＣＵ５０は、図２２（Ｂ）の回転角で変化するように回転軸４４を搖動させる。なお、図２２（Ｂ）では、吸気制御バルブ４２１〜４２４が図１６の状態にあるとき、つまり、吸気制御バルブ４２１、４２４が開度不変領域４２ｃの中央位置にあり、吸気制御バルブ４２２、４２３が全開の位置にあるときから回転軸４４の搖動を開始している。また、図２２（Ｂ）の縦軸の回転角は、吸気制御バルブ４２１〜４２４が図２３の符号「４２ｆ」の位置にあるとき、つまり開度不変領域４２ｃの中央位置にあるときを０°とし、符号「４２ｇ」の位置にあるとき、つまり全開の位置にあるときを９０°としている。

具体的には、ＥＣＵ５０は、図２２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、１気筒、４気筒の吸気行程の期間では、吸気行程開始時から回転軸４４を図２３の紙面で時計まわりに回転させて、吸気行程終了時に回転角９０°の状態にする。その後の２気筒、３気筒の吸気行程の期間では、吸気行程開始時から回転軸４４を図２３の紙面で反時計まわりに回転させて、吸気行程終了時に回転角０°の状態にする。つまり、ＥＣＵ５０は、吸気制御バルブ４２１〜４２４を、図２３の符号「４２ｆ」の状態と、符号「４２ｇ」の状態との間で搖動させる。

図２２（Ｂ）のように回転軸４４を搖動させることで、１気筒、４気筒の吸気制御バルブ４２１、４２４は、図２２（Ｃ）に示すように、第２例（図１４（Ｃ）参照）と同じように開度が変化する。また、２気筒、３気筒の吸気制御バルブ４２２、４２３は、図２２（Ｄ）に示すように、第２例（図１４（Ｄ）参照）と同じように開度が変化する。これによって、吸気行程終了時に、各気筒の筒内においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを図１０のように成層分布させることができる。

この第５例では、クランク角が１８０°変化する間に回転軸４４を９０°だけ回転させれば良いので、通常のバルブ４６（図８参照）を搖動させる場合に比べて、吸気制御バルブ４２１〜４２４の応答性を緩和できる。

図２４は、回転軸４４を搖動させる制御の別例であり、図１のＥＣＵ５０による回転軸４４の回転制御の第６例を説明する図である。詳細には、図２４（Ａ）は図１２（Ａ）と同じ図である。図２４（Ｂ）は、クランク角に対する回転軸４４の回転角の変化を示している。図２４（Ｃ）は、１気筒、４気筒の吸気制御バルブ４２１、４２４におけるクランク角に対する開度の変化を示している。図２４（Ｄ）は、２気筒、３気筒の吸気制御バルブ４２２、４２３におけるクランク角に対する開度の変化を示している。

この第６例では、ＥＣＵ５０は、位相調整機構４５（図１参照）を作動させて、図２５に示すように、吸気制御バルブ４２１、４２４の組と、吸気制御バルブ４２２、４２３の組との間で位相を４５°ずらしている。なお、図２５では、吸気制御バルブ４２１、４２４は開度不変領域４２ｃの終了位置にあり、吸気制御バルブ４２２、４２３は全開の位置にある状態を示している。そして、ＥＣＵ５０は、図２４（Ｂ）の回転角で変化するように回転軸４４を搖動させる。なお、図２４（Ｂ）では、吸気制御バルブ４２１〜４２４が図２５の状態にあるときから回転軸４４の搖動を開始している。また、図２４（Ｂ）の回転角は、吸気制御バルブ４２１、４２４が開度不変領域４２ｃの終了位置にあるとき（吸気制御バルブ４２２、４２３は全開の位置にあるとき）を４５°とし、吸気制御バルブ４２１、４２４が全開の位置にあるとき（吸気制御バルブ４２２、４２３は開度不変領域４２ｃの開始位置にあるとき）を９０°としている。

具体的には、ＥＣＵ５０は、図２４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、１気筒、４気筒の吸気行程の期間では、吸気行程開始時からしばらくの間は回転角４５°の状態に回転軸４４を保持、つまり回転軸４４を作動させないようにする。その後、ＥＣＵ５０は、１気筒、４気筒の吸気行程の途中から回転軸４４を図２５の紙面で時計まわりに回転させて、吸気行程の終了前で回転角９０°の状態にする。その後、ＥＣＵ５０は、３気筒、２気筒の吸気行程にずれ込む形で回転角９０°の状態に回転軸４４を保持する。その後、ＥＣＵ５０は、３気筒、２気筒の吸気行程の途中から図２５の紙面で反時計まわりに回転させて、その吸気行程の終了前に回転角４５°の状態にする。その後、ＥＣＵ５０は、１気筒、４気筒の吸気行程にずれ込む形で回転角４５°の状態に回転軸４４を保持する。この第６例では、第４例（図２０参照）と同様に、回転軸４４を回転角０°と４５°の間で搖動させているが、搖動させるタイミングが第４例と異なっている。

図２４（Ｂ）のように回転軸４４を搖動させることで、１気筒、４気筒の吸気制御バルブ４２１、４２４は、図２４（Ｃ）に示すように、１気筒、４気筒の吸気行程の途中までは閉じた状態となり（開度０°）、吸気行程の途中から開き始めて吸気行程の終了前に全開（開度９０°）の状態になる。その後、吸気制御バルブ４２１、４２４は、しばらくの間（３気筒、２気筒の吸気行程にずれ込む形で）全開の状態を維持する。その後、吸気制御バルブ４２１、４２３は、３気筒、２気筒の吸気行程の途中から閉じ始めて、その吸気行程の終了前に閉弁（開度０°）の状態になる。その後、吸気制御バルブ４２１、４２４は、しばらくの間、その閉弁の状態を維持する。

他方、２気筒、３気筒の吸気制御バルブ４２２、４２３は、吸気制御バルブ４２１、４２４と位相が４５°ずれていることにより、図２４（Ｄ）に示すように、吸気制御バルブ４２１、４２４と反対の開度で変化する。すなわち、吸気制御バルブ４２２、４２３は、２気筒、３気筒の吸気行程の途中から開いて、その吸気行程の終了前に全開になる。その後、吸気制御バルブ４２２、４２３は、しばらくの間全開の状態に維持した後、１気筒、４気筒の吸気行程にずれ込む形で閉じる。

これによって、吸気行程終了時に、各気筒の筒内においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを図１０のように成層分布させることができる。

この第６例では、図２４（Ｂ）に示すように、吸気行程の一部期間で回転軸４４を４５°だけ回転させれば良いので、通常のバルブ４６（図８参照）を搖動させる場合に比べて、吸気制御バルブ４２１〜４２４の応答性を緩和できる。この一部期間を長くとるほど応答性を緩和できるが、長くとりすぎて回転角を４５°、９０°の状態に保持する期間が短くなると、吸気行程の開始直後からＥＧＲリッチガスが吸入されることになる。

以上の第１例〜第６例によれば、４つの吸気制御バルブ４２１〜４２４の開閉を各気筒の吸気行程に合わせて１つのモータ４３だけで制御することができるので、システム構成を簡素にでき、コストを抑えることができる。

