JP4155131B2 - 予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関において、吸気行程中および／または圧縮行程中に気筒内へ燃料を噴射することで、該燃料と吸気との予混合気を形成し、該予混合気を燃焼に供することによって、ＮＯｘや煙の排出が抑制される予混合圧縮着火燃焼内燃機関の開発が進められている。
【０００３】
このような予混合圧縮着火燃焼内燃機関においては、気筒内の温度上昇に伴って予混合気の温度も上昇するため、圧縮行程上死点近傍となる前に該予混合気が着火燃焼する、いわゆる過早着火が発生する虞がある。そこで、予混合圧縮着火燃焼内燃機関では、気筒内に排気（ＥＧＲガスや内部ＥＧＲガス含む）を供給し、この排気の供給量を制御することで着火時期を制御している。気筒内の排気の量が増加すると酸素濃度が低下し、予混合気の着火性が低下するため、過早着火の発生を抑制することが出来る。
【０００４】
このような予混合圧縮着火燃焼内燃機関としては、吸気弁および排気弁の閉弁時期を制御し、気筒内の内部ＥＧＲガス量および予混合気の実圧縮比を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２０４５７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１４７４１号公報
【特許文献３】
特開２００１−２６３０６７号公報
【特許文献４】
特開２０００−９７０１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
予混合圧縮着火燃焼内燃機関では、該内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にあるときは、気筒内の温度が高くなるため過早着火が発生し易くなる。一方、該内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときや該内燃機関の暖機前は、気筒内、特に気筒内の側壁面付近やピストン頂面付近の温度が低いため失火が発生したり未燃成分の排出量が増加したりする虞がある。
【０００７】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが可能な技術を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
即ち、本発明は、予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、気筒内から排出された排気の一部をそれぞれ温度の異なる状態で燃焼室に直接供給するものであって、内燃機関の負荷が高い程、燃焼室に供給される排気の全体量を増加させ、且つ該排気における温度の低い方の排気の割合を増加させるものである。
【０００９】
より詳しくは、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システムは、吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、前記気筒内から排出された排気の一部をそれぞれ温度の異なる状態で燃焼室に直接供給する少なくとも２つの排気供給路と、前記各排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給をそれぞれ制御する排気供給制御弁と、前記各排気供給制御弁の開閉時期および開度をそれぞれ調整する排気供給制御弁調整手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、を備えており、前記排気供給制御弁調整手段によって、前記排気供給制御弁の少なくとも一方を吸気行程において開弁状態とすると共に、前記各排気供給制御弁の開度をそれぞれ調整することで、前記運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の負荷が高い程、前記燃焼室に供給される排気の全体量を増加させ、且つ該排気全体における温度の低い方の排気の割合を増加させることで前記燃焼室に供給される排気の全体としての温度を低下させることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、排気供給路によって、排気が燃焼室に直接供給されることで気筒内に排気が供給される。また、本発明における吸気とは、内燃機関の吸気系から気筒内に供給される新気（空気）と排気供給路から気筒内に供給される排気とを含んでいる。
【００１１】
ここで、排気供給路は、内燃機関の排気系と燃焼室とを連通する少なくとも２つの排気再循環通路（ＥＧＲ通路）を含む構成としても良い。この場合、少なくとも一方の排気再循環通路にクーラーを備えたりすることによって各排気再循環通路内を流通する排気（ＥＧＲガス）の温度をそれぞれ異なる状態にして燃焼室に供給する。また、排気供給路のうち、一方を排気ポートを含む構成とし、他方を途中にクーラーを備えた排気再循環通路を含む構成としても良い。この場合、排気ポート内を通して排気を逆流させて温度の高い方の排気を燃焼室に供給し、一方、排気再循環通路内を流通する排気をクーラーによって冷却して温度の低い方の排気を燃焼室に供給する。
【００１２】
本発明によれば、排気供給制御弁の少なくとも一方を吸気行程において開弁状態とすることによって排気が気筒内に供給される。そして、内燃機関の負荷が高くなる程、気筒内の排気の量が増加するため、予混合気の排気率（予混合気中の排気の量の割合）が高くなる。さらに、内燃機関の負荷が高くなる程、気筒内に供給される排気の全体としての温度は低下するため、予混合気の温度が過剰に高くなることを抑制することが出来る。従って、予混合気の着火性が抑えられ過早着火の発生を抑制することが可能となる。
【００１３】
一方、内燃機関の負荷が低い程、気筒内の排気の量が減少するため、予混合気の排気率が低くなる。さらに、内燃機関の負荷が低くなる程、気筒内に供給される排気の全体としての温度は上昇するため、予混合気の温度が過剰に低くなることを抑制することが出来る。従って、予混合気の着火性が確保され失火の発生を抑制することが可能となる。また、未燃成分の排出も抑制することが可能となる。
【００１４】
本発明では、排気を吸気系にて空気と混合させることなく燃焼室へ直接供給するため、燃焼室に供給される空気量と排気の量との両方を同時に増加させることが出来る。そのため、内燃機関の運転状態がより高負荷となったときでも、気筒内により多量の排気を供給することが出来る。従って、予混合圧縮着火燃焼を、過早着火の発生を抑制しつつ、より高負荷の運転領域で行うことが可能となる。
【００１５】
また、燃焼室に直接供給される排気の供給量や供給時期を制御するため、吸気系に排気を供給することで排気と空気とを混合し、この混合気の気筒内への供給を制御する場合に比べて、気筒内への排気の供給量や供給時期の制御の応答遅れを小さくすることが出来る。
【００１６】
本発明においては、排気供給制御弁は各排気供給路の燃焼室への開口部に設けられ、該開口部を開閉するよう形成されることが好ましい。このような構成では、排気供給制御弁を排気供給路の途中に設けた場合に比べて、気筒内への排気の供給量や供給時期の制御の応答遅れを小さくすることが出来る。
【００１７】
尚、本発明においては、排気供給路は気筒に対して接線方向に設置されても良い。このような構成によれば、排気供給路から供給された排気は、気筒内において、壁面に沿って横旋回流を生起するように流れるため、該排気によって気筒内における空気と燃料との混合度合いが悪化することを抑制することが出来る。
【００１８】
本発明においては、前記排気供給路のうち、温度の高い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路を高温排気供給路とし、温度の低い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路を低温排気供給路とし、また、前記排気供給制御弁のうち、前記高温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する排気供給制御弁を高温排気供給制御弁とし、前記低温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する排気供給制御弁を低温排気供給制御弁とした場合、前記内燃機関の運転状態が、前記気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときには、前記内燃機関の負荷に応じて、前記高温排気供給制御弁および前記低温排気供給制御弁のうち少なくともいずれか一方の開度を、第一の所定期間、同負荷での定常運転時の開度より大きくしても良い。
【００１９】
ここで、過渡運転とは、気筒内の排気の量を定常運転時の排気の量の変化よりも大きく変化させる運転状態のことである。気筒内の排気の量を増加させる過渡運転としては、内燃機関を備えた車両が加速している時の内燃機関の運転状態が例示出来る。
【００２０】
本発明においては、高温排気供給制御弁および／または低温排気供給制御弁の開度を内燃機関の負荷に基づいて定めることで、気筒内への排気の供給量を内燃機関の負荷に応じた量に調整している。ここで、上記のような制御によれば、内燃機関の運転状態が、気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときは、高温排気供給制御弁および低温排気供給制御弁のうち少なくともいずれか一方の開度を、内燃機関の負荷が同じときの定常運転時の開度よりも、第一の所定期間、大きくする。そのため、燃焼室内に供給される排気の量をより速やかに増加させることが出来る。即ち、気筒内の排気の量がより速やかに増加する。従って、過渡運転時における気筒内の排気の量の応答遅れを抑制することが出来る。
【００２１】
尚、ここでの第一の所定期間とは、内燃機関の運転状態が、気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となってから、高温排気供給制御弁および低温排気供給制御弁のうち少なくともいずれか一方の開度を定常運転時よりも大きくすることによって、気筒内の排気の量が要求排気の量となるまでの期間のことである。この要求排気の量とは、気筒内の排気の量が該要求排気の量となった場合、燃焼室での燃焼状態がより良好となる、即ち、過早着火や失火の発生、未燃成分の排出が抑制されることとなる排気の量である。高温排気供給制御弁および前記低温排気供給制御弁のうち少なくともいずれか一方の開度を定常運転時よりも大きくした後、この所定期間が経過したときは、これらの開度制御を定常運転時と同様の制御に戻す。
【００２２】
上記のような制御において、前記内燃機関の運転状態が、低負荷運転領域にあり、且つ前記気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときには、前記第一の所定期間、前記高温排気供給制御弁の開度を定常運転時の開度より大きくしても良い。一方、前記内燃機関の運転状態が、中負荷または高負荷運転領域にあり、且つ前記気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときには、前記第一の所定期間、前記低温排気供給制御弁の開度を、同負荷での定常運転時の開度より大きくしても良い。
【００２３】
このような制御によれば、内燃機関の運転状態が、気筒内の温度が比較的低い低負荷運転領域にあるときに、気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となった場合、温度の高い方の排気の燃焼室への供給量がより速やかに増加する。従って、気筒内の温度が過剰に低くなることを抑制しつつ気筒内の排気の量をより速やかに増加させることが出来る。一方、内燃機関の運転状態が、気筒内の温度が比較的高い中負荷または高負荷運転領域にあるときに、気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となった場合、温度の低い方の排気の燃焼室への供給量がより速やかに増加する。従って、気筒内の温度が過剰に上昇することを抑制しつつ気筒内の排気の量をより速やかに増加させること出来る。
【００２４】
一方、本発明において、前記内燃機関の運転状態が、前記気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときには、前記内燃機関の負荷に応じて、前記高温排気供給制御弁および前記低温排気供給制御弁のうち少なくともいずれか一方の開度を、第二の所定期間、同負荷での定常運転時の開度より小さくしても良い。
【００２５】
ここで、気筒内の排気の量を減少させる過渡運転としては、内燃機関を備えた車両が減速しているときの内燃機関の運転状態が例示出来る。
【００２６】
