JP4840383B2 - Internal combustion engine - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
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Description

本発明は、内燃機関で排ガスをシリンダ内の燃焼空間に戻す排ガス再循環を実行する際の技術に関する。   The present invention relates to a technique for performing exhaust gas recirculation for returning exhaust gas to a combustion space in a cylinder in an internal combustion engine.

ガソリン機関やディーゼル機関等では、排ガスの一部を燃焼用の空気に混入して、燃料と空気との混合気と燃焼させることにより、窒素酸化物の発生を抑制し、また燃料消費量を低減する、EGR(Exhaust Gas Recirculation:排ガス再循環)と呼ばれる技術が用いられる。特許文献1には、それぞれのシリンダについてプライマリポート及びセカンダリポートを備え、かつそれぞれに燃料噴射弁を備え、また、セカンダリポートには全閉弁及び排ガス再循環を実行する際に排ガスをセカンダリポートに導入する還流口を備えており、排ガス再循環を実行する際には、全閉弁を閉じてセカンダリポートから排ガスを導入するとともに、プライマリポートが備える燃料噴射弁から燃料を噴射する技術が開示されている。   In gasoline engines and diesel engines, a part of the exhaust gas is mixed into the combustion air and burned with a mixture of fuel and air, thereby suppressing the generation of nitrogen oxides and reducing fuel consumption. A technique called EGR (Exhaust Gas Recirculation) is used. In Patent Document 1, each cylinder is provided with a primary port and a secondary port, and each is provided with a fuel injection valve. Further, when the secondary port is fully closed and exhaust gas recirculation is performed, the exhaust gas is used as the secondary port. A technology for injecting fuel from a fuel injection valve provided in the primary port while disclosing the exhaust port and introducing exhaust gas from the secondary port by closing the fully closed valve when performing exhaust gas recirculation is disclosed. ing.

特開2003−314288号公報(0048〜0053、図3)JP 2003-314288 A (0048-0053, FIG. 3)

シリンダ内をピストンが往復運動する内燃機関では、燃料と空気との混合気が燃焼した燃焼ガスの熱エネルギーが、シリンダの内面から奪われて、発生した熱量を有効に利用できず冷却損失が発生することがある。また、排ガスと混合気とがシリンダ内に混在する状態で燃焼させる場合、排ガスの量が増加するにしたがって、燃焼が不安定になりやすい。そして、特にシリンダの内面付近においては火炎が消失する消炎が発生しやすく、燃焼状態が悪化することがある。特許文献1には、かかる点について言及されておらず、改善の余地がある。   In an internal combustion engine in which the piston reciprocates in the cylinder, the heat energy of the combustion gas that burns the mixture of fuel and air is taken away from the inner surface of the cylinder, and the generated heat cannot be used effectively, resulting in cooling loss. There are things to do. Further, when combustion is performed in a state where exhaust gas and air-fuel mixture are mixed in the cylinder, combustion tends to become unstable as the amount of exhaust gas increases. In particular, in the vicinity of the inner surface of the cylinder, flame extinguishing that the flame disappears easily occurs, and the combustion state may deteriorate. Patent Document 1 does not mention this point, and there is room for improvement.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガスをシリンダ内の燃焼空間へ再循環させる際に、冷却損失を低減すること、燃焼状態の悪化を抑制することのうち少なくとも一方を達成することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and achieves at least one of reducing the cooling loss and suppressing the deterioration of the combustion state when the exhaust gas is recirculated to the combustion space in the cylinder. The purpose is to do.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、ピストンが往復運動するシリンダ内の空間であって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と、前記燃焼空間に接続されて開口する第1の吸気通路及び第2の吸気通路と、前記第1の吸気通路の内部に設けられて、前記第1の吸気通路を前記シリンダの内面側と中心軸側とに仕切る仕切り部材と、前記仕切り部材によって仕切られた前記シリンダの中心軸側における前記第1の吸気通路へ燃料を供給する第1の燃料供給手段と、前記第2の吸気通路へ燃料を供給する第2の燃料供給手段と、前記仕切り部材によって仕切られた前記シリンダの内面側における前記第1の吸気通路へ開口して、前記燃焼空間から排出された排ガスを前記第1の吸気通路へ導入する排ガス導入口と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, an internal combustion engine according to the present invention is a space in a cylinder in which a piston reciprocates, a combustion space in which a mixture of fuel and air burns, A first intake passage and a second intake passage that are connected to the combustion space and open, and the first intake passage is provided inside the first intake passage, and the first intake passage is disposed on the inner surface side and the central axis side of the cylinder. A partition member that is partitioned into two, a first fuel supply means that supplies fuel to the first intake passage on the center axis side of the cylinder partitioned by the partition member, and a fuel that is supplied to the second intake passage A second fuel supply means that opens to the first intake passage on the inner surface side of the cylinder partitioned by the partition member, and introduces exhaust gas discharged from the combustion space into the first intake passage Exhaust Characterized in that it comprises scan inlet and, a.

このような構成により、シリンダの内面の近傍には排ガスの層が形成され、その内側に混合気の層が形成される。そして、この状態で混合気に点火され、混合気が燃焼すると、シリンダの内面近傍の排ガスによる断熱作用により、冷却損失を低減でき、また、シリンダの内面近傍における消炎を抑制できるので、燃焼状態の悪化を抑制できる。   With such a configuration, an exhaust gas layer is formed in the vicinity of the inner surface of the cylinder, and an air-fuel mixture layer is formed inside the exhaust gas layer. When the air-fuel mixture is ignited in this state and the air-fuel mixture burns, the heat loss by the exhaust gas near the inner surface of the cylinder can reduce the cooling loss, and the quenching can be suppressed near the inner surface of the cylinder. Deterioration can be suppressed.

本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関において、前記燃焼空間から排出された排ガスを前記排ガス導入口から前記第1の吸気通路へ導入する際には、前記第1の燃料供給手段の動作を停止し、前記第2の燃料供給手段のみから前記燃料を供給することが望ましい。   As a preferred aspect of the present invention, in the internal combustion engine, when the exhaust gas discharged from the combustion space is introduced from the exhaust gas inlet into the first intake passage, the operation of the first fuel supply means is performed. It is desirable to stop and supply the fuel only from the second fuel supply means.

本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関において、前記第1の吸気通路の内部であって、前記第1の吸気通路を流れる前記空気の流れ方向上流側における前記仕切り部材の端部よりも前記空気の流れ方向上流側に、前記第1の吸気通路を開閉する通路切換手段を備えることが望ましい。   As a preferred aspect of the present invention, in the internal combustion engine, the inner portion of the first intake passage, the upstream of the partition member on the upstream side in the flow direction of the air flowing through the first intake passage. It is desirable to provide passage switching means for opening and closing the first intake passage on the upstream side in the air flow direction.

本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関において、前記燃焼空間から排出された排ガスを前記排ガス導入口から前記第1の吸気通路へ導入する際には、前記通路切換手段によって前記第1の吸気通路を閉じることが望ましい。   In a preferred aspect of the present invention, in the internal combustion engine, when the exhaust gas discharged from the combustion space is introduced from the exhaust gas inlet into the first intake passage, the passage switching means causes the first intake air to flow. It is desirable to close the passage.

本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関において、少なくとも前記第2の燃料供給手段から供給される燃料の方向を、前記シリンダの中心側へ向けることが望ましい。   As a preferred aspect of the present invention, in the internal combustion engine, it is desirable to direct the direction of the fuel supplied from at least the second fuel supply means toward the center of the cylinder.

本発明の好ましい態様としては、前記内燃機関において、前記ピストンは、頂部が凸形状であることが望ましい。   As a preferred aspect of the present invention, in the internal combustion engine, it is desirable that the piston has a convex shape at the top.

本発明は、排ガスをシリンダ内の燃焼空間へ再循環させる際に、冷却損失を低減すること、燃焼状態の悪化を抑制することのうち少なくとも一方を達成できる。   The present invention can achieve at least one of reducing the cooling loss and suppressing the deterioration of the combustion state when the exhaust gas is recirculated to the combustion space in the cylinder.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態(以下実施形態という)によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, or those that are substantially the same, so-called equivalent ranges.

以下の実施形態は、ピストンが往復運動するシリンダ内の空間であって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と、前記燃焼空間に接続されて開口する第1の吸気通路及び第2の吸気通路とを備える内燃機関において、前記燃焼空間へ排ガスを再循環させる際には、前記第1の吸気通路から前記燃焼空間へ前記排ガスを導入し、前記第2の吸気通路から前記燃焼空間へ前記燃料及び前記空気を導入して、前記燃焼空間内に、前記排ガスの層と前記燃料及び前記空気が混合した混合気の層とを形成する点に特徴がある。   The following embodiment is a space in a cylinder in which a piston reciprocates, a combustion space in which a mixture of fuel and air burns, a first intake passage connected to the combustion space, and a second intake passage. When the exhaust gas is recirculated to the combustion space, the exhaust gas is introduced from the first intake passage into the combustion space, and the combustion space is introduced from the second intake passage. The fuel and the air are introduced into the combustion space to form a layer of the exhaust gas and a mixture of the fuel and air in the combustion space.

(実施形態1)
実施形態1は、内燃機関において、1個のシリンダ内の燃焼空間へ接続される第1の吸気通路及び第2の吸気通路へそれぞれ燃料供給手段を設け、仕切り部材によって第1の吸気通路をシリンダの内面側と中心軸側とに仕切り、この仕切り部材によって仕切られたシリンダの内面側における前記第1の吸気通路へ開口する排ガス導入口を設けて、この排ガス導入口から、燃焼空間から排出された燃焼後の混合気である排ガスを、第1の吸気通路へ導入する点に特徴がある。ここで、燃料供給手段から内燃機関の吸気通路へ燃料を供給するということは、内燃機関へ燃料を供給することと同義である。
(Embodiment 1)
In Embodiment 1, in the internal combustion engine, fuel supply means is provided in each of the first intake passage and the second intake passage connected to the combustion space in one cylinder, and the first intake passage is connected to the cylinder by a partition member. An exhaust gas inlet that opens to the first intake passage on the inner surface side of the cylinder partitioned by the partition member is provided, and is discharged from the combustion space from the exhaust gas inlet. The exhaust gas which is the air-fuel mixture after combustion is introduced into the first intake passage. Here, supplying fuel from the fuel supply means to the intake passage of the internal combustion engine is synonymous with supplying fuel to the internal combustion engine.

図1は、実施形態1に係る内燃機関を示す説明図である。図2は、実施形態1に係る内燃機関をシリンダヘッド側から見た状態を示す平面図である。図3は、図2のX−X断面図である。図4は、実施形態1に係る内燃機関をシリンダヘッド側から見た状態を示す平面図である。図5は、実施形態1に係る内燃機関において、排ガス再循環を実行した状態を示す模式図である。実施形態1では、内燃機関1が備える単一の気筒を取り出して説明するが、本発明は多気筒の内燃機関、単気筒の内燃機関を問わずに適用できる。内燃機関1は、ピストン5がシリンダ1Sの内部を往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。   FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an internal combustion engine according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view showing a state in which the internal combustion engine according to the first embodiment is viewed from the cylinder head side. 3 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. FIG. 4 is a plan view showing the internal combustion engine according to the first embodiment as viewed from the cylinder head side. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which exhaust gas recirculation is executed in the internal combustion engine according to the first embodiment. In the first embodiment, a single cylinder provided in the internal combustion engine 1 is taken out and described. However, the present invention can be applied regardless of a multi-cylinder internal combustion engine or a single-cylinder internal combustion engine. The internal combustion engine 1 is a so-called reciprocating internal combustion engine in which a piston 5 reciprocates inside a cylinder 1S.

内燃機関1は、機関ECU(Electronic Control Unit)50によって制御される。内燃機関1のシリンダ1Sは、円筒状の構造体であって、一端部がシリンダヘッド1Hに取り付けられ、他端部がクランクケース1Cに取り付けられる。シリンダ1Sの内面1SWと、ピストン5の頂面と、シリンダヘッド1Hの内面とで囲まれる空間1Bが、内燃機関1へ供給される燃料Fが燃焼する空間となる。この空間1Bを、燃焼空間1Bという。内燃機関1へ供給される燃料Fは、炭化水素を含む燃料であり、例えばガソリンが用いられる。   The internal combustion engine 1 is controlled by an engine ECU (Electronic Control Unit) 50. The cylinder 1S of the internal combustion engine 1 is a cylindrical structure having one end attached to the cylinder head 1H and the other end attached to the crankcase 1C. A space 1B surrounded by the inner surface 1SW of the cylinder 1S, the top surface of the piston 5, and the inner surface of the cylinder head 1H is a space in which the fuel F supplied to the internal combustion engine 1 burns. This space 1B is called combustion space 1B. The fuel F supplied to the internal combustion engine 1 is a fuel containing hydrocarbons, for example, gasoline.

シリンダ1Sには、ウォータージャケットWJが形成される。内燃機関1の運転中には、ウォータージャケットWJに内燃機関1を冷却するための水(冷却水)が流されて、内燃機関1を冷却する。冷却水の温度は、冷却水温度センサ42によって検出され、機関ECU50に取り込まれ、内燃機関1の制御に用いられる。   A water jacket WJ is formed in the cylinder 1S. During operation of the internal combustion engine 1, water (cooling water) for cooling the internal combustion engine 1 is passed through the water jacket WJ to cool the internal combustion engine 1. The temperature of the cooling water is detected by the cooling water temperature sensor 42, taken into the engine ECU 50, and used for controlling the internal combustion engine 1.

シリンダヘッド1Hには、燃料Fの燃焼に供する空気(燃焼用空気)Aを燃焼空間1Bへ導入するための第1の吸気通路である第1吸気ポート4A及び第2の吸気通路である第2吸気ポート4Bが形成される。また、シリンダヘッド1Hには、燃焼空間1Bで燃料Fが燃焼した後の燃焼ガス(排ガス)Exを燃焼空間1Bの外部へ排出する排気通路である排気ポート9が形成される。   The cylinder head 1H has a first intake port 4A that is a first intake passage for introducing air (combustion air) A for combustion of the fuel F into the combustion space 1B and a second intake passage that is a second intake passage. An intake port 4B is formed. Further, the cylinder head 1H is formed with an exhaust port 9 which is an exhaust passage for discharging the combustion gas (exhaust gas) Ex after the fuel F is burned in the combustion space 1B to the outside of the combustion space 1B.

