(57)【要約】【課題】内燃機関の吸気制御装置において、吸気制御弁を、より省電力で動作させることを可能とする。【解決手段】内燃機関の吸気制御装置（１００等）は、吸気を気筒に導くための吸気通路（２０４等）と、吸気通路に設けられ、開閉状態に応じて吸気の流れの脈動を生成可能な吸気制御弁（２２４等）と、吸気制御弁を駆動し、開閉状態を変化させる駆動手段（２２４Ｄや２２４Ｅ等）と、（i）第１制御期間（Ａ１、Ａ２等）において、駆動手段によって吸気制御弁に所定動作速度を発生させるフィードフォワード制御を行うと共に、（ii）第２制御期間（Ｂ１、Ｂ２等）において、駆動手段によって吸気制御弁の目標開度と、吸気制御弁の実際の実開度との偏差をゼロに近付かせるフィードバック制御を行う制御手段（１００）とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気を気筒に導くための吸気通路と、
前記吸気通路に設けられ、開閉状態に応じて前記吸気の流れの脈動を生成可能な吸気制御弁と、
前記吸気制御弁を駆動し、前記開閉状態を変化させる駆動手段と、
（i）第１制御期間において、前記駆動手段によって前記吸気制御弁に所定動作速度を発生させるフィードフォワード制御を行うと共に、（ii）第２制御期間において、前記駆動手段によって前記吸気制御弁の目標となる目標開度と、前記吸気制御弁の実際の実開度との偏差をゼロに近付かせるフィードバック制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１制御期間と、前記第２制御期間との長さを夫々変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記フィードフォワード制御と、前記フィードバック制御とを交互に行い、
（i）前記フィードバック制御を行った際に、前記吸気制御弁の動作速度が増加した場合、前記吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる増加側フィードフォワード制御の制御期間を長くすると共に、前記増加側フィードフォワード制御の制御期間に続く前記フィードバック制御の制御期間を短くし、（ii）前記フィードバック制御を行った際に、前記吸気制御弁の動作速度が減少した場合、前記吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる減少側フィードフォワード制御の制御期間を長くすると共に、前記減少側フィードフォワード制御の制御期間に続く前記フィードバック制御の制御期間を短くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記吸気制御弁に駆動電力を与えることで、前記吸気制御弁を駆動し、
前記制御手段は、
前記フィードフォワード制御と、前記フィードバック制御とを交互に行い、
（i）前記フィードバック制御を行った際に、前記吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる前記駆動電力の駆動電力量が増加側所定値を超えた場合、前記吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる増加側フィードフォワード制御の制御期間を長くすると共に、前記増加側フィードフォワード制御の制御期間に続く前記フィードバック制御の制御期間を短くし、（ii）前記フィードバック制御を行った際に、前記吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる前記駆動電力の駆動電力量が減少側所定値を超えた場合、前記吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる減少側フィードフォワード制御の制御期間を長くすると共に、前記減少側フィードフォワード制御の制御期間に続く前記フィードバック制御の制御期間を短くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１制御期間において、前記吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる加速側フィードフォワード制御に加えて又は代えて、前記吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる減速側フィードフォワード制御を行うことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、（i）前記目標開度に応じて予め決定された前記所定動作速度の単位時間当たりの変化量が大きくなる場合、前記第１制御期間において、前記吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる加速側フィードフォワード制御を行い、（ii）前記所定動作速度の単位時間当たりの変化量が小さくなる場合、前記第１制御期間において、前記吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる減速側フィードフォワード制御を行うことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項７】