上記のような制御によれば、内燃機関の運転状態が気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときは、高温排気供給制御弁および低温排気供給制御弁のうち少なくともいずれか一方の開度を、内燃機関の負荷が同じときの定常運転時の開度よりも、第二の所定期間、小さくする。そのため、燃焼室に供給される排気の量をより速やかに減少させることが出来る。即ち、気筒内の排気の量がより速やかに減少する。従って、過渡運転時における気筒内の排気の量の応答遅れを抑制することが出来る。
【００２７】
尚、ここでの第二の所定期間とは、内燃機関の運転状態が、気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となってから、高温排気供給制御弁および前記低温排気供給制御弁のうち少なくともいずれか一方の開度を定常運転時よりも小さくすることによって、気筒内の排気の量が前記要求排気の量となるまでの期間のことである。高温排気供給制御弁および前記低温排気供給制御弁のうち少なくともいずれか一方の開度を定常運転時よりも小さくした後、この第二の所定期間が経過したときは、これらの開度制御を定常運転時と同様の制御に戻す。
【００２８】
上記のような制御において、前記内燃機関の運転状態が、低負荷運転領域にあり、且つ前記気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときには、前記第二の所定期間、前記低温排気供給制御弁の開度を、同負荷での定常運転時の開度より小さくしても良い。一方、前記内燃機関の運転状態が、中負荷または高負荷運転領域にあり、且つ前記気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときには、前記第二の所定期間、前記高温排気供給制御弁の開度を、同負荷での定常運転時の開度より小さくしても良い。
【００２９】
このような制御によれば、内燃機関の運転状態が、気筒内の温度が比較的低い低負荷運転領域にあるときに、気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となった場合、温度の低い方の排気の燃焼室への供給量がより速やかに減少する。従って、気筒内の温度が過剰に低下することを抑制しつつ気筒内の排気をより速やかに減少させることが出来る。一方、内燃機関の運転状態が、気筒内の温度が比較的高い中負荷または高負荷運転領域にあるときに、気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となった場合、温度の高い方の排気の燃焼室への供給量がより速やかに減少する。従って、気筒内の温度が過剰に高くなることを抑制しつつ気筒内の排気をより速やかに減少させることが出来る。
【００３０】
本発明において、前記内燃機関が、排気通路に設けられたタービン側に開閉駆動可能なノズルベーンを有しており、該ノズルベーンの開度を変化させることで過給圧を可変とする可変容量型ターボチャージャと、 前記ノズルベーンの開度を調整するノズルベーン開度調整手段と、をさらに備えており、前記排気供給路は、前記タービンより上流側で排気の一部を燃焼室に供給するものであった場合、前記ノズルベーン開度調整手段は、前記運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の負荷が高い程、前記ノズルベーンの開度を小さくしても良い。
【００３１】
このようなノズルベーンの制御によれば、内燃機関の負荷が高くなる程、過給圧が高くなるため、気筒内に供給される空気が多くなる。また、内燃機関の負荷が高くなる程、タービンより上流側の圧力も高くなるため、気筒内に供給される排気も多くなる。一方、内燃機関の負荷が低くなる程、過給圧が低くなるため、気筒内に供給される空気量が少なくなる。また、内燃機関の負荷が低くなる程、タービンより上流側の圧力も低くなるため、燃焼室に供給される排気も少なくなる。
【００３２】
このように、各排気供給制御弁の開度調整に加えて、ノズルベーンの開度を調整することによって気筒内の排気の量をより正確に制御することが出来る。
【００３３】
本発明においては、上記課題を解決するために以下の手段を採用しても良い。即ち、本発明は、予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、気筒内から排出された排気の一部をそれぞれ温度の異なる状態で燃焼室に直接供給するものであって、内燃機関の負荷に応じて、気筒内の予混合気の温度分布を制御するものである。
【００３４】
より詳しくは、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システムは、吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、前記気筒内から排出された排気の一部をそれぞれ温度の異なる状態で燃焼室に直接供給する少なくとも２つの排気供給路と、前記各排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給をそれぞれ制御する排気供給制御弁と、前記各排気供給制御弁の開閉時期をそれぞれ調整する開閉時期調整手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、を備え、前記排気供給路のうち、温度の高い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路は、該排気供給路から供給される排気が前記気筒内の側壁面付近に供給されるように形成されており、前記運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときは、前記開閉時期調整手段によって前記各排気供給制御弁の開閉時期をそれぞれ調整することで、前記気筒内の側壁面付近の温度およびピストン頂面（気筒内における下壁面）付近の温度を前記気筒内のシリンダヘッド側壁面（気筒内における上壁面）付近の温度よりも高くしても良い。
【００３５】
本発明においても、前記と同様、排気供給路によって、排気が燃焼室に直接供給されることで気筒内に排気が供給される。また、本発明においても、吸気とは、内燃機関の吸気系から気筒内に供給される新気（空気）と排気供給路から気筒内に供給される排気とを含んでいる。
【００３６】
内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときは、特に、気筒内の側壁面付近やピストン頂面付近の温度が低いため、この気筒内の側壁面付近やピストン頂面付近の予混合気の温度が低くなり、失火が発生したり未燃成分が生成されたりする虞がある。
【００３７】
本発明によれば、内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときに、気筒内の側壁面付近やピストン頂面付近の予混合気の温度が過剰に低くなることを抑制することが出来る。そのため、失火の発生や未燃成分の生成を抑制することが出来る。
【００３８】
本発明において、前記排気供給路のうち、温度の高い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路を高温排気供給路とし、温度の低い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路を低温排気供給路とし、また、前記排気供給制御弁のうち、前記高温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する排気供給制御弁を高温排気供給制御弁とし、前記低温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する排気供給制御弁を低温排気供給制御弁とした場合、前記内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときは、吸気行程初期では前記高温排気供給制御弁のみ開弁状態とすると共に、吸気行程後期に前記低温排気供給制御弁を開弁状態としても良い。
【００３９】
本発明においては、高温排気供給路が、排気を気筒内の側壁面付近に供給するように形成されており、さらに上記ような制御によれば、吸気行程初期には温度の高い方の排気のみ気筒内に供給される。そのため、温度の高い方の排気が気筒内の側壁面付近およびピストン頂面付近に分布し易い。また、温度の低い方の排気は吸気行程後期に気筒内に供給されるため、該排気は気筒内のシリンダヘッド側壁面付近に分布し易い。従って、気筒内の側壁面付近の温度およびピストン頂面付近の温度を気筒内のシリンダヘッド側壁面付近の温度よりも高くすることが出来る。
【００４０】
また、本発明によれば、気筒内において、側壁面付近およびピストン頂面付近の温度とシリンダヘッド側壁面付近とでは温度が異なることになるため、混合気の着火遅れも不均一となる。そのため、混合気の急激な燃焼が抑制され、以て燃焼騒音の悪化を抑制することが可能となる。
【００４１】
また、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システムは、吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、前記気筒内から排出された排気の一部をそれぞれ温度の異なる状態で燃焼室に直接供給する少なくとも２つの排気供給路と、前記各排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給をそれぞれ制御する排気供給制御弁と、前記各排気供給制御弁の開閉時期をそれぞれ調整する開閉時期調整手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、を備え、前記排気供給路のうち、温度の低い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路は、該排気供給路から供給される排気が前記気筒内の側壁面付近に供給されるように形成されており、前記運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にあるときは、前記開閉時期調整手段によって前記各排気供給制御弁の開閉時期をそれぞれ調整することで、温度の低い方の排気をより多量に前記燃焼室に供給すると共に、前記気筒内のシリンダヘッド側壁面付近の温度を前記気筒内の側壁面付近の温度およびピストン頂面付近の温度よりも高くしても良い。
【００４２】
内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にあるときは、気筒内の温度が高くなり過早着火が発生し易くなる。
【００４３】
本発明によれば、内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にあるときには、温度の低い方の排気がより多量に気筒内に供給されるため、気筒内の温度が過剰に高くなることを抑制することが出来る。そのため、過早着火の発生を抑制することが出来る。一方、温度の低い方の排気がより多量に気筒内に供給された場合であっても、気筒内のシリンダヘッド側壁面付近の温度を気筒内の側壁面付近の温度およびピストン頂面付近の温度よりも高くすることで、圧縮行程上死点近傍で燃焼室に噴射される燃料の霧化が促進されるため、着火性を確保することが出来る。
【００４４】
本発明において、前記排気供給路のうち、温度の高い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路を高温排気供給路とし、温度の低い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路を低温排気供給路とし、また、前記排気供給制御弁のうち、前記高温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する排気供給制御弁を高温排気供給制御弁とし、前記低温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する排気供給制御弁を低温排気供給制御弁とした場合、前記内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にあるときは、吸気行程初期では前記低温排気供給制御弁のみ開弁状態とすると共に、吸気行程後期では前記高温排気供給制御弁を開弁状態としても良い。
【００４５】
本発明においては、吸気行程初期には温度の低い方の排気のみ気筒内に供給される。吸気行程初期は吸気行程後期に比べて吸入効率が高いため、温度の低い方の排気をより多量に気筒内へ供給することが出来る。
さらに、低温排気供給路が、排気を気筒内の側壁面付近に供給するように形成されており、さらに上記のような制御によれば、吸気行程初期には、温度の低い方の排気のみ気筒内に供給される。そのため、温度の低い方の排気が気筒内の側壁面およびピストン頂面付近に分布し易い。また、温度の高い方の排気は吸気行程後期に気筒内に供給されるため、該排気は気筒内のシリンダヘッド側壁面付近に分布し易い。従って、気筒内のシリンダヘッド側壁面付近の温度を気筒内の側壁面付近の温度およびピストン頂面付近の温度よりも高くすることが出来る。
