JP2014222050A - Intake system of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an intake system of an internal combustion engine that can change stratified distribution of a first gas and a second gas in response to changes of a generating region of emission in a cylinder.SOLUTION: A passage 22 in which an EGR lean gas (a first gas) having a lean exhaust concentration flows is connected to a swirl generation port 12 of an engine 10, and a passage 25 in which an EGR rich gas (a second gas) having a rich exhaust concentration flows is connected to a tumble generation port 13 of the engine 10. The EGR lean gas continues to be sucked from the swirl generation port 12 during an intake stroke. An ECU 50 delays valve opening of an intake valve 142 of the tumble generation port 13 further than valve opening of an intake valve 141 of the swirl generation port 12, and thereby causes the EGR rich gas to be sucked in the middle of the intake stroke. The ECU 50 changes a period of starting valve opening or a lift amount in the intake valve 142 so that a suction amount of the EGR rich gas in the first half of intake increases and a suction amount in the second half reduces as a load becomes higher.

Description

本発明は、内燃機関への筒内への吸気を行う装置に関し、詳細には、濃度が異なるガスを筒内に層状に吸入する内燃機関の吸気装置に関する。   The present invention relates to a device that performs intake into a cylinder to an internal combustion engine, and more particularly, to an intake device for an internal combustion engine that draws gases having different concentrations into a cylinder in layers.

従来、内燃機関から排出されるエミッション(NOx、スモーク)を抑制するために、排気系から吸気系に還流したEGRガスと、新気とを別々に吸気して、それらガスを筒内で層状に分布(成層分布)させる技術がある(例えば特許文献1参照)。例えば特許文献1の吸気装置では、新気が流れる通路と、EGRガスが流れる通路とが設けられ、それら通路が吸気ポートの上流で合流して合流後の通路が吸気ポートに接続される。また、各通路にはそれぞれバルブが設けられる。そして、吸気行程の前半では、EGRガスが流れる通路に設けられたバルブを閉じ、新気が流れる通路に設けられたバルブを開けて、筒内に新気を吸入する。その後、吸気行程の後半では、新気が流れる通路に設けられたバルブを閉じ、EGRガスが流れる通路に設けられたバルブを開けて、筒内にEGRガスを吸入する。   Conventionally, in order to suppress emissions (NOx, smoke) discharged from an internal combustion engine, EGR gas recirculated from the exhaust system to the intake system and fresh air are separately sucked, and these gases are stratified in the cylinder There is a technique for distributing (stratified distribution) (see, for example, Patent Document 1). For example, in the intake device of Patent Document 1, a passage through which fresh air flows and a passage through which EGR gas flows are provided, the passages merge upstream of the intake port, and the joined passage is connected to the intake port. Each passage is provided with a valve. In the first half of the intake stroke, the valve provided in the passage through which EGR gas flows is closed, and the valve provided in the passage through which fresh air flows is opened, and fresh air is sucked into the cylinder. Thereafter, in the latter half of the intake stroke, the valve provided in the passage through which fresh air flows is closed, the valve provided in the passage through which EGR gas flows is opened, and EGR gas is sucked into the cylinder.

このように、特許文献1の吸気装置では、新気、EGRガスのように濃度(酸素濃度、排気濃度)が異なる第1ガス、第2ガスを1つの吸気ポートから交互に(別々に)吸入することで、筒内にてそれら第1ガス、第2ガスを層状に分布させている。   As described above, in the intake device disclosed in Patent Document 1, the first gas and the second gas having different concentrations (oxygen concentration and exhaust concentration) such as fresh air and EGR gas are alternately sucked (separately) from one intake port. Thus, the first gas and the second gas are distributed in layers in the cylinder.

特開2006−266159号公報JP 2006-266159 A

ところで、第1ガスと第2ガスとの成層化を行うのはエミッションを抑制するためであるが、そのエミッションの筒内における生成領域は内燃機関の負荷によって変化する。しかし、特許文献1の成層化の方法は、EGR量に応じて第1ガスの吸入量と第2ガスの吸入量の割合を変更するだけであり、筒内におけるエミッションの生成領域の変化を考慮したものとはなっていない。そのため、負荷によっては成層化を行うことのメリットが低下してしまう、つまり思ったほどエミッションの抑制につながらないことがある。   By the way, the reason why the first gas and the second gas are stratified is to suppress the emission, but the generation region in the cylinder of the emission varies depending on the load of the internal combustion engine. However, the stratification method of Patent Document 1 only changes the ratio of the intake amount of the first gas and the intake amount of the second gas in accordance with the EGR amount, and considers the change in the emission generation region in the cylinder. It is not what you did. Therefore, depending on the load, the merit of stratification may decrease, that is, it may not lead to the suppression of emissions as expected.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、筒内におけるエミッションの生成領域が変更されたとしても、その変更にあわせて第1ガスと第2ガスの成層分布を変更できる内燃機関の吸気装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if the emission generation region in the cylinder is changed, the intake air of the internal combustion engine that can change the stratification distribution of the first gas and the second gas in accordance with the change. It is an object to provide an apparatus.

上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の筒内に第1ガスとその第1ガスとは濃度が異なる第2ガスとを別々に吸入する内燃機関の吸気装置であって、
前記第1ガスの吸入開始に遅れて前記第2ガスの吸入が開始するように前記第2ガスの吸入を制御する吸気制御手段を備え、
前記第1ガスの吸入開始から前記第1ガスと前記第2ガスの両方の吸入が終了するまでの期間を吸気期間として、
前記吸気制御手段は、前記内燃機関の負荷に応じて前記吸気期間の前半に吸入する前記第2ガスの量と後半に吸入する前記第2ガスの量の割合が変わるように、前記第2ガスの吸入を制御することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is an intake device for an internal combustion engine that separately sucks a first gas and a second gas having a different concentration from the first gas into a cylinder of the internal combustion engine,
Intake control means for controlling the suction of the second gas so that the suction of the second gas starts behind the start of the suction of the first gas,
A period from the start of inhalation of the first gas to the end of inhalation of both the first gas and the second gas is defined as an inhalation period.
The intake control means may change the ratio of the amount of the second gas sucked in the first half of the intake period and the amount of the second gas sucked in the second half according to the load of the internal combustion engine. It is characterized by controlling inhalation.

本発明によれば、第2ガスは第1ガスの吸入に遅れて吸入されるので、筒内の下部(ピストン)側に第1ガスを多く含んだ層を、上部(エンジンヘッド)側に第2ガスを多く含んだ層を配置できる。吸気制御手段は、内燃機関の負荷に応じて、つまり筒内におけるエミッションの生成領域に応じて吸気前後半における第2ガスの吸入量の割合を変更するので、負荷(エミッションの生成領域)に応じて筒内における第2ガスの層の分布を変更できる。また、第2ガスの層以外の部分が第1ガスの層と考えると、第2ガスの層の分布の変更に伴い第1ガスの層の分布も変わることになる。ゆえに、本発明は、負荷に応じて、つまり筒内におけるエミッションの生成領域に応じて第1ガスと第2ガスの成層分布を変更でき、成層化を行うことのメリットを向上できる。   According to the present invention, since the second gas is sucked in after the suction of the first gas, a layer containing a large amount of the first gas on the lower (piston) side in the cylinder and the second gas on the upper (engine head) side. A layer containing a large amount of two gases can be arranged. The intake control means changes the ratio of the intake amount of the second gas in the second half before intake according to the load of the internal combustion engine, that is, according to the emission generation region in the cylinder, so according to the load (emission generation region) The distribution of the second gas layer in the cylinder can be changed. Further, if the portion other than the second gas layer is considered as the first gas layer, the distribution of the first gas layer also changes as the distribution of the second gas layer changes. Therefore, according to the present invention, the stratification distribution of the first gas and the second gas can be changed according to the load, that is, according to the emission generation region in the cylinder, and the merit of stratification can be improved.

第1実施形態におけるエンジンシステムの構成図である。It is a lineblock diagram of the engine system in a 1st embodiment. クランク角に対する各吸気バルブのリフト量変化を示した図である。It is the figure which showed the lift amount change of each intake valve with respect to a crank angle. 各吸気ポートから吸入されるガスの吸気流量を示した図である。It is the figure which showed the intake flow rate of the gas inhaled from each intake port. 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。It is the figure which showed typically the swirl flow and tumble flow which are suck | inhaled in a cylinder. 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。It is the figure which showed distribution of the gas in a cylinder at the time of completion | finish of an intake stroke. 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。It is the figure which showed distribution of the gas in the cylinder at the time of completion | finish of a compression process. 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。It is the figure which showed the mode in the cylinder at the time of completion | finish of a compression process, and represented the exhaust concentration in each part in a cylinder with the shading of the color. 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。It is the figure which showed the cross section (right half cross section) of the inside of a cylinder and the piston 16, and the mode that the piston 16 descend | falls with progress of time in the combustion stroke after a compression stroke. 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。It is the figure which showed the change of the SOOT production | generation ratio in the squish area with respect to engine load. エンジンが高いとき、低いときのそれぞれにおける吸気バルブのリフト量の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the lift amount of the intake valve in each when the engine is high and low. 第1実施形態における低負荷のときのクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the intake air flow volume with respect to the crank angle at the time of the low load in 1st Embodiment. 第1実施形態における高負荷のときのクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the intake air flow volume with respect to the crank angle at the time of the high load in 1st Embodiment. 圧縮前後の筒内の様子を示し、図13(A)、図13(B)、図13(C)の順に、吸気前半のEGRリッチガスの吸入量が多くなっている図である。It is a figure which shows the mode in the cylinder before and behind compression, and is the figure where the inhalation amount of EGR rich gas of the first half of intake increases in order of Drawing 13 (A), Drawing 13 (B), and Drawing 13 (C). 吸気後半のEGRリッチガスの吸入量が変わるとキャビティ底面とスキッシュエリアそれぞれでEGR成層化の程度がどのように変わるかを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically how the grade of EGR stratification will change in a cavity bottom face and a squish area, respectively, if the inhalation amount of EGR rich gas in the second half of inspiration changes. エンジン負荷に応じた吸気バルブや吸気制御バルブの制御の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of control of the intake valve and intake control valve according to engine load. 負荷ごとの吸気バルブの作動プロフィールを格納したテーブルを例示した図である。It is the figure which illustrated the table which stored the operation profile of the intake valve for every load. エンジンが高いとき、低いときのそれぞれにおける吸気バルブのリフト量の変化を示した変形例の図である。It is the figure of the modification which showed the change of the lift amount of the intake valve in each when the engine is high and low. 第2実施形態におけるエンジンシステムの構成図である。It is a block diagram of the engine system in 2nd Embodiment. 吸気バルブのリフト量の変化、吸気制御バルブの開度の変化及び各吸気ポートからの吸気流量を示した図である。It is the figure which showed the change of the lift amount of an intake valve, the change of the opening degree of an intake control valve, and the intake air flow rate from each intake port. エンジン負荷に応じて吸気制御バルブの制御を変更することを説明する図である。It is a figure explaining changing control of an intake control valve according to engine load. 第2実施形態における低負荷のときのクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the intake air flow with respect to the crank angle at the time of the low load in 2nd Embodiment. 第2実施形態における高負荷のときのクランク角に対する吸気流量の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the intake air flow with respect to the crank angle at the time of the high load in 2nd Embodiment. 負荷ごとの吸気制御バルブの作動プロフィールを格納したテーブルを例示した図である。It is the figure which illustrated the table which stored the operation profile of the intake control valve for every load.