第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4B及び排気ポート9は、それぞれ燃焼空間1Bに接続されるとともに、それぞれの一方の端部が燃焼空間1Bに開口して開口部を形成し、他方の端部は、吸気通路である吸気導入通路8に接続される。燃焼空間1Bに開口する第1吸気ポート4Aの開口部4Ao、第2吸気ポート4Bの開口部4Boには、それぞれ第1吸気弁10A、第2吸気弁10Bが配置され、燃焼空間1Bに開口する排気ポート9の開口部9oには排気弁15が配置される。第1吸気弁10A、第2吸気弁10Bは、燃焼空間1Bに開口する第1吸気ポート4Aの開口部4Ao、第2吸気ポート4Bの開口部4Boを開閉し、排気弁15は、燃焼空間1Bに開口する排気ポート9の開口部9oを開閉する。   The first intake port 4A, the second intake port 4B, and the exhaust port 9 are connected to the combustion space 1B, respectively, and one end of each opens to the combustion space 1B to form an opening, and the other end The part is connected to an intake air introduction passage 8 that is an intake passage. A first intake valve 10A and a second intake valve 10B are disposed in the opening 4Ao of the first intake port 4A that opens to the combustion space 1B and the opening 4Bo of the second intake port 4B, respectively, and open to the combustion space 1B. An exhaust valve 15 is disposed in the opening 9 o of the exhaust port 9. The first intake valve 10A and the second intake valve 10B open and close the opening 4Ao of the first intake port 4A and the opening 4Bo of the second intake port 4B that open to the combustion space 1B, and the exhaust valve 15 opens and closes the combustion space 1B. Open and close the opening 9o of the exhaust port 9 that opens to the front.

内燃機関1は、第1吸気ポート4A内へ燃料Fを噴射して内燃機関1へ供給する第1の燃料供給手段として、第1ポート噴射弁2Aを備え、第2吸気ポート4B内へ燃料Fを噴射して内燃機関1へ供給する第2の燃料供給手段として、第2ポート噴射弁2Bを備える。本実施形態において、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bは、シリンダヘッド1Hへ取り付けられる。また、内燃機関1のシリンダヘッド1Hには、燃焼空間1B内に形成される、燃料と空気Aとの混合気に点火する点火手段として、点火プラグ7が取り付けられる。燃焼空間1B内の混合気は、点火プラグ7からの放電によって点火され、燃焼する。このように、内燃機関1は、いわゆる火花点火式の内燃機関である。なお、吸気通路である吸気ポートの本数は2本に限定されるものではなく、燃料供給手段であるポート噴射弁の個数も2個に限定されるものではない。   The internal combustion engine 1 includes a first port injection valve 2A as first fuel supply means for injecting fuel F into the first intake port 4A and supplying the fuel F to the internal combustion engine 1, and the fuel F into the second intake port 4B. The second port injection valve 2B is provided as a second fuel supply means for injecting and supplying the fuel to the internal combustion engine 1. In the present embodiment, the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B are attached to the cylinder head 1H. A spark plug 7 is attached to the cylinder head 1H of the internal combustion engine 1 as an ignition means for igniting a mixture of fuel and air A formed in the combustion space 1B. The air-fuel mixture in the combustion space 1B is ignited by the discharge from the spark plug 7 and burns. Thus, the internal combustion engine 1 is a so-called spark ignition type internal combustion engine. The number of intake ports that are intake passages is not limited to two, and the number of port injection valves that are fuel supply means is not limited to two.

内燃機関1が備える第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bは、ポート噴射弁用燃料分配管20に取り付けられており、機関ECU50の機関制御部54によって動作が制御される。そして、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bは、ポート噴射弁用燃料分配管20から燃料が供給されて、内燃機関1の第1吸気ポート4A内の空気A、第2吸気ポート4B内の空気Aへ燃料Fを噴射し、供給する。これによって、燃料Fと空気Aとを十分に混合させた混合気を形成する。   The first port injection valve 2 </ b> A and the second port injection valve 2 </ b> B included in the internal combustion engine 1 are attached to the port injection valve fuel distribution pipe 20, and their operations are controlled by the engine control unit 54 of the engine ECU 50. The first port injection valve 2 </ b> A and the second port injection valve 2 </ b> B are supplied with fuel from the fuel injection pipe 20 for port injection valves, and the air A and the second intake port in the first intake port 4 </ b> A of the internal combustion engine 1. Fuel F is injected and supplied to air A in 4B. Thereby, an air-fuel mixture in which the fuel F and the air A are sufficiently mixed is formed.

第1吸気ポート4A、第2吸気ポート4Bと接続される吸気導入通路8には、スロットル弁14が取り付けられる。スロットル弁14は、弁体14Vと、弁体14Vに取り付けられてこれを動作させるスロットル弁用アクチュエータ14Aとで構成される。弁体14Vの開度を調整することにより、吸気通路の通路断面積が変化して、燃焼空間1Bへ導入される空気Aの量が調整される。スロットル弁14の弁体14Vよりも空気Aの流れ方向の上流側には、エアフローセンサ40が配置されており、吸気通路を流れる空気Aの流量(質量流量)、すなわち、燃焼空間1Bへ流入する空気Aの流量が計測される。エアフローセンサ40が計測した空気Aの流量は、機関ECU50に取り込まれ、内燃機関1の制御に用いられる。エアフローセンサ40よりも空気Aの流れ方向の上流側には、エアクリーナー70が配置されており、吸気導入通路8へ流入し、内燃機関1の燃焼空間1Bへ流入する空気Aから塵やごみ等が取り除かれる。   A throttle valve 14 is attached to the intake introduction passage 8 connected to the first intake port 4A and the second intake port 4B. The throttle valve 14 includes a valve body 14V and a throttle valve actuator 14A that is attached to and operates the valve body 14V. By adjusting the opening of the valve body 14V, the passage cross-sectional area of the intake passage changes, and the amount of air A introduced into the combustion space 1B is adjusted. An air flow sensor 40 is disposed upstream of the valve body 14V of the throttle valve 14 in the flow direction of the air A, and flows into the combustion space 1B, that is, the flow rate (mass flow rate) of the air A flowing through the intake passage. The flow rate of air A is measured. The flow rate of the air A measured by the air flow sensor 40 is taken into the engine ECU 50 and used for controlling the internal combustion engine 1. An air cleaner 70 is arranged upstream of the air flow sensor 40 in the flow direction of the air A. The air cleaner 70 flows into the intake air introduction passage 8 and dust or dust from the air A flowing into the combustion space 1B of the internal combustion engine 1. Is removed.

第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bから第1吸気ポート4A内、第2吸気ポート4B内へ供給される燃料Fは、燃料タンク13内へ貯留される。燃料タンク13の内部にはフィードポンプ13Pが配置されている。フィードポンプ13Pとポート噴射弁用燃料分配管20とは、燃料配管18で接続されており、フィードポンプ13Pが吐出する燃料タンク13内の燃料Fは、燃料配管18を通ってポート噴射弁用燃料分配管20へ送られる。フィードポンプ13Pの動作は、機関ECU50の機関制御部54によって制御される。   The fuel F supplied from the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B into the first intake port 4A and the second intake port 4B is stored in the fuel tank 13. A feed pump 13 </ b> P is disposed inside the fuel tank 13. The feed pump 13P and the port injector fuel distribution pipe 20 are connected by a fuel pipe 18, and the fuel F in the fuel tank 13 discharged from the feed pump 13P passes through the fuel pipe 18 and is a fuel for the port injector. It is sent to the distribution pipe 20. The operation of the feed pump 13P is controlled by the engine control unit 54 of the engine ECU 50.

第1吸気弁10A、第2吸気弁10Bが開き、ピストン5が下死点へ向かうと、第1吸気ポート4Aの開口部4Ao、第2吸気ポート4Bの開口部4Boから燃焼空間1Bへ向かって、空気Aと燃料Fとの混合気が流入する(吸気行程)。ここで、燃料Fは、吸気行程の前に、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bから第1吸気ポート4A、第2吸気ポート4Bへ供給されたものである。ピストン5が下死点を通過し、第1吸気弁10A、第2吸気弁10B及び排気弁15が閉じた状態でピストン5が上死点(すなわちシリンダヘッド1Hの方向)へ向かうと、燃焼空間1B内に形成される、燃料Fと空気Aとの混合気が圧縮される(圧縮行程)。   When the first intake valve 10A and the second intake valve 10B are opened and the piston 5 moves toward the bottom dead center, the opening 4Ao of the first intake port 4A and the opening 4Bo of the second intake port 4B move toward the combustion space 1B. Then, an air-fuel mixture of air A and fuel F flows (intake stroke). Here, the fuel F is supplied from the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B to the first intake port 4A and the second intake port 4B before the intake stroke. When the piston 5 passes the bottom dead center and the piston 5 heads to the top dead center (that is, the direction of the cylinder head 1H) with the first intake valve 10A, the second intake valve 10B, and the exhaust valve 15 closed, the combustion space The mixture of fuel F and air A formed in 1B is compressed (compression stroke).

ピストン5が上死点に到達する前に、点火プラグ7が放電して圧縮された前記混合気へ点火する。これによって、燃焼空間1B内の前記混合気が燃焼する。ここで、点火プラグ7の点火タイミングは、機関ECU50の機関制御部54によって制御される。   Before the piston 5 reaches top dead center, the spark plug 7 discharges and ignites the compressed air-fuel mixture. Thereby, the air-fuel mixture in the combustion space 1B burns. Here, the ignition timing of the spark plug 7 is controlled by the engine control unit 54 of the engine ECU 50.

前記混合気が燃焼したときの燃焼圧力によりピストン5が下死点へ向かって移動する(膨張行程)。下死点を通過したピストン5は、再び上死点へ向かって移動するが、このとき排気弁15が開いて、燃焼空間1B内の燃焼ガス(排ガスEx)が開口部9oを通って排気ポート9へ排出される(排気行程)。これによって、内燃機関の1サイクルが終了する。なお、例えば、排気行程中に第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bから第1吸気ポート4A、第2吸気ポート4B内へ、次のサイクルの燃料Fが供給される。   The piston 5 moves toward the bottom dead center by the combustion pressure when the air-fuel mixture burns (expansion stroke). The piston 5 that has passed through the bottom dead center moves again toward the top dead center. At this time, the exhaust valve 15 is opened, and the combustion gas (exhaust gas Ex) in the combustion space 1B passes through the opening 9o to the exhaust port. 9 (exhaust stroke). This completes one cycle of the internal combustion engine. For example, during the exhaust stroke, the fuel F of the next cycle is supplied from the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B into the first intake port 4A and the second intake port 4B.

ピストン5が上死点の近傍にくると、第1吸気弁10A、第2吸気弁10Bが開き、排気弁15は閉じて、内燃機関1の次のサイクルが開始する。このように、内燃機関1は、ピストン5がシリンダ1S内を2往復する間に1サイクルが終了する、4ストローク1サイクルの内燃機関である。ピストン5の往復運動は、コネクティングロッド3を介してクランクケース1C内のクランクシャフト6へ伝達され、回転運動へ変換される。   When the piston 5 comes close to top dead center, the first intake valve 10A and the second intake valve 10B are opened, the exhaust valve 15 is closed, and the next cycle of the internal combustion engine 1 is started. Thus, the internal combustion engine 1 is a four-stroke one-cycle internal combustion engine in which one cycle is completed while the piston 5 reciprocates twice within the cylinder 1S. The reciprocating motion of the piston 5 is transmitted to the crankshaft 6 in the crankcase 1C via the connecting rod 3 and converted into rotational motion.

クランクシャフト6の回転角度は、クランク角センサ41によって検出される。機関ECU50の機関制御部54は、クランク角センサ41が検出したクランクシャフト6の回転角度を取り込み、これに基づいてクランクシャフト6の回転数(機関回転数)を演算する。ここで、機関回転数は、単位時間あたりにおけるクランクシャフト6の回転数である。   The rotation angle of the crankshaft 6 is detected by a crank angle sensor 41. The engine control unit 54 of the engine ECU 50 takes in the rotation angle of the crankshaft 6 detected by the crank angle sensor 41, and calculates the rotation speed (engine rotation speed) of the crankshaft 6 based on this. Here, the engine rotational speed is the rotational speed of the crankshaft 6 per unit time.

排ガスExは、排気ポート9に接続される排気通路9Mを通って浄化触媒へ導かれ、ここで浄化されてから大気中へ排出される。図1、図2に示すように、排気通路9Mと第1吸気ポート4Aとは、排ガス再循環通路16で接続される。排気通路9Mには排ガス入口16Iが開口する。排ガス入口16Iは、排ガス再循環通路16が排気通路9Mに開口する開口部であり、排気通路9M内の排ガスを排ガス再循環通路16へ導入する。   The exhaust gas Ex is led to the purification catalyst through the exhaust passage 9M connected to the exhaust port 9, and after being purified here, it is discharged into the atmosphere. As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust passage 9 </ b> M and the first intake port 4 </ b> A are connected by an exhaust gas recirculation passage 16. An exhaust gas inlet 16I opens in the exhaust passage 9M. The exhaust gas inlet 16I is an opening where the exhaust gas recirculation passage 16 opens into the exhaust passage 9M, and introduces the exhaust gas in the exhaust passage 9M into the exhaust gas recirculation passage 16.

排ガス再循環通路16には、機関ECU50で制御される弁装置17が設けられる。弁装置17は、排ガス再循環通路16の通路断面積(排ガス再循環通路16を流れる排ガスExの流れ方向に直交する断面の面積)を変更する機能を有する。これによって、排気通路9Mと第1吸気ポート4Aとを排ガス再循環通路16で連通したり、排気通路9Mと第1吸気ポート4Aとの連通を遮断したりする。その結果、排気通路9Mの排ガスExを、第1吸気ポート4Aへ導入したり、第1吸気ポート4Aへの排ガスExの導入を停止したりすることができる。   The exhaust gas recirculation passage 16 is provided with a valve device 17 controlled by the engine ECU 50. The valve device 17 has a function of changing the cross-sectional area of the exhaust gas recirculation passage 16 (the cross-sectional area perpendicular to the flow direction of the exhaust gas Ex flowing through the exhaust gas recirculation passage 16). Accordingly, the exhaust passage 9M and the first intake port 4A are communicated with each other through the exhaust gas recirculation passage 16, and the communication between the exhaust passage 9M and the first intake port 4A is blocked. As a result, the exhaust gas Ex in the exhaust passage 9M can be introduced into the first intake port 4A, or the introduction of the exhaust gas Ex into the first intake port 4A can be stopped.