【００４６】
また、本発明によれば、前記と同様、気筒内において、側壁面付近およびピストン頂面付近の温度とシリンダヘッド側壁面付近とでは温度が異なることになるため、ため混合気の着火遅れも不均一となる。そのため、混合気の急激な燃焼が抑制され、以て燃焼騒音の悪化を抑制することが可能となる。
【００４７】
尚、本発明では、気筒内のシリンダヘッド側壁面付近の温度を高くすることで、圧縮行程上死点近傍で燃焼室に噴射される燃料の霧化を促進させる。そこで、燃料がより霧化し易いように、該燃料は直接燃焼室へ噴射されることが好ましい。
【００４８】
以上説明した構成は可能な限り組み合わせることが出来る。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システムの具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００５０】
＜第１の実施の形態＞
図１，２は本実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す図である。
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２（１つの気筒のみ図示）を有する多気筒ディーゼル機関である。気筒２の略中心部には燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３が備えられている。また、気筒２には、２つの吸気ポート４と２つの排気ポート５とが接続されている。これらの吸気ポート４と排気ポート５との気筒２への開口部は燃焼室に開口している。
【００５１】
吸気ポート４の燃焼室への開口部には、該開口部を開閉するように吸気弁６が設けられている。一方、排気ポート５の燃焼室への開口部にも同様に、該開口部を開閉するように排気弁７が設けられている。これら吸気弁６および排気弁７には、図２に示すように、それぞれのリフト量および開閉時期を制御する可変動弁機構２５が設けられている。可変動弁機構としては電磁駆動弁等が例示出来る。
【００５２】
２つの吸気ポート４はインテークマニホルド９に接続されており、インテークマニホルド９は吸気通路８に接続されている。吸気通路８の途中には、遠心過給器（ターボチャージャ）２４のコンプレッサハウジング２４ａが設置されている。コンプレッサハウジング２４ａより下流側の吸気通路８には、コンプレッサハウジング２４ａ内で圧縮されて高温となった新気（空気）を冷却するインタークーラ１０が取り付けられている。
【００５３】
一方、２つの排気ポート５はエキゾーストマニホルド１２に接続されており、エキゾーストマニホルド１２は排気通路１１に接続されている。排気通路１１の途中には、ターボチャージャ２４のタービンハウジング２４ｂが設置されている。排気通路１１は、タービンハウジング２４ｂより下流側で図示しないマフラーに接続されている。
【００５４】
また、内燃機関１には、気筒２から排出された排気の一部を気筒２内へ再循環させる排気再循環装置１５が備えられている。排気再循環装置１５は、一端がエキゾーストマニホルド１２に接続されている第１ＥＧＲ通路１７と、該第１ＥＧＲ通路１７の他端に接続されているＥＧＲ用インテークマニホルド１６と、該ＥＧＲ用インテークマニホルド１６とインタークーラ１０より下流側の吸気通路８とを連通する第２ＥＧＲ通路１８と、ＥＧＲ用インテークマニホルド１６と気筒２の燃焼室とを連通するＥＧＲポート２２と、を備えている。
【００５５】
第１ＥＧＲ通路１７と第２ＥＧＲ通路１８とには、電磁弁等からなり印加電圧の大きさに応じて、第１ＥＧＲ通路１７もしくは第２ＥＧＲ通路１８内を流れる排気（ＥＧＲガス）の流量を調整する第１ＥＧＲ流量調整弁１９と第２ＥＧＲ流量調整弁２０とがそれぞれ設けられている。ＥＧＲポート２２の燃焼室への開口部には、吸気弁６および排気弁７と略同様に構成されたＥＧＲ弁２３が該開口部を開閉するように設けられている。このＥＧＲ弁２３にも、図２に示すように、吸気弁６および排気弁７と同様、リフト量および開閉時期を制御する可変動弁機構２５が設けられている。第１ＥＧＲ流量調整弁１９より下流側の第１ＥＧＲ通路１７には、該第１ＥＧＲ通路１７を流通する排気を冷却するＥＧＲクーラー２１が設置されている。
【００５６】
このように構成された排気再循環装置１５では、第１ＥＧＲ流量調整弁１９が開弁されると、気筒２から排出された排気の一部がエキゾーストマニホルド１２を介して第１ＥＧＲ通路１７へ流入する。第１ＥＧＲ流量調整弁１９より下流側通路の流入した排気はＥＧＲクーラー２１によって冷却され、ＥＧＲ用インテークマニホルド１６に流入する。そして、ＥＧＲ用インテークマニホルド１６に流入した排気は、ＥＧＲ弁２３が開弁されると燃焼室へ直接流入し、気筒２内に供給される。また、第２ＥＧＲ流量調整弁２０が開弁されると、ＥＧＲ用インテークマニホルド１６に流入した排気は、第２ＥＧＲ通路１８を介して吸気通路８へ流入し、この吸気通路８を流通する空気と混合される。この排気と空気との混合気はインテークマニホルド９と吸気ポート４とを介して燃焼室へ流入し、気筒２内へ供給される。
【００５７】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３０が併設されている。このＥＣＵ３０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００５８】
ＥＣＵ３０は、内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ１３や、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ１４等の各種センサと電気的に接続されており、これらセンサの出力信号がＥＣＵ３０に入力される。
【００５９】
一方、ＥＣＵ３０は、吸気弁６および排気弁７およびＥＧＲ弁２３それぞれに設けられた各可変動弁機構２５、燃料噴射弁３、第１ＥＧＲ流量調整弁１９、第２ＥＧＲ流量調整弁２０等と電気的に接続されており、上記各部がＥＣＵ３０によって制御される。
【００６０】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、例えば、クランクポジションセンサ１３がパルス信号を出力する時間的な間隔等に基づき内燃機関１の機関回転数を算出し、アクセル開度センサ１４の出力信号等に基づき内燃機関１の負荷を算出する。
【００６１】
また、本実施の形態に係る内燃機関１は、ＥＣＵ３０からの指令によって吸気行程中または圧縮行程中に燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料を噴射することで、気筒２内において燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される、いわゆる予混合圧縮着火燃焼を行う内燃機関である。ここでの吸気とは、吸気ポート４を介して気筒２内に供給される新気（空気）と、排気ポート５またはＥＧＲポート２２を介して気筒２内に供給される排気とを含むものである。
【００６２】
予混合圧縮着火燃焼内燃機関では、着火時期を制御するために、気筒２内に排気を供給し、その供給量を制御する必要がある。そこで、本実施の形態に係る内燃機関１では、ＥＣＵ３０は、排気弁７とＥＧＲ弁２３との開閉時期とリフト量とを、それぞれの可変動弁機構２５を制御することによって調整する。そして、そのことによって、気筒２内に排気を供給すると共に、内燃機関１の運転状態に応じて、その供給量を制御している。即ち、吸気行程中に排気弁７を開弁状態とすると、気筒２から一旦排出された排気が排気ポート５内を逆流することになり、この排気が燃焼室へ供給され気筒２内へ供給される。また、吸気行程中にＥＧＲ弁２３を開弁状態とすると、ＥＧＲ用インテークマニホルド１６からＥＧＲポート２２を介して燃焼室へ排気が供給され気筒２内へ供給される。
【００６３】
吸気行程において排気弁７を開弁状態とする場合、排気行程において開弁状態にある排気弁７の閉弁時期を排気行程上死点近傍よりも遅角しても良く、また、排気行程上死点近傍で一旦閉じた排気弁７を吸気行程において再度開弁しても良い。
【００６４】
排気ポート５を介して気筒２内に供給される排気は、気筒２から一旦排出された排気と略同等の状態であるため温度が高い。以下、この排気を高温排気と称する。一方、ＥＧＲポート２２を介して気筒２内に供給される排気は、ＥＧＲクーラー２１にて冷却された排気であるため温度が低い。以下、この排気を低温排気と称する。
【００６５】
本発明に係る排気供給路のうち、温度の高い方の排気を燃焼室に供給する排気供給路は排気ポート５を含んで構成され、温度の低い方の排気を燃焼室に供給する排気供給路は、第１ＥＧＲ通路１７と、ＥＧＲ用インテークマニホルド１６と、ＥＧＲポート２２とを含んで構成される。また、本発明に係る排気供給制御弁は、排気弁７とＥＧＲ弁２３とを含んで構成される。また、本発明に係る排気供給制御弁調整手段は、可変動弁機構２５とＥＣＵ３０とを含んで構成される。
【００６６】
次に、本実施の形態に係る排気弁７とＥＧＲ弁２３との吸気行程におけるリフト量制御について説明する。図３は、本実施の形態に係る吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３とのバルブプロフィールを示す図である。図３における矢印は排気弁７またはＥＧＲ弁２３のリフト量を大きくすること、または小さくすることを示す。
尚、本実施の形態においては、吸気行程における排気弁７とＥＧＲ弁２３との開閉時期は吸気弁６の開閉時期と略同様とする。
【００６７】
内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域にある場合は、図３の（ａ）に示すように、内燃機関１の負荷が高くなる程、排気弁７とＥＧＲ弁２３との吸気行程中でのリフト量を双方とも大きくする。このとき、高温排気の方が低温排気に比べてより多く燃焼室に供給され、且つ、内燃機関１の負荷が高くなる程、燃焼室に供給される排気全体における低温排気の割合が増加するように、排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量を調整する。
【００６８】
内燃機関１の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にある場合は、図３の（ｂ）、（ｃ）に示すように、内燃機関１の負荷が高くなる程、吸気行程中での、排気弁７のリフト量を小さくすると共に、ＥＧＲ弁２３のリフト量を大きくする。また、このとき、燃焼室に供給される排気の全体量は、内燃機関１の負荷が高くなる程、増加するように、排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量を調整する。
【００６９】
尚、排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量の調整量は、内燃機関１の負荷や機関回転数等に基づくＭＡＰから算出しても良い。
【００７０】
上記のような排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量制御によれば、内燃機関１の負荷が高くなる程、気筒２内の排気の量が増加するため、気筒２内に形成される予混合気の排気率（予混合気中の排気の量の割合）が高くなる。さらに、内燃機関１の負荷が高くなる程、気筒２内に供給される排気の全体としての温度は低下するため、予混合気の温度が過剰に高くなることを抑制することが出来る。従って、予混合気の着火性が抑えられ過早着火の発生を抑制することが可能となる。
【００７１】
一方、内燃機関１の負荷が低い程、気筒２内の排気の量が減少するため、予混合気の排気率が低くなる。さらに、内燃機関１の負荷が低くなる程、気筒２内に供給される排気の全体としての温度は上昇するため、予混合気の温度が過剰に低くなることを抑制することが出来る。従って、予混合気の着火性が確保され失火の発生を抑制することが可能となる。また、未燃成分の排出も抑制することが可能となる。
【００７２】
本実施の形態に係る内燃機関の燃焼制御システムでは、排気を吸気系にて空気と混合させることなく燃焼室へ直接供給するため、燃焼室に供給される空気量と排気の量との両方を同時に増加させることが出来る。そのため、内燃機関１の運転状態がより高負荷となったときでも、より多量の排気を気筒２内に供給することが出来る。従って、予混合圧縮着火燃焼を過早着火の発生を抑制しつつ、より高負荷領域で行うことが可能となる。
【００７３】
また、燃焼室に直接供給される排気の供給量や供給時期を制御するため、吸気系に排気を供給することで排気と空気とを混合し、この混合気の気筒２内への供給を制御する場合に比べて、気筒２内への排気の供給量や供給時期の制御の応答遅れを小さくすることが出来る。
【００７４】
また、排気ポート５とＥＧＲポート２２との燃焼室への開口部に設けられた排気弁７とＥＧＲ弁２３とによって気筒２内へ排気の供給量や供給時期を制御するため、応答遅れを小さくすることが出来る。