(第1実施形態)
以下、本発明に係る内燃機関の吸気装置の第1実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、車両に搭載されたエンジンシステム1の構成図を示している。エンジンシステム1は、内燃機関としてのディーゼルエンジン10(以下、単にエンジンという)と、そのエンジン10の運転に必要な各種構成とを備える形で構成されている。なお、本実施形態では、エンジン10は、4つの気筒11(シリンダ)を有した4気筒エンジンである。エンジン10は、各気筒11において、吸気、圧縮、燃焼、排気の4行程を経て動力を生み出す4ストローク機関である。吸気、圧縮、燃焼、排気の4行程による燃焼サイクル(「720°CA」周期)が、例えば各気筒11間で「180°CA」ずらして逐次実行される。図1の右側の気筒11から順に1番から4番までの番号を付けたときに、例えば、1番、3番、4番、2番の気筒11の順に燃焼サイクルが実行される。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of an intake device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration diagram of an engine system 1 mounted on a vehicle. The engine system 1 is configured to include a diesel engine 10 (hereinafter simply referred to as an engine) as an internal combustion engine and various configurations necessary for the operation of the engine 10. In the present embodiment, the engine 10 is a four-cylinder engine having four cylinders 11 (cylinders). The engine 10 is a four-stroke engine that generates power in each cylinder 11 through four strokes of intake, compression, combustion, and exhaust. A combustion cycle (“720 ° CA” cycle) by four strokes of intake, compression, combustion, and exhaust is sequentially executed with a shift of “180 ° CA” between the cylinders 11, for example. When numbers 1 to 4 are assigned in order from the cylinder 11 on the right side of FIG. 1, for example, the combustion cycles are executed in order of the cylinders 1, 3, 4, and 2.

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。   Each cylinder 11 is connected with two intake ports, a swirl generation port 12 and a tumble generation port 13, as intake ports serving as intake ports for intake air (gas) sucked into the cylinder (inside the cylinder 11). Yes. These intake ports 12 and 13 are formed in an engine head provided in the upper part of the cylinder 11. The swirl generation port 12 is an intake port that generates a swirl flow (lateral vortex) in the gas sucked into the cylinder. The tumble generation port 13 is an intake port that generates a tumble flow (longitudinal vortex) in the gas sucked into the cylinder. These two intake ports 12 and 13 can improve the mixing of the fuel injected from the injector (not shown) and the gas sucked from the intake ports 12 and 13.

また、スワール生成ポート12と筒内とを繋ぐ開口171にはその開口171の開閉を行う吸気バルブ141が設けられている。同じく、タンブル生成ポート13と筒内とを繋ぐ開口172にはその開口172の開閉を行う吸気バルブ142が設けられている。また、各気筒11には、筒内での燃焼後のガスを筒内から排出する排気ポートが接続されている。その排気ポートと筒内とを繋ぐ開口にはその開口の開閉を行う排気バルブ15が設けられている。   In addition, an intake valve 141 that opens and closes the opening 171 is provided in the opening 171 that connects the swirl generation port 12 and the inside of the cylinder. Similarly, an opening 172 that connects the tumble generating port 13 and the inside of the cylinder is provided with an intake valve 142 that opens and closes the opening 172. Each cylinder 11 is connected to an exhaust port for discharging the gas after combustion in the cylinder from the cylinder. An exhaust valve 15 for opening and closing the opening is provided at an opening connecting the exhaust port and the inside of the cylinder.

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。   The engine system 1 is provided with an intake passage 21 through which fresh air drawn into the cylinder of the engine 10 flows. The intake passage 21 is provided with a supercharger 31 that compresses fresh air and an intercooler 32 that cools the fresh air compressed by the supercharger 31 from the upstream side. In addition, a throttle 33 for adjusting the amount of fresh air is provided in the intake passage 21 downstream of the intercooler 32. From the intake passage 21 downstream of the throttle 33, a passage 22 (an intake manifold passage, hereinafter referred to as an EGR lean gas passage) connected to each cylinder 11 (strictly, the engine head) is branched. Each EGR lean gas passage 22 is connected to the swirl generation port 12 of each cylinder 11. In the EGR lean gas passage 22 and the intake passage 21, a gas clean (hereinafter referred to as an EGR lean gas) in which only fresh air or fresh air is mixed with EGR gas corresponding to the opening degree of the EGR valve 41 flows.

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。   Each cylinder 11 is connected to an exhaust manifold 23 for collectively passing exhaust gas discharged from each cylinder 11 to the exhaust passage 27. The exhaust passage 27 includes a turbocharger turbine 37 (variable nozzle turbo (VNT)) for recovering energy from the exhaust gas, a post-processing device 38 for performing a predetermined process on the exhaust gas, and an exhaust gas. An exhaust throttle valve 39 for adjusting the gas flow rate is arranged in this order. The post-processing device 38 is an oxidation catalyst that oxidizes and removes CO, HC, and the like in the exhaust gas, and a DPF that removes PM in the exhaust gas.

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。   A low pressure EGR passage 28 having one end connected to the exhaust passage 27 downstream from the post-processing device 38 and the other end connected to the intake passage 21 upstream from the supercharger 37 is provided. The low-pressure EGR passage 28 is a passage for returning a part of the exhaust gas to the intake passage 21 as EGR gas. The low pressure EGR passage 28 is provided with a low pressure EGR cooler 40 that cools the EGR gas flowing through the low pressure EGR passage 28 and a low pressure EGR valve 41 that adjusts the flow rate of the EGR gas. The low pressure EGR system including the low pressure EGR passage 28, the low pressure EGR cooler 40, and the low pressure EGR valve 41 may not be provided. In this case, only fresh air flows through the intake passage 21.

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。   The exhaust manifold 23 is connected to a high pressure EGR passage 24 for returning a part of the exhaust gas to the intake system as EGR gas. The high pressure EGR passage 24 is provided with a high pressure EGR cooler 34 for cooling the EGR gas flowing through the high pressure EGR passage 24 and a high pressure EGR valve 35 for adjusting the flow rate of the EGR gas. From the high pressure EGR passage 24 downstream of the high pressure EGR valve 35, a passage 25 (hereinafter referred to as an EGR rich gas passage) connected to each cylinder 11 (strictly, the engine head) is branched. Each EGR rich gas passage 25 is connected to the tumble generation port 13 of each cylinder 11. In the EGR rich gas passage 25, a gas grich (hereinafter referred to as an EGR rich gas) that flows through the EGR lean gas passage 22, that is, a concentration of EGR gas higher than the EGR lean gas (exhaust concentration is high, oxygen concentration is low) flows.

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。   Further, the engine system 1 is provided with a connection passage 29 that connects the intake passage 21 and the high-pressure EGR passage 24. The connection passage 29 connects the intake passage 21 before branching to the EGR lean gas passage 22 and the high-pressure EGR passage 24 before branching to the EGR rich gas passage 25. With the connection passage 29, the pressure of the gas flowing through the intake passage 21 and the downstream EGR lean gas passage 22 can be made equal to the pressure of the gas flowing through the high pressure EGR passage 24 and the downstream EGR rich gas passage 25. As a result, the stratified distribution of the EGR lean gas and the EGR rich gas can be prevented from being disturbed in the cylinder due to the pressure difference.

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。   Further, when the EGR rate target value (target EGR rate) cannot be achieved only by the EGR gas recirculated from the low pressure EGR passage 28 or the EGR rich gas (exhaust gas) flowing through the EGR rich gas passage 25, the connection passage 29 is used. The target EGR rate can be achieved by flowing EGR gas from the high pressure EGR passage 24 to the intake passage 21 or flowing fresh air from the intake passage 21 to the high pressure EGR passage 24. That is, when the target EGR rate is high, the EGR gas flows from the high pressure EGR passage 24 to the intake passage 21 via the connection passage 29 to increase the EGR concentration of the EGR lean gas flowing through the intake passage 21 and the EGR lean gas passage 22. Thus, the EGR rate can be increased. On the other hand, when the target EGR rate is low, fresh air flows from the intake passage 21 to the high pressure EGR passage 24 via the connection passage 29 to lower the EGR concentration of the EGR rich gas flowing through the high pressure EGR passage 24 and the EGR rich gas passage 25. As a result, the EGR rate can be lowered. The EGR rate is obtained by dividing the amount of EGR gas (exhaust gas) sucked into the cylinder by the total amount of gas sucked into the cylinder (fresh air intake amount + EGR gas intake amount). is there.

エンジンシステム1には、各バルブ(スロットル33、EGRバルブ35、41、吸気バルブ141、142、排気バルブ15など)の開閉(開閉時期や開度など)やインジェクタなどを制御することでエンジン10の運転を制御するECU50が設けられている。そのECU50は、CPU、ROM、RAM等を備えたコンピュータを主として構成されている。ECU50には、エンジン10の回転数を検出する回転数センサ61や、車両を運転する運転者の要求トルクを車両側に知らせるための運転操作部に相当するアクセルペダルの操作量(踏み込み量)を検出するアクセルセンサ62が接続されている。そして、ECU50は、それらセンサから入力されたエンジン回転数、アクセルペダルの操作量等に基づき、燃料噴射時期や噴射量や目標EGR率を決定したり、各バルブの開閉を制御したりする。また、ECU50は、自身が実行する処理のプログラム等の各種情報を記憶したROM、RAM等のメモリ51を備えている。   The engine system 1 controls the opening / closing (opening / closing timing, opening degree, etc.) of each valve (throttle 33, EGR valves 35, 41, intake valves 141, 142, exhaust valve 15, etc.), injectors, etc. An ECU 50 that controls operation is provided. The ECU 50 is mainly configured by a computer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The ECU 50 includes an operation amount (depression amount) of an accelerator pedal corresponding to a rotation speed sensor 61 that detects the rotation speed of the engine 10 and a driving operation section for notifying the vehicle side of a torque required by a driver who drives the vehicle. An accelerator sensor 62 for detection is connected. The ECU 50 determines the fuel injection timing, the injection amount, the target EGR rate, and controls the opening / closing of each valve based on the engine speed, the accelerator pedal operation amount, and the like input from these sensors. Further, the ECU 50 includes a memory 51 such as a ROM or a RAM that stores various information such as a program for processing executed by the ECU 50.