弁装置17は、ON−OFF弁を用いたり、流量調整弁を用いたりすることができる。弁装置17にON−OFF弁を用いる場合、開時間と閉時間との比率を変更することにより、排ガス再循環通路16を流れる排ガスExの量を調整できる。弁装置17に流量調整弁を用いる場合、弁装置17の開度を調整することにより、すなわち、弁装置17によって排ガス再循環通路16の通路断面積を変更することによって、排ガス再循環通路16を流れる排ガスExの量を調整できる。   The valve device 17 can use an ON-OFF valve or a flow rate adjusting valve. When an ON-OFF valve is used for the valve device 17, the amount of exhaust gas Ex flowing through the exhaust gas recirculation passage 16 can be adjusted by changing the ratio between the open time and the close time. When a flow rate adjusting valve is used as the valve device 17, the exhaust gas recirculation passage 16 is adjusted by adjusting the opening degree of the valve device 17, that is, by changing the cross-sectional area of the exhaust gas recirculation passage 16 by the valve device 17. The amount of flowing exhaust gas Ex can be adjusted.

内燃機関1の運転中に排ガス再循環(以下EGRという)を実行する際には弁装置17が開かれ、排ガス再循環通路16は、第1吸気ポート4Aを介して燃焼空間1Bから排出された排ガスExを燃焼空間1Bへ戻す。そして、排ガスExが燃焼空間1Bに存在する状態で、燃料Fと空気Aとの混合気を燃焼させる。これによって、窒素酸化物の発生を抑制し、また燃料消費量を低減する。   When exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) is performed during operation of the internal combustion engine 1, the valve device 17 is opened, and the exhaust gas recirculation passage 16 is discharged from the combustion space 1B via the first intake port 4A. The exhaust gas Ex is returned to the combustion space 1B. And the air-fuel mixture of the fuel F and the air A is burned in the state where the exhaust gas Ex exists in the combustion space 1B. This suppresses generation of nitrogen oxides and reduces fuel consumption.

図2、図3に示すように、第1吸気ポート4Aの内部には、仕切り部材30が設けられる。仕切り部材30は、第1吸気ポート4Aをシリンダ1Sの内面1SW側とシリンダ1Sの中心軸Z側とに仕切る。第1ポート噴射弁2Aは、仕切り部材30によって仕切られた、シリンダ1Sの中心軸Z側における第1吸気ポート4Aに燃料Fを供給する。仕切り部材30によって仕切られた、シリンダ1Sの中心軸Z側における第1吸気ポート4Aを、空気通路32という。   As shown in FIGS. 2 and 3, a partition member 30 is provided inside the first intake port 4A. The partition member 30 partitions the first intake port 4A into the inner surface 1SW side of the cylinder 1S and the central axis Z side of the cylinder 1S. The first port injection valve 2A supplies the fuel F to the first intake port 4A on the central axis Z side of the cylinder 1S, which is partitioned by the partition member 30. The first intake port 4A on the central axis Z side of the cylinder 1S that is partitioned by the partition member 30 is referred to as an air passage 32.

仕切り部材30によって仕切られた、シリンダ1Sの内面1SW側における第1吸気ポート4Aには、排ガス導入口16Eが開口する。排ガス導入口16Eは、排ガス再循環通路16が第1吸気ポート4Aに開口する開口部であり、EGR時においては、排ガス再循環通路16を通過した排ガスExを、第1吸気ポート4Aへ導入する。ここで、仕切り部材30と、シリンダ1Sの内面1SW側における第1吸気ポート4Aとで囲まれる空間を、空気/排ガス通路31という。   An exhaust gas inlet 16E opens in the first intake port 4A on the inner surface 1SW side of the cylinder 1S, which is partitioned by the partition member 30. The exhaust gas introduction port 16E is an opening through which the exhaust gas recirculation passage 16 opens to the first intake port 4A. During EGR, the exhaust gas Ex that has passed through the exhaust gas recirculation passage 16 is introduced into the first intake port 4A. . Here, a space surrounded by the partition member 30 and the first intake port 4A on the inner surface 1SW side of the cylinder 1S is referred to as an air / exhaust gas passage 31.

空気/排ガス通路31の上流側(すなわち、第1吸気ポート4内を流れる空気Aの流れ方向上流側)は、空気/排ガス通路入口31iが開口している。また、空気/排ガス通路入口31iの上流側には、通路切換手段である通路切換弁19が設けられている。通路切換弁19は、図1に示す通路切換弁駆動用アクチュエータ19Aで駆動されて、第1吸気ポート4Aを開閉する。通路切換弁駆動用アクチュエータ19Aは、機関ECU50で制御される。   On the upstream side of the air / exhaust gas passage 31 (that is, the upstream side in the flow direction of the air A flowing through the first intake port 4), an air / exhaust gas passage inlet 31i is opened. Further, a passage switching valve 19 as a passage switching means is provided upstream of the air / exhaust gas passage inlet 31i. The passage switching valve 19 is driven by a passage switching valve driving actuator 19A shown in FIG. 1 to open and close the first intake port 4A. The passage switching valve driving actuator 19A is controlled by the engine ECU 50.

通路切換弁19が閉じられると、第1吸気ポート4Aが遮断され、通路切換弁19よりも下流、すなわち燃焼空間1Bへ空気Aは流れない。この場合、排ガスExは、空気/排ガス通路31を通って燃焼空間1Bへ流れる。通路切換弁19が開かれると、通路切換弁19の上流側と下流側とが通じるので、通路切換弁19よりも下流に空気Aが流れ、燃焼空間1Bへ空気Aが流入する。この場合、空気Aは、空気/排ガス通路31及び空気通路32、すなわち、第1吸気ポート4A全体を通って燃焼空間1Bへ流れる。   When the passage switching valve 19 is closed, the first intake port 4A is shut off, and the air A does not flow downstream from the passage switching valve 19, that is, to the combustion space 1B. In this case, the exhaust gas Ex flows through the air / exhaust gas passage 31 to the combustion space 1B. When the passage switching valve 19 is opened, the upstream side and the downstream side of the passage switching valve 19 communicate with each other, so that the air A flows downstream from the passage switching valve 19 and the air A flows into the combustion space 1B. In this case, the air A flows into the combustion space 1B through the air / exhaust gas passage 31 and the air passage 32, that is, the entire first intake port 4A.

本実施形態においては、EGRを実行する場合としない場合とで、通路切換弁19の開又は閉を切り替える。EGRを実行しない場合、図2に示すように、通路切換弁19は開となり、第1吸気ポート4A内全体、すなわち、空気/排ガス通路31及び空気通路32の両方を空気Aが流れる。この場合、空気Aが流れる際の抵抗をできるだけ低減するため、通路切換弁19が空気Aの流れ方向と平行になるようにすることが好ましい。   In the present embodiment, the passage switching valve 19 is switched between open and closed depending on whether or not EGR is executed. When EGR is not executed, the passage switching valve 19 is opened as shown in FIG. 2, and the air A flows through the entire first intake port 4A, that is, both the air / exhaust gas passage 31 and the air passage 32. In this case, in order to reduce the resistance when the air A flows as much as possible, it is preferable that the passage switching valve 19 be parallel to the flow direction of the air A.

本実施形態でEGRを実行しない場合、図2に示すように、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bの両方から燃焼空間1Bへ空気Aを導入する。そして、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの両方で、内燃機関1へ燃料Fを供給する。この場合、図2に示すように、第1吸気ポート4Aの燃料噴射孔2o及び第2吸気ポート4Bの燃料噴射孔2oから燃料噴霧Fmが噴射される。   When EGR is not executed in the present embodiment, as shown in FIG. 2, air A is introduced into the combustion space 1B from both the first intake port 4A and the second intake port 4B. Then, the fuel F is supplied to the internal combustion engine 1 by both the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B. In this case, as shown in FIG. 2, the fuel spray Fm is injected from the fuel injection hole 2o of the first intake port 4A and the fuel injection hole 2o of the second intake port 4B.

EGRを実行する場合、図4に示すように、通路切換弁19は閉じられて、通路切換弁19よりも下流側には空気Aは流れない状態となる。この状態で弁装置17が開かれると、排気通路9Mの排ガスExは、排ガス再循環通路16を通り、排ガス導入口16Eから空気/排ガス通路31へ流入する。上述したように、空気/排ガス通路31は、第1吸気ポート4Aのシリンダ1Sの内面1SW側に形成されている。したがって、空気/排ガス通路31を流れる排ガスExは、図2に示すように、第1吸気弁10Aと第1吸気ポート4Aの開口部4Ao(図1)との間から燃焼空間1B内へ流入し、シリンダ1Sの内面1SWに沿って流れる。   When performing EGR, as shown in FIG. 4, the passage switching valve 19 is closed, and the air A does not flow downstream from the passage switching valve 19. When the valve device 17 is opened in this state, the exhaust gas Ex in the exhaust passage 9M passes through the exhaust gas recirculation passage 16 and flows into the air / exhaust gas passage 31 from the exhaust gas inlet 16E. As described above, the air / exhaust gas passage 31 is formed on the inner surface 1SW side of the cylinder 1S of the first intake port 4A. Therefore, the exhaust gas Ex flowing through the air / exhaust gas passage 31 flows into the combustion space 1B from between the first intake valve 10A and the opening 4Ao (FIG. 1) of the first intake port 4A, as shown in FIG. And flows along the inner surface 1SW of the cylinder 1S.

本実施形態でEGRを実行する場合、図4に示すように、第1吸気ポート4Aの空気/排ガス通路31から排ガスExを燃焼空間1Bへ導入し、第2吸気ポート4Bから空気Aを燃焼空間1Bへ導入する。そして、第1ポート噴射弁2Aの動作を停止させ、第2ポート噴射弁2Bのみを用いて内燃機関1へ燃料Fを供給する。この場合、図4に示すように、第2吸気ポート4Bの燃料噴射孔2oからのみ、燃料噴霧Fmが噴射される。したがって、本実施形態において、EGRを実行する場合には、EGRを実行しない場合と比較して、第2ポート噴射弁2Bからはおよそ2倍の燃料Fが供給される。   When performing EGR in this embodiment, as shown in FIG. 4, exhaust gas Ex is introduced into the combustion space 1B from the air / exhaust gas passage 31 of the first intake port 4A, and air A is injected into the combustion space from the second intake port 4B. Introduce to 1B. Then, the operation of the first port injection valve 2A is stopped, and the fuel F is supplied to the internal combustion engine 1 using only the second port injection valve 2B. In this case, as shown in FIG. 4, the fuel spray Fm is injected only from the fuel injection hole 2o of the second intake port 4B. Therefore, in the present embodiment, when EGR is executed, approximately twice as much fuel F is supplied from the second port injection valve 2B as compared with the case where EGR is not executed.

本実施形態においてEGRを実行すると、図4、図5に示すように、空気/排ガス通路31内の排ガスExは、シリンダ1Sの内面1SWに沿って流れて(図5の矢印R方向)、シリンダ1Sの内面1SWの近傍に排ガスExの層(排ガス層)Ex_Rを形成する。そして、第2吸気ポート4Bからは、第2ポート噴射弁2Bから供給された燃料Fと第2吸気ポート4Bを流れる空気Aとの混合気が燃焼空間1B内へ流入し、図5に示すように、排ガスExの層が形成されていないシリンダ1S内の中央部分に、混合気の層(混合気層)Gm_Rが形成される。   When EGR is executed in the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the exhaust gas Ex in the air / exhaust gas passage 31 flows along the inner surface 1SW of the cylinder 1S (in the direction of arrow R in FIG. 5), and the cylinder An exhaust gas Ex layer (exhaust gas layer) Ex_R is formed in the vicinity of the inner surface 1SW of 1S. Then, from the second intake port 4B, an air-fuel mixture of the fuel F supplied from the second port injection valve 2B and the air A flowing through the second intake port 4B flows into the combustion space 1B, as shown in FIG. In addition, an air-fuel mixture layer (air-fuel mixture layer) Gm_R is formed at the central portion in the cylinder 1S where the exhaust gas Ex layer is not formed.

本実施形態では、EGR時においては、図5に示すように、シリンダ1Sの内面1SWの近傍に排ガス層Ex_Rを形成し、その内側に混合気層Gm_Rを形成した状態で、混合気を燃焼させる。これによって、良好な燃焼状態が得られる。また、本実施形態では、シリンダ1Sの内面1SWの近傍に存在する排ガス層Ex_Rによる断熱効果が得られるので、冷却損失が低減され、また、シリンダ1Sの内面1SWの近傍での消炎が抑制される。その結果、燃料消費が抑制されるとともに、未燃成分が低減される。ここで、冷却損失とは、混合気の燃焼により発生する燃焼ガスがシリンダ1Sの内面1SWに接触して、燃焼ガスの熱がシリンダ1Sへ奪われることをいう。   In the present embodiment, at the time of EGR, as shown in FIG. 5, the air-fuel mixture is burned with the exhaust gas layer Ex_R formed in the vicinity of the inner surface 1SW of the cylinder 1S and the air-fuel mixture layer Gm_R formed inside the exhaust gas layer Ex_R. . Thereby, a good combustion state is obtained. Further, in this embodiment, since the heat insulation effect by the exhaust gas layer Ex_R existing in the vicinity of the inner surface 1SW of the cylinder 1S is obtained, the cooling loss is reduced, and the extinguishing of the flame in the vicinity of the inner surface 1SW of the cylinder 1S is suppressed. . As a result, fuel consumption is suppressed and unburned components are reduced. Here, the cooling loss means that the combustion gas generated by the combustion of the air-fuel mixture comes into contact with the inner surface 1SW of the cylinder 1S and the heat of the combustion gas is taken to the cylinder 1S.

内燃機関1は、図4に示すように、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射孔2oが、空気通路32へ開口している。EGRを実行する場合、排ガスExは、空気/排ガス通路31を通過するので、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射孔2oと排ガスExとが直接接触することを回避できる。これによって、第1ポート噴射弁2Aの燃料噴射孔2oへカーボンや燃焼かすが堆積することを抑制できる。   In the internal combustion engine 1, as shown in FIG. 4, the fuel injection hole 2 o of the first port injection valve 2 </ b> A opens to the air passage 32. When performing EGR, since the exhaust gas Ex passes through the air / exhaust gas passage 31, it is possible to avoid direct contact between the fuel injection hole 2o of the first port injection valve 2A and the exhaust gas Ex. Thereby, it is possible to suppress the accumulation of carbon and combustion debris in the fuel injection hole 2o of the first port injection valve 2A.