一方、図３、図４のエンジンシステム２、３でも上述の第１例〜第６例と同様の制御を行うことができる。具体的には例えば図１２の第１例又は図２０の第４例のように吸気制御バルブ４２１〜４２４を開閉させる場合には、図３、図４のＥＣＵ５０は、各モータ４３１、４３２の回転軸４４１、４４２（図３の場合）、モータ４３３〜４３６の回転軸（図４の場合）を、図１２（Ｂ）のように回転させ、又は図２０（Ｂ）のように搖動させれば良い。このとき、図３のＥＣＵ５０は、第１の回転軸４４１を回転させるときには、２気筒、３気筒の吸気行程の期間ではその回転を停止するようにしても良い。同様に、図３のＥＣＵ５０は、第２の回転軸４４２を回転させるときには、１気筒、４気筒の吸気行程の期間ではその回転を停止するようにしても良い。同様に、図４のＥＣＵ５０は、１気筒のモータ４３３を回転させるときには２〜４気筒の吸気行程の期間で、２気筒のモータ４３４を回転させるときには１、３、４気筒の吸気行程の期間で、３気筒のモータ４３５を回転させるときには１、２、４気筒の吸気行程の期間で、４気筒のモータ４３６を回転させるときには１〜３気筒の吸気行程の期間で回転を停止するようにしても良い。

また例えば、図３、図４のエンジンシステム２、３において、図１４の第２例のように吸気制御バルブ４２１〜４２４を開閉させる場合には、図３のＥＣＵ５０は、図２６（Ｂ）に示すように、第１の回転軸４４１に対してはライン２０５で示す回転角で変化するように回転制御する。他方、第２の回転軸４４２に対してはライン２０６で示す回転角で変化するように回転制御をすれば良い。ライン２０６は、ライン２０５よりもクランク角に対する回転角の位相が９０°遅れている。なお、図２６は、ライン２０６が追加されている点以外は図１４と同じである。同様に、図４のＥＣＵ５０は、１気筒、４気筒のモータ４３１、４３４の回転軸に対しては図２６（Ｂ）のライン２０５のように回転制御し、２気筒、３気筒のモータ４３２、４３３の回転軸に対してライン２０６のように回転制御すれば良い。これによって、１気筒、４気筒の吸気制御バルブ４２１、４２４は、図２６（Ｃ）のように開度が変化し、２気筒、３気筒の吸気制御バルブ４２２、４２３は、図２６（Ｄ）のように開度が変化する。

また例えば、図３、図４のエンジンシステム２、３において、図２２の第５例のように吸気制御バルブ４２１〜４２４を開閉させる場合には、図３、図４のＥＣＵ５０は、１気筒、４気筒のモータ４３１の回転軸４４１（図３の場合）、モータ４３１、４３４の回転軸（図４の場合）に対しては、図２２（Ｂ）のように回転制御する。他方、２気筒、３気筒のモータ４３２の回転軸４４２（図３の場合）、モータ４３２、４３３の回転軸（図４の場合）に対しては、図２２（Ｂ）のラインから回転角の位相が９０°ずれるように、回転制御すれば良い。これによって、１気筒、４気筒の吸気制御バルブ４２１、４２４は、図２２（Ｃ）のように開度が変化し、２気筒、３気筒の吸気制御バルブ４２２、４２３は、図２２（Ｄ）のように開度が変化する。

また例えば、図３、図４のエンジンシステム２、３において、図１７の第３例のように吸気制御バルブ４２１〜４２４を開閉させる場合には、図３、図４のＥＣＵ５０は、図２７（Ｂ）に示すように、第１の回転軸４４１（図３の場合）、モータ４３１、４３４の回転軸（図４の場合）に対してはライン２０７で示す回転角で変化するように回転制御する。他方、第２の回転軸４４２（図３の場合）、モータ４３２、４３３の回転軸（図４の場合）に対してはライン２０８で示す回転角で変化するように回転制御すれば良い。ライン２０８は、ライン２０７よりもクランク角に対する回転角の位相が４５°遅れている。なお、図２７は、ライン２０８が追加されている点以外は図１７と同じである。このとき、図３のエンジンシステム２を採用する場合には、図１の位相調整機構４５と同様の機構を設け、その機構を作動させることで、１気筒の吸気制御バルブ４２１と４気筒の吸気制御バルブ４２４との間で位相を９０°ずらす。同様に、２気筒の吸気制御バルブ４２２と３気筒の吸気制御バルブ４２３の間で位相を９０°ずらす。

これによって、１気筒の吸気制御バルブ４２１は図２７（Ｃ）のように、３気筒の吸気制御バルブ４２３は図２７（Ｄ）のように、４気筒の吸気制御バルブ４２４は図２７（Ｅ）のように、２気筒の吸気制御バルブ４２２は図２７（Ｆ）のように、開度が変化する。

同様に、図３、図４のエンジンシステム２、３において、図２４の第６例のように吸気制御バルブ４２１〜４２４を開閉させる場合には、吸気制御バルブ４２１、４２４を作動するモータと、吸気制御バルブ４２２、４２３を作動するモータとの間で回転角の位相をずらして図２４（Ｂ）のように回転制御することで、吸気制御バルブ４２１、４２４の開度は図２４（Ｃ）のように、吸気制御バルブ４２２、４２３の開度は図２４（Ｄ）のように変化させることができる。

このように、エンジンシステム２、３では、吸気制御バルブ４２１〜４２４を作動させるモータが複数設けられているので、それらモータの駆動をモータ間で異ならせることにより、吸気制御バルブ４２１〜４２４間でクランク角に対する開度を異ならせることができる。よって、図２７の例を除いて、図１の位相調整機構４５を省略できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとが別々の吸気ポートから吸入されるので、ＥＧＲリッチガスの吸入を制御する吸気制御バルブの開閉の際の応答時間に、それらＥＧＲリーンガス、ＥＧＲリッチガスが混合するのを抑制できる。よって、筒内におけるＥＧＲ成層化の程度、すなわち吸気行程の後、圧縮行程が終了した段階で最も排気濃度が高い部分（最も酸素濃度が低い部分）と最も排気濃度が低い部分（最も酸素濃度が高い部分）との差を向上できる。また、応答が緩やかな吸気制御バルブを採用できるのでコストを低減できる。また、ＥＧＲリーンガスの吸気を制御するバルブを設ける必要がないので、バルブ数を削減できる。

また、吸気制御バルブには作動しても閉じたままとなる開度不変領域が設けられているので、ＥＧＲリッチガスの吸入を開始する時点よりも前から吸気制御バルブの作動を開始できる。つまり、吸気制御バルブの応答性を緩和できる。また、成層化を行う際には、各気筒の吸気制御バルブの開度を各気筒の吸気行程に合わせて変更しているので、気筒ごとに成層化を実現できる。また、上記実施形態の一部の実施例では、隣りの吸気行程にずれ込む形で各吸気制御バルブの開閉を行っているので、吸気制御バルブの応答性を一層緩和できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。この第２実施形態は、筒内でのＥＧＲ成層化の程度が向上するように目標ＥＧＲ率に応じて吸気制御バルブの開閉制御を変える実施形態である。本実施形態では、第１実施形態と同じ図１、図３、又は図４のエンジンシステムが適用される。ＥＣＵ５０は、第１実施形態における吸気制御バルブの開閉制御を前提として、目標ＥＧＲ率に応じて吸気制御バルブの制御の仕方を変更している。以下、本実施形態のＥＣＵ５０による吸気制御バルブ４２の開閉制御の詳細を説明する。

図１、図３、図４のエンジンシステム１〜３では、ＥＧＲリーンガスが流れる通路とＥＧＲリッチガスが流れる通路とを上流にて接続する接続通路２９やＥＧＲバルブ３５、４１の開度調整により、平均ＥＧＲ率を調整でき、目標ＥＧＲ率を達成できるようになっている。しかし、目標ＥＧＲ率を考慮しないで吸気制御バルブ４２を制御するとＥＧＲ率によっては接続通路２９からＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの混合が進み、筒内でのＥＧＲ成層化の程度が低下してしまう。そのことを図２８を参照して説明する。図２８は、ＥＧＲ率が低いときと高いときとで、タンブル生成ポート１３から吸入されたＥＧＲリッチガス量に応じてＥＧＲ成層化の程度がどのように変化するかを模式的に示した図である。図２８において、ライン２０９がＥＧＲ率が低いときを示し、ライン２１０がＥＧＲ率が高いときを示している。