【００７５】
本実施の形態に係る内燃機関の燃焼制御システムにおいては、内燃機関１の運転状態が低負荷運転状態にある場合は、吸気行程においてＥＧＲ弁２３を閉弁状態としても良い。この場合、高温排気のみが気筒２内に供給されるため、予混合気の温度が過剰に低くなることをより確実に抑制することが出来る。上記したように、内燃機関１の運転状態が低負荷運転状態にあるときは、気筒２内の温度は比較的低いため、高温排気のみを気筒２内に供給した場合であっても過早着火は発生しにくい。
【００７６】
また、内燃機関１の運転状態が高負荷運転状態にある場合は、吸気行程において排気弁７を閉弁状態としても良い。この場合、低温排気のみが気筒２内に供給されるため、予混合気の温度が過剰に高くなることをより確実に抑制することが出来る。上記したように、内燃機関１の運転状態が高負荷運転状態にあるときは、気筒２内の温度は比較的高いため、低温排気のみを気筒２内に供給した場合であっても失火は発生しにくい。
【００７７】
尚、本実施の形態に係る内燃機関の燃焼制御システムでは、内燃機関１の運転状態がいずれの負荷領域にあるかにかかわらず、内燃機関１の負荷が高い程、吸気行程において、排気弁７のリフト量を小さくすると共に、ＥＧＲ弁２３のリフト量を大きくしても良い。このような制御によっても、予混合気の温度が過剰に低くなること、または高くなることを抑制することが出来る。また、この場合でも、気筒２内に供給される排気の全体量は、内燃機関１の負荷が高い程、多くなるように排気弁７およびＥＧＲ弁２３のリフト量を調整する。
【００７８】
冷間始動直後のように内燃機関１の温度が低いときは、気筒２内の温度も低いため、排気弁７とＥＧＲ弁２３とを上記した内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域にあるときと同様に制御しても良い。
【００７９】
排気ポート５および／またはＥＧＲポート２２は、これらのポートを介して供給される排気によって気筒２内の側壁面に沿った横旋回流が生起されるように、気筒に対して接線方向に設置されても良い（以下、このような構成のポートをタンジェンシャルポートと称する）。このような構成によれば、排気ポート５またはＥＧＲポート２２を介して供給された排気によって気筒２内における空気と燃料との混合度合いが悪化することを抑制することが出来る。
【００８０】
また、排気再循環装置１５を少なくとも２つ設け、一方の排気再循環装置１５の第１ＥＧＲ通路１７にはＥＧＲクーラー２１を設置しない構成としても良い。このような構成によれば、吸気行程中に排気弁７を開弁状態とすることなく、一方の排気再循環装置１５によって高温排気を燃焼室に供給することが出来、他方の排気再循環装置１５によって低温排気を燃焼室に供給することが出来る。
【００８１】
次に、本実施の形態に係る内燃機関１の運転状態が過渡運転となったときの吸気行程における排気弁７およびＥＧＲ弁２３のリフト量の制御について図４から図９に基づいて説明する。
図４から図９において、燃料噴射量は燃焼室への燃料噴射量を示し、筒内排気量は気筒２内の排気の量を示し、供給排気温度は気筒２内に供給される排気の全体としての温度を示す。また、矢印は吸気弁６または排気弁７またはＥＧＲ弁２３のリフト量を大きくすること、または小さくすることを示す。
【００８２】
図４は、内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域にあるときに内燃機関１を備えた車両が加速したとき、即ち気筒２内の排気の量を増加させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒２内の排気の量と、気筒２内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示すタイムチャート図である。
【００８３】
車両が加速したとき、即ち燃焼室への燃料噴射量が増加したときは、気筒２内への空気の供給量を増加させるために、吸気弁６のリフト量を大きくする。また、気筒２内の排気の供給量を増加させるために、排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量も大きくする。このとき、図４に示すように、燃料噴射量の増加が開始されてから、即ち車両の加速が開始されてから、所定期間、排気弁７のリフト量を、同じ燃料噴射量で定常運転を行う場合の排気弁７のリフト量より大きくする。所定期間経過後、排気弁７のリフト量は定常運転時のリフト量と同様のリフト量に戻される。
【００８４】
図４において、気筒２内の排気の量を示す線および予混合気の着火時期を示す線の内、実線は、上記のような排気弁７のリフト量の制御を行った場合を示すものであり、破線は、排気弁７のリフト量を定常運転時と同様のリフト量とした場合を示すものである。
【００８５】
上記のような排気弁７およびＥＧＲ弁２３のリフト量の制御によれば、内燃機関１の運転状態が、低負荷運転領域にあるときに気筒２内の排気の量を増加させる過渡運転となったときは、排気弁７のリフト量を一時的に定常運転時より大きくすることによって、図４に示すように、気筒２内の排気の量がより速やかに増加する。そのため、気筒２内の実際の排気の量が応答遅れによって要求排気の量より少なくなることを抑制することが出来る。従って、過早着火の発生を抑制することが可能となる。
【００８６】
また、図４に示すように、内燃機関１の負荷が高くなる程、気筒２内に供給される排気全体での温度を低下させるために、上記のような過渡運転後の定常運転時に気筒２内に供給される排気全体における低温排気の割合が過渡運転前の定常運転時よりも増加するように排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量は調整される。しかしながら、上記のような過渡運転となったときは、高温排気の方の供給量がより速やかに増加する。そのため、気筒２内に供給される排気全体での温度を低下させる場合であっても、気筒２内の温度が過剰に低くなることを抑制することが出来る。従って、失火の発生や未燃成分の生成を抑制することが出来る。
【００８７】
尚、所定期間とは、内燃機関１の運転状態が過渡運転となってから、排気弁７とＥＧＲ弁２３とを内燃機関１の負荷に応じて制御することで、気筒２内の実際の排気の量が要求排気の量となるまでの期間である。
【００８８】
図５は、内燃機関１の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にあるときに内燃機関１を備えた車両が加速したとき、即ち気筒２内の排気の量を増加させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒２内の排気の量と、気筒２内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示すタイムチャート図である。
【００８９】
車両が加速したときは、即ち燃焼室への燃料噴射量が増加したときは、前記と同様、気筒２内への空気の供給量を増加させるために、吸気弁６のリフト量を大きくする。また、気筒２内への排気の供給量を増加させつつ、この排気の全体としての温度を低下させるために、ＥＧＲ弁２３のリフト量を大きくすると共に、排気弁７のリフト量を小さくする。即ち、低温排気の供給量を増加させると共に、高温排気の供給量を減少させる。このとき、図５に示すように、燃料噴射量の増加が開始されてから、即ち車両の加速が開始されてから、所定期間、ＥＧＲ弁２３のリフト量を、同じ燃料噴射量で定常運転を行う場合のＥＧＲ弁２３のリフト量より大きくする。所定期間経過後、ＥＧＲ弁２３のリフト量は定常運転時のリフト量と同様のリフト量に戻される。
【００９０】
図５において、気筒２内の排気の量を示す線および予混合気の着火時期を示す線の内、実線は、上記のような排気弁７およびＥＧＲ弁２３のリフト量の制御を行った場合を示すものであり、破線は、排気弁７およびＥＧＲ弁のリフト量を定常運転時と同様のリフト量とした場合を示すものである。
【００９１】
上記のような排気弁７およびＥＧＲ弁２３のリフト量の制御によれば、内燃機関１の運転状態が、中負荷または高負荷運転領域にあるときに気筒２内の排気の量を増加させる過渡運転となったときは、ＥＧＲ弁２３のリフト量を一時的に定常運転時より大きくすることによって、図５に示すように、気筒２内の排気の全体量もより速やかに増加する。そのため、気筒２内の実際の排気の量が応答遅れによって要求排気の量より少なくなることを抑制することが出来る。従って、過早着火の発生を抑制することが可能となる。
【００９２】
また、上記のような過渡運転となったときは、低温排気の気筒２内への供給量がより速やかに増加し、高温排気の気筒２内への供給量は減少する。即ち、気筒２内へ供給する排気全体における低温排気の割合が増加する。そのため、気筒２内の温度が過剰に高くなることを抑制することが出来る。従って、過早着火の発生をより確実に抑制することが可能となる。
【００９３】
また、内燃機関１の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にあるときに、気筒２内の排気の量を増加させる過渡運転となったときは、排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量を図６に示すように制御しても良い。図６は、図５と同様、内燃機関１の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にあるときに、気筒２内の排気の量を増加させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒２内の排気の量と、気筒２内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示すタイムチャート図である。
【００９４】
図６に示すような制御では、内燃機関１の運転状態が過渡運転となったとき、排気弁７のリフト量は変化させずに、ＥＧＲ弁２３のリフト量を、同じ燃料噴射量で定常運転を行う場合のＥＧＲ弁２３のリフト量と同程度に大きくする。そして、過渡運転終了後、排気弁７のリフト量を小さくする。
【００９５】
このような制御によれば、内燃機関１の運転状態が過渡運転となったときのＥＧＲ弁２３のリフト量は、図５に示した制御を行ったときよりも小さいが、排気弁７のリフト量を小さくしないため、気筒２内の排気の全体量は、図５に示した制御を行った場合と同様、より速やかに増加する。また、低温排気の気筒２内への供給量のみが増加するため、図５に示した制御を行った場合と同様、気筒２内へ供給する排気全体における低温排気の割合が増加する。従って、上記した図５に示した制御を行った場合とほぼ同様の効果を得ることが出来る。
【００９６】
図７は、内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域にあるときに内燃機関１を備えた車両が減速したとき、即ち気筒２内の排気の量を減少させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒２内の排気の量と、気筒２内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示すタイムチャート図である。
【００９７】
車両が減速したとき、即ち燃焼室への燃料噴射量が減少したときは、気筒２内への空気の供給量を減少させるために、吸気弁６のリフト量を小さくする。また、気筒２内の排気の供給量を減少させるために、排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量も小さくする。このとき、図７に示すように、燃料噴射量の減少が開始されてから、即ち車両の減速が開始されてから、所定期間、排気弁７のリフト量を、同じ燃料噴射量で定常運転を行う場合の排気弁７のリフト量より小さくする。所定期間経過後、排気弁７のリフト量は定常運転時のリフト量と同様のリフト量に戻される。
【００９８】
図７において、気筒２内の排気の量を示す線および予混合気の着火時期を示す線の内、実線は、上記のような排気弁７のリフト量の制御を行った場合を示すものであり、破線は、排気弁７のリフト量を定常運転時と同様のリフト量とした場合を示すものである。
【００９９】
上記のような排気弁７およびＥＧＲ弁２３のリフト量の制御によれば、内燃機関１の運転状態が、低負荷運転領域にあるときに気筒２内の排気の量を減少させる過渡運転となったときは、排気弁７のリフト量を一時的に定常運転時より小さくすることによって、図７に示すように、気筒２内の排気の量がより速やかに減少する。そのため、気筒２内の実際の排気の量が応答遅れによって要求排気の量より多くなることを抑制することが出来る。従って、失火の発生や未燃成分の生成を抑制することが可能となる。
【０１００】