ECU50は、エンジン10から排出されるエミッションを抑制するために、EGRリーンガスとEGRリッチガスとが筒内で成層分布するように、それらEGRリーンガス、EGRリッチガスを筒内に吸入させている。詳細には、ECU50は、吸気行程の間中、スワール生成ポート12からEGRリーンガスを吸入し続ける。また、ECU50は、EGRリーンガスの吸入開始に遅れてEGRリッチガスの吸入を開始させる。これにより、EGRリーンガスとEGRリッチガスとの成層化を実現している。   The ECU 50 sucks the EGR lean gas and the EGR rich gas into the cylinder so that the EGR lean gas and the EGR rich gas are stratified and distributed in the cylinder in order to suppress the emission discharged from the engine 10. Specifically, the ECU 50 continues to suck the EGR lean gas from the swirl generation port 12 during the intake stroke. Further, the ECU 50 starts the intake of the EGR rich gas after the start of the intake of the EGR lean gas. Thereby, the stratification of the EGR lean gas and the EGR rich gas is realized.

ここで、図2は、吸気行程におけるクランク角に対する各吸気バルブ141、142のリフト量変化を示している。図2において、ライン201は、スワール生成ポート12に設けられた吸気バルブ141のリフト量変化を示している。ライン202は、タンブル生成ポート13に設けられた吸気バルブ142のリフト量変化を示している。なお、図2は、例えば、1番目の気筒11の吸気行程の期間(クランク角が0°〜180°CAの期間)での、1番目の気筒11の各吸気バルブ141、142のリフト量変化を示している。2番〜4番目の気筒11の各吸気バルブ141、142のリフト量変化も図2と同様となっている。すなわち、1番目の気筒11の次に吸気行程が行われる3番目の気筒11の各吸気バルブ141、142は、3番目の気筒11の吸気行程の期間(180°〜360°CAの期間)において、図2と同様のリフト量変化を示す。3番目の気筒11の次に吸気行程が行われる4番目の気筒11の各吸気バルブ141、142は、4番目の気筒11の吸気行程の期間(360°〜540°CAの期間)において、図2と同様のリフト量変化を示す。4番目の気筒11の次に吸気行程が行われる2番目の気筒11の各吸気バルブ141、142は、2番目の気筒11の吸気行程の期間(540°〜720°CAの期間)において、図2と同様のリフト量変化を示す。   Here, FIG. 2 shows the lift amount change of each intake valve 141 and 142 with respect to the crank angle in the intake stroke. In FIG. 2, a line 201 indicates a change in lift amount of the intake valve 141 provided in the swirl generation port 12. A line 202 indicates a change in the lift amount of the intake valve 142 provided in the tumble generation port 13. FIG. 2 shows, for example, changes in the lift amount of the intake valves 141 and 142 of the first cylinder 11 during the intake stroke period of the first cylinder 11 (crank angle is 0 ° to 180 ° CA). Is shown. Changes in the lift amounts of the intake valves 141 and 142 of the second to fourth cylinders 11 are the same as in FIG. That is, the intake valves 141 and 142 of the third cylinder 11 in which the intake stroke is performed next to the first cylinder 11 are in the period of the intake stroke of the third cylinder 11 (a period of 180 ° to 360 ° CA). The lift amount change similar to FIG. 2 is shown. The intake valves 141 and 142 of the fourth cylinder 11 in which the intake stroke is performed next to the third cylinder 11 are illustrated in the period of the intake stroke of the fourth cylinder 11 (a period of 360 ° to 540 ° CA). 2 shows the same lift amount change. The intake valves 141 and 142 of the second cylinder 11 in which the intake stroke is performed next to the fourth cylinder 11 are illustrated in the period of the intake stroke of the second cylinder 11 (period of 540 ° to 720 ° CA). 2 shows the same lift amount change.

図2に示すように、ECU50は、タンブル生成ポート13に設けられた吸気バルブ142の開弁開始時期を、スワール生成ポート12に設けられた吸気バルブ141の開弁開始時期から遅らせている。さらに、ECU50は、吸気バルブ142のリフト量を吸気バルブ141のリフト量より小さくしている。なお、各吸気バルブ141、142の閉弁時期は同じとなっている。なお、図2において、ライン201(吸気バルブ141)のリフトが開始されてから、ライン201及びライン202(吸気バルブ141、142)のリフトが終了するまでの期間が吸気行程の期間であり、本発明における「吸気期間」に相当する。   As shown in FIG. 2, the ECU 50 delays the valve opening start timing of the intake valve 142 provided in the tumble generation port 13 from the valve opening start timing of the intake valve 141 provided in the swirl generation port 12. Further, the ECU 50 makes the lift amount of the intake valve 142 smaller than the lift amount of the intake valve 141. In addition, the valve closing timing of each intake valve 141 and 142 is the same. In FIG. 2, the period from the start of lift of the line 201 (intake valve 141) to the end of lift of the line 201 and line 202 (intake valves 141, 142) is the period of the intake stroke. This corresponds to the “intake period” in the invention.

図3は、各吸気バルブ141、142が図2のように制御されたときの各吸気ポート12、13から吸入されるガスの流量のクランク角に対する変化を示している。図3において、ライン203は、スワール生成ポート12から吸入されるガス、つまりEGRリーンガスの吸気流量を示している。ライン204は、タンブル生成ポート13から吸入されるガス、つまりEGRリッチガスの吸気流量を示している。図3のライン203が示すように、EGRリーンガスは吸気行程の間中、吸入され続ける。これに対し、吸気バルブ141の開弁に対して吸気バルブ142の開弁が遅れる結果、EGRリッチガスは、吸気行程の前半よりも後半で吸気流量が増加している(ライン204参照)。   FIG. 3 shows changes in the flow rate of the gas sucked from the intake ports 12 and 13 with respect to the crank angle when the intake valves 141 and 142 are controlled as shown in FIG. In FIG. 3, a line 203 indicates the intake flow rate of the gas sucked from the swirl generation port 12, that is, EGR lean gas. A line 204 indicates the intake flow rate of the gas sucked from the tumble generation port 13, that is, the EGR rich gas. As indicated by line 203 in FIG. 3, the EGR lean gas continues to be inhaled during the intake stroke. On the other hand, as a result of the opening of the intake valve 142 being delayed with respect to the opening of the intake valve 141, the intake flow rate of the EGR rich gas is increased in the latter half of the first half of the intake stroke (see line 204).

また、図4は、スワール生成ポート12から筒内110に吸入されるガスの流れ(スワール流)と、タンブル生成ポート13から吸入されるガスの流れ(タンブル流)とを模式的に示している。図4に示すように、スワール流(EGRリーンガス)は筒内110の外周寄りに吸入されるのに対し、タンブル流(EGRリッチガス)は筒内110の中央寄りに吸入される。その結果、図5に示すように、吸気行程終了時(圧縮行程開始時)では、筒内110の下部(ピストン16側)にEGRリーンガスgleanが配置され、上部(吸気バルブ側)にEGRリッチガスgrichが配置される。詳細には、筒内110の上部の中央付近にEGRリッチガスgrichが配置され、そのEGRリッチガスgrichの周りにEGRリーンガスgleanが配置される。このように、圧縮行程開始時に、EGRリーンガスgleanとEGRリッチガスgrichとを筒内110で層状に分布させることができる。   FIG. 4 schematically shows the flow of gas sucked from the swirl generation port 12 into the cylinder 110 (swirl flow) and the flow of gas sucked from the tumble generation port 13 (tumble flow). . As shown in FIG. 4, the swirl flow (EGR lean gas) is sucked near the outer periphery of the cylinder 110, while the tumble flow (EGR rich gas) is sucked near the center of the cylinder 110. As a result, as shown in FIG. 5, at the end of the intake stroke (at the start of the compression stroke), the EGR lean gas green is disposed at the lower portion (piston 16 side) of the cylinder 110 and the EGR rich gas grich is disposed at the upper portion (intake valve side). Is placed. Specifically, the EGR rich gas grich is arranged near the center of the upper part of the cylinder 110, and the EGR lean gas green is arranged around the EGR rich gas grich. Thus, at the start of the compression stroke, the EGR lean gas green and the EGR rich gas grich can be distributed in layers in the cylinder 110.

その後、圧縮行程の終了時になると、図6に示すように、インジェクタ47の直下の中央エリア163にEGRリッチガスgrichを、つまり、排気濃度が高い(酸素濃度が低い)ガスを配置できる。また、中央エリア163の周りのスキッシュエリア162(ピストン16の上面外周部とエンジンヘッドの間の隙間)にEGRリーンガスgleanを配置できる。さらに、ピストン16の上面(頂部)にはキャビティ161が形成されており、そのキャビティ161の底面(以下、キャビティ底面161という)にEGRリーンガスgleanを配置できる。   Thereafter, at the end of the compression stroke, as shown in FIG. 6, EGR rich gas grich, that is, gas having a high exhaust concentration (low oxygen concentration) can be arranged in the central area 163 immediately below the injector 47. Further, the EGR lean gas green can be arranged in the squish area 162 around the central area 163 (the gap between the outer peripheral portion of the upper surface of the piston 16 and the engine head). Furthermore, a cavity 161 is formed on the upper surface (top portion) of the piston 16, and EGR lean gas green can be disposed on the bottom surface of the cavity 161 (hereinafter referred to as the cavity bottom surface 161).

また、図7は、図6と同様に圧縮行程終了時における筒内の様子を示し、筒内の各部における排気濃度の違いを色の濃淡の違いで表した図である。図7において、色が濃くなるほど排気濃度が高いことを示している。図7に示すように、EGRリーンガスとEGRリッチガスとの成層化を行うことにより、中央エリア163は排気濃度を高く(酸素濃度を低く)、キャビティ底面161やスキッシュエリア162は排気濃度を低く(酸素濃度を高く)することができる。   Further, FIG. 7 shows the inside of the cylinder at the end of the compression stroke, as in FIG. 6, and shows the difference in exhaust concentration at each part in the cylinder by the difference in color shade. FIG. 7 shows that the exhaust concentration is higher as the color is darker. As shown in FIG. 7, by performing stratification of EGR lean gas and EGR rich gas, the central area 163 has a high exhaust concentration (low oxygen concentration), and the cavity bottom surface 161 and the squish area 162 have low exhaust concentration (oxygen concentration). The concentration can be increased).

中央エリア163は、酸素量が多くかつ温度が高くなりやすいエリアであり、窒素と酸素が結びついてNOxが発生しやすいエリアとなっている。これに対し、キャビティ底面161やスキッシュエリア162は、酸素量が少なくスモーク(煤)が発生しやすいエリアである。よって、中央エリア163に配置された、酸素濃度が低いEGRリッチガスgrichの層はNOxの低減に寄与し、スキッシュエリア162及びキャビティ底面161に配置された、酸素濃度が高いEGRリーンガスgleanの層はスモークの低減に寄与する。つまり、図6、図7のように層状に配置することで、エミッション(NOx、スモーク)を低減できる。   The central area 163 is an area where the amount of oxygen is large and the temperature is likely to be high, and nitrogen and oxygen are combined to generate NOx. On the other hand, the cavity bottom surface 161 and the squish area 162 are areas where the amount of oxygen is small and smoke (soot) is likely to be generated. Therefore, the layer of EGR rich gas grich having a low oxygen concentration disposed in the central area 163 contributes to the reduction of NOx, and the layer of EGR lean gas green having a high oxygen concentration disposed in the squish area 162 and the cavity bottom surface 161 is smoked. Contributes to the reduction of That is, the emission (NOx, smoke) can be reduced by arranging in layers as shown in FIGS.