ＥＧＲ成層化の程度を高くするためには、スワール生成ポート１２からはできるだけ排気ガスが混ざっていないガス、つまり新気のまま吸入し、タンブル生成ポート１３からはできるだけ新気が混ざっていないガス、つまりＥＧＲガス（排気ガス）のまま吸入するのが望ましい。つまり、ＥＧＲ成層化の程度を高くするためには、接続通路２９を介して吸気通路２１から高圧ＥＧＲ通路２４に流入する新気（ＥＧＲリーンガス）、高圧ＥＧＲ通路２４から吸気通路２１に流入するＥＧＲガス（ＥＧＲリッチガス）をできるだけ少なくするのが望ましい。

例えば、目標ＥＧＲ率が３０％であるとすると、スワール生成ポート１２からは１回の吸気行程で吸入される総吸入量の７０％の新気が吸入され、タンブル生成ポート１３からは総吸入量の３０％のＥＧＲガスが吸入されたときに、理論上、ＥＧＲ成層化の程度は最も高くなる。一方で、タンブル生成ポート１３から例えば総吸入量の２０％のＥＧＲリッチガス（ＥＧＲガス）しか吸入されなかった場合には、残り１０％分のＥＧＲガスを接続通路２９から吸気通路２１に流入させる必要がある。そうすると、ＥＧＲリーンガス通路２２を流れるＥＧＲリーンガスと、ＥＧＲリッチガス通路２５を流れるＥＧＲリッチガスとの間で排気濃度の差が小さくなってしまい、筒内においてＥＧＲ成層化の程度が低下してしまう。

反対に、タンブル生成ポート１３から例えば総吸入量の４０％のＥＧＲリッチガスが吸入された場合には、そのＥＧＲリッチガスがＥＧＲガスそのものとすると目標ＥＧＲ率３０％を超えてしまうので、接続通路２９から高圧ＥＧＲ通路２４に１０％分の新気を流入させて、ＥＧＲリッチガスの排気濃度を薄める必要がある。この場合も、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの間で排気濃度の差が小さくなってしまい、筒内においてＥＧＲ成層化の程度が低下してしまう。つまり、目標ＥＧＲ率を固定とすると、図２８の各ライン２０９、２１０で示すように、ＥＧＲリッチガス量が少なすぎても多すぎてもＥＧＲ成層化の程度が低下してしまう。

また、例えば、目標ＥＧＲ率が４０％のときでは、スワール生成ポート１２からは１回の吸気行程で吸入される総吸入量の６０％の新気が吸入され、タンブル生成ポート１３からは総吸入量の４０％のＥＧＲガスが吸入されたときに、理論上、ＥＧＲ成層化の程度は最も高くなる。つまり、目標ＥＧＲ率が変わると、ＥＧＲリッチガス量とＥＧＲ成層化の程度の関係も変わる。具体的には、図２８に示すように、ＥＧＲリッチガス量とＥＧＲ成層化の程度の関係を示すラインが、ＥＧＲ率の増加によりＥＧＲリッチガス量が増加する方向にシフトする。つまり、ＥＧＲ率が低いときのライン２０９よりも、ＥＧＲ率が高いときのライン２１０のほうが、ＥＧＲ成層化の程度を同一としたときＥＧＲリッチガス量は大きい。

そのため、図２８に示すように、例えばＥＧＲ率にかかわらずＥＧＲリッチガス量をＸ１で固定とした場合には、ＥＧＲ率が低いとき（ライン２０９）にはＥＧＲ成層化の程度を高くできるものの、ＥＧＲ率が高くなったときには（ライン２１０）、ＥＧＲ成層化の程度が低下してしまう。

そこで、ＥＣＵ５０は、吸気行程終了時に図１０のように成層分布するようにＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを吸入しつつ、つまり、吸気行程の前半より後半で開度が大きくなるように吸気制御バルブ４２を制御しつつ、目標ＥＧＲ率が高いときには、低いときに比べてＥＧＲリッチガス量が増加するように、吸気制御バルブ４２の開時期や開度を変えている。図２９は、ＥＧＲ率に応じて吸気制御バルブ４２の開時期を変更することを説明する図である。詳細には、図２９（Ａ）は、クランク角に対する吸気バルブ１４（図１、図３、図４参照）のリフト量の変化を示している。図２９（Ａ）においてリフト量が変化しているクランク角の期間が吸気行程を示している。図２９（Ｂ）は、ＥＧＲ率が低いときにおけるクランク角に対する吸気制御バルブ４２の開度の変化を示している。図２９（Ｃ）は、ＥＧＲ率が高いときにおけるクランク角に対する吸気制御バルブ４２の開度の変化を示している。なお、図２９（Ａ）〜（Ｃ）間で、横軸のクランク角が同じである。

また、図３０は、ＥＧＲ率に応じて吸気制御バルブ４２の開度を変更することを説明する図である。詳細には、図３０（Ａ）は、図２９（Ａ）と同じ図である。図３０（Ｂ）は、ＥＧＲ率が低いときにおけるクランク角に対する吸気制御バルブ４２の開度の変化を示している。図３０（Ｃ）は、ＥＧＲ率が高いときにおけるクランク角に対する吸気制御バルブ４２の開度の変化を示している。なお、図３０（Ａ）〜（Ｃ）間で、横軸のクランク角が同じである。また、図３０（Ｂ）、（Ｃ）では、吸気制御バルブ４２をある開度まで開いた後、その開度で一定になっているが、一定の開度に制御する趣旨ではなく、吸気制御バルブ４２を開いた後の開度はこの図３０（Ｂ）、（Ｃ）では問題にしていない趣旨である。

ＥＣＵ５０は、図２９、図３０に示すように、ＥＧＲ率が高いときには、低いときに比べて、吸気行程中における吸気制御バルブ４２の開時期を進角させたり、開度を大きくしたりする。なお、ＥＣＵ５０は、図２９のようにＥＧＲ率に応じて開時期だけを変更しても良いし、図３０のようにＥＧＲ率に応じて開度だけを変更しても良いし、開時期と開度の両方を変更しても良い。

図３１は、図２９（Ｂ）、図３０（Ｂ）のように、ＥＧＲ率が高いときに比べて吸気制御バルブ４２の開時期を遅角し、または開度を小さくした場合、つまりＥＧＲ率が低い場合における、クランク角に対する吸気流量の変化を示している。図３１のライン２１１は、スワール生成ポート１２から吸入されるＥＧＲリーンガスの吸気流量を示している。ライン２１２は、タンブル生成ポート１３から吸入されるＥＧＲリッチガスの吸気流量を示している。図３２は、図２９（Ｃ）、図３０（Ｃ）のように、ＥＧＲ率が低いときに比べて吸気制御バルブ４２の開時期を進角し、または開度を大きくした場合、つまりＥＧＲ率が高い場合における、クランク角に対する吸気流量の変化を示している。図３２のライン２１３はＥＧＲリーンガスの吸気流量を、ライン２１４はＥＧＲリッチガスの吸気流量を示している。

図３１、図３２のライン２１２、２１４の比較により、ＥＧＲ率が増加して、図２９（Ｂ）から図２９（Ｃ）へ、または図３０（Ｂ）から図３０（Ｃ）へ吸気制御バルブ４２の制御を変更することで、ＥＧＲリッチガスの吸気流量を増加させることができる。反対に、ＥＧＲ率が減少して、図２９（Ｃ）から図２９０（Ｂ）へ、または図３０（Ｃ）から図３０（Ｂ）へ吸気制御バルブ４２の制御を変更することで、ＥＧＲリッチガスの吸気流量を減らすことができる。よって、例えば、図２８において、ＥＧＲ率が低いときにはＥＧＲリッチガス量がＸ１（ライン２０９でＥＧＲ成層化の程度が最高になるときのＥＧＲリッチガス量）になるように吸気制御バルブ４２の開時期や開度を制御し、ＥＧＲ率が高いときにはＥＧＲリッチガス量がＸ２（ライン２１０でＥＧＲ成層化の程度が最高になるときのＥＧＲリッチガス量）になるように吸気制御バルブ４２の開時期や開度を制御することで、接続通路２９から流入するガス量を少なくでき、結果、ＥＧＲ成層化の程度を高い値に維持することができる。