前記吸気制御弁は、回転範囲として前記吸気の流れを遮断するための不感帯領域を有し、
前記制御手段は、前記不感帯領域において、前記吸気制御弁の動作速度を減少させつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項８】
前記吸気制御弁は、前記吸気通路に設けられた弁体を弁軸の回りに回転させることにより前記開閉状態を変化させて前記吸気の流量を変化させるバタフライ弁であり、
前記駆動手段は、前記バタフライ弁を回転駆動し、前記バタフライ弁の開度を時間軸上、変化させ、
前記制御手段は、（i）前記第１制御期間において、前記駆動手段によって前記バタフライ弁に前記所定回転速度を発生させるフィードフォワード制御を行うと共に、（ii）前記第２制御期間において、前記駆動手段によって前記バタフライ弁の目標となる目標開度と、前記バタフライ弁の実際の実開度との偏差をゼロに近付かせるフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項９】
吸気を気筒に導くための吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、開閉状態に応じて前記吸気の流れの脈動を生成可能な吸気制御弁と、前記吸気制御弁を駆動し、前記開閉状態を変化させる駆動手段とを備えた内燃機関の吸気制御装置における内燃機関の吸気制御方法であって、
第１制御期間において、前記駆動手段によって前記吸気制御弁に所定動作速度を発生させるフィードフォワード制御を行う第１制御工程と、
第２制御期間において、前記駆動手段によって前記吸気制御弁の目標となる目標開度と、前記吸気制御弁の実際の実開度との偏差をゼロに近付かせるフィードバック制御を行う第２制御工程と
を備えることを特徴とする内燃機関の吸気制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気流量を制御する内燃機関の吸気制御装置及び方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、特許文献１等には、内燃機関の運転状態に応じて、吸気制御弁を制御する技術について開示されている。
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００６／１０４２７３号
【特許文献２】特開２００７−１１３４９４号公報
【特許文献３】特開２００６−１１８３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１等によれば、吸気制御弁の実際の実開度を、目標となる開度に一致させるために消費電力が増大してしまうという技術的な問題点が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、例えば上記の問題点に鑑みなされたものであり、吸気制御弁を、より省電力で動作させることが可能な内燃機関の吸気制御装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置は、吸気を気筒に導くための吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、開閉状態に応じて前記吸気の流れの脈動を生成可能な吸気制御弁と、前記吸気制御弁を駆動し、前記開閉状態を変化させる駆動手段と、（i）第１制御期間において、前記駆動手段によって前記吸気制御弁に所定動作速度を発生させるフィードフォワード制御を行うと共に、（ii）第２制御期間において、前記駆動手段によって前記吸気制御弁の目標となる目標開度と、前記吸気制御弁の実際の実開度との偏差をゼロに近付かせるフィードバック制御を行う制御手段とを備える。
【０００７】
本発明に係る「内燃機関」とは、一又は複数の気筒を有し、当該気筒の各々における燃焼室において、例えばガソリン、軽油、各種アルコール若しくは各種アルコールとガソリンとの混合燃料等各種の燃料又は当該各種燃料を含む混合気等が爆発或いは燃焼した際に生じる力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的な又は機械的な伝達経路を経て駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念である。また、この種の内燃機関に係る「内燃機関の吸気制御装置」とは、気筒内部に対する、吸気（即ち、外界から吸入される空気たる吸入空気を少なくとも概念の一部として含み、当該吸入空気そのもの、或いは例えばＥＧＲ装置等の排気再循環装置が備わる場合等には例えばＥＧＲバルブ等の流量調整手段の開閉状態等に応じてＥＧＲガス（即ち、排気の一部）と当該吸入空気の混合体等の各種形態を採り得る）の供給に供される装置である。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の吸気装置における「吸気通路」とは、即ち、吸気の通路であって、好適な一形態として、例えばエアクリーナ、エアフローメータ、スロットルバルブ（即ち、吸気絞り弁）及び吸気ポート等を相互に且つ適宜に連結又は連通せしめ得る、例えば単一又は複数の管状部材の形態を採る。特に、本発明に係る内燃機関の吸気装置は、この吸気通路に、例えばターボチャージャ等の過給器（無論、タービン等、排気系に備わるべき一部を除外してなる一部であってもよい）が備わっており、更にその下流側（尚、「下流」とは、吸気の流れる方向を基準とする方向概念の一であり、この場合、即ち気筒側である）に、例えばインタークーラ等の吸気冷却手段を備える。吸気冷却手段は、過給器を介して供給される（過給器による過給が実践上有意に行われているか否かとは無関係であってもよい）吸気を冷却可能な物理的、機械的、機構的、電気的、磁気的又は化学的態様を有する手段であって、少なくとも幾らかなり且つ相対的に吸気が冷却されることによって、吸気の密度は相対的に上昇し、吸気の充填効率は向上し得る。