EGRを実行する場合、空気/排ガス通路入口31iから空気/排ガス通路31内の排ガスExが漏れると、シリンダ1Sの内面1SWに沿って流れる排ガスExの量が低減し、排ガス層Ex_Rによる断熱効果が低下するおそれがある。このため、通路切換弁19を閉じたときに、通路切換弁19によって空気/排ガス通路入口31iが閉じられるようにすることが好ましい。これによって、排ガス層Ex_Rによる断熱効果が低下するおそれを低減できる。   When executing EGR, if the exhaust gas Ex in the air / exhaust gas passage 31 leaks from the air / exhaust gas channel inlet 31i, the amount of exhaust gas Ex flowing along the inner surface 1SW of the cylinder 1S is reduced, and the heat insulation effect by the exhaust gas layer Ex_R is reduced. May decrease. For this reason, it is preferable that the air / exhaust gas passage inlet 31i is closed by the passage switching valve 19 when the passage switching valve 19 is closed. Thereby, the possibility that the heat insulation effect by the exhaust gas layer Ex_R may be reduced can be reduced.

第2ポート噴射弁2Bから燃料Fを供給する場合、第2吸気弁10Bの中心、すなわちステム11に向かって燃料噴霧Fmを形成すると、第2吸気弁10Bの傘部12で燃料噴霧Fmが分散され、シリンダ1Sの内面1SWの近傍に形成される排ガス層Ex_Rにも燃料Fが拡散する。排ガス層Ex_Rは燃焼に供する酸素が少ないため、排ガス層Ex_Rに拡散した燃料Fは燃焼せずに燃焼空間1Bから排出される。その結果、未燃のHCの増加、燃料消費量の増加といった問題が発生することがある。   When the fuel F is supplied from the second port injection valve 2B, when the fuel spray Fm is formed toward the center of the second intake valve 10B, that is, the stem 11, the fuel spray Fm is dispersed by the umbrella portion 12 of the second intake valve 10B. Then, the fuel F also diffuses into the exhaust gas layer Ex_R formed in the vicinity of the inner surface 1SW of the cylinder 1S. Since the exhaust gas layer Ex_R has little oxygen for combustion, the fuel F diffused in the exhaust gas layer Ex_R is discharged from the combustion space 1B without burning. As a result, problems such as an increase in unburned HC and an increase in fuel consumption may occur.

このため、第2ポート噴射弁2Bから燃料Fを供給する場合、図4に示すように、第2ポート噴射弁2Bから供給される燃料Fの燃料噴霧Fmを、シリンダ1Sの中心軸Zに向けることが好ましい。すなわち、第2ポート噴射弁2Bから供給される燃料Fの燃料噴霧Fmを第1ポート噴射弁2A側に偏向させることが好ましい。より具体的には、第1吸気弁10Aのステム11と第2吸気弁10Bのステム11との間に向かって燃料噴霧Fmを形成する。これにより、シリンダ1S内における混合気層Gm_Rは、図4に示すようにシリンダ1Sの中心軸Zの周囲に形成されるので、シリンダ1Sの内面1SWの近傍に形成される排ガス層Ex_Rへの燃料Fの拡散を抑制できる。その結果、燃焼に供されない燃料Fの量を低減できるので、未燃のHCの増加及び燃料消費量を抑制できる。   Therefore, when the fuel F is supplied from the second port injection valve 2B, the fuel spray Fm of the fuel F supplied from the second port injection valve 2B is directed to the central axis Z of the cylinder 1S as shown in FIG. It is preferable. That is, it is preferable to deflect the fuel spray Fm of the fuel F supplied from the second port injection valve 2B toward the first port injection valve 2A. More specifically, the fuel spray Fm is formed between the stem 11 of the first intake valve 10A and the stem 11 of the second intake valve 10B. As a result, the air-fuel mixture layer Gm_R in the cylinder 1S is formed around the central axis Z of the cylinder 1S as shown in FIG. 4, and therefore, the fuel to the exhaust gas layer Ex_R formed in the vicinity of the inner surface 1SW of the cylinder 1S. F diffusion can be suppressed. As a result, the amount of fuel F that is not used for combustion can be reduced, so that an increase in unburned HC and fuel consumption can be suppressed.

少なくとも第2ポート噴射弁2Bによって形成される燃料噴霧Fmが、シリンダ1Sの中心軸Zに向いていればよい。しかし、EGRを実行しない場合においてシリンダ1S内に形成される混合気の分布を考慮すると、図2に示すように、第1ポート噴射弁2Aによって形成される燃料噴霧Fmも、シリンダ1Sの中心軸Zに向いていることが好ましい。これによって、EGRを実行しない場合においても、図4に示すようにシリンダ1Sの中心軸Zの周囲に混合気層を形成できるので、良好な燃焼が実現できる。また、シリンダ1Sの内面1SWに付着する燃料Fの量も低減できるので、未燃のHCの増加及び燃料消費量を抑制でき、また、内燃機関1の摺動部を潤滑する潤滑油の燃料希釈も抑制できる。   It is sufficient that at least the fuel spray Fm formed by the second port injection valve 2B is directed to the central axis Z of the cylinder 1S. However, considering the distribution of the air-fuel mixture formed in the cylinder 1S when EGR is not performed, the fuel spray Fm formed by the first port injection valve 2A is also the central axis of the cylinder 1S as shown in FIG. It is preferable that it is suitable for Z. As a result, even when EGR is not executed, an air-fuel mixture layer can be formed around the central axis Z of the cylinder 1S as shown in FIG. Further, since the amount of the fuel F adhering to the inner surface 1SW of the cylinder 1S can be reduced, the increase in unburned HC and fuel consumption can be suppressed, and the fuel dilution of the lubricating oil that lubricates the sliding portion of the internal combustion engine 1 can be suppressed. Can also be suppressed.

図1、図5に示すように、内燃機関1のピストン5の頂部5Tは、凸形状に形成される。これによって、シリンダ1Sの内面1SWの排ガス層Ex_Rを保持させ、排ガス層Ex_Rと混合気層Gm_Rとの混合を抑制する。その結果、燃焼に供されない燃料Fの量を低減できるので、未燃のHCの増加及び燃料消費量を抑制できる。   As shown in FIGS. 1 and 5, the top 5T of the piston 5 of the internal combustion engine 1 is formed in a convex shape. Thereby, the exhaust gas layer Ex_R of the inner surface 1SW of the cylinder 1S is held, and mixing of the exhaust gas layer Ex_R and the air-fuel mixture layer Gm_R is suppressed. As a result, the amount of fuel F that is not used for combustion can be reduced, so that an increase in unburned HC and fuel consumption can be suppressed.

上述した例では、通路切換弁19を用いるが、通路切換弁19は必ずしも用いる必要はない。第1吸気ポート4Aに通路切換弁19を設けず、EGR時には弁装置17の操作のみで空気/排ガス通路入口31iへ排ガスExを導入し、燃焼空間1Bへ排ガスExを流入させてもよい。このようにしても、シリンダ1Sの内面1SWに沿った排ガス層Ex_Rを形成できる。なお、通路切換弁19を用いた方が、シリンダ1Sの内面1SWに沿った排ガス層Ex_Rを確実に形成できるので、より好ましい。   In the example described above, the passage switching valve 19 is used, but the passage switching valve 19 is not necessarily used. The passage switching valve 19 may not be provided in the first intake port 4A, and the exhaust gas Ex may be introduced into the combustion space 1B by introducing the exhaust gas Ex into the air / exhaust passage inlet 31i only by operating the valve device 17 during EGR. Even in this case, the exhaust gas layer Ex_R along the inner surface 1SW of the cylinder 1S can be formed. Note that it is more preferable to use the passage switching valve 19 because the exhaust gas layer Ex_R along the inner surface 1SW of the cylinder 1S can be reliably formed.

次に、機関ECU50について説明する。機関ECU50は、入出力部50IOと、処理部50Pと、内燃機関1の制御に用いる各種マップ等を格納する記憶部50Mとを有する。入出力部50IOには、エアフローセンサ40、クランク角センサ41、冷却水温度センサ42、アクセル開度センサ43、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2B、点火プラグ7、フィードポンプ13P、スロットル弁用アクチュエータ14A、通路切換弁駆動用アクチュエータ19Aが接続される。そして、入出力部50IOは、エアフローセンサ40やクランク角センサ41等からの入力信号や、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bや通路切換弁駆動用アクチュエータ19A等への出力信号の入出力を行う。   Next, the engine ECU 50 will be described. The engine ECU 50 includes an input / output unit 50IO, a processing unit 50P, and a storage unit 50M that stores various maps used for controlling the internal combustion engine 1. The input / output unit 50IO includes an air flow sensor 40, a crank angle sensor 41, a coolant temperature sensor 42, an accelerator opening sensor 43, a first port injection valve 2A, a second port injection valve 2B, a spark plug 7, a feed pump 13P, A throttle valve actuator 14A and a passage switching valve driving actuator 19A are connected. The input / output unit 50IO receives input signals from the air flow sensor 40, the crank angle sensor 41, and the like, and output signals to the first port injection valve 2A, the second port injection valve 2B, the passage switching valve drive actuator 19A, and the like. Perform input / output.

処理部50Pは、例えば、メモリ及びCPU(Central Processing Unit:中央演算装置)により構成されている。処理部50Pは、制御条件判定部51と、EGR制御部52と、燃料供給制御部53と、機関制御部54とを有している。記憶部50Mは、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ROM(Read Only Memory)のような読み出しのみが可能なメモリ、あるいはRAM(Random Access Memory)のような読み書きが可能なメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成できる。記憶部50Mには、内燃機関1を制御する際に用いる制御プログラムや制御用データマップ等が格納してある。次に、本実施形態に係る内燃機関の運転方法を説明する。この内燃機関の運転方法は、EGRに関するものである。   The processing unit 50P includes, for example, a memory and a CPU (Central Processing Unit). The processing unit 50P includes a control condition determination unit 51, an EGR control unit 52, a fuel supply control unit 53, and an engine control unit 54. The storage unit 50M is a non-volatile memory such as a flash memory, a memory that can only be read such as a ROM (Read Only Memory), a memory that can be read and written such as a RAM (Random Access Memory), or a combination thereof. Can be configured. The storage unit 50M stores a control program used for controlling the internal combustion engine 1, a control data map, and the like. Next, a method for operating the internal combustion engine according to the present embodiment will be described. This operating method of the internal combustion engine relates to EGR.

図6は、実施形態1に係る内燃機関の運転方法の手順を示すフローチャートである。図7は、EGR率が記述されたEGR率設定マップの模式図である。本実施形態に係る内燃機関の運転方法を実行するにあたり、ステップS101において、機関ECU50の処理部50Pを構成する制御条件判定部51は、冷却水温度センサ42から内燃機関1の冷却水温度Twを取得する。   FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure of the operation method of the internal combustion engine according to the first embodiment. FIG. 7 is a schematic diagram of an EGR rate setting map in which the EGR rate is described. In executing the operation method of the internal combustion engine according to the present embodiment, in step S101, the control condition determination unit 51 constituting the processing unit 50P of the engine ECU 50 determines the cooling water temperature Tw of the internal combustion engine 1 from the cooling water temperature sensor 42. get.

内燃機関1が十分に暖機されていない場合、EGRは実行しないため、次に、ステップS102へ進み、制御条件判定部51は、ステップS101で取得した冷却水温度Twと、冷却水温度閾値Tcとを比較する。冷却水温度閾値Tcは、EGRを実行できる条件にあるか否かを判定するための冷却水温度の閾値である。ステップS102でNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がTw≦Twcであると判定した場合、EGRを実行しないで内燃機関1が運転されるので、ステップS103へ進む。   If the internal combustion engine 1 is not sufficiently warmed up, EGR is not executed, so the process proceeds to step S102, where the control condition determination unit 51 determines the coolant temperature Tw acquired in step S101 and the coolant temperature threshold Tc. And compare. The cooling water temperature threshold value Tc is a cooling water temperature threshold value for determining whether or not the condition is such that EGR can be executed. When it is determined No in step S102, that is, when the control condition determination unit 51 determines that Tw ≦ Twc, the internal combustion engine 1 is operated without executing EGR, and thus the process proceeds to step S103.

ステップS103において、機関ECU50の処理部50Pを構成するEGR制御部52は、EGR率を0に設定する。Tw≦Twcであるため、EGRを実行できる条件ではないからである。ここで、EGR率は、燃焼空間1B内へ導入される排ガスExの量をQe、燃焼空間1B内へ導入される空気Aの量(吸入空気量)をQaとすると、Qe/(Qe+Qa)×100(%)となる。   In step S103, the EGR control unit 52 constituting the processing unit 50P of the engine ECU 50 sets the EGR rate to zero. This is because Tw ≦ Twc, which is not a condition for executing EGR. Here, the EGR rate is Qe / (Qe + Qa) × where Qe is the amount of exhaust gas Ex introduced into the combustion space 1B and Qa is the amount of air A introduced into the combustion space 1B (intake air amount). 100 (%).

次に、ステップS104へ進み、EGR制御部52は、図2に示すように通路切換弁19を開き、ステップS105で、機関ECU50の処理部50Pを構成する燃料供給制御部53は、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの両方で、内燃機関1へ燃料Fを供給する。ここで、内燃機関1の運転条件によって定まる全燃料供給量をτaとすると、第1ポート噴射弁2A、第2ポート噴射弁2Bは、それぞれτa/2ずつ燃料Fを供給する。機関制御部54は、内燃機関1の運転条件に応じて、適切な点火時期を設定し、点火プラグ7から放電させて燃焼空間1B内の混合気に点火する。   Next, the process proceeds to step S104, where the EGR control unit 52 opens the passage switching valve 19 as shown in FIG. 2, and in step S105, the fuel supply control unit 53 constituting the processing unit 50P of the engine ECU 50 Fuel F is supplied to the internal combustion engine 1 by both the injection valve 2A and the second port injection valve 2B. Here, if the total fuel supply amount determined by the operating condition of the internal combustion engine 1 is τa, the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B supply the fuel F by τa / 2 respectively. The engine control unit 54 sets an appropriate ignition timing according to the operating conditions of the internal combustion engine 1, discharges from the spark plug 7, and ignites the air-fuel mixture in the combustion space 1B.

次に、ステップS102へ戻って説明する。ステップS102でYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がTw>Twcであると判定した場合、EGRを実行できる条件となる。この場合、ステップS106へ進む。アクセル開度OPが大きい場合、EGRは実行しないため、ステップS106ではアクセル開度OPに基づいてEGRを実行できる条件にあるか否かを判定する。ステップS106において、制御条件判定部51は、アクセル開度センサ43からアクセル開度OPを取得し、予め定めたアクセル開度閾値OPcと比較する。   Next, it returns to step S102 and demonstrates. When it is determined Yes in step S102, that is, when the control condition determination unit 51 determines that Tw> Twc, it is a condition under which EGR can be executed. In this case, the process proceeds to step S106. Since the EGR is not executed when the accelerator opening OP is large, it is determined in step S106 whether or not the conditions under which the EGR can be executed are based on the accelerator opening OP. In step S106, the control condition determination unit 51 acquires the accelerator opening OP from the accelerator opening sensor 43 and compares it with a predetermined accelerator opening threshold OPc.