具体的には、ＥＣＵ５０は、例えば図３３のフローチャートの処理により、ＥＧＲ率に応じた吸気制御バルブ４２の開閉制御を実行する。具体的には、先ず、エンジン１０の運転状態として、回転数センサ６１（図１、図３、図４参照）が検出したエンジン回転数と、エンジン１０の負荷とを取得する（Ｓ１１）。なお、エンジン１０の負荷として、具体的には、アクセルセンサ６２（図１、図３、図４参照）が検出するアクセルペダルの操作量に基づいて定まる燃料噴射量を取得する。

次に、Ｓ１１で取得したエンジン１０の運転状態（エンジン回転数、負荷）に基づいて目標ＥＧＲ率を設定する（Ｓ１２）。具体的には、メモリ５１（図１、図３、図４参照）に、エンジン１０の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率のマップをあらかじめ記憶しておき、そのマップと、Ｓ１１で取得した今回の運転状態とから、目標ＥＧＲ率を設定する。

次に、Ｓ１２で設定した目標ＥＧＲ率に応じた吸気制御バルブ４２の開時期や開度を決定する（Ｓ１３）。具体的には、目標ＥＧＲ率ごとに、図２８で示すようなＥＧＲリッチガス量とＥＧＲ成層化の程度の関係をあらかじめ調べておく。そして、得られたＥＧＲリッチガス量とＥＧＲ成層化の程度の関係に基づいて、各目標ＥＧＲ率においてＥＧＲ成層化の程度が高くなるＥＧＲリッチガス量を求める。そして、そのＥＧＲリッチガス量にするための吸気制御バルブ４２の開時期や開度を求める。得られた目標ＥＧＲ率ごとの開時期や開度をメモリ５１に記憶しておく。

ここで、図３４は、メモリ５１に記憶された目標ＥＧＲ率ごとの吸気制御バルブ４２の開時期のテーブル３００を例示している。また、図３５は、メモリ５１に記憶された目標ＥＧＲ率ごとの吸気制御バルブ４２の開度のテーブル３１０を例示している。テーブル３００には、目標ＥＧＲ率が格納されるＥＧＲ率格納欄３０１と、そのＥＧＲ率格納欄３０１に格納された各目標ＥＧＲ率に応じた吸気制御バルブ４２の開時期が格納される開時期格納欄３０２とが設けられている。同様に、テーブル３１０には、目標ＥＧＲ率が格納されるＥＧＲ率格納欄３１１と、そのＥＧＲ率格納欄３１１に格納された各目標ＥＧＲ率に応じた吸気制御バルブ４２の開度が格納される開度格納欄３１２とが設けられている。なお、図３４、図３５のＥＧＲ率格納欄３０１、３１１の各欄には、目標ＥＧＲ率の範囲が格納されている。

図３４の開時期格納欄３０２には、図２９で説明したように、目標ＥＧＲ率が高くなるほど進角した開時期が格納される。つまり、図２９において、開時期Ａ１よりも開時期Ａ２のほうが進角しており、その開時期Ａ２よりも開時期Ａ３のほうが進角している。図３５の開度格納欄３１２には、図３０で説明したように、目標ＥＧＲ率が高くなるほど大きい開度が格納される。なお、図３５では、各開度を全開の開度（１００％）を基準とした％であらわしている。なお、目標ＥＧＲ率に応じて開時期だけを変更する場合には、図３５のテーブル３１０は不要であり、目標ＥＧＲ率に応じて開度だけを変更する場合には、図３４のテーブル３００は不要である。

Ｓ１３では、Ｓ１２で設定した今回の目標ＥＧＲ率に応じた開時期や開度を、メモリ５１に記憶されたテーブル３００、３１０から読み出させば良い。

次に、Ｓ１３で決定した開時期や開度で作動するように、吸気行程中に吸気制御バルブ４２（厳密には吸気制御バルブ４２を作動させるモータ）を作動させる（Ｓ１４）。これによって、図３１、図３２で説明したように、目標ＥＧＲ率に応じてＥＧＲリッチガス量が増減し、これにより、目標ＥＧＲ率が変化してもＥＧＲ成層化の程度を高い値に維持できる。Ｓ１４の後、図３３のフローチャートの処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、目標ＥＧＲ率に応じて吸気制御バルブの開時期や開度を変更してＥＧＲリッチガス量を増減させているので、接続通路２９からＥＧＲリーンガス通路２２に流入するＥＧＲリッチガス、ＥＧＲリッチガス通路２５に流入するＥＧＲリーンガスの流入量を少なくできる。これにより、ＥＧＲ成層化の程度が低下するのを抑制できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。この第３実施形態は、筒内でのＥＧＲ成層化の程度が向上するようにエンジン負荷に応じて吸気制御バルブの開閉制御を変える実施形態である。本実施形態では、第１実施形態と同じ図１、図３、又は図４のエンジンシステムが適用される。ＥＣＵ５０は、第１実施形態における吸気制御バルブの開閉制御を前提として、エンジン負荷に応じて吸気制御バルブの制御の仕方を変更している。以下、本実施形態のＥＣＵ５０による吸気制御バルブ４２の開閉制御の詳細を説明する。

本実施形態のＥＣＵ５０は、第１、第２実施形態と同様に、吸気行程の前半よりも後半で開度が大きくなるように吸気制御バルブ４２を制御している。これにより、上記実施形態で説明したように吸気行程終了時には図１０のように、圧縮行程終了時には図１１のようにＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを成層分布させることができる。図３６は、図１１と同様に圧縮行程終了時における筒内の様子を示し、筒内の各部における排気濃度の違いを色の濃淡の違いで表した図である。図３６において、色が濃くなるほど排気濃度が高いことを示している。図３６に示すように、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの成層化を行うことにより、中央エリア１６３は排気濃度を高く（酸素濃度を低く）、キャビティ底面１６１やスキッシュエリア１６２は排気濃度を低く（酸素濃度を高く）することができる。

このように、キャビティ底面１６１やスキッシュエリア１６２で酸素濃度を高くしているのは、スモークがそれらエリア１６１、１６２で発生しやすいためである。一方で、本発明者は、エンジン１０の負荷が高くなるとスキッシュエリア１６２で酸素不足になりやすいという知見をもっている。ここで、図３７は、エンジン１０の負荷が高くなるとスキッシュエリア１６２で酸素不足になりやすいことを説明する図であり、詳細には、筒内及びピストン１６の断面（右半分の断面）を示し、圧縮行程後の燃焼行程において時間の経過とともにピストン１６が下降している様子を示している。

インジェクタ４７から噴射される燃料噴射量は、エンジン１０の負荷に応じて変化し、具体的には、負荷が高いほど燃料噴射量が増加する。そのため、負荷が低いときには燃料噴射量が少ないので、インジェクタ４７は、図３７の上段で示した燃焼行程の初期で燃料を噴射し終える。この場合、インジェクタ４７から斜めの角度φ（図３７参照）で噴射された燃料は、キャビティ底面１６１に到達することになるので、主にキャビティ底面１６１で燃焼が行われることになる。それにともない、主にキャビティ底面１６１でスモークが発生することになる。