一方で、本発明者は、エンジン10の負荷が高くなるほどスキッシュエリア162で酸素不足になりやすいという知見をもっている。ここで、図8は、エンジン10の負荷が高くなるほどスキッシュエリア162で酸素不足になりやすいことを説明する図である。詳細には、図8は、筒内及びピストン16の断面(右半分の断面)を示し、圧縮行程後の燃焼行程において時間の経過とともにピストン16が下降している様子を示している。   On the other hand, the present inventor has the knowledge that the squish area 162 is likely to be deficient in oxygen as the load on the engine 10 increases. Here, FIG. 8 is a diagram for explaining that the squish area 162 is likely to be deficient in oxygen as the load on the engine 10 increases. Specifically, FIG. 8 shows a cross section of the inside of the cylinder and the piston 16 (right half cross section), and shows a state in which the piston 16 is descending with time in the combustion stroke after the compression stroke.

インジェクタ47から噴射される燃料噴射量は、エンジン10の負荷に応じて変化し、具体的には、負荷が高いほど燃料噴射量が増加する。そのため、負荷が低いときには燃料噴射量が少ないので、インジェクタ47は、図8の上段で示した燃焼行程の初期で燃料を噴射し終える。この場合、インジェクタ47から斜めの角度φ(図8参照)で噴射された燃料は、キャビティ底面161に到達することになるので、主にキャビティ底面161で燃焼が行われることになる。それにともない、主にキャビティ底面161でスモークが発生することになる。   The fuel injection amount injected from the injector 47 changes according to the load of the engine 10, and specifically, the fuel injection amount increases as the load increases. Therefore, since the fuel injection amount is small when the load is low, the injector 47 finishes injecting fuel at the initial stage of the combustion stroke shown in the upper part of FIG. In this case, since the fuel injected from the injector 47 at an oblique angle φ (see FIG. 8) reaches the cavity bottom surface 161, the combustion is mainly performed on the cavity bottom surface 161. As a result, smoke is generated mainly at the cavity bottom surface 161.

これに対して、負荷が高いときには、燃料噴射量が多くなるので、インジェクタ47は、図8の上段の燃焼行程の初期では未だ燃料を噴射し終えておらず、図8の中段、下段で示すように、ピストン16の下降が進んでからも燃料を噴射し続ける。この場合、燃料噴射量に対するスキッシュエリア162に到達する燃料量の割合が、負荷が低いときに比べて増加する。つまり、負荷が高くなるほど燃焼領域がスキッシュエリア162に移行していく。そのために、負荷が高いときには低いときに比べてスキッシュエリア162で酸素不足になりやすくなる。よって、図9に示すように、負荷が高くなるほどスキッシュエリア162でのSOOT(スモーク)の生成割合が増加し、反対にキャビティ底面161でのSOOT生成割合は減少する。   On the other hand, when the load is high, the fuel injection amount increases, so that the injector 47 has not yet injected the fuel at the beginning of the upper combustion stroke of FIG. 8, and is shown in the middle and lower stages of FIG. In this way, fuel continues to be injected even after the piston 16 has been lowered. In this case, the ratio of the fuel amount that reaches the squish area 162 with respect to the fuel injection amount increases as compared to when the load is low. That is, the combustion region shifts to the squish area 162 as the load increases. Therefore, when the load is high, the squish area 162 is more likely to be oxygen deficient than when the load is low. Therefore, as shown in FIG. 9, as the load increases, the SOOT (smoke) generation rate in the squish area 162 increases, and conversely, the SOOT generation rate on the cavity bottom surface 161 decreases.

そこで、ECU50は、吸気行程終了時に図5のように成層分布するようにEGRリーンガスとEGRリッチガスとを吸入しつつ、エンジン10の負荷が高いときには、低いときに比べてスキッシュエリア162での酸素濃度が高くなるように、吸気バルブ142の開弁時期やリフト量(開度)を変えている。具体的には、ECU50は、図10で示すように、負荷に応じて吸気バルブ142の開弁時期やリフト量を変更している。図10は、クランク角に対する各吸気バルブ141、142のリフト量の変化を示し、詳細には、ライン205は吸気バルブ141のリフト量を、ライン206は負荷が低いときにおける吸気バルブ142のリフト量を、ライン207は負荷が高いときにおける吸気バルブ142のリフト量を示している。   Therefore, the ECU 50 sucks the EGR lean gas and the EGR rich gas so as to be stratified as shown in FIG. 5 at the end of the intake stroke, and the oxygen concentration in the squish area 162 is higher when the load on the engine 10 is higher than when it is low. The valve opening timing and the lift amount (opening degree) of the intake valve 142 are changed so as to increase. Specifically, as shown in FIG. 10, the ECU 50 changes the valve opening timing and the lift amount of the intake valve 142 according to the load. FIG. 10 shows changes in the lift amounts of the intake valves 141 and 142 with respect to the crank angle. Specifically, the line 205 shows the lift amount of the intake valve 141, and the line 206 shows the lift amount of the intake valve 142 when the load is low. The line 207 indicates the lift amount of the intake valve 142 when the load is high.

ECU50は、図10のライン206、207で示すように、負荷が高いときには、低いときに比べて、吸気バルブ142の開弁開始時期を進角させる。ただし、ECU50は、スワール生成ポート12に設けられた吸気バルブ141の開弁開始時期よりかは吸気バルブ142の開弁開始時期を遅らせる。さらに、ECU50は、負荷が高いときには、低いときに比べて、吸気バルブ142のリフト量を小さくする。   As indicated by lines 206 and 207 in FIG. 10, the ECU 50 advances the valve opening start timing of the intake valve 142 when the load is high compared to when the load is low. However, the ECU 50 delays the valve opening start timing of the intake valve 142 rather than the valve opening start timing of the intake valve 141 provided in the swirl generation port 12. Furthermore, the ECU 50 reduces the lift amount of the intake valve 142 when the load is high compared to when the load is low.

図11は、負荷が低いときにおける、つまり、図10のライン205、206のように各吸気バルブ141、142を制御したときにおけるクランク角に対する吸気流量の変化を示している。図11のライン208は、スワール生成ポート12から吸入されるEGRリーンガスの吸気流量を示している。図11のライン209は、タンブル生成ポート13から吸入されるEGRリッチガスの吸気流量を示している。図12は、負荷が高いときにおける、つまり、図10のライン205、207のように各吸気バルブ141、142を制御したときにおけるクランク角に対する吸気流量の変化を示している。図12のライン210は、スワール生成ポート12から吸入されるEGRリーンガスの吸気流量を示している。ライン211は、タンブル生成ポート13から吸入されるEGRリッチガスの吸気流量を示している。   FIG. 11 shows changes in the intake air flow rate with respect to the crank angle when the load is low, that is, when the intake valves 141 and 142 are controlled as indicated by the lines 205 and 206 in FIG. A line 208 in FIG. 11 indicates the intake flow rate of the EGR lean gas sucked from the swirl generation port 12. A line 209 in FIG. 11 indicates the intake flow rate of the EGR rich gas sucked from the tumble generation port 13. FIG. 12 shows a change in the intake flow rate with respect to the crank angle when the load is high, that is, when the intake valves 141 and 142 are controlled as shown by the lines 205 and 207 in FIG. A line 210 in FIG. 12 indicates the intake flow rate of the EGR lean gas sucked from the swirl generation port 12. A line 211 indicates the intake flow rate of the EGR rich gas sucked from the tumble generation port 13.

図11、図12のライン209、211の比較によると、負荷が増加して、図10のライン206からライン207のように吸気バルブ142の開弁開始時期及びリフト量を変更することで、EGRリッチガスの吸入開始時期が早くなっていることがわかる。つまり、負荷が高いときは低いときに比べて、EGRリッチガスの吸気前半における吸入量が増加する。また、負荷が高いときは低いときに比べて、吸気後半における吸入量は減少している。これは、負荷が高いときは低いときに比べて吸気バルブ142のリフト量を小さくしているためである。このとき、ECU50は、吸気前半と後半とでEGRリッチガスの吸入量の割合を変更しているものの、筒内に吸入されるガスの総吸入量(EGRリーンガスの吸入量+EGRリッチガスの吸入量)に対するEGRリッチガスの吸入量を所定割合(例えば目標EGR率に応じた割合(例えば総吸入量の20%〜30%の割合))に維持させる。   According to the comparison of the lines 209 and 211 in FIG. 11 and FIG. 12, the load increases, and the EGR is started by changing the valve opening start timing and the lift amount of the intake valve 142 as in the line 206 to the line 207 in FIG. It can be seen that the start of inhalation of rich gas is earlier. That is, when the load is high, the amount of intake of the EGR rich gas in the first half of the intake increases compared to when the load is low. In addition, when the load is high, the intake amount in the latter half of the intake is reduced compared to when the load is low. This is because when the load is high, the lift amount of the intake valve 142 is made smaller than when the load is low. At this time, the ECU 50 changes the ratio of the intake amount of the EGR rich gas between the first half and the second half of the intake, but the total intake amount of the gas sucked into the cylinder (the intake amount of the EGR lean gas + the intake amount of the EGR rich gas). The intake amount of the EGR rich gas is maintained at a predetermined ratio (for example, a ratio according to the target EGR ratio (for example, a ratio of 20% to 30% of the total intake amount)).

なお、負荷が高いときと低いときとで吸気バルブ141の制御は変えていないにもかかわらず(図10のライン205参照)、EGRリーンガスの吸気流量は負荷が高いとき(図12のライン210)と低いとき(図11のライン208)とで若干異なっている。これは、負荷が高いときと低いときとでEGRリッチガスの吸入の仕方が変わったためである。   Although the control of the intake valve 141 is not changed between when the load is high and when it is low (see line 205 in FIG. 10), the intake flow rate of the EGR lean gas is high when the load is high (line 210 in FIG. 12). And slightly lower (line 208 in FIG. 11). This is because the way of inhaling EGR rich gas changes between when the load is high and when the load is low.

負荷に応じて図10のように吸気バルブ142の制御を変更し、図11、図12のようにEGRリッチガスの吸気流量を変化させることによって、筒内におけるEGRリーンガスとEGRリッチガスとの成層分布が変わる。図13は、EGRリッチガスの吸入の仕方を変えることで成層分布が変わることを示した図である。詳細には、図13は、圧縮前後の筒内の様子を示し、図13(A)、図13(B)、図13(C)の順に、吸気前半のEGRリッチガスの吸入量が多くなっている。反対に、吸気後半のEGRリッチガスの吸入量は図13(A)、図13(B)、図13(C)の順に少なくなっている。なお、図13(A)、図13(B)、図13(C)間で、EGRリッチガスの総吸入量(容積)は同じである。   By changing the control of the intake valve 142 according to the load as shown in FIG. 10 and changing the intake flow rate of the EGR rich gas as shown in FIGS. 11 and 12, the stratified distribution of the EGR lean gas and the EGR rich gas in the cylinder is changed. change. FIG. 13 is a diagram showing that the stratification distribution is changed by changing the way of inhaling EGR rich gas. Specifically, FIG. 13 shows the inside of the cylinder before and after compression, and the intake amount of EGR rich gas in the first half of intake increases in the order of FIG. 13 (A), FIG. 13 (B), and FIG. 13 (C). Yes. On the contrary, the intake amount of the EGR rich gas in the second half of the intake is decreasing in the order of FIG. 13 (A), FIG. 13 (B), and FIG. 13 (C). Note that the total intake amount (volume) of the EGR rich gas is the same among FIGS. 13 (A), 13 (B), and 13 (C).