ステップS106でNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がOP≧OPcであると判定した場合、EGRを実行できる条件ではないと判定される。この場合、EGRを実行しないで内燃機関1が運転されるので、ステップS103〜ステップS105が実行される。   When it is determined No in step S106, that is, when the control condition determination unit 51 determines that OP ≧ OPc, it is determined that the condition is not such that EGR can be executed. In this case, since the internal combustion engine 1 is operated without executing EGR, steps S103 to S105 are executed.

ステップS106でYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がOP<OPcであると判定した場合、ステップS107へ進む。ステップS107において、制御条件判定部51は、EGRを実行する領域で内燃機関1が運転されているか否かを判定する。EGRを実行する領域は、内燃機関1の負荷率KLと機関回転数Neとで判定される。   If it is determined Yes in step S106, that is, if the control condition determining unit 51 determines that OP <OPc, the process proceeds to step S107. In step S107, the control condition determination unit 51 determines whether or not the internal combustion engine 1 is operating in a region where EGR is executed. The region where EGR is executed is determined by the load factor KL of the internal combustion engine 1 and the engine speed Ne.

図7に示すEGR率設定マップ60は、内燃機関1の負荷率KLと機関回転数Neとに応じてEGR率が記述されている。EGR率が0%よりも外の領域は、EGRを実行しない領域、すなわち、EGR率=0である。制御条件判定部51は、図1に示すクランク角センサ41が検出したクランクシャフト6の信号に基づいて機関回転数Neを求め、エアフローセンサ40が検出した信号から得られる内燃機関1の吸入空気量Qaに基づいて負荷率KLを求める。負荷率KL及び機関回転数Neが得られたら、制御条件判定部51は、図7に示すEGR率設定マップ60に負荷率KL及び機関回転数Neを与えて、EGRを実行する領域で内燃機関1が運転されているか否かを判定する。   The EGR rate setting map 60 shown in FIG. 7 describes the EGR rate according to the load factor KL of the internal combustion engine 1 and the engine speed Ne. A region where the EGR rate is outside 0% is a region where EGR is not executed, that is, the EGR rate = 0. The control condition determination unit 51 obtains the engine speed Ne based on the signal of the crankshaft 6 detected by the crank angle sensor 41 shown in FIG. 1, and the intake air amount of the internal combustion engine 1 obtained from the signal detected by the airflow sensor 40. A load factor KL is obtained based on Qa. When the load factor KL and the engine speed Ne are obtained, the control condition determination unit 51 gives the load factor KL and the engine speed Ne to the EGR rate setting map 60 shown in FIG. It is determined whether 1 is operated.

ステップS107でNoと判定された場合、EGRを実行する領域で内燃機関1が運転されていないと判定される。例えば、制御条件判定部51がEGR率設定マップ60に負荷率KL及び機関回転数Neを与えた結果、EGR率=0%の結果が得られた場合は、EGRを実行する領域で内燃機関1が運転されていないと判定される。この場合、EGRを実行しないで内燃機関1が運転されるので、ステップS103〜ステップS105が実行される。ステップS107でYesと判定された場合、すなわち、EGRを実行する領域で内燃機関1が運転されていると制御条件判定部51が判定した場合、EGRを実行する。この場合、ステップS108へ進む。   When it determines with No by step S107, it determines with the internal combustion engine 1 not being drive | operated in the area | region which performs EGR. For example, when the control condition determination unit 51 gives the load factor KL and the engine speed Ne to the EGR rate setting map 60 and obtains a result of EGR rate = 0%, the internal combustion engine 1 is in the region where EGR is executed. Is determined not to be driven. In this case, since the internal combustion engine 1 is operated without executing EGR, steps S103 to S105 are executed. When it determines with Yes by step S107, ie, when the control condition determination part 51 determines with the internal combustion engine 1 being drive | operated in the area | region which performs EGR, EGR is performed. In this case, the process proceeds to step S108.

ステップS108において、EGR制御部52は、必要なEGR率を求める。例えば、EGR制御部52は、ステップS107の判定において、内燃機関1の負荷率KL及び機関回転数Neを図7に示すEGR率設定マップ60に与えて得られたEGR率を取得して、必要なEGR率とする。   In step S108, the EGR control unit 52 obtains a necessary EGR rate. For example, the EGR control unit 52 obtains the EGR rate obtained by giving the load factor KL and the engine speed Ne of the internal combustion engine 1 to the EGR rate setting map 60 shown in FIG. EGR rate

必要なEGR率が得られたら、ステップS109へ進み、EGR制御部52は、図4に示すように通路切換弁19を閉じる。そして、ステップS110において、燃料供給制御部53は、第1ポート噴射弁2Aの動作を停止し、第2ポート噴射弁2Bのみで内燃機関1へ燃料Fを供給する。ここで、内燃機関1の運転条件によって定まる全燃料供給量をτaとすると、第2ポート噴射弁2Bがτaの燃料Fを供給する。機関制御部54は、内燃機関1の運転条件に応じて、適切な点火時期を設定し、点火プラグ7から放電させて燃焼空間1B内の混合気に点火する。   When the necessary EGR rate is obtained, the process proceeds to step S109, and the EGR control unit 52 closes the passage switching valve 19 as shown in FIG. In step S110, the fuel supply control unit 53 stops the operation of the first port injection valve 2A and supplies the fuel F to the internal combustion engine 1 using only the second port injection valve 2B. Here, if the total fuel supply amount determined by the operating conditions of the internal combustion engine 1 is τa, the second port injection valve 2B supplies the fuel F of τa. The engine control unit 54 sets an appropriate ignition timing according to the operating conditions of the internal combustion engine 1, discharges from the spark plug 7, and ignites the air-fuel mixture in the combustion space 1B.

以上、本実施形態では、EGRを実行する際には、第1吸気ポートから燃焼空間へ排ガスを導入し、第2吸気ポートから燃焼空間へ燃料及び空気を導入して、燃焼空間内へ排ガスの層と、燃料及び空気が混合した混合気の層とを形成する。これを実現するため、本実施形態では、1個のシリンダ内の燃焼空間へ接続される第1吸気ポート、第2吸気ポートへ、それぞれ第1ポート噴射弁、第2ポート噴射弁を設ける。また、仕切り部材によって第1の吸気通路をシリンダの内面側と中心軸側とに仕切り、この仕切り部材によって仕切られたシリンダの内面側における第1吸気ポートへ開口する排ガス導入口を設ける。そして、この排ガス導入口から、燃焼空間から排出された排ガス(燃焼後の混合気)を、第1吸気ポートへ導入する。   As described above, in the present embodiment, when performing EGR, exhaust gas is introduced from the first intake port into the combustion space, fuel and air are introduced from the second intake port into the combustion space, and exhaust gas is introduced into the combustion space. And a mixture of fuel and air. In order to realize this, in the present embodiment, a first port injection valve and a second port injection valve are provided in the first intake port and the second intake port connected to the combustion space in one cylinder, respectively. In addition, the first intake passage is divided into an inner surface side and a central axis side of the cylinder by a partition member, and an exhaust gas introduction port that opens to the first intake port on the inner surface side of the cylinder partitioned by the partition member is provided. Then, exhaust gas (air mixture after combustion) discharged from the combustion space is introduced into the first intake port from the exhaust gas inlet.

これによって、シリンダの内面の近傍には排ガスの層が形成され、その内側に混合気の層が形成され、この状態で混合気に点火され、混合気が燃焼する。その結果、シリンダの内面近傍の排ガスによる断熱作用により、冷却損失の低減、シリンダの内面近傍における消炎の抑制といった効果が得られる。このため、EGRによるNOx低減、ポンプ損失の低減、燃料消費量の低減といった効果が得られることに加え、燃料消費が抑制されるとともに、未燃成分が低減されるという効果が得られる。   As a result, an exhaust gas layer is formed in the vicinity of the inner surface of the cylinder, and an air-fuel mixture layer is formed inside the cylinder. In this state, the air-fuel mixture is ignited and the air-fuel mixture burns. As a result, the heat insulation action by the exhaust gas in the vicinity of the inner surface of the cylinder provides the effect of reducing the cooling loss and suppressing the extinction in the vicinity of the inner surface of the cylinder. For this reason, in addition to obtaining effects such as NOx reduction, pump loss reduction, and fuel consumption reduction by EGR, fuel consumption is suppressed and unburned components are reduced.

また、シリンダの内面の近傍には排ガスの層が形成され、その内側に混合気の層が形成されるので、EGRによって燃焼空間へ導入された排ガスと混合気とが混ざり合うことによる燃焼悪化が抑制される。これによって、良好な燃焼状態が得られるので、燃焼空間へより多くの排ガスを導入しても、燃焼状態が悪化しにくくなる。その結果、燃焼空間へより多くの排ガスを導入して、さらにNOxの低減、ポンプ損失の低減、燃料消費量の低減を図ることができる。   In addition, an exhaust gas layer is formed in the vicinity of the inner surface of the cylinder, and an air-fuel mixture layer is formed on the inner side thereof. Therefore, combustion deterioration due to the mixture of the exhaust gas introduced into the combustion space by EGR and the air-fuel mixture occurs. It is suppressed. As a result, a good combustion state can be obtained, so that even if more exhaust gas is introduced into the combustion space, the combustion state is unlikely to deteriorate. As a result, it is possible to introduce more exhaust gas into the combustion space and further reduce NOx, pump loss, and fuel consumption.

(実施形態2)
実施形態2は、燃焼空間内へタンブル流が形成され、かつ燃焼空間に2本の吸気通路(吸気ポート)が接続されて開口するとともに、それぞれの吸気通路へ燃料供給手段(ポート噴射弁)を備える内燃機関において、燃焼空間へ排ガスを導入するための排ガス導入通路を両方の吸気通路へ設けるとともに、一方の吸気通路には排ガス導入口よりも排ガスの流れ方向上流側に空気通路切換手段を配置する点に特徴がある。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a tumble flow is formed in the combustion space, and two intake passages (intake ports) are connected to the combustion space for opening, and a fuel supply means (port injection valve) is provided in each intake passage. In the internal combustion engine, an exhaust gas introduction passage for introducing exhaust gas into the combustion space is provided in both intake passages, and one of the intake passages is provided with an air passage switching means upstream of the exhaust gas introduction port in the exhaust gas flow direction. There is a feature in the point to do.

図8は、実施形態2に係る内燃機関を示す説明図である。図9、図10は、実施形態2に係る内燃機関をシリンダヘッド側から見た状態を示す平面図である。図11は、実施形態2に係る内燃機関において、排ガス再循環を実行した状態を示す模式図である。内燃機関1aは、実施形態1で説明した内燃機関1と略同様の構成なので、共通する構成の説明は省略する。図8に示すように、第1吸気弁10A及び第2吸気弁10Bが開いたときには、第1吸気ポート4Aの開口部4Ao、第2吸気ポート4Bの開口部4Boから空気A及び燃料Fが流入する。この空気A及び燃料Fは、燃焼空間1B内でタンブル流(縦渦)Tを形成する。このタンブル流Tは、シリンダヘッド1H側において、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bから排気ポート9へ向かい、ピストン5の頂部5T近傍では、排気ポート9から第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bへ向かう流れである。なお、タンブル流Tの方向はこれに限定されるものではなく、反対方向でもよい。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing an internal combustion engine according to the second embodiment. 9 and 10 are plan views showing the internal combustion engine according to the second embodiment as viewed from the cylinder head side. FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which exhaust gas recirculation is executed in the internal combustion engine according to the second embodiment. Since the internal combustion engine 1a has substantially the same configuration as the internal combustion engine 1 described in the first embodiment, the description of the common configuration is omitted. As shown in FIG. 8, when the first intake valve 10A and the second intake valve 10B are opened, air A and fuel F flow from the opening 4Ao of the first intake port 4A and the opening 4Bo of the second intake port 4B. To do. The air A and the fuel F form a tumble flow (longitudinal vortex) T in the combustion space 1B. The tumble flow T is directed from the first intake port 4A and the second intake port 4B to the exhaust port 9 on the cylinder head 1H side, and from the exhaust port 9 to the first intake port 4A and the second intake port near the top 5T of the piston 5. This is a flow toward the intake port 4B. The direction of the tumble flow T is not limited to this, and may be the opposite direction.

図9〜図11に示すように、内燃機関1aは、点火手段として第1点火プラグ7A及び第2点火プラグ7Bを備える。第1点火プラグ7Aは、シリンダ1Sの中心軸Zの近傍、すなわちシリンダ1Sの中央部分に配置され、第2点火プラグ7Bは、第2吸気ポート4B側におけるシリンダ1Sの内面1SW側に配置される。   As shown in FIGS. 9 to 11, the internal combustion engine 1a includes a first spark plug 7A and a second spark plug 7B as ignition means. The first spark plug 7A is disposed in the vicinity of the central axis Z of the cylinder 1S, that is, in the center portion of the cylinder 1S, and the second spark plug 7B is disposed on the inner surface 1SW side of the cylinder 1S on the second intake port 4B side. .

図8〜図10に示すように、排気通路9Mと第1吸気ポート4Aとは、第1排ガス再循環通路16Aで接続される。第1吸気ポート4Aには、第1排ガス導入口16EAが開口する。第1排ガス導入口16EAは、第1排ガス再循環通路16Aが第1吸気ポート4Aに開口する開口部であり、EGR時においては、第1排ガス再循環通路16Aを通過した排ガスExを、第1吸気ポート4Aへ導入する。また、第2吸気ポート4Bには、第2排ガス導入口16EBが開口する。第2排ガス導入口16EBは、第2排ガス再循環通路16Bが第2吸気ポート4Bに開口する開口部であり、EGR時においては、第2排ガス再循環通路16Bを通過した排ガスExを、第2吸気ポート4Bへ導入する。   As shown in FIGS. 8 to 10, the exhaust passage 9M and the first intake port 4A are connected by a first exhaust gas recirculation passage 16A. A first exhaust gas inlet 16EA opens in the first intake port 4A. The first exhaust gas introduction port 16EA is an opening in which the first exhaust gas recirculation passage 16A opens to the first intake port 4A. During EGR, the first exhaust gas recirculation passage 16A passes the first exhaust gas recirculation passage 16A through the first exhaust gas recirculation passage 16A. It introduces into the intake port 4A. Further, the second exhaust gas inlet 16EB opens in the second intake port 4B. The second exhaust gas introduction port 16EB is an opening in which the second exhaust gas recirculation passage 16B opens to the second intake port 4B. During EGR, the second exhaust gas recirculation passage 16B passes the second exhaust gas recirculation passage 16B through the second exhaust gas recirculation passage 16B. It introduces into the intake port 4B.