これに対して、負荷が高いときには、燃料噴射量が多くなるので、インジェクタ４７は、図３７の上段の燃焼行程の初期では未だ燃料を噴射し終えておらず、図３７の中段、下段で示すように、ピストン１６の下降が進んでからも燃料を噴射し続ける。この場合、燃料噴射量に対するスキッシュエリア１６２に到達する燃料量の割合が、負荷が低いときに比べて増加する。つまり、負荷が高くなるほど燃焼領域がスキッシュエリア１６２に移行していく。そのために、負荷が高いときには低いときに比べてスキッシュエリア１６２で酸素不足になりやすくなる。よって、図３８に示すように、負荷が高くなるほどスキッシュエリア１６２でのＳＯＯＴ（スモーク）の生成割合が増加し、反対にキャビティ底面１６１でのＳＯＯＴ生成割合は減少する。

そこで、ＥＣＵ５０は、吸気行程終了時に図１０のように成層分布するようにＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを吸入しつつ、つまり、吸気行程の前半よりも後半で開度が大きくなるように吸気制御バルブ４２を制御する。それに加えて、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の負荷が高いときには、低いときに比べてスキッシュエリア１６２での酸素濃度が高くなるように、吸気制御バルブ４２の開時期及び閉弁から開弁に至るまでの開度変化の勾配を変えている。

具体的には、ＥＣＵ５０は、図３９で示すように負荷に応じて吸気制御バルブ４２の開時期及び開度変化の勾配を変更している。図３９は、負荷に応じて吸気制御バルブ４２の開時期及び開度変化の勾配を変更することを説明する図である。詳細には、図３９（Ａ）は、クランク角に対する吸気バルブ１４（図１、図３、図４参照）のリフト量の変化を示している。図３９（Ｂ）は、負荷が低〜中程度のときにおけるクランク角に対する吸気制御バルブ４２の開度の変化を示している。図３９（Ｃ）は、負荷が高いときにおけるクランク角に対する吸気制御バルブ４２の開度の変化を示している。なお、図３９（Ａ）〜（Ｃ）間で横軸のクランク角が同じである。

ＥＣＵ５０は、図３９（Ｃ）に示すように、負荷が高いときには、低いとき（図３９（Ｂ）参照）に比べて、吸気行程中における吸気制御バルブ４２の開時期を進角させる。加えて、ＥＣＵ５０は、図３９（Ｃ）に示すように、負荷が高いときには、低いとき（図３９（Ｂ）参照）に比べて、吸気行程中に吸気制御バルブ４２を開く際に閉弁から開弁に至るまでの開度が緩やかに変わるように、つまり、開度変化の勾配が小さくなるように吸気制御バルブ４２を作動させる。言い換えると、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲリッチガスの総吸入量は負荷によっては変えないで、負荷が高いときには低いときに比べて、ＥＧＲリッチガスの吸気行程前半の吸入量が増加し、吸気行程後半の吸入量が減少するように、吸気制御バルブ４２を作動させる。

図４０は、図３９（Ｂ）のように吸気制御バルブ４２を作動させたときにおける、クランク角に対する吸気流量の変化を示している。図４０のライン２１５は、スワール生成ポート１２から吸入されるＥＧＲリーンガスの吸気流量を示している。図４０のライン２１６は、タンブル生成ポート１３から吸入されるＥＧＲリッチガスの吸気流量を示している。図４１は、図３０（Ｃ）のように吸気制御バルブ４２を作動させたときにおける、クランク角に対する吸気流量の変化を示している。図４１のライン２１７はＥＧＲリーンガスの吸気流量を、ライン２１８はＥＧＲリッチガスの吸気流量を示している。

図４０、図４１のライン２１６、２１８の比較によると、負荷が増加して、図３９（Ｂ）から図３９（Ｃ）に吸気制御バルブ４２の制御を変更することで、ＥＧＲリッチガスの吸入開始時期が早くなっていることがわかる。つまり、負荷が高いときは低いときに比べて、ＥＧＲリッチガスの吸気前半における吸入量が増加し、反対に吸気後半における吸入量は減少している。なお、図４１において、吸気行程の開始時からＥＧＲリッチガスが吸入されているが、これは吸気制御バルブ４２の漏れなどによるものであり、意図した吸入ではない。この吸気制御バルブ４２の漏れなどによる吸入を除くと、図４１においてもＥＧＲリッチガスは、吸気行程の前半よりも後半に多く吸入されている。

負荷に応じて図３９（Ｂ）、（Ｃ）のように吸気制御バルブ４２を作動させ、図４０、図４１のようにＥＧＲリッチガスの吸気流量を変化させることによって、筒内におけるＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの成層分布が変わる。図４２は、ＥＧＲリッチガスの吸入の仕方を変えることで成層部分が変わることを示した図である。詳細には、図４２は、圧縮前後の筒内の様子を示し、図４２（Ａ）、図４２（Ｂ）、図４２（Ｃ）の順に、吸気前半のＥＧＲリッチガスの吸入量が多くなっている。なお、図４２（Ａ）、図４２（Ｂ）、図４２（Ｃ）間で、ＥＧＲリッチガスの総吸入量は同じである。

図４２に示すように、図４２（Ａ）、図４２（Ｂ）、図４２（Ｃ）の順に、つまり、ＥＧＲリッチガスを吸気前半に多く吸入するほど、圧縮前（吸気行程終了時）におけるＥＧＲリッチガスの層は、筒内の上下方向（本発明の第１方向に相当）に厚くなり、反対に筒内の径方向（本発明の第２方向に相当）に薄くなることがわかる。

また、図４３は、ＥＧＲリッチガスの吸入タイミングが変わるとキャビティ底面とスキッシュエリアそれぞれでＥＧＲ成層化の程度がどのように変わるかを模式的に示している。図４３において、図３６の中央エリア１６３とキャビティ底面１６１の間の酸素濃度差の変化（ＥＧＲ成層化の程度の変化）をライン２２０で示し、中央エリア１６３とスキッシュエリア１６２の間の酸素濃度差の変化をライン２２１で示している。なお、図４３では、ＥＧＲリッチガスの吸入タイミング（吸気制御バルブ４２の開時期）だけでなく、吸気制御バルブ４２の開度変化の勾配も変えている。図４３に示すように、ＥＧＲリッチガスの吸入タイミングが遅くなるほど、キャビティ底面でのＥＧＲ成層化の程度が高くなり、反対にスキッシュエリアでのＥＧＲ成層化の程度が低くなる。

負荷が低いときには図３９（Ｂ）のように吸気制御バルブ４２を作動させることで、図４２（Ａ）に示すように、圧縮前においてＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈは筒内の上部に偏在することになるので、圧縮後ではキャビティ底面１６１の排気濃度を、図４２（Ｂ）、（Ｃ）に比べて低くする（酸素濃度を高くする）ことができる。図４３で説明すると、負荷が低いときには、吸気行程の遅い時点ｔ２からＥＧＲリッチガスを吸入することで、キャビティ底面１６１のＥＧＲ成層化の程度、つまり酸素濃度を高くすることができる。図３８で説明したように、負荷が低いときにはスモークは主にキャビティ底面１６１で生成されるので、図４２（Ａ）、図４３の時点ｔ２で吸入することで、キャビティ底面１６１でのスモークの発生を抑制できる。

これに対して、負荷が高いときには図３９（Ｃ）のように吸気制御バルブ４２を作動させることで、図４２（Ｃ）に示すように、圧縮前においてＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの層が筒内の下部側に延びる。それにともない、筒内の上部外周においてＥＧＲリッチガスｇｒｉｃｈの占める割合が減少する。よって、圧縮後ではスキッシュエリア１６２の排気濃度を、図４２（Ａ）、（Ｂ）に比べて低くする（酸素濃度を高くする）ことができる。図４３で説明すると、負荷が高いときには、吸気行程の早い時点ｔ１からＥＧＲリッチガスを吸入することで、スキッシュエリア１６２のＥＧＲ成層化の程度、つまり酸素濃度を高くすることができる。これによって、負荷が高いときのスキッシュエリア１６２での酸素不足を抑制でき、その結果、スキッシュエリア１６２でのスモークの発生を抑制できる。