図13に示すように、図13(A)、図13(B)、図13(C)の順に、つまり、EGRリッチガスを吸気前半に多く吸入するほど、圧縮前(吸気行程終了時)におけるEGRリッチガスの層は、筒内の上下方向(本発明の第1方向に相当)に厚くなり、反対に筒内の径方向(本発明の第2方向に相当)に薄くなることがわかる。   As shown in FIG. 13, the EGR before compression (at the end of the intake stroke) is increased in the order of FIGS. 13A, 13B, and 13C, that is, as more EGR rich gas is sucked into the first half of the intake. It can be seen that the rich gas layer becomes thicker in the vertical direction in the cylinder (corresponding to the first direction of the present invention), and conversely, it becomes thinner in the radial direction in the cylinder (corresponding to the second direction of the present invention).

また、図14は、吸気後半のEGRリッチガスの吸入量が変わるとキャビティ底面とスキッシュエリアそれぞれでEGR成層化の程度、すなわち吸気行程の後、圧縮行程が終了した段階で最も排気濃度が高い部分(最も酸素濃度が低い部分)と最も排気濃度が低い部分(最も酸素濃度が高い部分)との差がどのように変わるかを模式的に示している。図14において、図7の中央エリア163とキャビティ底面161の間の酸素濃度差(EGR成層化の程度)の変化をライン220で示し、中央エリア163とスキッシュエリア162の間の酸素濃度差の変化をライン221で示している。図14に示すように、EGRリッチガスの吸気後半の吸入量が多くなるほど、言い換えると、EGRリッチガスの吸気前半の吸入量が少なくなるほど、キャビティ底面でのEGR成層化の程度が高くなり、反対にスキッシュエリアでのEGR成層化の程度が低くなる。   Further, FIG. 14 shows that when the intake amount of the EGR rich gas in the second half of the intake air changes, the degree of EGR stratification at each of the cavity bottom surface and the squish area, that is, the portion with the highest exhaust concentration when the compression stroke is completed after the intake stroke ( It schematically shows how the difference between the portion having the lowest oxygen concentration and the portion having the lowest exhaust concentration (the portion having the highest oxygen concentration) changes. In FIG. 14, a change in oxygen concentration difference (degree of EGR stratification) between the central area 163 and the cavity bottom surface 161 in FIG. 7 is indicated by a line 220, and a change in oxygen concentration difference between the central area 163 and the squish area 162. Is indicated by a line 221. As shown in FIG. 14, as the intake amount of the second half of the intake of EGR rich gas increases, in other words, as the intake amount of the first half of the intake of EGR rich gas decreases, the degree of EGR stratification at the bottom of the cavity increases. The degree of EGR stratification in the area is reduced.

負荷が低いときには図10のライン206のように吸気バルブ142を作動させることで、図13(A)に示すように、圧縮前においてEGRリッチガスgrichは筒内の上部に偏在する。その結果、圧縮後ではキャビティ底面161の排気濃度を、図13(B)、(C)に比べて低くする(酸素濃度を高くする)ことができる。図14で説明すると、負荷が低いときには、EGRリッチガスの吸気後半の吸入量を多い量X2にすることで、キャビティ底面161のEGR成層化の程度、つまり酸素濃度を高くすることができる。図9で説明したように、負荷が低いときにはスモークは主にキャビティ底面161で生成されるので、図13(A)、図14の吸入量X2で吸入することで、キャビティ底面161でのスモークの発生を抑制できる。   When the load is low, by operating the intake valve 142 as shown by the line 206 in FIG. 10, the EGR rich gas grich is unevenly distributed in the upper part of the cylinder before compression, as shown in FIG. 13A. As a result, after compression, the exhaust gas concentration at the cavity bottom surface 161 can be lowered (the oxygen concentration is increased) compared to FIGS. 13B and 13C. Referring to FIG. 14, when the load is low, the degree of EGR stratification of the cavity bottom surface 161, that is, the oxygen concentration can be increased by setting the intake amount of the EGR rich gas in the latter half of the intake to a large amount X2. As described with reference to FIG. 9, when the load is low, smoke is mainly generated at the bottom surface 161 of the cavity. Therefore, by sucking with the suction amount X2 in FIGS. Generation can be suppressed.

これに対して、負荷が高いときには図10のライン207のように吸気バルブ142を作動させることで、図13(C)に示すように、圧縮前においてEGRリッチガスgrichの層が筒内の下部側に延びる。それにともない、筒内の上部外周においてEGRリッチガスgrichの占める割合が減少する。よって、圧縮後ではスキッシュエリア162の排気濃度を、図13(A)、(B)に比べて低くする(酸素濃度を高くする)ことができる。図14で説明すると、負荷が高いときには、EGRリッチガスの吸気後半の吸入量を少ない量X1にすることで、スキッシュエリア162のEGR成層化の程度、つまり酸素濃度を高くすることができる。これによって、負荷が高いときのスキッシュエリア162での酸素不足を抑制でき、その結果、スキッシュエリア162でのスモークの発生を抑制できる。   On the other hand, when the load is high, the intake valve 142 is actuated as shown by the line 207 in FIG. 10, so that the EGR rich gas glich layer is placed on the lower side in the cylinder before compression as shown in FIG. Extend to. As a result, the ratio of the EGR rich gas grich on the upper outer periphery in the cylinder decreases. Therefore, after compression, the exhaust concentration in the squish area 162 can be lowered (the oxygen concentration is increased) as compared to FIGS. 13A and 13B. Referring to FIG. 14, when the load is high, the degree of EGR stratification of the squish area 162, that is, the oxygen concentration can be increased by setting the intake amount of the EGR rich gas in the latter half of the intake to a small amount X1. Thereby, oxygen shortage in the squish area 162 when the load is high can be suppressed, and as a result, the occurrence of smoke in the squish area 162 can be suppressed.

以上を言い換えると、ECU50は、負荷が高くなってスモークの生成領域がスキッシュエリアに移行するにしたがって、EGRリッチガスを長い時間かけて少しずつ(単位時間当たりの吸気流量を小さくして)吸入させている。これによって、図13に示すように、負荷が高くなるほど、圧縮前のEGRリッチガスの層を筒内の上下方向に細長くでき、その結果、スキッシュエリア162の酸素濃度を高くできる。   In other words, the ECU 50 causes the EGR rich gas to be inhaled little by little (decreasing the intake flow rate per unit time) over a long period of time as the load increases and the smoke generation region shifts to the squish area. Yes. Accordingly, as shown in FIG. 13, as the load increases, the EGR rich gas layer before compression can be elongated in the vertical direction in the cylinder, and as a result, the oxygen concentration in the squish area 162 can be increased.

ECU50は、例えば図15のフローチャートの処理により、負荷に応じた吸気バルブ142の開閉制御を実行する。具体的には、先ず、エンジン10の負荷として例えば燃料噴射量を取得する(S11)。ECU50は、アクセルセンサ62(図1参照)が検出するアクセルペダルの操作量に基づいて燃料噴射量を求めるので、S11ではその求めた燃料噴射量を取得する。次に、S11で取得した負荷に応じた吸気バルブ142の開弁開始時期及びリフト量を決定する(S12)。具体的には、例えば、負荷ごとに吸気バルブ142の開弁開始時期及びリフト量が反映された吸気バルブ142の作動プロフィールをあらかじめメモリ51に記憶しておく。   The ECU 50 executes opening / closing control of the intake valve 142 according to the load, for example, by the processing of the flowchart of FIG. Specifically, first, for example, a fuel injection amount is acquired as a load of the engine 10 (S11). The ECU 50 obtains the fuel injection amount based on the accelerator pedal operation amount detected by the accelerator sensor 62 (see FIG. 1). Therefore, in S11, the obtained fuel injection amount is obtained. Next, the valve opening start timing and the lift amount of the intake valve 142 corresponding to the load acquired in S11 are determined (S12). Specifically, for example, the operation profile of the intake valve 142 reflecting the valve opening start timing and the lift amount of the intake valve 142 for each load is stored in the memory 51 in advance.

図16は、メモリ51に記憶された、負荷ごとの作動プロフィールを格納したテーブル400を例示している。テーブル400には、負荷が格納される負荷格納欄401と、その負荷格納欄401に格納された各負荷に応じた作動プロフィールが格納される作動プロフィール格納欄402とが設けられている。なお、負荷格納欄401の各欄には負荷の範囲(0〜4bar、4〜9bar、9〜12bar、・・・)が格納されている。また、負荷格納欄401には、燃料噴射量そのものを負荷として格納しても良い。   FIG. 16 illustrates a table 400 that stores the operation profile for each load stored in the memory 51. The table 400 is provided with a load storage column 401 in which loads are stored, and an operation profile storage column 402 in which operation profiles corresponding to the loads stored in the load storage column 401 are stored. In addition, each range of the load storage column 401 stores a range of loads (0 to 4 bar, 4 to 9 bar, 9 to 12 bar,...). In the load storage column 401, the fuel injection amount itself may be stored as a load.

図16の作動プロフィール格納欄402には、図10で説明したように、負荷が高くなるほど開弁開始時期が進角し、かつ、リフト量が小さい、言い換えるとクランク角に対するリフト量変化が緩やかとなる作動プロフィールが格納されている。各作動プロフィールをどの程度の開弁開始時期及びリフト量とするかは、図9の特性を考慮して決定する。具体的には例えば、図9において、負荷が5のときにはスキッシュエリアでのSOOT生成割合は約50%となり、残り約50%のSOOTはキャビティ底面で生成される。そこで、負荷が5のときには、例えば、圧縮後においてキャビティ底面とスキッシュエリアとの間で酸素濃度の比率が1:1になるように、吸気バルブ142の作動プロフィール(開弁開始時期及びリフト量)を決定する。また、例えば、図9において、負荷が10のときにはスキッシュエリアでのSOOT生成割合は約80%となり、負荷が5のときに比べて約1.6倍(=80/50)となる。そこで、負荷が10のときには、圧縮後においてスキッシュエリアの酸素濃度が負荷が5のときに比べて約1.6倍となるように、吸気バルブ142の作動プロフィールを決定する。   In the operation profile storage column 402 of FIG. 16, as described with reference to FIG. 10, the valve opening start timing is advanced and the lift amount is small as the load increases, in other words, the change in lift amount relative to the crank angle is moderate. An operating profile is stored. The degree of valve opening start time and the lift amount for each operation profile are determined in consideration of the characteristics shown in FIG. Specifically, for example, in FIG. 9, when the load is 5, the SOOT generation rate in the squish area is about 50%, and the remaining about 50% of SOOT is generated on the bottom surface of the cavity. Therefore, when the load is 5, for example, the operating profile of the intake valve 142 (opening start timing and lift amount) so that the ratio of the oxygen concentration between the cavity bottom surface and the squish area becomes 1: 1 after compression. To decide. For example, in FIG. 9, when the load is 10, the SOOT generation rate in the squish area is about 80%, which is about 1.6 times (= 80/50) compared to when the load is 5. Therefore, when the load is 10, the operation profile of the intake valve 142 is determined so that the oxygen concentration in the squish area after compression is about 1.6 times that when the load is 5.