第1排ガス再循環通路16Aには、機関ECU50で制御される第1弁装置17Aが設けられる。同様に、排気通路9Mと第2吸気ポート4Bとは、第2排ガス再循環通路16Bで接続される。第2排ガス再循環通路16Bには、機関ECU50で制御される第2弁装置17Bが設けられる。第1弁装置17A及び第2弁装置17Bは、実施形態1で説明した弁装置17と同様であり、第1弁装置17A及び第2弁装置17Bは、機関ECU50により制御される。内燃機関1aは、第1弁装置17Aの開度、第2弁装置17Bの開度を調整することにより、第1吸気ポート4Aと第2吸気ポート4Bとの少なくとも一方を介して燃焼空間1B内へ排ガスExを導入できる。   The first exhaust gas recirculation passage 16A is provided with a first valve device 17A controlled by the engine ECU 50. Similarly, the exhaust passage 9M and the second intake port 4B are connected by a second exhaust gas recirculation passage 16B. A second valve device 17B controlled by the engine ECU 50 is provided in the second exhaust gas recirculation passage 16B. The first valve device 17A and the second valve device 17B are the same as the valve device 17 described in the first embodiment, and the first valve device 17A and the second valve device 17B are controlled by the engine ECU 50. The internal combustion engine 1a adjusts the opening degree of the first valve device 17A and the opening degree of the second valve device 17B to adjust the inside of the combustion space 1B through at least one of the first intake port 4A and the second intake port 4B. Exhaust gas Ex can be introduced.

第1排ガス導入口16EAの上流側には、通路切換手段である通路切換弁19aが設けられている。通路切換弁19aは、図8に示す通路切換弁駆動用アクチュエータ19Aaで駆動されて、第1吸気ポート4Aを開閉する。通路切換弁駆動用アクチュエータ19Aaは、機関ECU50で制御される。   A passage switching valve 19a, which is passage switching means, is provided upstream of the first exhaust gas introduction port 16EA. The passage switching valve 19a is driven by a passage switching valve driving actuator 19Aa shown in FIG. 8 to open and close the first intake port 4A. The passage switching valve driving actuator 19Aa is controlled by the engine ECU 50.

通路切換弁19aが閉じられると、第1吸気ポート4Aが遮断され、通路切換弁19aよりも下流、すなわち燃焼空間1Bへ空気Aは流れない。この場合、排ガスExは、第1排ガス導入口16EAから第1吸気ポート4Aを通って燃焼空間1Bへ流れる。通路切換弁19aが開かれると、通路切換弁19aの上流側と下流側とが通じるので、通路切換弁19aよりも下流に空気Aが流れ、燃焼空間1Bへ空気Aが流入する。この場合、空気Aは、第1吸気ポート4A全体を通って燃焼空間1Bへ流れる。   When the passage switching valve 19a is closed, the first intake port 4A is shut off, and the air A does not flow downstream from the passage switching valve 19a, that is, to the combustion space 1B. In this case, the exhaust gas Ex flows from the first exhaust gas inlet 16EA to the combustion space 1B through the first intake port 4A. When the passage switching valve 19a is opened, the upstream side and the downstream side of the passage switching valve 19a communicate with each other, so that the air A flows downstream from the passage switching valve 19a and the air A flows into the combustion space 1B. In this case, the air A flows to the combustion space 1B through the entire first intake port 4A.

本実施形態においては、EGRを実行する場合としない場合とで、通路切換弁19aの開又は閉を切り替える。また、EGRを実行する場合でも、シリンダ1S内に排ガスExと混合気とが混じり合った状態とする場合(均質EGRという)と、排ガスExの層と混合気の層とをシリンダ1S内に形成する場合(成層EGRという)とを使い分けるため、通路切換弁19aの開又は閉を切り替える。   In the present embodiment, opening or closing of the passage switching valve 19a is switched depending on whether or not EGR is executed. Further, even when EGR is executed, when the exhaust gas Ex and the air-fuel mixture are mixed in the cylinder 1S (referred to as homogeneous EGR), the exhaust gas Ex layer and the air-fuel mixture layer are formed in the cylinder 1S. In order to selectively use the case (called stratified EGR), the passage switching valve 19a is switched between open and closed.

まず、本実施形態でEGRを実行しない場合、図9に示すように、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bの両方から燃焼空間1Bへ空気Aを導入する。そして、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの両方で、内燃機関1へ燃料Fを供給する。この場合、図9に示すように、第1吸気ポート4Aの燃料噴射孔2o及び第2吸気ポート4Bの燃料噴射孔2oから燃料が供給され、燃料噴霧Fmが形成される。EGRを実行しない場合には、第1点火プラグ7Aを用いて、シリンダ1S内の混合気に点火する。   First, when EGR is not executed in the present embodiment, as shown in FIG. 9, air A is introduced into the combustion space 1B from both the first intake port 4A and the second intake port 4B. Then, the fuel F is supplied to the internal combustion engine 1 by both the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B. In this case, as shown in FIG. 9, fuel is supplied from the fuel injection hole 2o of the first intake port 4A and the fuel injection hole 2o of the second intake port 4B to form a fuel spray Fm. When EGR is not executed, the air-fuel mixture in the cylinder 1S is ignited using the first spark plug 7A.

EGRを実行しない場合、図9に示すように、通路切換弁19aは開となり、第1吸気ポート4A内全体を空気Aが流れる。この場合、空気Aが流れる際の抵抗をできるだけ低減するため、通路切換弁19aが空気Aの流れ方向と平行になるようにすることが好ましい。   When EGR is not executed, as shown in FIG. 9, the passage switching valve 19a is opened, and the air A flows through the entire first intake port 4A. In this case, in order to reduce the resistance when the air A flows as much as possible, it is preferable that the passage switching valve 19a be parallel to the flow direction of the air A.

シリンダ1S内に排ガスExと混合気とが混じり合った状態とする場合、すなわち均質EGRを実行する場合、図9に示すように、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bの両方から燃焼空間1Bへ空気Aを導入する。そして、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの両方で、内燃機関1へ燃料Fを供給する。この状態で、第1弁装置17A及び第2弁装置17Bを開き、第1排ガス再循環通路16A及び第2排ガス再循環通路16Bを介して、第1吸気ポート4A内及び第2吸気ポート4B内へ排ガスExを導入する。この場合、図9に示すように、第1吸気ポート4Aの燃料噴射孔2o及び第2吸気ポート4Bの燃料噴射孔2oから燃料が供給され、燃料噴霧Fmが形成される。   When the exhaust gas Ex and the air-fuel mixture are mixed in the cylinder 1S, that is, when the homogeneous EGR is performed, as shown in FIG. 9, the combustion space is discharged from both the first intake port 4A and the second intake port 4B. Air A is introduced into 1B. Then, the fuel F is supplied to the internal combustion engine 1 by both the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B. In this state, the first valve device 17A and the second valve device 17B are opened, and in the first intake port 4A and the second intake port 4B through the first exhaust gas recirculation passage 16A and the second exhaust gas recirculation passage 16B. Exhaust gas Ex is introduced. In this case, as shown in FIG. 9, fuel is supplied from the fuel injection hole 2o of the first intake port 4A and the fuel injection hole 2o of the second intake port 4B to form a fuel spray Fm.

均質EGR時には、第1点火プラグ7Aを用いて、シリンダ1S内に存在する混合気に点火する。なお、均質EGRを実行する際には、吸気行程前に第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bから燃料Fを供給して、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bの熱による燃料Fの気化及び小バルブリフトでの混合により、燃焼空間1B内の均質化を促進する。   During homogeneous EGR, the air-fuel mixture present in the cylinder 1S is ignited using the first spark plug 7A. When performing the homogeneous EGR, the fuel F is supplied from the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B before the intake stroke, and the heat is generated by the heat of the first intake port 4A and the second intake port 4B. Homogenization in the combustion space 1B is promoted by vaporization of the fuel F and mixing by a small valve lift.

排ガスExの層と混合気の層とをシリンダ1S内に形成する場合、すなわち成層EGRを実行する場合、図10に示すように、通路切換弁19aは閉じられて、通路切換弁19aよりも下流側には空気Aは流れない状態とする。この状態で第1弁装置17Aが開かれると、排気通路9Mの排ガスExは、第1排ガス再循環通路16Aを通り、第1排ガス導入口16EAから第1吸気ポート4A内へ流入する。この排ガスExは、第1吸気弁10Aと第1吸気ポート4Aの開口部4Ao(図8)との間から燃焼空間1B内へ流入し、シリンダ1Sの第1吸気ポート4A側に排ガスExの層(排ガス層)Ex_Rを形成する。   When the exhaust gas Ex layer and the air-fuel mixture layer are formed in the cylinder 1S, that is, when the stratified EGR is executed, the passage switching valve 19a is closed and downstream of the passage switching valve 19a as shown in FIG. Air A does not flow to the side. When the first valve device 17A is opened in this state, the exhaust gas Ex in the exhaust passage 9M passes through the first exhaust gas recirculation passage 16A and flows into the first intake port 4A from the first exhaust gas inlet 16EA. The exhaust gas Ex flows into the combustion space 1B from between the first intake valve 10A and the opening 4Ao (FIG. 8) of the first intake port 4A, and the exhaust gas Ex layer is formed on the first intake port 4A side of the cylinder 1S. (Exhaust gas layer) Ex_R is formed.

成層EGRを実行する場合、図10に示すように、第1吸気ポート4Aから排ガスExを燃焼空間1Bへ導入し、第2吸気ポート4Bから空気Aを燃焼空間1Bへ導入する。そして、第1ポート噴射弁2Aの動作を停止させ、第2ポート噴射弁2Bのみを用いて内燃機関1へ燃料Fを供給する。この場合、図10に示すように、第2吸気ポート4Bの燃料噴射孔2oからのみ、燃料が供給されて燃料噴霧Fmが噴射形成される。したがって、本実施形態において、成層EGRを実行する場合には、成層EGRを実行しない場合と比較して、第2ポート噴射弁2Bからはおよそ2倍の燃料Fが供給される。   When executing the stratified EGR, as shown in FIG. 10, the exhaust gas Ex is introduced into the combustion space 1B from the first intake port 4A, and the air A is introduced into the combustion space 1B from the second intake port 4B. Then, the operation of the first port injection valve 2A is stopped, and the fuel F is supplied to the internal combustion engine 1 using only the second port injection valve 2B. In this case, as shown in FIG. 10, fuel is supplied only from the fuel injection hole 2o of the second intake port 4B, and the fuel spray Fm is formed. Therefore, in the present embodiment, when the stratified EGR is executed, approximately twice as much fuel F is supplied from the second port injection valve 2B as compared with the case where the stratified EGR is not executed.

成層EGRを実行すると、図10、図11に示すように、排ガスExは、シリンダ1S内の第1吸気ポート4A側に排ガス層Ex_Rを形成する。そして、第2吸気ポート4Bからは、第2ポート噴射弁2Bから供給された燃料Fと第2吸気ポート4Bを流れる空気Aとの混合気が燃焼空間1B内へ流入し、図11に示すように、シリンダ1S内の第2吸気ポート4B側に、混合気層Gm_Rが形成される。なお、成層EGRを実行する際には、吸気行程前に同期させて第2ポート噴射弁2Bのみから燃料Fを供給する。   When the stratification EGR is executed, as shown in FIGS. 10 and 11, the exhaust gas Ex forms an exhaust gas layer Ex_R on the first intake port 4A side in the cylinder 1S. From the second intake port 4B, a mixture of the fuel F supplied from the second port injection valve 2B and the air A flowing through the second intake port 4B flows into the combustion space 1B, as shown in FIG. In addition, an air-fuel mixture layer Gm_R is formed on the second intake port 4B side in the cylinder 1S. When executing the stratified EGR, the fuel F is supplied only from the second port injection valve 2B in synchronism before the intake stroke.

内燃機関1aは、シリンダ1S内にタンブル流が形成される。第1吸気ポート4Aからシリンダ1S内へ流入した排ガスExは、シリンダ1S内で第1タンブル流TAを形成し、第2吸気ポート4Bからシリンダ1S内へ流入した燃料Fと空気Aとはシリンダ1S内で第2タンブル流TBを形成する。これによって、排ガス層Ex_Rは第1タンブル流TAとなり、混合気層Gm_Rは第2タンブル流TBとなるので、両者の混合が抑制される。また、ピストン5aの頂部5Taには、第1吸気ポート4A及び第2吸気ポート4Bから排気ポート9へ向かって延びる2個の凹部5Uが形成される。これによって、排ガス層Ex_Rと混合気層Gm_Rとの混合がさらに抑制される。   In the internal combustion engine 1a, a tumble flow is formed in the cylinder 1S. The exhaust gas Ex flowing into the cylinder 1S from the first intake port 4A forms a first tumble flow TA in the cylinder 1S, and the fuel F and air A flowing into the cylinder 1S from the second intake port 4B are the cylinder 1S. To form a second tumble flow TB. As a result, the exhaust gas layer Ex_R becomes the first tumble flow TA and the air-fuel mixture layer Gm_R becomes the second tumble flow TB, so that mixing of both is suppressed. In addition, two concave portions 5U extending from the first intake port 4A and the second intake port 4B toward the exhaust port 9 are formed in the top portion 5Ta of the piston 5a. Thereby, mixing of the exhaust gas layer Ex_R and the air-fuel mixture layer Gm_R is further suppressed.

成層EGR時には、第2点火プラグ7Bを用いて、シリンダ1S内の第2吸気ポート4B側に偏在する、ほとんど排ガスExが混入していない混合気層Gm_Rに点火する。これによって、確実に混合気に点火できるとともに、混合気を良好に燃焼させることができる。その結果、成層EGRでは、均質EGRよりも高いEGR率で、同等以上の燃焼を確保できる。次に、本実施形態に係る内燃機関の運転方法を説明する。この内燃機関の運転方法は、EGRに関するものである。   During the stratified EGR, the second spark plug 7B is used to ignite the air-fuel mixture layer Gm_R that is unevenly distributed on the second intake port 4B side in the cylinder 1S and hardly contains the exhaust gas Ex. As a result, the air-fuel mixture can be reliably ignited and the air-fuel mixture can be burned well. As a result, in the stratified EGR, equal or higher combustion can be ensured at a higher EGR rate than the homogeneous EGR. Next, a method for operating the internal combustion engine according to the present embodiment will be described. This operating method of the internal combustion engine relates to EGR.