また、図７に示すように、内燃機関１の負荷が低くなる程、気筒２内に供給される排気全体での温度を上昇させるために、上記のような過渡運転後の定常運転時に気筒２内に供給される排気全体における高温排気の割合が過渡運転前の定常運転時よりも増加するように排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量は調整される。しかしながら、上記のような過渡運転となったときは、高温排気の方の供給量がより速やかに減少する。そのため、気筒２内に供給される排気全体での温度を上昇させる場合であっても、気筒２内の温度が過剰に高くなることを抑制することが出来る。従って、過早着火の発生を抑制することが可能となる。
【０１０１】
図８は、内燃機関１の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にあるときに、内燃機関１を備えた車両が減速したとき、即ち気筒２内の排気の量を減少させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒２内の排気の量と、気筒２内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示すタイムチャート図である。
【０１０２】
車両が減速したとき、即ち燃焼室への燃料噴射量が減少したときは、前記と同様、気筒２内への空気の供給量を減少させるために、吸気弁６のリフト量を小さくする。また、気筒２内の排気の供給量を減少させつつ、この排気の全体としての温度を上昇させるために、ＥＧＲ弁２３のリフト量を小さくすると共に、排気弁７のリフト量を大きくする。即ち、低温排気の供給量を減少させると共に、高温排気の供給量を増加させる。このとき、図８に示すように、車両の減速が開始されてから、即ち燃料噴射量の減少が開始されてから、所定期間、ＥＧＲ弁２３のリフト量を、同じ燃料噴射量で定常運転を行う場合のＥＧＲ弁２３のリフト量より小さくする。所定期間経過後、ＥＧＲ弁２３のリフト量は定常運転時のリフト量と同様のリフト量に戻される。
【０１０３】
図８において、気筒２内の排気の量を示す線および予混合気の着火時期を示す線の内、実線は、上記のような排気弁７およびＥＧＲ弁２３のリフト量の制御を行った場合を示すものであり、破線は、排気弁７およびＥＧＲ弁２３のリフト量を定常運転時と同様のリフト量とした場合を示すものである。
【０１０４】
上記のような排気弁７およびＥＧＲ弁２３のリフト量の制御によれば、内燃機関１の運転状態が、中負荷または高負荷運転領域にあるときに気筒２内の排気の量を減少させる過渡運転となったときは、ＥＧＲ弁２３のリフト量を一時的に定常運転時より小さくすることによって、図８に示すように、気筒２内の排気の全体量もより速やかに減少する。そのため、気筒２内の実際の排気の量が応答遅れによって要求排気の量より多くなることを抑制することが出来る。従って、失火の発生や未燃成分の生成を抑制することが可能となる。
【０１０５】
また、上記のよう過渡運転となったときは、低温排気の気筒２内への供給量がより速やかに減少し、高温排気の気筒２内への供給量は増加する。即ち、気筒２内へ供給する排気全体における高温排気の割合が増加する。そのため、気筒２内の温度が過剰に低くなることを抑制することが出来る。従って、失火の発生や未燃成分の生成をより確実に抑制することが可能となる。
【０１０６】
また、内燃機関１の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にあるときに、気筒２内の排気の量を減少させる過渡運転となったときは、排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量を図９に示すように制御しても良い。図９は、図８と同様、内燃機関１の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にあるときに、気筒２内の排気の量を減少させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒２内の排気の量と、気筒２内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示すタイムチャート図である。
【０１０７】
図９に示すような制御では、内燃機関１の運転状態が過渡運転となったとき、排気弁７のリフト量は変化させずに、ＥＧＲ弁２３のリフト量を、同じ燃料噴射量で定常運転を行う場合のＥＧＲ弁２３のリフト量と同程度に小さくする。そして、過渡運転終了後、排気弁７のリフト量を大きくする。
【０１０８】
このような制御によれば、内燃機関１の運転状態が過渡運転となったときのＥＧＲ弁２３のリフト量は、図８に示した制御を行ったときよりも大きいが、排気弁７のリフト量を大きくしないため、気筒２内の排気の全体量は、図８に示した制御を行った場合と同様、より速やかに減少する。また、低温排気の気筒２内への供給量のみが減少するため、図８に示した制御を行った場合と同様、気筒２内へ供給する排気全体における高温排気の割合が増加する。従って、上記した図８に示した制御を行った場合とほぼ同様の効果を得ることが出来る。
【０１０９】
尚、上記に説明したように、内燃機関１の運転状態が過渡運転となったときに、排気弁７またはＥＧＲ弁２３のリフト量を一時的に増加または減少させる場合、その増加分または減少分は、そのときの内燃機関１の負荷や機関回転数等に基づくＭＡＰから算出しても良い。
【０１１０】
＜第２の実施の形態＞
図１０は本実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成は、後述するように、上記に説明したような図１，２に示す第１の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの構成と排気ポート５の構成のみが異なり、その他は同様である。そのため、上記第１の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムと同様の構成には同様の符号を付し、その説明を割愛する。
【０１１１】
図１０に示すように、本実施の形態に係る排気ポート５は、タンジェンシャルポートである。このような構成によって、排気ポート５を介して供給される高温排気は気筒２内の側壁面付近に導入される。尚、本実施の形態においては、排気ポート５のうち、いずれか一方のみがタンジェンシャルポートである構成でも良い。
【０１１２】
次に、本実施の形態に係る燃焼制御システムにおいて、内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域にあるときの吸気行程における吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３との制御について説明する。図１１は、本実施の形態に係る吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３とのバルブプロフィールを示す図である。図１１における矢印は吸気弁６または排気弁７またはＥＧＲ弁２３の開弁時期または閉弁時期を、遅角すること、または進角することを示す。
【０１１３】
図１１の（ａ）に示すように、内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域にある場合は、吸気弁６の開弁時期を吸気行程上死点近傍よりも遅角する。そして、排気弁７は吸気行程上死点近傍で開弁し、ＥＧＲ弁２３は吸気行程後期に開弁する。即ち、吸気行程初期では排気弁７のみ開弁状態とする。
【０１１４】
本実施の形態においては、上述したように、高温排気は気筒２内の側壁面付近に供給される。そして、上記制御によれば、吸気行程初期には高温排気のみ気筒２内に供給される。そのため、高温排気が気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面（気筒２内における下壁面）付近に分布し易い。一方、低温排気は吸気行程後期に気筒２内に供給されるため、該排気は気筒２内のシリンダヘッド側壁面（気筒２内における上壁面）付近に分布し易い。従って、図１２に示すように、気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面付近の温度を気筒２内のシリンダヘッド側壁面付近の温度よりも高くすることが出来る。
【０１１５】
そのため、内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときに、気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面付近の予混合気の温度が過剰に低くなることを抑制することが出来る。以て、失火の発生や未燃成分の生成を抑制することが出来る。
【０１１６】
また、気筒２内において、側壁面付近およびピストン頂面付近とシリンダヘッド側壁面付近とでは温度が異なるため混合気の着火遅れも不均一となる。そのため、混合気の急激な燃焼が抑制され、以て燃焼騒音の悪化を抑制することが可能となる。
【０１１７】
尚、本実施の形態においては、図１１の（ｂ）に示すように、排気弁７を吸気行程の途中で閉弁しても良い。この場合、吸気行程後期では低温排気のみ気筒２内に供給されるため、気筒２内の温度分布をより不均一とし易い。
【０１１８】
また、図１１の（ｃ）に示すように、排気行程圧縮上死点近傍において排気弁７を閉弁せずに閉弁時期を遅角することで、吸気行程初期に該排気弁７を開弁状態としても良い。
【０１１９】
また、本実施の形態においては、内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域にあるときには、吸気行程においてはＥＧＲ弁を開弁しない、即ち閉弁状態としても良い。この場合でも、気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面付近の温度が過剰に低くなることを抑制することが出来る。
【０１２０】
本実施の形態においては、内燃機関１の負荷と機関回転数とに応じて、吸気行程における排気弁７とＥＧＲ弁２３と吸気弁６とのそれぞれのリフト量を図１３に示すように制御しても良い。
【０１２１】
即ち、内燃機関１の負荷と機関回転数とが低くなる程、図１３の（ａ）に示すように排気弁７のリフト量を大きくし、図１３の（ｂ）および（ｃ）に示すようにＥＧＲ弁２３と吸気弁６とのリフト量を小さくしても良い。このとき、ＥＧＲ弁２３は、内燃機関１の運転状態が低負荷低回転領域にある場合、図１３の（ｂ）に示すように、閉弁状態としても良い。
【０１２２】
このような制御によれば、内燃機関１の負荷が低い程、気筒２内に供給される排気全体における高温排気の割合が増加し、より多量の高温排気を気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面付近に供給することが出来る。そのため、気筒２内の温度、特に気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面付近の温度が過剰に低くなることをより確実に抑制することが出来る。従って、失火の発生や未燃成分の生成をより確実に抑制することが出来る。一方、内燃機関１の負荷が高い程、気筒２内に供給される排気全体における低温排気の割合が増加する。そのため、気筒２内の温度が過剰に高くなることを抑制することが出来る。従って、過早着火の発生を抑制することが出来る。
【０１２３】
また、本実施の形態においては、内燃機関１の負荷と機関回転数とに応じて、吸気行程における排気弁７とＥＧＲ弁２３と吸気弁６とのそれぞれの開弁時期および開弁時間を図１４に示すように制御しても良い。
【０１２４】
即ち、図１４の（ａ）に示すように、排気弁７の開弁時期を、内燃機関１の負荷と機関回転数とが低くなるほど上死点に近い時期とし、内燃機関１の負荷と機関回転数とが高くなるほど遅角しても良い。そして、図１４の（ｄ）に示すように、排気弁７の開弁時間を、内燃機関１の負荷と機関回転数とが低くなるほど長くする。また、図１４の（ｂ）に示すように、ＥＧＲ弁２３の開弁時期を、内燃機関１の負荷と機関回転数とが低くなるほど遅角し、内燃機関１の負荷と機関回転数とが高くなるほど上死点に近い時期としても良い。そして、図１４の（ｅ）に示すように、ＥＧＲ弁２３の開弁時間を、内燃機関１の負荷と機関回転数とが低くなるほど短くする。また、図１４（ｃ）に示すように、吸気弁６の開弁時期を、内燃機関１の負荷と機関回転数とが低くなるほど遅角し、内燃機関１の負荷と機関回転数とが高くなるほど上死点に近い時期としても良い。そして、図１４の（ｆ）に示すように、吸気弁６の開弁時間を、内燃機関１の負荷と機関回転数とが低くなるほど短くする。このとき、内燃機関１を中負荷以上で運転するためには、ある程度以上の空気を気筒２内に供給する必要があるため、図１４の（ｃ）に示すように、内燃機関１の運転状態が中負荷中回転領域にあるときには、吸気弁６の開弁時期は上死点近傍とする。
【０１２５】
このような制御によれば、内燃機関１の負荷が低い程、吸気行程におけるより早い時期に高温排気が気筒２内に供給されるため、高温排気が気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面付近により分布し易くなる。従って、気筒２内の温度、特に気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面付近の温度が過剰に低くなることをより確実に抑制することが出来る。