ＥＣＵ５０は、例えば図４４のフローチャートの処理により、負荷に応じた吸気制御バルブ４２の開閉制御を実行する。具体的には、先ず、エンジン１０の負荷として例えば燃料噴射量を取得する（Ｓ２１）。次に、Ｓ２１で取得した負荷に応じた吸気制御バルブ４２の開時期及び開度変化の勾配を決定する（Ｓ２２）。具体的には、例えば、負荷ごとに吸気制御バルブ４２の開時期及び開度変化の勾配が反映された吸気制御バルブ４２の作動プロフィールをあらかじめメモリ５１に記憶しておく。

図４５は、メモリ５１に記憶された、負荷ごとの作動プロフィールを格納したテーブル４００を例示している。テーブル４００には、負荷が格納される負荷格納欄４０１と、その負荷格納欄４０１に格納された各負荷に応じた作動プロフィールが格納される作動プロフィール格納欄４０２とが設けられている。なお、負荷格納欄４０１の各欄には負荷の範囲が格納されている。また、負荷格納欄４０１には、燃料噴射量そのものを負荷として格納しても良い。

図４５の作動プロフィール格納欄４０２には、図３９で説明したように、負荷が高くなるほど開時期が進角し、かつ、開度変化の勾配が緩やかとなる作動プロフィールが格納されている。各作動プロフィールをどの程度の開時期及び開度変化の勾配とするかは、図３８の特性を考慮して決定する。具体的には例えば、図３８において、負荷が５のときにはスキッシュエリアでのＳＯＯＴ生成割合は約５０％となり、残り約５０％のＳＯＯＴはキャビティ底面で生成されるので、例えば、圧縮後においてキャビティ底面とスキッシュエリアとの間で酸素濃度の比率が１：１になるように、吸気制御バルブ４２の作動プロフィール（開時期及び開度変化の勾配）を決定する。また、例えば、図３８において、負荷が１０のときにはスキッシュエリアでのＳＯＯＴ生成割合は約８０％となり、負荷が５のときに比べて約１．６倍（＝８０／５０）となるので、スキッシュエリアの酸素濃度が負荷が５のときに比べて約１．６倍となるように、吸気制御バルブ４２の作動プロフィールを決定する。

Ｓ２２では、Ｓ２１で取得した今回の負荷が、図４５の負荷格納欄４０１に格納されたどの負荷に属しているかを判定する。そして、属していると判定した負荷に対応付けて作動プロフィール格納欄４０２に格納された作動プロフィールを読み出せば良い。

次に、Ｓ２２で決定した開度及び開度変化の勾配（作動プロフィール）で吸気制御バルブ４２を作動させる（Ｓ２３）。これによって、図４０、図４１で説明したように負荷に応じてＥＧＲリッチガスの吸入の仕方が変化し、その結果、図４２で説明したように負荷に応じて成層分布が変化する。よって、負荷の増減でスモークの生成領域が変化したとしても、スモークの発生を抑制できる。Ｓ２３の後、図４４のフローチャートの処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、エンジン１０の負荷が低いときにはキャビティ底面の酸素濃度が高くなるように、負荷が高いときにはスキッシュエリアの酸素濃度が高くなるように吸気制御バルブ４２の制御を変更しているので、スモークの発生をより一層抑制できる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。上記第１〜第３実施形態では、筒内においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを成層分布させる成層ＥＧＲモード（本発明の第１モードに相当）の詳細を説明した。本実施形態は、その成層ＥＧＲモードと、筒内においてＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとの成層化を行わない、つまりＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを筒内で均一に分布させる（混合させる）均一ＥＧＲモード（本発明の第２モードに相当）との間の切り替え方法に関する実施形態である。本実施形態では、第１実施形態と同じ図１、図３、又は図４のエンジンシステムが適用される。

エンジン１０の負荷や回転数が高くなると、吸気流速が増加し、それにともない吸気抵抗も増加する。このとき、成層化を行うために吸気行程中に吸気制御バルブ４２を開閉作動させると、吸気抵抗の影響でＥＧＲリッチガスの筒内への吸入効率が著しく低下することがある。そこで、本実施形態のＥＣＵ５０は、エンジン１０の負荷や回転数が高い運転領域でエンジン１０を運転する場合には、吸気行程の間中、吸気制御バルブ４２を全開の開度に固定する均一ＥＧＲモードを実行する。これに対して、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の負荷や回転数が低い運転領域でエンジン１０を運転する場合には成層ＥＧＲモードを実行する。

具体的には、メモリ５１には、図４６に示すように、エンジン回転数及び負荷で定まるエンジン１０の運転領域に応じて均一ＥＧＲモードと成層ＥＧＲモードのどちらを実行するかを示したマップが記憶されている。図４６のマップでは、均一ＥＧＲモードを実行するエンジン１０の運転領域５０１と、成層ＥＧＲモードを実行するエンジン１０の運転領域５０２とに区分されている。運転領域５０１は、エンジン回転数と負荷の少なくとも一方が高い運転領域であり、言い換えると、負荷が所定値（図４６ではライン５０３が所定値に相当する）以上となる運転領域である。反対に運転領域５０２は。負荷が所定値（ライン５０３）未満となる運転領域である。

そして、ＥＣＵ５０は、例えば図４７のフローチャートの処理により、成層ＥＧＲモードと均一ＥＧＲモードとの切り替えを行う。具体的には、先ず、エンジン１０の運転状態として、回転数センサ６１（図１、図３、図４参照）が検出したエンジン回転数と、エンジン１０の負荷（燃料噴射量）とを取得する（Ｓ３１）。

次に、Ｓ３１で取得した運転状態が、図４６のマップの運転領域５０２に属しているか否かを判断することで、成層ＥＧＲモードを実行するか否かを判断する（Ｓ３２）。Ｓ３１で取得した運転状態が運転領域５０２に属している場合には、成層ＥＧＲモードを実行すると判断する（Ｓ３２：Ｙｅｓ）。その後、第１〜第３実施形態で説明した成層ＥＧＲモードを実行、つまり、吸気行程中に吸気制御バルブ４２を開閉作動させる（Ｓ３３）。このとき、図１のエンジンシステム１で図１４等の制御を行う場合には、位相調整機構４５（図１参照）を作動させて、４つの吸気制御バルブ４２１〜４２４間で位相をずらす。その後、図４７のフローチャートの処理を終了する。

一方、Ｓ３２において、Ｓ３１で取得した運転状態が運転領域５０１に属している場合には、均一ＥＧＲモードを実行すると判断する（Ｓ３２：Ｎｏ）。その後、４つの吸気制御バルブ４２１〜４２４を全開の開度に固定して、吸気行程を行う（Ｓ３４）。これにより、ＥＧＲリッチガスは、吸気行程の間中、タンブル生成ポート１３から吸入され続け、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスのそれぞれを筒内において均一に分布させることができる。よって、高負荷、高回転数で吸気抵抗が増加したとしても、吸気効率の著しい低下を防止でき、結果、所望のエンジン出力を得ることができる。その後、図４７のフローチャートの処理を終了する。

ところで、エンジン負荷や回転数が低い運転領域での燃焼効率を向上するために、筒内でのスワール流を強化するためのスワールコントロールバルブが設けられることがある（例えば、特開平６−１０１４８４号公報、特開平６−２５７４４８号公報参照）。そこで、エンジン負荷や回転数が低い運転領域では、吸気制御バルブ４２をスワールコントロールバルブとして用いても良い。