S12では、S11で取得した今回の負荷が、図16の負荷格納欄401に格納されたどの負荷に属しているかを判定する。そして、属していると判定した負荷に対応付けて作動プロフィール格納欄402に格納された作動プロフィールを読み出せば良い。   In S12, it is determined to which load the current load acquired in S11 belongs to the load storage column 401 in FIG. Then, the operation profile stored in the operation profile storage field 402 in association with the load determined to belong may be read.

次に、S12で決定した開弁開始時期及びリフト量(作動プロフィール)で吸気バルブ142を作動させる(S13)。これによって、図11、図12で説明したように負荷に応じてEGRリッチガスの吸入の仕方が変化し、その結果、図13で説明したように負荷に応じて成層分布が変化する。よって、負荷の増減でスモークの生成領域が変化したとしても、それに合わせて酸素濃度の分布を変更でき、ひいてはスモークの発生を抑制できる。S13の後、図15のフローチャートの処理を終了する。   Next, the intake valve 142 is operated at the valve opening start timing and the lift amount (operation profile) determined in S12 (S13). As a result, the manner of inhaling EGR rich gas changes according to the load as described with reference to FIGS. 11 and 12, and as a result, the stratification distribution changes according to the load as described with reference to FIG. Therefore, even if the smoke generation region changes due to increase / decrease in load, the distribution of oxygen concentration can be changed accordingly, and the occurrence of smoke can be suppressed. After S13, the process of the flowchart of FIG.

以上説明したように、本実施形態によれば、エンジン10の負荷が低いときにはキャビティ底面の酸素濃度が高くなるように、負荷が高いときにはスキッシュエリアの酸素濃度が高くなるように吸気バルブ142の制御を変更しているので、スモークの発生をより一層抑制できる。また、EGRリッチガスの吸気前半の吸入量を増やすときには吸気後半の吸入量を減らし、吸気前半の吸入量を減らすときには吸気後半の吸入量を増やすようにしているので、負荷が変わったとしても、EGRリッチガスの総吸入量はそれほど変化しないようにできる。これにより、EGR率やEGR成層化の程度が大きく変わってしまうのを防止できる。   As described above, according to this embodiment, the intake valve 142 is controlled so that the oxygen concentration at the bottom surface of the cavity increases when the load on the engine 10 is low, and the oxygen concentration in the squish area increases when the load is high. Is changed, the generation of smoke can be further suppressed. In addition, when the intake amount of the first half of the intake of EGR rich gas is increased, the intake amount of the second half of the intake is decreased, and when the intake amount of the first half of the intake is decreased, the intake amount of the second half of the intake is increased. The total intake amount of rich gas can be kept from changing so much. This can prevent the EGR rate and the degree of EGR stratification from changing greatly.

また、本実施形態では、EGRリーンガスとEGRリッチガスとが別々の吸気ポートから吸入されるので、特許文献1のように、同じ吸気ポートからバルブの切り替えで交互に吸入する場合に比べて、EGR成層化の程度を向上できる。特許文献1の方法では、新気とEGRガスとの吸入を切り替えるバルブの応答時間に、それら新気、EGRガスとが混合してしまい、結果、EGR成層化の程度が低下してしまう。また、本実施形態では、スワール生成ポートに設けられた吸気バルブと、タンブル生成ポートに設けられた吸気バルブとの間で開弁時期に差を設けた可変バルブ機構を採用することで、成層化を実現している。これにより、吸気バルブ以外に、EGRリーンガスやEGRリッチガスの吸入を制御するバルブを設ける必要がないので、バルブ数を削減できる。   Further, in the present embodiment, since EGR lean gas and EGR rich gas are sucked from separate intake ports, EGR stratification is performed as compared with the case of alternately sucking from the same intake port by switching valves as in Patent Document 1. The degree of conversion can be improved. In the method of Patent Document 1, the fresh air and the EGR gas are mixed in the response time of the valve for switching between the intake of the fresh air and the EGR gas, and as a result, the degree of EGR stratification is reduced. Further, in the present embodiment, stratification is achieved by adopting a variable valve mechanism that provides a difference in valve opening timing between the intake valve provided in the swirl generation port and the intake valve provided in the tumble generation port. Is realized. As a result, it is not necessary to provide a valve for controlling the intake of EGR lean gas or EGR rich gas other than the intake valve, and the number of valves can be reduced.

(変形例)
上記実施形態では、負荷が高いときには低いときに比べて、タンブル生成ポートに設けられた吸気バルブの開弁開始時期を進角させ、かつ、リフト量を小さくしていた(図10参照)。しかし、負荷が高いほど、EGRリッチガスの吸気前半の吸入量が多くなり、吸気後半の吸入量が少なくなるのであれば、図10の制御に限定されず、例えば図17のように制御しても良い。図17は、変形例における、クランク角に対する各吸気バルブ141、142のリフト量変化を示し、詳細には、ライン212は吸気バルブ141のリフト量を、ライン213は負荷が低いときにおける吸気バルブ142のリフト量を、ライン214は負荷が高いときにおける吸気バルブ142のリフト量を示している。
(Modification)
In the above embodiment, when the load is high, the valve opening start timing of the intake valve provided in the tumble generation port is advanced and the lift amount is reduced compared to when the load is low (see FIG. 10). However, as the load increases, the intake amount of the first half of the intake of EGR rich gas increases and the intake amount of the second half of the intake decreases. However, the control is not limited to the control of FIG. good. FIG. 17 shows changes in the lift amount of each intake valve 141, 142 with respect to the crank angle in the modification. Specifically, the line 212 shows the lift amount of the intake valve 141, and the line 213 shows the intake valve 142 when the load is low. The line 214 indicates the lift amount of the intake valve 142 when the load is high.

図17のライン213、214で示すように、負荷が高いときには、低いときに比べて、EGRリッチガスの吸気前半の吸気バルブ142のリフト量を増加させ、かつ、吸気後半のリフト量を減少させるようにしても良い。このとき、吸気バルブ142の開弁開始時期は変更しても変更しなくても良い。これによっても、負荷が高いほど、EGRリッチガスの吸気前半の吸入量を多く、かつ、吸気後半の吸入量を少なくでき、結果、図13のように負荷に応じて成層分布を変更できる。また、図17の場合、ライン213におけるリフト量の最大値とライン214におけるリフト量の最大値は互いに同じであったとしても良い。   As indicated by lines 213 and 214 in FIG. 17, when the load is high, the lift amount of the intake valve 142 in the first half of the intake of EGR rich gas is increased and the lift amount in the second half of the intake is decreased when the load is low. Anyway. At this time, the opening timing of the intake valve 142 may or may not be changed. Also by this, as the load is higher, the intake amount of the first half of the intake of EGR rich gas can be increased and the intake amount of the second half of the intake can be reduced. As a result, the stratification distribution can be changed according to the load as shown in FIG. In the case of FIG. 17, the maximum lift amount on line 213 and the maximum lift amount on line 214 may be the same.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。図18は本実施形態のエンジンシステムの構成図を示している。なお、図18において、図1と変更が無い部分には同一符号を付している。図18のエンジンシステム2は、吸気制御バルブ42とアクチュエータ43とが設けられている点で図1のエンジンシステム1と異なっており、それ以外は同じである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the above embodiment. FIG. 18 shows a configuration diagram of the engine system of the present embodiment. In FIG. 18, parts that are the same as those in FIG. The engine system 2 shown in FIG. 18 is different from the engine system 1 shown in FIG. 1 in that an intake control valve 42 and an actuator 43 are provided, and is otherwise the same.

吸気制御バルブ42は、EGRリッチガス通路25に設けられ、そのEGRリッチガス通路25の開閉を行うバルブである。吸気制御バルブ42としては例えばバタフライ弁やシャッター弁などが用いられる。吸気制御バルブ42の設置位置はできるだけ吸気バルブ142に近いほうが良い。なぜなら、吸気バルブ142から吸気制御バルブ42までの容積が小さくなり、吸気流量の制御性が良くなるからである。吸気制御バルブ42はタンブル生成ポート13内に設けられていたとしても良い。なお、吸気制御バルブ42は、各気筒11のEGRリッチガス通路25ごとに設けられている。   The intake control valve 42 is a valve that is provided in the EGR rich gas passage 25 and opens and closes the EGR rich gas passage 25. As the intake control valve 42, for example, a butterfly valve or a shutter valve is used. The installation position of the intake control valve 42 should be as close to the intake valve 142 as possible. This is because the volume from the intake valve 142 to the intake control valve 42 is reduced, and the controllability of the intake flow rate is improved. The intake control valve 42 may be provided in the tumble generation port 13. The intake control valve 42 is provided for each EGR rich gas passage 25 of each cylinder 11.

アクチュエータ43は、吸気制御バルブ42に接続してその吸気制御バルブ42を作動させる。そのアクチュエータ43は、例えばモータであったり、油圧、負圧で作動するアクチュエータであったりする。なお、アクチュエータ43は、吸気制御バルブ42ごとに設けられたとしても良いし、4つの吸気制御バルブ42間で共通のアクチュエータであったとしても良い。   The actuator 43 is connected to the intake control valve 42 to operate the intake control valve 42. The actuator 43 is, for example, a motor or an actuator that operates with hydraulic pressure or negative pressure. The actuator 43 may be provided for each intake control valve 42, or may be a common actuator among the four intake control valves 42.

本実施形態のECU50は、吸気行程中に吸気制御バルブ42の開閉の制御を行うことで、EGRリーンガスとEGRリッチガスとの成層化を実現する。ここで、図19は、吸気行程において吸気制御バルブ42をどのように開閉させるかを説明する図である。詳細には、図19は、クランク角に対する吸気バルブ141、142のリフト量の変化(図19(A))、吸気制御バルブ42の開度の変化(図19(B))、各吸気ポート12、13から吸入されるガスの流量の変化(図19(C))を示している。なお、図19(A)〜(C)間で横軸のクランク角が同じとなっている。なお、図19(B)において、吸気制御バルブ42が閉弁状態の開度を0°、全開状態の開度を90°としている。また、図19(C)において、ライン215は、スワール生成ポート12から吸入されるガス、つまりEGRリーンガスの吸気流量を示している。ライン216は、タンブル生成ポート13から吸入されるガス、つまりEGRリッチガスの吸気流量を示している。   The ECU 50 of the present embodiment realizes stratification of the EGR lean gas and the EGR rich gas by controlling the opening and closing of the intake control valve 42 during the intake stroke. Here, FIG. 19 is a diagram illustrating how the intake control valve 42 is opened and closed in the intake stroke. Specifically, FIG. 19 shows changes in the lift amounts of the intake valves 141 and 142 with respect to the crank angle (FIG. 19A), changes in the opening degree of the intake control valve 42 (FIG. 19B), and the intake ports 12. , 13 shows a change in the flow rate of the gas sucked from FIG. 13 (FIG. 19C). In addition, the crank angle of a horizontal axis is the same between FIG. 19 (A)-(C). In FIG. 19B, the opening degree of the intake control valve 42 is 0 °, and the opening degree of the fully open state is 90 °. In FIG. 19C, a line 215 indicates the intake flow rate of the gas sucked from the swirl generation port 12, that is, the EGR lean gas. A line 216 indicates the intake flow rate of the gas sucked from the tumble generation port 13, that is, the EGR rich gas.