【０１２６】
また、このような各弁の開弁時期と開弁時間との制御によっても、上記した各弁のリフト量の制御と同様、内燃機関１の負荷が低い程、気筒２内に供給される排気全体における高温排気の割合が増加し、より多量の高温排気を気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面付近壁面付近に供給することが出来る。一方、内燃機関１の負荷が大きくなる程、気筒２内に供給される排気における低温排気の割合が増加する。
【０１２７】
＜第３の実施の形態＞
図１５は本実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成は、後述するように、上記に説明したような図１，２に示す第１の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの構成とＥＧＲポート２２の構成のみが異なり、その他は同様である。そのため、上記第１の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムと同様の構成には同様の符号を付し、その説明を割愛する。
【０１２８】
図１５に示すように、本実施の形態に係るＥＧＲポート２２は、タンジェンシャルポートである。このような構成によって、ＥＧＲポート２２を介して供給される低温排気は気筒２内の側壁面付近に導入される。尚、本実施の形態においては、ＥＧＲポート２２のうち、いずれか一方のみがタンジェンシャルポートである構成でも良い。
【０１２９】
次に、本実施の形態に係る燃焼制御システムにおいて、内燃機関１の運転状態が高負荷運転領域にあるときの吸気行程における吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３との制御について説明する。図１６は、本実施の形態に係る吸気弁６と排気弁７とＥＧＲ弁２３とのバルブプロフィールを示す図である。図１６における矢印は吸気弁６または排気弁７またはＥＧＲ弁２３の開弁時期または閉弁時期を遅角すること、または進角することを示す。
【０１３０】
図１６の（ａ）に示すように、内燃機関１の運転状態が高負荷運転領域にある場合は、ＥＧＲ弁２３は吸気行程上死点近傍で開弁し、排気弁７は吸気行程後期で開弁する。即ち、吸気行程初期ではＥＧＲ弁２３のみ開弁状態とする。
【０１３１】
このような制御によれば、吸気行程初期には低温排気のみ気筒２内に供給される。吸気行程初期は吸気行程後期に比べて吸入効率が高いため、低温排気をより多量に気筒２内に供給することが出来る。そのため、気筒２内の温度が過剰に高くなることを抑制することが出来る。従って、過早着火の発生を抑制することが出来る。
【０１３２】
また、本実施の形態においては、上述したように、低温排気は気筒２内の側壁面付近に供給される。そして、上記制御によれば、吸気行程初期には低温排気のみ気筒２内に供給される。そのため、低温排気が気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面（気筒２内における下壁面）付近に分布し易い。一方、高温排気は吸気行程後期に気筒２内に供給されるため、気筒２内のシリンダヘッド側壁面（気筒２内における上壁面）付近に分布し易い。従って、図１７に示すように、気筒２内のシリンダヘッド側壁面付近の温度を気筒２内の側壁面付近およびピストン頂面付近の温度よりも高くすることが出来る。従って、低温排気がより多量に気筒２内に供給された場合であっても、圧縮行程上死点近傍で燃焼室に噴射される燃料の霧化がシリンダヘッド側壁面付近において促進されるため、着火性を確保することが出来る。
【０１３３】
また、上記第２の実施の形態と同様、気筒２内において、側壁面付近およびピストン頂面付近とシリンダヘッド側壁面付近とでは温度が異なるため混合気の着火遅れも不均一となる。そのため、混合気の急激な燃焼が抑制され、以て燃焼騒音の悪化を抑制することが可能となる。
【０１３４】
尚、本実施の形態においては、図１６の（ｂ）に示すように、ＥＧＲ弁２３を吸気行程の途中で閉弁しても良い。この場合、吸気行程後期では高温排気のみ気筒２内に供給されるため、気筒２内の温度分布をより不均一とし易い。
【０１３５】
本実施の形態においては、内燃機関１の負荷と機関回転数とに応じて、吸気行程における排気弁７とＥＧＲ弁２３と吸気弁６とのそれぞれのリフト量を図１８に示すように制御しても良い。
【０１３６】
即ち、図１８の（ａ）に示すように、排気弁７のリフト量を、内燃機関１の運転状態が中負荷中回転領域にあるときには小さくし、内燃機関１の負荷と機関回転数とが低くなるほど、または、内燃機関１の負荷と機関回転数とが高くなるほど大きくしても良い。そして、ＥＧＲ弁２３と吸気弁６とのリフト量を、内燃図１８の（ｂ）と（ｃ）とに示すようにＥＧＲ弁２３と吸気弁６とのリフト量を、内燃機関１の負荷と機関回転数とが低くなるほど小さくしても良い。このとき、ＥＧＲ弁２３は、内燃機関１の運転状態が低負荷低回転領域にある場合、図１８の（ｂ）に示すように、閉弁状態としても良い。
【０１３７】
このような制御によれば、内燃機関１の運転状態が低負荷低回転運転領域にあるときは、該内燃機関１の負荷が低い程、気筒２内に供給される排気全体における高温排気の割合が増加する。そのため、気筒２内の温度が過剰に低くなることを抑制することが出来る。従って、失火の発生や未燃成分の生成をより確実に抑制することが出来る。また、内燃機関１の運転状態が中負荷中回転運転領域にあるときは、該内燃機関１の負荷が高くなる程、気筒２内に供給される排気全体における低温排気の割合が増加する。そのため、気筒２内の温度が過剰に高くなることを抑制することが出来る。従って、過早着火の発生を抑制することが出来る。また、内燃機関１の運転状態が高負荷高回転運転領域にあるときは、該内燃機関１の負荷が高くなる程、気筒２内に供給される高温排気と低温排気とが共に増加する。そのため、気筒２のシリンダヘッド側壁面付近において着火性を確保しつつ過早着火の発生を抑制することが出来る。
【０１３８】
また、本実施の形態においては、上記第２の実施の形態と同様、内燃機関１の負荷と機関回転数とに応じて、吸気行程における排気弁７とＥＧＲ弁２３と吸気弁６とのそれぞれの開弁時期と開弁時間を図１４に示すように制御しても良い。
【０１３９】
このような制御によれば、内燃機関１の負荷が高い程、吸気行程におけるより早い時期に低温排気が気筒２内に供給されるため、より多量の低温排気が気筒２内に供給される。従って、過早着火の発生を抑制することが出来る。
【０１４０】
＜第４の実施の形態＞
図１９は本実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成は、後述するように、上記に説明したような図１，２に示す第１の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの構成とは排気弁ポート５（５ａ、５ｂ）とＥＧＲポート２２（２２ａ、２２ｂ）との構成のみが異なり、その他は同様である。そのため、上記第１の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムと同様の構成には同様の符号を付し、その説明を割愛する。
【０１４１】
図１９に示すように、本実施の形態に係る排気再循環装置１５は、ＥＧＲ用インテークマニホルド１６と気筒２の燃焼室とを連通するＥＧＲポート２２（２２ａ、２２ｂ）を２つ備えている。このＥＧＲポート２２のうち、一方のＥＧＲポート２２ａはタンジェンシャルポートである。以下、この一方のＥＧＲポート２２ａを第１ＥＧＲポート２２ａと称し、他方のＥＧＲポート２２ｂを第２ＥＧＲポート２２ｂと称する。
【０１４２】
また、本実施の形態に係る排気ポート５（５ａ、５ｂ）のうち、一方の排気ポート５ａはタンジェンシャルポートである。以下、この一方の排気ポート５ａを第１排気ポート５ａと称し、他方の排気ポート５ｂを第２排気ポート５ｂと称する。
【０１４３】
このような構成によって、第１ＥＧＲポート２２ａまたは第１排気ポート５ａを介して供給される排気は気筒２内の側壁面付近に導入される。
【０１４４】
また、第１排気ポート５ａと第２排気ポート５ｂとのそれぞれに設けられた排気弁７（７ａ、７ｂ）をそれぞれ第１排気弁７ａ、第２排気弁７ｂと称する。第１ＥＧＲポート２２ａと第２ＥＧＲポート２２ｂとのそれぞれに設けられたＥＧＲ弁２３（２３ａ、２３ｂ）をそれぞれ第１ＥＧＲ弁２３ａ、第２ＥＧＲ弁２３ｂと称する。第１排気弁７ａと第２排気弁７ｂと第１ＥＧＲ弁２３ａと第２ＥＧＲ弁２３ｂとは、第１の実施の形態における各弁と同様、図２に示すように、それぞれ可変動弁機構２５が設けられている。
【０１４５】
本実施の形態においては、内燃機関１の運転状態が低負荷運転領域にあるときは、吸気行程において第１ＥＧＲ弁２３ａを閉弁状態とする。そして、第１排気弁７ａおよび第２排気弁７ｂと、第２ＥＧＲ弁２３ｂとのリフト量および開閉時期を、それぞれ上記第２の実施の形態において説明した排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量および開閉時期の制御と同様に制御する。一方、内燃機関１の運転状態が高負荷運転領域にあるときは、吸気行程において第１排気弁７ａを閉弁状態とする。そして、第２排気弁７ｂと、第１ＥＧＲ弁および第２ＥＧＲ弁２３ｂとのリフト量および開閉時期を、それぞれ上記第３の実施の形態において説明した排気弁７とＥＧＲ弁２３とのリフト量および開閉時期の制御と同様に制御する。
【０１４６】
本実施の形態によれば、内燃機関１の運転状態が、低負荷運転領域にあるときは上記第２の実施の形態と略同様の効果を得ることが出来、高負荷運転領域にあるときは上記第３の実施の形態と略同様の効果を得ることが出来る。
【０１４７】
＜第５の実施の形態＞
図２０は本実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成は、
後述するように、ターボチャージャ２４を本発明に係る可変容量型ターボチャージャとした点のみが、上記に説明したような図１，２に示す第１の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの構成と異なり、その他は同様である。そのため、上記第１の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムと同様の構成には同様の符号を付し、その説明を割愛する。
【０１４８】
以下、本実施の形態に係るターボチャージャ２４の概略構成について図面に基づいて説明する。
図２１は、本実施の形態に係るターボチャージャ２４の概略構成を示す断面図である。
【０１４９】
ターボチャージャ２４は、吸気通路８の途中に配置されたコンプレッサハウジング２４ａと、排気通路１１の途中に配置されたタービンハウジング２４ｂと、該コンプレッサハウジング２４ａと該タービンハウジング２４ｂとの間に設けられたセンタハウジング２４ｃと、を備えている。センタハウジング２４ｃにはロータシャフト５４がその軸心を中心に回転可能な状態で支持されており、該ロータシャフト５４の一端は、コンプレッサハウジング２４ａ内に配置されたコンプレッサホイール５２に取り付けられており、また、該ロータシャフト５４の他端は、タービンハウジング２４ｂ内に配置されたタービンホイール５３に取り付けられている。
【０１５０】
このような構成のターボチャージャ２４においては、排気が吹き付けられることによってタービンホイール５３が回転し、該タービンホイール５３が回転することによってコンプレッサホイール５２も回転する。そして、該コンプレッサホイール５２の回転によって、該コンプレッサホイール５２より下流の吸気通路８に送り込まれる空気量を増加させる、いわゆる過給が行われる。
【０１５１】
さらに、タービンハウジング２４ｂ内においては、図２２に示すように、羽形状のノズルベーン５５がタービンホイール５３の円周方向に複数取り付けられている。ここで、図２２は、ノズルベーン５５の概略配置を示すタービンハウジング２４ｂの側面断面図である。また、タービンハウジング２４ｂには、図２１に示すように、該ノズルベーン５５を開閉駆動させるノズルベーン用アクチュエータ５０が設けられている。該ノズルベーン用アクチュエータ５０によりノズルベーン５５が開閉駆動されることによって、隣り合うノズルベーン５５間の隙間の大きさが変化し、タービンホイール５３に吹き付けられる排気の流速が変化することになる。その結果、タービンホイール５３およびコンプレッサホイール５２の回転速度やトルクも変化するため、コンプレッサホイール５２より下流の吸気通路８への過給圧を調整することが可能となる。
【０１５２】
本実施の形態において、ノズルベーン用アクチュエータ５０はＥＣＵ３０と電気的に接続されており、ノズルベーン５５の開度は該ＥＣＵ３０によって制御される。
【０１５３】