具体的には、図４６のマップに代えて、図４８のマップをメモリ５１に記憶しておく。なお、図４８において、図４６と変更がない部分には同一符号を付している。図４８のマップは、エンジン１０の運転領域を、均一ＥＧＲモード＿開度大の運転領域５０１と、成層ＥＧＲモードの運転領域５０４と、均一ＥＧＲモード＿開度小の運転領域５０５とに区分したマップである。均一ＥＧＲモード＿開度大は、図４６の均一ＥＧＲモードと同じであり、吸気制御バルブ４２を全開の開度に固定して、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを筒内で均一に分布させるモードである。図４８の均一ＥＧＲモード＿開度小は、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスとを筒内で均一に分布させる点では均一ＥＧＲモード＿開度大と同じであるが、吸気制御バルブ４２の開度が均一ＥＧＲモード＿開度大とは異なっている。具体的には、均一ＥＧＲモード＿開度小は、吸気制御バルブ４２を全開よりも小さい開度に固定することで、スワール流を強化するスワール強化モードである。

図４８の運転領域５０１は、図４６の運転領域５０１と同じ領域に設定されている。運転領域５０４は、負荷が第１の所定値（ライン５０３）未満、その第１の所定値より小さい第２の所定値（ライン５０６）以上となる運転領域である。運転領域５０５は、負荷が第２の所定値（ライン５０６）未満となる運転領域、つまり、低負荷、低回転数の運転領域である。

そして、ＥＣＵ５０は、図４７のフローチャートの処理に代えて、例えば図４８の処理により、各モードの切り替えを行う。具体的には、先ず、エンジン１０の運転状態（負荷、回転数）を取得する（Ｓ４１）。次に、Ｓ４１で取得した運転状態が、図４８のマップの運転領域５０４に属しているか否かを判断することで、成層ＥＧＲモードを実行するか否かを判断する（Ｓ４２）。

Ｓ４１で取得した運転状態が運転領域５０４に属している場合には（Ｓ４２：Ｙｅｓ）、成層ＥＧＲモードを実行する（Ｓ４３）。その後、図４９のフローチャートの処理を終了する。Ｓ４１で取得した運転状態が運転領域５０４に属していない場合には（Ｓ４２：Ｎｏ）、その運転状態が運転領域５０５に属しているか否かを判断することで、スワール強化モードを実行するか否かを判断する（Ｓ４４）。

運転状態が運転領域５０４に属している場合には（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、スワール強化モードとして、４つの吸気制御バルブ４２１〜４２４を全開よりも小さい所定開度に固定して、吸気行程を行う（Ｓ４５）。その所定開度はスワール流を強化できるようにエンジン１０の運転状態（負荷、回転数）ごとにあらかじめメモリ５１に記憶されている。このとき、図１のエンジンシステム１で図１４等の制御を行う場合には、位相調整機構４５（図１参照）を作動させて、４つの吸気制御バルブ４２１〜４２４間で位相をずらす。これにより、ＥＧＲリーンガスとＥＧＲリッチガスのそれぞれを筒内において均一に分布させつつ、ＥＧＲリッチガスの吸入が絞られる結果、ＥＧＲリーンガスの吸入に勢いを増すことができる。つまり、スワール流を強化できる。よって、低負荷、低回転でありながら、燃焼効率を向上でき、所望のエンジン出力を得ることができる。また、吸気制御バルブ４２とは別にスワールコントロールバルブを設けなくても、スワール強化モードを実現できる。Ｓ４５の後、図４９のフローチャートの処理を終了する。

一方、Ｓ４４において、Ｓ４１で取得した運転状態が運転領域５０１に属している場合には（Ｓ４４：Ｎｏ）、均一ＥＧＲモード＿開度大として、４つの吸気制御バルブ４２１〜４２４を全開の開度に固定して、吸気行程を行う（Ｓ４６）。その後、図４９のフローチャートの処理を終了する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱いない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記第１〜第４実施形態のうちどの実施形態を組み合わせたとしても良い。具体的には、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせても良い。この場合には、図３３のＳ１３で、目標ＥＧＲ率に応じた最適なバルブ開時期を決定した後、Ｓ１４では、第１実施形態の図１２、図１４、図１７、図２０、図２２、図２４、図２６、図２７のように、気筒ごとにバルブ開度を変更する。その際、Ｓ１３で決定したバルブ開時期で各吸気制御バルブを作動させる。これによって、気筒ごとに成層化できるとともに、目標ＥＧＲ率が変わったとしてもＥＧＲ成層化の程度を高い値に維持できる。

また、同様に、第１実施形態と第３実施形態とを組み合わせても良いし、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせても良い。第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせる場合には、図３３のＳ１３で決定された目標ＥＧＲ率に応じたバルブ開時期や開度から定まるＥＧＲリッチガス量が吸入されるように、吸気制御バルブを作動させる。この際、図４４のＳ２３のように、負荷に応じてＥＧＲリッチガス量の吸入の仕方、つまり、吸気制御バルブの開時期や開度変化の勾配を変更する。これによって、目標ＥＧＲ率が変わったとしてもＥＧＲ成層化の程度を高い値に維持でき、なおかつ、負荷が変わってスモークの生成領域が変わったとしてもスモークの発生を抑制できる。

また、上記実施形態では、４つの気筒を有したエンジンシステムに本発明を適用した例を説明したが、単気筒エンジンや４気筒エンジン以外の多気筒エンジンの吸気に本発明を適用しても良い。

１０ エンジン
１２ スワール生成ポート
１３ タンブル生成ポート
２２ ＥＧＲリーンガス通路
２５ ＥＧＲリッチガス通路
４２、４２１〜４２４ 吸気制御バルブ
４３、４３１〜４３６ モータ
４４、４４１、４４２ 回転軸
５０ ＥＣＵ

Claims (23)