図12は、実施形態2に係る内燃機関の運転方法の手順を示すフローチャートである。図13〜図16は、実施形態2に係る内燃機関の運転方法に用いる制御データが記述されたデータマップの模式図である。本実施形態に係る内燃機関の運転方法のステップS201、ステップS202は、実施形態1に係る内燃機関の運転方法のステップS101、ステップS102と同様なので、説明を省略する。ステップS202でNoと判定された場合、すなわち、図8に示す制御条件判定部51がTw≦Twcであると判定した場合、EGRを実行しないで内燃機関1aが運転されるので、ステップS203へ進む。   FIG. 12 is a flowchart illustrating a procedure of an operating method of the internal combustion engine according to the second embodiment. FIGS. 13 to 16 are schematic diagrams of data maps in which control data used for the operation method of the internal combustion engine according to the second embodiment is described. Since step S201 and step S202 of the operating method of the internal combustion engine according to the present embodiment are the same as step S101 and step S102 of the operating method of the internal combustion engine according to the first embodiment, description thereof will be omitted. If it is determined No in step S202, that is, if the control condition determining unit 51 shown in FIG. 8 determines that Tw ≦ Twc, the internal combustion engine 1a is operated without executing EGR, and the process proceeds to step S203. .

ステップS203において、図8に示すEGR制御部52は、EGR率を0に設定する。すなわち、EGRは実行しない。次に、ステップS204へ進み、EGR制御部52は、図9に示すように通路切換弁19aを開く。そして、ステップS205で、図8に示す燃料供給制御部53は、燃料供給量及び燃料供給時期を決定する。   In step S203, the EGR control unit 52 shown in FIG. 8 sets the EGR rate to zero. That is, EGR is not executed. Next, it progresses to step S204 and the EGR control part 52 opens the passage switching valve 19a as shown in FIG. In step S205, the fuel supply control unit 53 shown in FIG. 8 determines the fuel supply amount and the fuel supply timing.

本実施形態において、EGRを実行しない場合、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの両方を用いて内燃機関1aへ燃料Fを供給する。したがって、内燃機関1aの運転条件によって定まる全燃料供給量をτaとすると、燃料供給制御部53は、第1ポート噴射弁2Aと第2ポート噴射弁2Bとがそれぞれτa/2ずつ燃料Fを供給するように、それぞれの燃料供給量を設定する。また、燃料供給制御部53は、燃料供給時期を決定する。EGRを実行しない場合、吸気行程の前に第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bから燃料Fを供給するように、燃料供給時期が決定される。   In the present embodiment, when EGR is not executed, the fuel F is supplied to the internal combustion engine 1a using both the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B. Therefore, if the total fuel supply amount determined by the operating conditions of the internal combustion engine 1a is τa, the fuel supply control unit 53 supplies the fuel F by τa / 2 by the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B, respectively. Each fuel supply amount is set so that it does. Further, the fuel supply control unit 53 determines the fuel supply timing. When the EGR is not executed, the fuel supply timing is determined so that the fuel F is supplied from the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B before the intake stroke.

燃料供給量及び燃料供給時期が決定されたら、ステップS206に進み、燃料供給制御部53は、第1ポート噴射弁2A及び第2ポート噴射弁2Bの両方で、内燃機関1aへ燃料Fを供給する。なお、EGRを実行しない場合、第1弁装置17A及び第2弁装置17Bは閉じられている。そして、ステップS207において、機関制御部54は、内燃機関1aの運転条件に応じて、適切な点火時期を設定し、第1点火プラグ(中央点火プラグ)7Aから放電させて燃焼空間1B内の混合気に点火する。   When the fuel supply amount and the fuel supply timing are determined, the process proceeds to step S206, and the fuel supply control unit 53 supplies the fuel F to the internal combustion engine 1a by both the first port injection valve 2A and the second port injection valve 2B. . When EGR is not executed, the first valve device 17A and the second valve device 17B are closed. In step S207, the engine control unit 54 sets an appropriate ignition timing according to the operating conditions of the internal combustion engine 1a, and discharges from the first spark plug (central spark plug) 7A to mix in the combustion space 1B. I ignite my mind.

次に、ステップS202へ戻って説明する。ステップS202でYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がTw>Twcであると判定した場合、EGRを実行できる条件となる。この場合、ステップS208へ進む。ステップS208は、実施形態1に係る内燃機関の運転方法のステップS106と同様なので、説明を省略する。   Next, it returns to step S202 and demonstrates. If it is determined Yes in step S202, that is, if the control condition determination unit 51 determines that Tw> Twc, the condition is such that EGR can be executed. In this case, the process proceeds to step S208. Since step S208 is the same as step S106 of the operating method of the internal combustion engine according to the first embodiment, description thereof is omitted.

ステップS208でNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がOP≧OPcであると判定した場合、EGRを実行できる条件ではないと判定される。この場合、EGRを実行しないで内燃機関1aが運転されるので、ステップS203〜ステップS207が実行される。   If it is determined No in step S208, that is, if the control condition determination unit 51 determines that OP ≧ OPc, it is determined that the condition is not such that EGR can be executed. In this case, since the internal combustion engine 1a is operated without executing EGR, steps S203 to S207 are executed.

ステップS208でYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部51がOP<OPcであると判定した場合、ステップS209へ進む。ステップS209において、制御条件判定部51は、成層EGRを実行する領域で内燃機関1aが運転されているか否かを判定する。成層EGRを実行する領域は、内燃機関1aの負荷率KLと機関回転数Neとで判定される。   If it is determined Yes in step S208, that is, if the control condition determining unit 51 determines that OP <OPc, the process proceeds to step S209. In step S209, the control condition determination unit 51 determines whether or not the internal combustion engine 1a is operated in the region where the stratified EGR is executed. The region where the stratified EGR is executed is determined by the load factor KL of the internal combustion engine 1a and the engine speed Ne.

図13に示す判定マップ61は、成層EGRの領域Lと均質EGRの領域Nとが記述されている。判定マップ61の領域Lにおける負荷率KL及び機関回転数Neで内燃機関1aが運転されている場合、成層EGRを実行する。また、判定マップ61の領域Nにおける負荷率KL及び機関回転数Neで内燃機関1aが運転されている場合、均質EGRを実行する。   The determination map 61 shown in FIG. 13 describes a region L of stratified EGR and a region N of homogeneous EGR. When the internal combustion engine 1a is operated at the load factor KL and the engine speed Ne in the region L of the determination map 61, the stratification EGR is executed. Further, when the internal combustion engine 1a is operated at the load factor KL and the engine speed Ne in the region N of the determination map 61, the homogeneous EGR is executed.

制御条件判定部51は、図8に示すクランク角センサ41が検出したクランクシャフト6の信号に基づいて機関回転数Neを求め、エアフローセンサ40が検出した信号から得られる内燃機関1aの吸入空気量Qaに基づいて負荷率KLを求める。負荷率KL及び機関回転数Neが得られたら、制御条件判定部51は、図13に示す判定マップ61に負荷率KL及び機関回転数Neを与えて、成層EGRを実行する領域で内燃機関1aが運転されているか否かを判定する。   The control condition determination unit 51 obtains the engine speed Ne based on the signal of the crankshaft 6 detected by the crank angle sensor 41 shown in FIG. 8, and the intake air amount of the internal combustion engine 1a obtained from the signal detected by the airflow sensor 40 A load factor KL is obtained based on Qa. When the load factor KL and the engine speed Ne are obtained, the control condition determination unit 51 gives the load factor KL and the engine speed Ne to the determination map 61 shown in FIG. 13 and executes the stratified EGR in the region where the stratified EGR is executed. It is determined whether or not the vehicle is operating.

ステップS209でNoと判定された場合、均質EGRを実行する領域で内燃機関1aが運転されていると判定される。この場合、ステップS210に進み、EGR制御部52は、均質EGRに必要なEGR率を求める。例えば、EGR制御部52は、ステップS209の判定において得られた内燃機関1aの負荷率KL及び機関回転数Neを、図14に示す均質EGR率設定マップ63に与えて得られたEGR率を取得して、均質EGRに必要なEGR率とする。次に、ステップS204〜ステップS207が実行される。この場合、ステップS206において、EGR制御部52は、ステップS210で求めたEGR率が実現できる開度に第1弁装置17A及び第2弁装置17Bを開く。   When it determines with No by step S209, it determines with the internal combustion engine 1a being drive | operated in the area | region which performs homogeneous EGR. In this case, the process proceeds to step S210, and the EGR control unit 52 obtains an EGR rate necessary for the homogeneous EGR. For example, the EGR control unit 52 obtains the EGR rate obtained by giving the load factor KL and the engine speed Ne of the internal combustion engine 1a obtained in the determination of step S209 to the homogeneous EGR rate setting map 63 shown in FIG. Thus, the EGR rate required for homogeneous EGR is set. Next, step S204 to step S207 are executed. In this case, in step S206, the EGR control unit 52 opens the first valve device 17A and the second valve device 17B to an opening that can realize the EGR rate obtained in step S210.

次に、ステップS209へ戻って説明する。ステップS209においてYesと判定された場合、成層EGRを実行する領域で内燃機関1aが運転されていると判定される。この場合、ステップS211に進み、EGR制御部52は、成層EGRに必要なEGR率を求める。例えば、EGR制御部52は、ステップS209の判定において得られた内燃機関1aの負荷率KL及び機関回転数Neを、図15に示す成層EGR率設定マップ62に与えて得られたEGR率を取得して、成層EGRに必要なEGR率とする。   Next, it returns to step S209 and demonstrates. When it determines with Yes in step S209, it determines with the internal combustion engine 1a being drive | operated in the area | region which performs stratified EGR. In this case, the process proceeds to step S211, and the EGR control unit 52 obtains an EGR rate necessary for the stratified EGR. For example, the EGR control unit 52 obtains the EGR rate obtained by giving the load factor KL and the engine speed Ne of the internal combustion engine 1a obtained in the determination in step S209 to the stratified EGR rate setting map 62 shown in FIG. Thus, the EGR rate required for the stratified EGR is set.

次にステップS212へ進み、EGR制御部52は、図10に示すように通路切換弁19aを閉じる。そして、ステップS213に進み、燃料供給制御部53は、燃料供給量及び燃料供給時期を決定する。本実施形態において、成層EGRを実行する場合、第1ポート噴射弁2Aを停止して、第2ポート噴射弁2Bのみを用いて内燃機関1aへ燃料Fを供給する。したがって、内燃機関1aの運転条件によって定まる全燃料供給量をτaとすると、燃料供給制御部53は、第2ポート噴射弁2B単独でτaの燃料Fを供給するように設定する。   Next, it progresses to step S212 and the EGR control part 52 closes the channel | path switching valve 19a as shown in FIG. In step S213, the fuel supply control unit 53 determines the fuel supply amount and the fuel supply timing. In the present embodiment, when the stratified EGR is executed, the first port injection valve 2A is stopped, and the fuel F is supplied to the internal combustion engine 1a using only the second port injection valve 2B. Therefore, if the total fuel supply amount determined by the operating conditions of the internal combustion engine 1a is τa, the fuel supply control unit 53 sets the fuel F of τa to be supplied by the second port injection valve 2B alone.

また、燃料供給制御部53は、燃料供給時期を決定する。成層EGRを実行する場合、吸気行程と同期させて第2ポート噴射弁2Bから燃料Fを供給する。本実施形態では、図16に示す成層EGR時燃料供給時期マップ64によって、燃料供給時期を決定する。例えば、燃料供給制御部53は、ステップS209の判定において得られた内燃機関1aの負荷率KL及び機関回転数Neを、成層EGR時燃料供給時期マップ64に与え、対応する燃料供給時期ITを設定する。ここで、燃料供給時期IT2は、燃料供給時期IT1よりも進角側である。   Further, the fuel supply control unit 53 determines the fuel supply timing. When executing the stratified EGR, the fuel F is supplied from the second port injection valve 2B in synchronization with the intake stroke. In the present embodiment, the fuel supply timing is determined by the stratified EGR-time fuel supply timing map 64 shown in FIG. For example, the fuel supply control unit 53 gives the load factor KL and engine speed Ne of the internal combustion engine 1a obtained in the determination in step S209 to the stratified EGR-time fuel supply timing map 64, and sets the corresponding fuel supply timing IT. To do. Here, the fuel supply timing IT2 is more advanced than the fuel supply timing IT1.

燃料供給量及び燃料供給時期が決定されたら、ステップS214に進み、燃料供給制御部53は、第1ポート噴射弁2Aの動作を停止し、第2ポート噴射弁2Bのみを用いて、ステップS213で決定した燃料供給量及び燃料供給時期で、内燃機関1aへ燃料Fを供給する。そして、ステップS215において、機関制御部54は、内燃機関1aの運転条件に応じて適切な点火時期を設定し、第2点火プラグ7B(サイド点火プラグ)から放電させて燃焼空間1B内の混合気に点火する。   When the fuel supply amount and the fuel supply timing are determined, the process proceeds to step S214, where the fuel supply control unit 53 stops the operation of the first port injection valve 2A, and uses only the second port injection valve 2B, in step S213. Fuel F is supplied to the internal combustion engine 1a at the determined fuel supply amount and fuel supply timing. In step S215, the engine control unit 54 sets an appropriate ignition timing in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine 1a, and discharges from the second ignition plug 7B (side ignition plug) to allow the mixture in the combustion space 1B. Ignition.

以上、本実施形態では、EGRを実行する際には、第1吸気ポートから燃焼空間へ排ガスを導入し、第2吸気ポートから燃焼空間へ燃料及び空気を導入して、燃焼空間内へ排ガスの層と、燃料及び空気が混合した混合気の層とを形成する。これを実現するため、本実施形態では、シリンダ内にタンブル流が形成されるように構成するとともに、1個のシリンダ内の燃焼空間へ接続される第1吸気ポート、第2吸気ポートへ、それぞれ第1ポート噴射弁、第2ポート噴射弁を設ける。また、第1吸気ポートへ開口する第1排ガス導入口、及び第2吸気ポートへ開口する第2排ガス導入口を設けるとともに、第1排ガス導入口の上流側に、空気通路切換弁を設ける。そして、EGRを実行する際には、第1排ガス導入口から、燃焼空間から排出された排ガス(燃焼後の混合気)を、第1吸気ポートへ導入するとともに、第2吸気ポートからは空気と燃料とを燃焼空間へ導入する。   As described above, in the present embodiment, when performing EGR, exhaust gas is introduced from the first intake port into the combustion space, fuel and air are introduced from the second intake port into the combustion space, and exhaust gas is introduced into the combustion space. And a mixture of fuel and air. In order to realize this, in the present embodiment, a tumble flow is formed in the cylinder, and each of the first intake port and the second intake port connected to the combustion space in one cylinder is provided. A first port injection valve and a second port injection valve are provided. A first exhaust gas inlet that opens to the first intake port and a second exhaust gas inlet that opens to the second intake port are provided, and an air passage switching valve is provided upstream of the first exhaust gas inlet. When performing EGR, exhaust gas discharged from the combustion space (combusted air-fuel mixture) is introduced into the first intake port from the first exhaust gas inlet, and air is introduced from the second intake port. Fuel is introduced into the combustion space.