次に、本実施の形態に係るノズルベーン５５の開度制御について図２３に基づいて説明する。図２３は、本実施の形態に係る、内燃機関１の負荷と機関回転数と、ノズルベーン５５の開度との関係を示す図である。
【０１５４】
図２３に示すとおり、内燃機関１の負荷と機関回転数とが高くなる程、ノズルベーン５５の開度を小さくする。
【０１５５】
このような制御によれば、内燃機関１の負荷が高くなる程、過給圧が高くなるため、気筒２内に供給される空気が多くなる。また、内燃機関１の負荷が高くなる程、タービンハウジング２４ｂより上流側の圧力も高くなるため、気筒２内に供給される排気も多くなる。一方、内燃機関の負荷が低くなる程、過給圧が低くなるため、気筒２内に供給される空気量が少なくなる。また、内燃機関１の負荷が低くなる程、タービンより上流側の圧力も低くなるため、気筒２内に供給される排気も少なくなる。
【０１５６】
本実施の形態によれば、上記第１の実施の形態において説明したように排気弁７およびＥＧＲ弁２３の開度を調整することに加えて、上記のようにノズルベーン５５の開度を調整することによって気筒２内の排気の量をより正確に制御することが出来る。
【０１５７】
次に、本実施の形態に係る内燃機関１の運転状態が過渡運転となったときのノズルベーン５５の開度制御について図２４，２５に基づいて説明する。
図２４，２５において、燃料噴射量は燃焼室への燃料噴射量を示し、筒内排気量は気筒２内の排気の量を示す。
【０１５８】
図２４は、内燃機関１を備えた車両が加速したとき、即ち内燃機関１の運転状態が、気筒２内の排気の量を増加させる過渡運転となったときの、ノズルベーン５５の開度と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒２内の排気の量と、着火時期との関係を示すタイムチャート図である。
【０１５９】
車両が加速したとき、即ち燃焼室への燃料噴射量が増加したときは、ノズルベーン５５の開度を、同じ燃料噴射量で定常運転を行う場合のノズルベーン５５の開度より小さくする。過渡運転終了後、ノズルベーン５５の開度は定常運転時の開度に戻される。
【０１６０】
図２４において、気筒２内の排気の量を示す線および予混合気の着火時期を示す線の内、実線は、上記のようなノズルベーン５５の開度制御を行った場合を示すものであり、破線は、ノズルベーン５５の開度を定常運転時と同様の開度とした場合を示すものである。
【０１６１】
上記のようなノズルベー５５の開度制御によれば、内燃機関１の運転状態が、気筒２内の排気の量を増加させる過渡運転となったときは、気筒２内への排気の供給量がより速やかに増加する。そのため、気筒２内の実際の排気の量が応答遅れによって要求排気の量より少なくなることを抑制することが出来る。従って、過早着火の発生を抑制することが可能となる。また、同時に、気筒２内への空気の供給量もより速やかに増加させることが出来るため、車両の加速性を向上させることが出来る。
【０１６２】
図２５は、内燃機関１を備えた車両が減速したとき、即ち内燃機関１の運転状態が、気筒２内の排気の量を減少させる過渡運転となったときの、ノズルベーン５５の開度と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒２内の排気の量と、着火時期との関係を示すタイムチャート図である。
【０１６３】
車両が減速したとき、即ち燃焼室への燃料噴射量が減少したときは、ノズルベーン５５の開度を、同じ燃料噴射量で定常運転を行う場合のノズルベーン５５の開度より大きくする。過渡運転終了後、ノズルベーン５５の開度は定常運転時の開度に戻される。
【０１６４】
図２５において、気筒２内の排気の量を示す線および予混合気の着火時期を示す線の内、実線は、上記のようなノズルベーン５５の開度制御を行った場合を示すものであり、破線は、ノズルベーン５５の開度を定常運転時と同様の開度とした場合を示すものである。
【０１６５】
上記のようなノズルベー５５の開度制御によれば、内燃機関１の運転状態が排気の量を減少させる過渡運転となったときは、気筒２内への排気の供給量がより速やかに減少する。そのため、気筒２内の実際の排気の量が応答遅れによって要求排気の量より多くなることを抑制することが出来る。従って、失火の発生や未燃成分の生成を抑制することが可能となる。また、同時に、気筒２内への空気の供給量もより速やかに減少させることが出来るため、車両の減速性を向上させることが出来る。
【０１６６】
尚、上記に説明したように内燃機関１の運転状態が過渡運転となったときに、ノズルベーン５５の開度を増加または減少させる場合、その増加分または減少分は、そのときの内燃機関１の負荷や機関回転数等のＭＡＰから算出しても良い。
【０１６７】
【発明の効果】
本発明に係る予混合圧縮着火内燃機関の燃焼制御システムによれば、過早着火または失火の発生等を抑制し、より広い運転領域でより好適な予混合圧縮着火燃焼を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す第１の図。
【図２】 第１の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す第２の図。
【図３】 （ａ）は、内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にある場合の吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁とのバルブプロフィールを示す図。（ｂ）は、内燃機関の運転状態が中負荷運転領域にある場合の吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁とのバルブプロフィールを示す図。（ｃ）は、内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にある場合の吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁とのバルブプロフィールを示す図。
【図４】 内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときに、気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒内の排気の量と、気筒内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示すタイムチャート図。
【図５】 内燃機関の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にあるときに、気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒内の排気の量と、気筒内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示す第１のタイムチャート図。
【図６】 内燃機関の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にあるときに、気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒内の排気の量と、気筒内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示す第２のタイムチャート図。
【図７】 内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときに、気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒内の排気の量と、気筒内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示すタイムチャート図。
【図８】 内燃機関の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にあるときに、気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒内の排気の量と、気筒内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示す第１のタイムチャート図。
【図９】 内燃機関の運転状態が中負荷または高負荷運転領域にあるときに、気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときの、吸気行程における吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁のリフト量と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒内の排気の量と、気筒内に供給される排気全体の温度と、着火時期との関係を示す第２のタイムチャート図。
【図１０】 第２の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す図。
【図１１】 （ａ）は、内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にある場合の吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁とのバルブプロフィールを示す図。（ｂ）は、内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にある場合の吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁とのバルブプロフィールを示す図。（ｃ）は、内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にある場合の吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁とのバルブプロフィールを示す図。
【図１２】 第２の実施の形態に係る気筒内の温度分布を示す図。
【図１３】 （ａ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程における排気弁のリフト量との関係を示す図。（ｂ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程におけるＥＧＲ弁のリフト量との関係を示す図。（ｃ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程における吸気弁のリフト量との関係を示す図。
【図１４】 （ａ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程における排気弁の開弁時期との関係を示す図。（ｂ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程におけるＥＧＲ弁の開弁時期との関係を示す図。（ｃ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程における吸気弁の開弁時期との関係を示す図。（ｄ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程における排気弁の開弁時間との関係を示す図。（ｂ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程におけるＥＧＲ弁の開弁時間との関係を示す図。（ｃ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程における吸気弁の開弁時間との関係を示す図。
【図１５】 第３の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す図。
【図１６】 （ａ）は、内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にある場合の吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁とのバルブプロフィールを示す図。（ｂ）は、内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にある場合の吸気弁と排気弁とＥＧＲ弁とのバルブプロフィールを示す図。
【図１７】 第３の実施の形態に係る気筒内の温度分布を示す図。
【図１８】 （ａ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程における排気弁の開弁時期との関係を示す図。（ｂ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程におけるＥＧＲ弁の開弁時期との関係を示す図。（ｃ）は、内燃機関の負荷と機関回転数と、吸気行程における吸気弁の開弁時期との関係を示す図。
【図１９】 第４の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す図。