1. 筒内（１１０）に繋がる第１の吸気ポート（１２）とその第１の吸気ポートとは異なる前記筒内に繋がる第２の吸気ポート（１３）とを有した内燃機関（１０）の前記第１の吸気ポートに接続され、第１ガスが流れる第１通路（２１、２２）と、
   前記第２の吸気ポートに接続され、前記第１ガスとは濃度が異なる第２ガスが流れる第２通路（２４、２５）と、
   前記筒内と前記第２の吸気ポートとの開口（１４０）に設けられた吸気バルブ（１４）の上流に設けられて前記第２ガスが流れる通路の開閉を行う吸気制御バルブ（４２、４２１〜４２４）と、
   前記内燃機関の吸気行程に前記第１の吸気ポートから前記筒内に吸入された前記第１ガスと前記第２の吸気ポートから前記筒内に吸入された前記第２ガスとが前記筒内にて層状となるように、前記吸気バルブの開閉タイミングに合わせて前記吸気制御バルブの開閉を制御するバルブ制御手段（５０、４３、４４、４３１、４３２、４４１、４４２、４３３〜４３６）と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記第１ガスは、少なくとも前記吸気行程の前半に前記筒内に吸入され、
   前記バルブ制御手段は、前記第２ガスが前記吸気行程の前半よりも後半に多く前記筒内に吸入されるように前記吸気制御バルブの開閉を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記バルブ制御手段は、前記吸気行程の前半よりも後半に前記吸気制御バルブの開度を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記吸気制御バルブは、前記吸気制御バルブが作動しても前記吸気制御バルブが閉じたままとなる作動領域（４２ｃ）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記内燃機関は、複数の気筒（１１１〜１１４）を有し、それら複数の気筒間で交互に各気筒の吸気行程を実行しており、
   前記吸気制御バルブは前記気筒ごとに設けられており、
   前記バルブ制御手段は、各気筒の吸気行程に合わせて対応する前記吸気制御バルブの開閉を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
6. 前記バルブ制御手段は、全ての前記吸気制御バルブに接続して自身が駆動することで全ての前記吸気制御バルブを同時に作動させる１つの駆動手段（４３、４４）を備え、
   前記バルブ制御手段（５０）は、前記吸気行程の前半よりも後半で前記吸気制御バルブの開度が大きくなるように前記駆動手段を駆動させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸気装置。
7. 前記駆動手段の駆動にともない全ての前記吸気制御バルブが互いに同じ開度で変化し、
   前記バルブ制御手段は、前記吸気行程の前半よりも後半で前記吸気制御バルブの開度を大きくした後、前記吸気行程が終了するまでに前記吸気制御バルブが閉じるように、前記駆動手段を駆動させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の吸気装置。
8. 吸気行程の期間が隣り合う２つの前記気筒（１１１、１１３）のうち、先に吸気行程が行われる気筒（１１１）を先吸気気筒、後に吸気行程が行われる気筒（１１３）を後吸気気筒、
   前記先吸気気筒への吸入を制御する前記吸気制御バルブ（４２１）を先バルブ、前記後吸気気筒への吸入を制御する前記吸気制御バルブ（４２３）を後バルブとして、
   前記バルブ制御手段（５０）は、前記先バルブの開度が、前記先吸気気筒の吸気行程の前半よりも後半で大きくなるように、かつ、前記後吸気気筒の吸気行程にずれ込む形で前記先バルブが閉じるように、前記駆動手段を駆動させ、
   前記駆動手段の駆動にともない前記後吸気気筒の吸気行程の前半よりも後半で前記後バルブの開度が大きくなるように、前記後バルブの開度と前記先バルブの開度との間に位相差が設けられたことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の吸気装置。
9. 前記バルブ制御手段は、吸気行程の期間が隣り合わない複数の前記気筒（１１１、１１４）に対応した複数の前記吸気制御バルブ（４２１、４２４）を１つの組として、前記組に接続して自身が駆動することで前記組に含まれる複数の吸気制御バルブを同時に作動させる、前記組ごとに設けられた複数の駆動手段（４３１、４４１、４３２、４４２）を備えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸気装置。
10. 前記バルブ制御手段は、前記吸気制御バルブに接続して自身が駆動することで前記吸気制御バルブを作動させる、前記吸気制御バルブごとに設けられた複数の駆動手段（４３３〜４３６）を備えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸気装置。
11. 前記バルブ制御手段（５０）は、前記吸気行程の前半よりも後半で前記吸気制御バルブの開度が大きくなるように、かつ、当該吸気行程に後続して行われる他の前記気筒の吸気行程にずれ込む形で前記吸気制御バルブが閉じるように、前記複数の駆動手段のそれぞれを個別に駆動させることを特徴とする請求項９又は１０に記載の内燃機関の吸気装置。
12. 前記第１ガスは前記内燃機関の排気系から吸気系に還流される排気ガスであるＥＧＲガスの濃度が希薄なＥＧＲリーンガスであり、
    前記第２ガスは前記ＥＧＲガスの濃度が濃厚なＥＧＲリッチガスであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
13. 前記吸気制御バルブが設けられた位置よりも上流にて前記第１通路（２１）と前記第２通路（２４）とを接続する接続通路（２９）を備え、
    前記第１通路を流れる前記ＥＧＲリーンガスを前記接続通路から前記第２通路に流入させ、又は前記第２通路を流れる前記ＥＧＲリッチガスを前記接続通路から前記第１通路に流入させることで、前記筒内に吸入される前記ＥＧＲガスの量を前記筒内に吸入されるガスの総吸入量で割った値であるＥＧＲ率の目標値を達成できるようになっており、
    前記バルブ制御手段（Ｓ１１〜Ｓ１４）は、前記接続通路から前記第２通路に流入する前記ＥＧＲリーンガスの量又は前記第１通路に流入する前記ＥＧＲリッチガスの量を少なくする方向に、前記目標値に応じて前記吸気行程中における前記吸気制御バルブの開時期と開度の少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の吸気装置。
14. 前記バルブ制御手段は、前記目標値の増加により前記吸気制御バルブの開時期を進角させることを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の吸気装置。
15. 前記バルブ制御手段は、前記目標値の増加により前記吸気制御バルブの開度を大きくすることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の内燃機関の吸気装置。
16. 前記バルブ制御手段（Ｓ２１〜Ｓ２３）は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸気行程の前半に吸入する前記第２ガスの量と後半に吸入する前記第２ガスの量の割合が変わるように前記吸気制御バルブを制御することを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
17. 前記バルブ制御手段は、前記内燃機関の負荷が高いほど前記吸気行程の後半に吸入する前記第２ガスの量を少なくし、少なくした分の前記第２ガスを前記吸気行程の前半に吸入するように前記吸気制御バルブを制御することを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関の吸気装置。
18. 前記バルブ制御手段は、前記内燃機関の負荷が高いほど、前記吸気行程の終了時の前記筒内における前記第２ガスの層の、前記筒内を構成する気筒が延びた第１方向における厚さが大きくなり、かつ、前記第１方向に垂直な第２方向における厚さが小さくなるように前記吸気制御バルブを制御することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の内燃機関の吸気装置。
19. 前記バルブ制御手段は、前記内燃機関の負荷が高いほど、前記吸気行程中における前記吸気制御バルブの開時期を進角させ、かつ、閉弁から開弁に至るまでの前記吸気制御バルブの開度を緩やかに変化させることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
20. 前記第１ガスと前記第２ガスとが前記筒内にて層状となるようにそれら第１ガス、第２ガスを吸入する第１モードと、前記第１ガスと前記第２ガスのそれぞれが前記筒内で均一に分布するようにそれら第１ガス、第２ガスを吸入する第２モードのどちらを実行するかを前記内燃機関の運転状態に基づいて決定するモード決定手段（Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４４）を備え、
    前記バルブ制御手段（Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ４３、Ｓ４５、Ｓ４６）は、前記モード決定手段が前記第１モードを決定した場合には、前記吸気バルブの開閉タイミングに合わせて前記吸気制御バルブを開閉させる一方で、前記モード決定手段が前記第２モードを決定した場合には前記吸気制御バルブを一定の開度に固定することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
21. 前記モード決定手段（Ｓ３２）は、前記内燃機関の負荷が所定値（５０３）以上となる第１領域（５０１）で前記内燃機関を運転する場合には前記第２モードを実行すると決定し、前記内燃機関の負荷が前記所定値未満となる第２領域（５０２）で前記内燃機関を運転する場合には前記第１モードを実行すると決定することを特徴とする請求項２０に記載の内燃機関の吸気装置。
22. 前記第２モードは、前記吸気制御バルブの開度を全開に固定する開度大モードと、前記吸気制御バルブの開度を前記開度大モードのときよりも小さい開度に固定する開度小モードとを含み、
    前記モード決定手段（Ｓ４２、Ｓ４４）は、前記内燃機関の負荷が第１の所定値（５０３）以上となる第１領域（５０１）で前記内燃機関を運転する場合には前記開度大モードを実行すると決定し、前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値未満、かつ、前記第１の所定値より小さい第２の所定値（５０６）以上となる第２領域（５０４）で前記内燃機関を運転する場合には前記第１モードを実行すると決定し、前記内燃機関の負荷が前記第２の所定値未満となる第３領域（５０５）で前記内燃機関を運転する場合には前記開度小モードを実行すると決定することを特徴とする請求項２０に記載の内燃機関の吸気装置。
23. 前記第１の吸気ポートはスワール流のガスを前記筒内に吸入するスワール生成ポートであり、
    前記第２の吸気ポートはタンブル流のガスを前記筒内に吸入するタンブル生成ポートであることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。