図19(A)に示すように、本実施形態では、ECU50は、両吸気バルブ141、142(図18参照)を同期して作動させる。また、図19(B)に示すように、ECU50は、吸気制御バルブ42を吸気バルブ142の開弁開始時期に遅れて開弁、つまり吸気行程の途中から開弁するように、アクチュエータ43を駆動させる。なお、図19(B)では、吸気行程の終了時で吸気制御バルブ42が全開となる例を示しているが、ECU50は、吸気行程の終了前に吸気制御バルブ42を全開にし、その後、吸気行程の終了時には閉弁するようにしても良い。これによって、図19(C)のライン215で示すように、EGRリーンガスは、吸気行程の間中(吸気行程の前半、後半ともに)、吸入され続ける。これに対し、ライン216で示すように、EGRリッチガスは、吸気行程の前半よりも後半で吸気流量が増加している。なお、図19(C)では、吸気行程の前半にもEGRリッチガスが多少吸入されていることを示しているが、これは吸気制御バルブ42の漏れなどによるものであり、意図した吸入ではない。   As shown in FIG. 19A, in this embodiment, the ECU 50 operates both intake valves 141, 142 (see FIG. 18) in synchronization. Further, as shown in FIG. 19B, the ECU 50 drives the actuator 43 so that the intake control valve 42 is opened after the intake valve 142 is opened, that is, in the middle of the intake stroke. Let FIG. 19B shows an example in which the intake control valve 42 is fully opened at the end of the intake stroke, but the ECU 50 fully opens the intake control valve 42 before the end of the intake stroke, and thereafter The valve may be closed at the end of the stroke. Accordingly, as indicated by the line 215 in FIG. 19C, the EGR lean gas is continuously sucked during the intake stroke (both the first half and the second half of the intake stroke). On the other hand, as indicated by the line 216, the intake gas flow rate of the EGR rich gas is increased in the latter half of the first half of the intake stroke. FIG. 19C shows that the EGR rich gas is slightly sucked also in the first half of the intake stroke, but this is due to leakage of the intake control valve 42 and the like, and is not intended intake.

EGRリーンガスとEGRリッチガスとが図19(C)のように吸入される結果、吸気行程終了時に図5のように成層分布させることができ、圧縮行程終了時に図6のように成層分布させることができる。よって、エミッションを抑制できる。   As a result of the intake of EGR lean gas and EGR rich gas as shown in FIG. 19C, stratified distribution can be achieved as shown in FIG. 5 at the end of the intake stroke, and stratified distribution as shown in FIG. 6 at the end of the compression stroke. it can. Therefore, emission can be suppressed.

そして、ECU50は、第1実施形態と同様の趣旨で、負荷が高いほどEGRリッチガスの吸気前半の吸入量が多く、反対に吸気後半の吸入量が少なくなるように、負荷に応じて吸気制御バルブ42の制御を変更している。ここで、図20は、負荷に応じて吸気制御バルブ42の制御を変更することを説明する図である。詳細には、図20(A)は、クランク角に対する吸気バルブ142のリフト量の変化を示している。図20(B)は、負荷が低〜中程度のときにおけるクランク角に対する吸気制御バルブ42の開度の変化を示している。図20(C)は、負荷が高いときにおけるクランク角に対する吸気制御バルブ42の開度の変化を示している。なお、図20(A)〜(C)間で横軸のクランク角が同じである。   The ECU 50 has the same concept as that of the first embodiment, and the intake control valve according to the load is set so that the intake amount of the first half of the intake of EGR rich gas is larger as the load is higher, and the intake amount of the second half of the intake is decreased. 42 control is changed. Here, FIG. 20 is a diagram illustrating that the control of the intake control valve 42 is changed according to the load. Specifically, FIG. 20A shows a change in the lift amount of the intake valve 142 with respect to the crank angle. FIG. 20B shows the change in the opening degree of the intake control valve 42 with respect to the crank angle when the load is low to medium. FIG. 20C shows the change in the opening degree of the intake control valve 42 with respect to the crank angle when the load is high. In addition, the crank angle of a horizontal axis is the same between FIG. 20 (A)-(C).

ECU50は、図20(C)に示すように、負荷が高いときには、低いとき(図20(B)参照)に比べて、吸気行程中における吸気制御バルブ42の開弁開始時期を進角させる。加えて、ECU50は、図20(C)に示すように、負荷が高いときには、低いとき(図20(B)参照)に比べて、吸気行程中に吸気制御バルブ42を開く際に閉弁から開弁に至るまでの開度が緩やかに変わるように、つまり、開度変化の勾配が小さくなるように吸気制御バルブ42を作動させる。   As shown in FIG. 20C, the ECU 50 advances the valve opening start timing of the intake control valve 42 during the intake stroke when the load is high compared to when the load is low (see FIG. 20B). In addition, as shown in FIG. 20C, the ECU 50 starts from closing the valve when opening the intake control valve 42 during the intake stroke when the load is high compared to when the load is low (see FIG. 20B). The intake control valve 42 is operated so that the opening until the valve is opened gradually changes, that is, the gradient of the change in opening is reduced.

図21は、図20(B)のように吸気制御バルブ42を作動させたときにおける、クランク角に対する吸気流量の変化を示している。図21のライン222は、スワール生成ポート12から吸入されるEGRリーンガスの吸気流量を示している。図21のライン223は、タンブル生成ポート13から吸入されるEGRリッチガスの吸気流量を示している。図22は、図20(C)のように吸気制御バルブ42を作動させたときにおける、クランク角に対する吸気流量の変化を示している。図22のライン224はEGRリーンガスの吸気流量を、ライン225はEGRリッチガスの吸気流量を示している。   FIG. 21 shows changes in the intake air flow rate with respect to the crank angle when the intake control valve 42 is operated as shown in FIG. A line 222 in FIG. 21 indicates the intake flow rate of the EGR lean gas sucked from the swirl generation port 12. A line 223 in FIG. 21 indicates the intake flow rate of the EGR rich gas sucked from the tumble generation port 13. FIG. 22 shows a change in the intake flow rate with respect to the crank angle when the intake control valve 42 is operated as shown in FIG. A line 224 in FIG. 22 indicates the intake flow rate of the EGR lean gas, and a line 225 indicates the intake flow rate of the EGR rich gas.

図21、図22のライン223、225で示すように、負荷が増加して図20(B)から図20(C)に吸気制御バルブ42の制御を変更することで、EGRリッチガスの吸気前半における吸入量を多く、反対に吸気後半における吸入量を少なくできる。なお、図21、図22において、吸気行程の開始時からEGRリッチガスが吸入されているが、これは吸気制御バルブ42の漏れなどによるものであり、意図した吸入ではない。ライン223、225で示す吸気流量から吸気制御バルブ42の漏れなどによる吸入を除くと、図11、図12のライン209、211と同様となる。これによって、スモークの生成領域の変更に合わせて図13のように成層分布を変更でき、その結果、スモークの発生を抑制できる。   As shown by lines 223 and 225 in FIG. 21 and FIG. 22, the load increases and the control of the intake control valve 42 is changed from FIG. 20B to FIG. The inhalation amount can be increased, and conversely, the inhalation amount in the latter half of inspiration can be reduced. In FIG. 21 and FIG. 22, the EGR rich gas is inhaled from the start of the intake stroke, but this is due to leakage of the intake control valve 42 and not the intended intake. Excluding the intake due to leakage of the intake control valve 42 from the intake flow rate indicated by the lines 223 and 225, the operation is the same as the lines 209 and 211 in FIGS. Thereby, the stratification distribution can be changed as shown in FIG. 13 in accordance with the change of the smoke generation region, and as a result, the occurrence of smoke can be suppressed.

なお、図20(C)では、負荷が高いときには、低いときに比べて吸気制御バルブ42の開度変化の勾配を小さくしていたが、図10のライン207と同様に、吸気制御バルブ42の開弁開始時期を進角させ、かつ吸気制御バルブ42の開度を小さくしても良い。また、図17のライン213、214と同様に、負荷が高いときには低いときに比べて、吸気制御バルブ42の吸気前半における開度を大きくし、反対に吸気後半における開度を小さくしても良い。これらによっても、負荷が高いほど、EGRリッチガスの吸気前半の吸入量を多く、吸気後半の吸入量を少なくできるので、負荷に応じて図13のように成層分布を変更できる。   In FIG. 20C, when the load is high, the gradient of the change in the opening degree of the intake control valve 42 is made smaller than when the load is low. However, as with the line 207 in FIG. The valve opening start timing may be advanced and the opening degree of the intake control valve 42 may be reduced. Similarly to the lines 213 and 214 in FIG. 17, the opening degree of the intake control valve 42 in the first half of the intake air may be increased and the opening degree in the second half of the intake air may be decreased as compared to when the load is low. . Also by these, as the load is higher, the intake amount of the first half of the intake of EGR rich gas can be increased and the intake amount of the second half of the intake can be decreased. Therefore, the stratification distribution can be changed as shown in FIG.

本実施形態においても、ECU50は、例えば図15のフローチャートの処理により、負荷に応じて成層分布を変更する。このとき、メモリ51には、図16のテーブル400に代えて、図23のテーブル410をあらかじめ記憶しておく。このテーブル410は、負荷が格納される負荷格納欄411と、その負荷格納欄411に格納された各負荷に応じた吸気制御バルブ42の作動プロフィールが格納される作動プロフィール格納欄412とが設けられている。作動プロフィール格納欄412には、図20で説明したように、負荷が高くなるほど開弁開始時期が進角し、かつ、開度変化の勾配が緩やかとなる作動プロフィールが格納されている。   Also in the present embodiment, the ECU 50 changes the stratification distribution according to the load, for example, by the processing of the flowchart of FIG. At this time, the table 51 in FIG. 23 is stored in advance in the memory 51 in place of the table 400 in FIG. The table 410 is provided with a load storage column 411 in which loads are stored, and an operation profile storage column 412 in which the operation profiles of the intake control valve 42 corresponding to each load stored in the load storage column 411 are stored. ing. As described with reference to FIG. 20, the operation profile storage column 412 stores an operation profile in which the valve opening start timing is advanced and the gradient of the change in opening degree becomes gentler as the load increases.