【図２０】 第５の実施の形態に係る内燃機関とその燃焼制御システムの概略構成を示す図。
【図２１】 ターボチャージャの概略構成を示す断面図。
【図２２】 ノズルベーンの概略配置を示すタービンハウジングの側面断面図。
【図２３】 内燃機関の負荷と機関回転数と、ノズルベーンの開度との関係を示す図。
【図２４】 内燃機関の運転状態が、気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときの、ノズルベーンの開度と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒内の排気の量と、着火時期との関係を示すタイムチャート図。
【図２５】 内燃機関の運転状態が、気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときの、ノズルベーンの開度と、燃焼室への燃料噴射量と、気筒内の排気の量と、着火時期との関係を示すタイムチャート図。
【符号の説明】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・吸気ポート
５・・・排気ポート
５ａ・・第１排気ポート
５ｂ・・第２排気ポート
６・・・吸気弁
７・・・排気弁
７ａ・・第１排気弁
７ｂ・・第２排気弁
８・・・吸気通路
９・・・インテークマニホルド
１０・・インタークーラ
１１・・排気通路
１２・・エキゾーストマニホルド
１３・・クランクポジションセンサ
１４・・アクセル開度センサ
１５・・排気再循環装置
１６・・ＥＧＲ用インテークマニホルド
１７・・第１ＥＧＲ通路
１８・・第２ＥＧＲ通路
１９・・第１ＥＧＲ流量調整弁
２０・・第２ＥＧＲ流量調整弁
２１・・ＥＧＲクーラー
２２・・ＥＧＲポート
２２ａ・・第１ＥＧＲポート
２２ｂ・・第２ＥＧＲポート
２３・・ＥＧＲ弁
２３ａ・・第１ＥＧＲ弁
２３ｂ・・第２ＥＧＲ弁
２４・・遠心過給器（ターボチャージャ）
２４ａ・・コンプレッサハウジング
２４ｂ・・タービンハウジング
２４ｃ・・センタハウジング
２５・・可変動弁機構
３０・・ＥＣＵ
５０・・ノズルベーン用アクチュエータ
５２・・コンプレッサホイール
５３・・タービンホイール
５４・・ロータシャフト
５５・・ノズルベーン

Claims (8)

1. 吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、
   前記気筒内から排出された排気の一部を比較的温度高い状態で燃焼室に直接供給する高温排気供給路と、
   前記気筒内から排出された排気の一部を比較的温度の低い状態で前記燃焼室に供給する低温排気供給路と、
   前記高温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する高温排気供給制御弁と、
   前記低温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する低温排気供給制御弁と、
   前記高温排気供給制御弁および前記低温排気供給制御弁の開閉時期および開度をそれぞれ調整する排気供給制御弁調整手段と、
   前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   を備え、
   前記排気供給制御弁調整手段によって、前記排気供給制御弁の少なくとも一方を吸気行程において開弁状態とすると共に、前記高温排気供給制御弁および前記低温排気供給制御弁の開度をそれぞれ調整することで、前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の負荷が高い程、前記燃焼室に供給される排気の全体量を増加させ、且つ該排気全体における温度の低い方の排気の割合を増加させることで前記燃焼室に供給される排気の全体としての温度を低下させ、且つ、
   前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が、前記気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときには、前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の負荷に応じて、前記高温排気供給制御弁および前記低温排気供給制御弁のうち少なくともいずれか一方の開度を、第一の所定期間、同負荷での定常運転時の開度より大きくし、
   前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が、前記気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときには、前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の負荷に応じて、前記高温排気供給制御弁および前記低温排気供給制御弁のうち少なくともいずれか一方の開度を、第二の所定期間、同負荷での定常運転時の開度より小さくすることを特徴とする予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システム。
2. 前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が、低負荷運転領域にあり、且つ前記気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときには、前記第一の所定期間
   、前記高温排気供給制御弁の開度を定常運転時の開度より大きくし、
   前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が、中負荷または高負荷運転領域にあり、且つ前記気筒内の排気の量を増加させる過渡運転となったときには、前記第一の所定期間、前記低温排気供給制御弁の開度を、同負荷での定常運転時の開度より大きくすることを特徴とする請求項１記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システム。
3. 前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が、低負荷運転領域にあり、且つ前記気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときには、前記第二の所定期間、前記低温排気供給制御弁の開度を、同負荷での定常運転時の開度より小さくし、
   前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が、中負荷または高負荷運転領域にあり、且つ前記気筒内の排気の量を減少させる過渡運転となったときには、前記第二の所定期間、前記高温排気供給制御弁の開度を、同負荷での定常運転時の開度より小さくすることを特徴とする請求項１記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システム。
4. 排気通路に設けられたタービン側に開閉駆動可能なノズルベーンを有し、該ノズルベーンの開度を変化させることで過給圧を可変とする可変容量型ターボチャージャと、
   前記ノズルベーンの開度を調整するノズルベーン開度調整手段と、
   をさらに備え、
   前記排気供給路は、前記タービンより上流側の排気の一部を燃焼室に供給し、
   前記ノズルベーン開度調整手段は、前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の負荷が高い程、前記ノズルベーンの開度を小さくすることを特徴とする請求項１記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システム。
5. 吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、
   前記気筒内から排出された排気の一部をそれぞれ温度の異なる状態で燃焼室に直接供給する少なくとも２つの排気供給路と、
   前記各排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給をそれぞれ制御する排気供給制御弁と、
   前記各排気供給制御弁の開閉時期をそれぞれ調整する開閉時期調整手段と、
   前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   を備え、
   前記排気供給路のうち、温度の高い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路は、該排気供給路から供給される排気が前記気筒内の側壁面付近に供給されるように形成され、
   前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときは、前記開閉時期調整手段によって前記各排気供給制御弁の開閉時期をそれぞれ調整することで、前記気筒内の側壁面付近の温度およびピストン頂面付近の温度を前記気筒内のシリンダヘッド側壁面付近の温度よりも高くすることを特徴とする予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システム。
6. 前記排気供給路のうち、温度の高い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路を高温排気供給路とし、温度の低い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路を低温排気供給路とし、
   前記排気供給制御弁のうち、前記高温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する排気供給制御弁を高温排気供給制御弁とし、前記低温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する排気供給制御弁を低温排気供給制御弁とし、
   前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が低負荷運転領域にあるときは、吸気行程初期では前記高温排気供給制御弁のみ開弁状態とすると共に、吸気行程後期に前記低温排気供給制御弁を開弁状態とすることを特徴とする請求項５記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システム。
7. 吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼内燃機関において、
   前記気筒内から排出された排気の一部をそれぞれ温度の異なる状態で燃焼室に直接供給
   する少なくとも２つの排気供給路と、
   前記各排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給をそれぞれ制御する排気供給制御弁と、
   前記各排気供給制御弁の開閉時期をそれぞれ調整する開閉時期調整手段と、
   前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   を備え、
   前記排気供給路のうち、温度の低い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路は、該排気供給路から供給される排気が前記気筒内の側壁面付近に供給されるように形成され、
   前記運転状態検出手段によって検出された前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にあるときは、前記開閉時期調整手段によって前記各排気供給制御弁の開閉時期をそれぞれ調整することで、温度の低い方の排気をより多量に前記気筒内に供給すると共に、前記気筒内のシリンダヘッド側壁面付近の温度を前記気筒内の側壁面付近の温度およびピストン頂面付近の温度よりも高くすることを特徴とする予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システム。
8. 前記排気供給路のうち、温度の高い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路を高温排気供給路とし、温度の低い方の排気を前記燃焼室に供給する排気供給路を低温排気供給路とし、
   前記排気供給制御弁のうち、前記高温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する排気供給制御弁を高温排気供給制御弁とし、前記低温排気供給路からの前記燃焼室への排気の供給を制御する排気供給制御弁を低温排気供給制御弁とし、
   前記予混合圧縮着火燃焼内燃機関の運転状態が高負荷運転領域にあるときは、吸気行程初期では前記低温排気供給制御弁のみ開弁状態とすると共に、吸気行程後期では前記高温排気供給制御弁を開弁状態とすることを特徴とする請求項７記載の予混合圧縮着火燃焼内燃機関の燃焼制御システム。

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