これによって、シリンダ内は、第1吸気ポート側に排ガス層が形成され、第2吸気ポート側に混合気層が形成される。そして、第2吸気ポート側に配置した第2点火プラグにより、ほとんど排ガスExが混入していない混合気層に点火する。その結果、確実に混合気に点火できるとともに、混合気を良好に燃焼させることができる。このように、本実施形態では、成層EGRによって良好な燃焼状態が得られるので、燃焼空間へより多くの排ガスを導入しても、燃焼状態が悪化しにくくなる。その結果、燃焼空間へより多くの排ガスを導入して、さらにNOxの低減、ポンプ損失の低減、燃料消費量の低減を図ることができる。   As a result, in the cylinder, an exhaust gas layer is formed on the first intake port side, and an air-fuel mixture layer is formed on the second intake port side. Then, the air-fuel mixture layer in which the exhaust gas Ex is hardly mixed is ignited by the second spark plug disposed on the second intake port side. As a result, the air-fuel mixture can be reliably ignited and the air-fuel mixture can be burned well. Thus, in this embodiment, since a favorable combustion state is obtained by stratified EGR, even if more exhaust gas is introduced into the combustion space, the combustion state is unlikely to deteriorate. As a result, it is possible to introduce more exhaust gas into the combustion space and further reduce NOx, pump loss, and fuel consumption.

また、本実施形態では、内燃機関の運転条件に応じて均質EGRと成層EGRとを切り替える。これによって、例えば、低負荷時に成層EGRを用いることにより、より多くの排ガスを燃焼空間へ導入して運転できるので、燃料消費をより低減できる。また、成層EGRにより、燃焼の悪化が抑制されるので、これまではEGRを実行できなかった運転条件でもEGRを実行できる。   In the present embodiment, the homogeneous EGR and the stratified EGR are switched according to the operating condition of the internal combustion engine. Accordingly, for example, by using the stratified EGR at a low load, it is possible to operate by introducing more exhaust gas into the combustion space, so that fuel consumption can be further reduced. In addition, since the deterioration of combustion is suppressed by the stratified EGR, the EGR can be executed even under the operating condition where the EGR could not be executed so far.

さらに、上述した実施形態1、実施形態2からは、次の発明が把握される。第1の本発明は、ピストンが往復運動するシリンダ内の空間であって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と、前記燃焼空間に接続されて開口する第1の吸気通路及び第2の吸気通路とを備える内燃機関の前記燃焼空間へ、前記燃焼空間から排出された排ガスを再循環させる際に、前記第1の吸気通路から前記燃焼空間へ前記排ガスを導入し、前記第2の吸気通路から前記燃焼空間へ前記燃料と前記空気とを導入して、前記燃焼空間へ前記排ガスの層と、前記燃料及び前記空気が混合した混合気の層とを形成することを特徴とする内燃機関の運転方法である。   Furthermore, the following invention is grasped | ascertained from Embodiment 1 and Embodiment 2 mentioned above. A first aspect of the present invention is a space in a cylinder in which a piston reciprocates, a combustion space in which a mixture of fuel and air burns, a first intake passage that is connected to the combustion space and opens, and When the exhaust gas discharged from the combustion space is recirculated to the combustion space of the internal combustion engine having two intake passages, the exhaust gas is introduced into the combustion space from the first intake passage, and the second The fuel and the air are introduced into the combustion space from an intake passage of the exhaust gas, and a layer of the exhaust gas and a mixture of the fuel and air are formed in the combustion space. An operation method of an internal combustion engine.

これによって、シリンダ内は、第1の吸気通路側に排ガス層が形成され、第2の吸気通路側に混合気層が形成される。そして、第2の吸気通路側に配置した点火手段により、ほとんど排ガスが混入していない混合気層に点火する。その結果、確実に混合気に点火できるとともに、混合気を良好に燃焼させることができる。   As a result, in the cylinder, an exhaust gas layer is formed on the first intake passage side, and an air-fuel mixture layer is formed on the second intake passage side. Then, the air-fuel mixture layer in which the exhaust gas is hardly mixed is ignited by the ignition means arranged on the second intake passage side. As a result, the air-fuel mixture can be reliably ignited and the air-fuel mixture can be burned well.

本発明の好ましい態様としては、第1の本発明において、前記シリンダの内面に沿って前記排ガスの層を形成し、前記排ガスの層の内側に、前記混合気の層を形成することを特徴とする内燃機関の運転方法である(第2の本発明)。第2の本発明では、シリンダの内面の近傍には排ガスの層が形成され、その内側に混合気の層が形成され、この状態で混合気に点火され、混合気が燃焼する。これによって、シリンダの内面近傍の排ガスによる断熱作用により、冷却損失の低減、シリンダの内面近傍における消炎の抑制といった効果が得られる。   As a preferred aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the exhaust gas layer is formed along the inner surface of the cylinder, and the mixture layer is formed inside the exhaust gas layer. An internal combustion engine operating method (second present invention). In the second aspect of the present invention, an exhaust gas layer is formed in the vicinity of the inner surface of the cylinder, and an air-fuel mixture layer is formed inside the cylinder. In this state, the air-fuel mixture is ignited and the air-fuel mixture burns. As a result, the effect of reducing the cooling loss and suppressing the extinguishing of the flame in the vicinity of the inner surface of the cylinder can be obtained by the heat insulating action by the exhaust gas in the vicinity of the inner surface of the cylinder.

以上のように、本発明に係る内燃機関は、排ガス再循環を実行する場合に有用であり、特に、冷却損失の低減や燃焼状態の悪化を抑制することに適している。   As described above, the internal combustion engine according to the present invention is useful when exhaust gas recirculation is performed, and is particularly suitable for reducing the cooling loss and suppressing the deterioration of the combustion state.

実施形態1に係る内燃機関を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing an internal combustion engine according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る内燃機関をシリンダヘッド側から見た状態を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a state in which the internal combustion engine according to the first embodiment is viewed from the cylinder head side. 図2のX−X断面図である。It is XX sectional drawing of FIG. 実施形態1に係る内燃機関をシリンダヘッド側から見た状態を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a state in which the internal combustion engine according to the first embodiment is viewed from the cylinder head side. 実施形態1に係る内燃機関において、排ガス再循環を実行した状態を示す模式図である。In the internal combustion engine which concerns on Embodiment 1, it is a schematic diagram which shows the state which performed exhaust gas recirculation. 実施形態1に係る内燃機関の運転方法の手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a procedure of an operation method for the internal combustion engine according to the first embodiment. EGR率が記述されたEGR率設定マップの模式図である。It is a schematic diagram of the EGR rate setting map in which the EGR rate is described. 実施形態2に係る内燃機関を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an internal combustion engine according to a second embodiment. 実施形態2に係る内燃機関をシリンダヘッド側から見た状態を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a state in which an internal combustion engine according to a second embodiment is viewed from the cylinder head side. 実施形態2に係る内燃機関をシリンダヘッド側から見た状態を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a state in which an internal combustion engine according to a second embodiment is viewed from the cylinder head side. 実施形態2に係る内燃機関において、排ガス再循環を実行した状態を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which exhaust gas recirculation is executed in an internal combustion engine according to a second embodiment. 実施形態2に係る内燃機関の運転方法の手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a procedure of an operation method for an internal combustion engine according to a second embodiment. 実施形態2に係る内燃機関の運転方法に用いる制御データが記述されたデータマップの模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a data map in which control data used for an internal combustion engine operation method according to Embodiment 2 is described. 実施形態2に係る内燃機関の運転方法に用いる制御データが記述されたデータマップの模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a data map in which control data used for an internal combustion engine operation method according to Embodiment 2 is described. 実施形態2に係る内燃機関の運転方法に用いる制御データが記述されたデータマップの模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a data map in which control data used for an internal combustion engine operation method according to Embodiment 2 is described. 実施形態2に係る内燃機関の運転方法に用いる制御データが記述されたデータマップの模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a data map in which control data used for an internal combustion engine operation method according to Embodiment 2 is described.

符号の説明Explanation of symbols

1、1a 内燃機関
1B 燃焼空間(空間)
1C クランクケース
1S シリンダ
1SW 内面
1H シリンダヘッド
2A 第1ポート噴射弁
2B 第2ポート噴射弁
3 コネクティングロッド
4A 第1吸気ポート
4B 第2吸気ポート
5、5a ピストン
5T、5Ta 頂部
6 クランクシャフト
7 点火プラグ
7A 第1点火プラグ
7B 第2点火プラグ
8 吸気導入通路
9 排気ポート
9M 排気通路
10A 第1吸気弁
10B 第2吸気弁
15 排気弁
16 排ガス再循環通路
16A 第1排ガス再循環通路
16B 第2排ガス再循環通路
16E 排ガス導入口
16EA 第1排ガス導入口
16EB 第2排ガス導入口
17 弁装置
17A 第1弁装置
17B 第2弁装置
18 燃料配管
19、19a 通路切換弁
19A、19Aa 通路切換弁駆動用アクチュエータ
20 ポート噴射弁用燃料分配管
30 仕切り部材
31 空気/排ガス通路
31i 空気/排ガス通路入口
32 空気通路
40 エアフローセンサ
41 クランク角センサ
42 冷却水温度センサ
43 アクセル開度センサ
50 機関ECU
50IO 入出力部
50M 記憶部
50P 処理部
51 制御条件判定部
52 EGR制御部
53 燃料供給制御部
54 機関制御部
60 EGR率設定マップ
61 判定マップ
62 成層EGR率設定マップ
63 均質EGR率設定マップ
64 成層EGR時燃料供給時期マップ
1, 1a Internal combustion engine 1B Combustion space (space)
1C Crankcase 1S Cylinder 1SW Inner surface 1H Cylinder head 2A 1st port injection valve 2B 2nd port injection valve 3 Connecting rod 4A 1st intake port 4B 2nd intake port 5, 5a Piston 5T, 5Ta Top part 6 Crankshaft 7 Spark plug 7A 1st spark plug 7B 2nd spark plug 8 Intake inlet passage 9 Exhaust port 9M Exhaust passage 10A First intake valve 10B Second intake valve 15 Exhaust valve 16 Exhaust gas recirculation passage 16A First exhaust gas recirculation passage 16B Second exhaust gas recirculation Passage 16E Exhaust gas inlet 16EA First exhaust gas inlet 16EB Second exhaust gas inlet 17 Valve device 17A First valve device 17B Second valve device 18 Fuel pipe 19, 19a Passage switching valve 19A, 19Aa Passage switching valve drive actuator 20 port Fuel distribution pipe for injection valve 30 partition member 31 air / exhaust gas passage 31i air / exhaust gas passage inlet 32 air passage 40 air flow sensor 41 crank angle sensor 42 cooling water temperature sensor 43 accelerator opening sensor 50 engine ECU
50IO Input / output unit 50M Storage unit 50P Processing unit 51 Control condition determination unit 52 EGR control unit 53 Fuel supply control unit 54 Engine control unit 60 EGR rate setting map 61 Determination map 62 Stratified EGR rate setting map 63 Homogeneous EGR rate setting map 64 Stratification EGR fuel supply timing map

Claims (6)

ピストンが往復運動するシリンダ内の空間であって、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と、
前記燃焼空間に接続されて開口する第1の吸気通路及び第2の吸気通路と、
前記第1の吸気通路の内部に設けられて、前記第1の吸気通路を前記シリンダの内面側と中心軸側とに仕切る仕切り部材と、
前記仕切り部材によって仕切られた前記シリンダの中心軸側における前記第1の吸気通路へ燃料を供給する第1の燃料供給手段と、
前記第2の吸気通路へ燃料を供給する第2の燃料供給手段と、
前記仕切り部材によって仕切られた前記シリンダの内面側における前記第1の吸気通路へ開口して、前記燃焼空間から排出された排ガスを前記第1の吸気通路へ導入する排ガス導入口と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
A space in the cylinder in which the piston reciprocates, and a combustion space in which a mixture of fuel and air burns;
A first intake passage and a second intake passage which are connected to the combustion space and open;
A partition member provided inside the first intake passage and partitioning the first intake passage into an inner surface side and a central axis side of the cylinder;
First fuel supply means for supplying fuel to the first intake passage on the central axis side of the cylinder partitioned by the partition member;
Second fuel supply means for supplying fuel to the second intake passage;
An exhaust gas introduction port that opens to the first intake passage on the inner surface side of the cylinder partitioned by the partition member and introduces the exhaust gas discharged from the combustion space into the first intake passage;
An internal combustion engine comprising:
前記燃焼空間から排出された排ガスを前記排ガス導入口から前記第1の吸気通路へ導入する際には、前記第1の燃料供給手段の動作を停止し、前記第2の燃料供給手段のみから前記燃料を供給することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。   When the exhaust gas discharged from the combustion space is introduced from the exhaust gas inlet into the first intake passage, the operation of the first fuel supply unit is stopped, and only from the second fuel supply unit The internal combustion engine according to claim 1, wherein fuel is supplied. 前記第1の吸気通路の内部であって、前記第1の吸気通路を流れる前記空気の流れ方向上流側における前記仕切り部材の端部よりも前記空気の流れ方向上流側に、前記第1の吸気通路を開閉する通路切換手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関。   The first intake air inside the first intake passage and upstream in the air flow direction from the end of the partition member on the upstream side in the air flow direction flowing through the first intake passage. The internal combustion engine according to claim 1 or 2, further comprising passage switching means for opening and closing the passage. 前記燃焼空間から排出された排ガスを前記排ガス導入口から前記第1の吸気通路へ導入する際には、前記通路切換手段によって前記第1の吸気通路を閉じることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関。   4. The first intake passage is closed by the passage switching means when the exhaust gas discharged from the combustion space is introduced into the first intake passage from the exhaust gas inlet. Internal combustion engine. 少なくとも前記第2の燃料供給手段から供給される燃料の方向を、前記シリンダの中心側へ向けることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関。   5. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the direction of the fuel supplied from at least the second fuel supply means is directed toward the center of the cylinder. 前記ピストンは、頂部が凸形状であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to claim 1, wherein a top portion of the piston has a convex shape.
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