そして、S12では、S11で取得した今回の負荷に対応付けて作動プロフィール格納欄412に格納された作動プロフィールを読み出す。続くS13では、S12で決定した開弁開始時期及び開度変化の勾配(作動プロフィール)で吸気制御バルブ42を作動させる。これによって、負荷に応じて図13のように成層分布を変更でき、その結果、スモークの発生を抑制できる。   In S12, the operation profile stored in the operation profile storage field 412 is read in association with the current load acquired in S11. In the subsequent S13, the intake control valve 42 is operated at the valve opening start timing determined in S12 and the gradient (operation profile) of the opening change. Thereby, the stratification distribution can be changed as shown in FIG. 13 according to the load, and as a result, the occurrence of smoke can be suppressed.

以上説明したように、本実施形態では、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、両吸気バルブ141、142間で開弁時期に差を設ける必要がないので、吸気バルブの制御が容易となる。   As described above, in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, since it is not necessary to provide a difference in valve opening timing between the two intake valves 141 and 142, the intake valves can be controlled easily.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱いない限度で種々の変更が可能である。例えば4つの気筒を有したエンジンシステムに本発明を適用した例を説明したが、単気筒エンジンや4気筒エンジン以外の多気筒エンジンの吸気に本発明を適用しても良い。また、上記実施形態では、ディーゼルエンジンの吸気に本発明を適用した例を説明したが、ガソリン直噴エンジンの吸気に本発明を適用しても良い。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible to the limit which does not deviate from description of a claim. For example, the example in which the present invention is applied to an engine system having four cylinders has been described, but the present invention may be applied to intake of a multi-cylinder engine other than a single-cylinder engine or a four-cylinder engine. Moreover, although the example which applied this invention to the intake of the diesel engine was demonstrated in the said embodiment, you may apply this invention to the intake of a gasoline direct injection engine.

10 エンジン
12 スワール生成ポート
13 タンブル生成ポート
141、142 吸気バルブ
22 EGRリーンガス通路
25 EGRリッチガス通路
42 吸気制御バルブ
50 ECU
10 Engine 12 Swirl Generation Port 13 Tumble Generation Port 141, 142 Intake Valve 22 EGR Lean Gas Passage 25 EGR Rich Gas Passage 42 Intake Control Valve 50 ECU

Claims (12)

内燃機関(10)の筒内に第1ガスとその第1ガスとは濃度が異なる第2ガスとを別々に吸入する内燃機関の吸気装置であって、
前記第1ガスの吸入開始に遅れて前記第2ガスの吸入が開始するように前記第2ガスの吸入を制御する吸気制御手段(50、142、42、43)を備え、
前記第1ガスの吸入開始から前記第1ガスと前記第2ガスの両方の吸入が終了するまでの期間を吸気期間として、
前記吸気制御手段は、前記内燃機関の負荷に応じて前記吸気期間の前半に吸入する前記第2ガスの量と後半に吸入する前記第2ガスの量の割合が変わるように、前記第2ガスの吸入を制御することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
An intake device for an internal combustion engine for separately sucking a first gas and a second gas having a different concentration from the first gas into a cylinder of the internal combustion engine (10),
Intake control means (50, 142, 42, 43) for controlling the suction of the second gas so that the suction of the second gas starts behind the start of the suction of the first gas,
A period from the start of inhalation of the first gas to the end of inhalation of both the first gas and the second gas is defined as an inhalation period.
The intake control means may change the ratio of the amount of the second gas sucked in the first half of the intake period and the amount of the second gas sucked in the second half according to the load of the internal combustion engine. An intake device for an internal combustion engine that controls intake of the engine.
前記第1ガスは前記内燃機関の排気系から吸気系に還流される排気ガスであるEGRガスの濃度が希薄なEGRリーンガスであり、
前記第2ガスは前記EGRガスの濃度が濃厚なEGRリッチガスであり、
前記吸気制御手段は、前記負荷が高いほど前記吸気期間の前半に吸入する前記第2ガスの量が多くなるように、かつ、後半に吸入する前記第2ガスの量が少なくなるように、前記第2ガスの吸入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。
The first gas is an EGR lean gas having a low concentration of EGR gas that is exhaust gas recirculated from the exhaust system of the internal combustion engine to the intake system;
The second gas is an EGR rich gas with a high concentration of the EGR gas,
The intake control means increases the load so that the amount of the second gas sucked in the first half of the intake period increases and the amount of the second gas sucked in the second half decreases. The intake device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the intake of the second gas is controlled.
前記吸気制御手段は、前記内燃機関の圧縮行程終了時に前記筒内の中央エリア(163)の周りに形成されるスキッシュエリア(162)の排気濃度が、前記負荷が高いほど低くなるように、前記負荷に応じて前記第2ガスの吸入を制御することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の吸気装置。   The intake control means is configured so that the exhaust concentration of the squish area (162) formed around the central area (163) in the cylinder at the end of the compression stroke of the internal combustion engine decreases as the load increases. The intake device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein intake of the second gas is controlled in accordance with a load. 前記筒内に配置されたピストン(16)の頂部にはキャビティ(161)が形成され、
前記吸気制御手段は、前記内燃機関の圧縮行程終了時の前記キャビティの底面における排気濃度が、前記負荷が低いほど高くなるように、前記負荷に応じて前記第2ガスの吸入を制御することを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機関の吸気装置。
A cavity (161) is formed at the top of the piston (16) disposed in the cylinder,
The intake control means controls the intake of the second gas according to the load so that the exhaust concentration at the bottom surface of the cavity at the end of the compression stroke of the internal combustion engine becomes higher as the load is lower. 4. An intake device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the intake device is an internal combustion engine.
前記吸気制御手段は、前記負荷が高いほど、前記第2ガスの吸気終了時の前記筒内における前記第2ガスの層の、前記筒内を構成する気筒(11)が延びた第1方向における厚さが大きくなり、かつ、前記第1方向に垂直な第2方向における厚さが小さくなるように、前記負荷に応じて前記第2ガスの吸入を制御することを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気装置。   In the first direction in which the cylinder (11) constituting the cylinder extends in the second gas layer in the cylinder at the end of the intake of the second gas, the intake control means increases the load. The suction of the second gas is controlled in accordance with the load so that the thickness is increased and the thickness in a second direction perpendicular to the first direction is decreased. 5. The intake device for an internal combustion engine according to claim 4. 前記内燃機関は、前記筒内に繋がる第1の吸気ポート(12)とその第1の吸気ポートとは異なる前記筒内に繋がる第2の吸気ポート(13)とを有し、
前記第1ガスを前記第1の吸気ポートから前記筒内に吸入し、
前記第2ガスを前記第2の吸気ポートから前記筒内に吸入することを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気装置。
The internal combustion engine has a first intake port (12) connected to the cylinder and a second intake port (13) connected to the cylinder different from the first intake port,
Inhaling the first gas into the cylinder from the first intake port;
The intake device for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 5, wherein the second gas is sucked into the cylinder from the second intake port.
前記吸気制御手段は、
前記第2ガスが流れる通路(13、25)の開閉を行うバルブ(142、42)と、
そのバルブの開閉を制御するバルブ制御手段(50、43)とを備え、
前記バルブ制御手段は、前記負荷が高いほど前記吸気期間の前半に吸入する前記第2ガスの量が多くなるように、かつ、後半に吸入する前記第2ガスの量が少なくなるように、前記負荷に応じて前記バルブの開弁開始時期と開度の少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の吸気装置。
The intake control means includes
Valves (142, 42) for opening and closing the passages (13, 25) through which the second gas flows;
Valve control means (50, 43) for controlling the opening and closing of the valve,
The valve control means increases the load so that the amount of the second gas sucked in the first half of the intake period increases and the amount of the second gas sucked in the second half decreases. The intake device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein at least one of a valve opening start timing and an opening degree of the valve is changed according to a load.
前記バルブ制御手段は、前記負荷が高いほど前記バルブの開弁開始時期を進角させ、かつ、前記バルブの開度を小さくすることを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の吸気装置。   The intake device for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the valve control means advances the valve opening start timing of the valve and decreases the opening of the valve as the load increases. 前記バルブ制御手段は、前記負荷が高いほど前記吸気期間の前半の前記バルブの開度を大きくし、かつ、後半の前記バルブの開度を小さくすることを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の吸気装置。   The internal combustion engine according to claim 7, wherein the valve control means increases the opening degree of the valve in the first half of the intake period and decreases the opening degree of the valve in the second half as the load is higher. Engine intake system. 前記第1ガスは、前記第1の吸気ポートと前記筒内との開口(171)に設けられてその開口の開閉を行う第1吸気バルブ(141)の開弁期間中、前記筒内に吸入され続け、
前記バルブは、前記第2の吸気ポートと前記筒内との開口(172)に設けられてその開口の開閉を行う第2吸気バルブ(142)であり、
前記バルブ制御手段(50)は、前記第1吸気バルブの開弁開始時期に遅れて前記第2吸気バルブの開弁を開始することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気装置。
The first gas is sucked into the cylinder during a valve opening period of a first intake valve (141) that is provided in an opening (171) between the first intake port and the cylinder and opens and closes the opening. Continued,
The valve is a second intake valve (142) that is provided at an opening (172) between the second intake port and the cylinder and opens and closes the opening,
The valve control means (50) according to any one of claims 7 to 9, wherein the valve control means (50) starts the valve opening of the second intake valve after the valve opening start timing of the first intake valve. Intake device for internal combustion engine.
前記第1ガスは、前記第1の吸気ポートと前記筒内との開口(171)に設けられてその開口の開閉を行う第1吸気バルブ(141)の開弁期間中、前記筒内に吸入され続け、
前記バルブは、前記第2の吸気ポートと前記筒内との開口(172)に設けられてその開口の開閉を行う第2吸気バルブ(142)の上流に設けられ、前記第2の吸気ポートに接続された通路(25)の開閉を行う吸気制御バルブ(42)であり、
前記第1吸気バルブと前記第2吸気バルブの開閉は同期しており、
前記バルブ制御手段(50、43)は、前記第2吸気バルブの開弁開始時期に遅れて前記吸気制御バルブの開弁を開始することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気装置。
The first gas is sucked into the cylinder during a valve opening period of a first intake valve (141) that is provided in an opening (171) between the first intake port and the cylinder and opens and closes the opening. Continued,
The valve is provided upstream of a second intake valve (142) that is provided in an opening (172) between the second intake port and the inside of the cylinder and opens and closes the opening, and is connected to the second intake port. An intake control valve (42) for opening and closing the connected passage (25);
The opening and closing of the first intake valve and the second intake valve are synchronized,
The valve control means (50, 43) according to any one of claims 7 to 9, wherein the valve control means (50, 43) starts the valve opening of the intake control valve after the valve opening start timing of the second intake valve. An intake device for an internal combustion engine as described.
前記第1の吸気ポートは前記筒内に吸気するガスにスワール流を生じさせるスワール生成ポートであり、
前記第2の吸気ポートは前記筒内に吸気するガスにタンブル流を生じさせるタンブル生成ポートであることを特徴とする請求項6〜11のいずれか1項に記載の内燃機関の吸気装置。
The first intake port is a swirl generation port that generates a swirl flow in the gas sucked into the cylinder,
The intake device for an internal combustion engine according to any one of claims 6 to 11, wherein the second intake port is a tumble generation port that generates a tumble flow in the gas sucked into the cylinder.
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