【０００９】
一方、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置は、典型的には、吸気通路における吸気冷却手段の下流側に吸気制御弁を備える。この吸気制御弁は、例えば二値的に、段階的に或いは連続的に制御され得る開閉状態に応じて、吸気の脈動を少なくとも生成可能な、且つ当該吸気の量たる吸気量を調整可能な、例えば弁体、或いは当該弁体に加え更に当該弁体を駆動する駆動装置等を適宜に含んでなる動弁機構又は動弁装置等の形態を採り得る手段である。この吸気制御弁は、内燃機関にスロットルバルブ等の所謂吸気絞り弁が備わる場合には、好適な一形態として、この吸気絞り弁の下流側に設置される。
【００１０】
例えば駆動回路や駆動モータ等を備えて構成される駆動手段は、吸気制御弁を駆動し、開閉状態を時間軸上、変化させる。例えばプロセッサやメモリ等を備えて構成される制御手段の制御下で、駆動手段は、（i）第１制御期間において、吸気制御弁に所定動作速度を発生させるフィードフォワード制御により、吸気制御弁を駆動する。ここに、本発明に係るフィードフォワード制御とは、典型的には、駆動電流等の変数値（所謂、制御値）を予め決定された所定マップや所定関数に基づいて変化させることによって吸気制御弁に所定動作速度を発生させる吸気制御弁の制御手法を意味する。また、本発明に係る所定動作速度は、典型的には、内燃機関の運転状態に応じた所望となる動作速度と一致するように、実験的、理論的、経験的、又はシミュレーション等によって、個別具体的に定義されてよい。
【００１１】
と共に、制御手段の制御下で、駆動手段は、（ii）第１制御期間と異なる第２制御期間において、フィードフォワード制御に代えて、吸気制御弁の目標となる目標開度と、吸気制御弁の実際の実開度との偏差がゼロに近付かせるフィードバック制御により、吸気制御弁を駆動する。ここに、本発明に係るフィードバック制御とは、典型的には、吸気制御弁の目標となる目標開度と、吸気制御弁の実際の実開度との偏差がゼロに近付くように、駆動電流等の変数値（所謂、制御値）を変化させる吸気制御弁の制御手法を意味する。
【００１２】
このように、吸気制御弁のフィードフォワード制御が行われる第１制御期間と、吸気制御弁のフィードバック制御が行われる第２制御期間とを峻別又は区別することにより、吸気制御弁のフィードフォワード制御が行われる際に必要な駆動電流の成分と、吸気制御弁のフィードバック制御が行われる際に必要な駆動電流の成分とが重ねあわされて又は同時に駆動手段に供給されることを殆ど又は完全になくすことが可能である。
【００１３】
詳細には、駆動電流の大きさが予測可能なフィードフォワード制御が行われる第１制御期間において、最大値の予測が困難であるフィードバック制御に基づく駆動電流が、例えばアクチュエータ等の駆動手段に殆ど又は完全に供給されない。と共に、最大値の予測が困難である駆動電流が供給される吸気制御弁のフィードバック制御が行われる第２制御期間において、フィードフォワード制御に基づく駆動電流が、駆動手段に殆ど又は完全に供給されない。これにより、この駆動手段に流れる駆動電流の最大値を効果的に低減することが可能である。
【００１４】
この結果、駆動手段の駆動回路を流れる電流の許容値を低減することが可能であるので、駆動手段の駆動回路を簡素化することが可能である。以上の結果、吸気制御弁の駆動手段の駆動回路の設計コスト及び製造コストの低下を実現可能である。加えて、吸気制御弁の駆動手段の駆動回路における消費電力を顕著に低減することが可能である。
【００１５】
仮に、吸気制御弁の開度を目標開度に追従させるために、吸気制御弁のフィードバック制御を常時行う場合、フィードフォワード制御が行われる際に必要な駆動電流の成分と、フィードバック制御が行われる際に必要な駆動電流の成分とが重ねあわされて駆動手段に供給される可能性が高いため、駆動手段の駆動回路に瞬間的に要求される電流量が増大してしまう。このため、駆動手段の駆動回路に流れる電流の許容値をできるだけ大きくさせる回路構成とする必要が生じてしまい、駆動手段の駆動回路の設計コスト及び製造コストが上昇してしまうという技術的な問題点が生じる。
【００１６】
本発明の内燃機関の吸気制御装置の一の態様は、前記制御手段は、前記第１制御期間と、前記第２制御期間との長さを夫々変化させる。
【００１７】
この態様によれば、駆動電流の大きさが予測可能な吸気制御弁のフィードフォワード制御の第１制御期間に対する、最大値の予測が困難である駆動電流を供給する吸気制御弁のフィードバック制御が行われる第２制御期間の割合を適切に変化させることができる。この結果、吸気制御弁の駆動手段に流れる駆動電流の最大値をより適切に低減することが可能である。
【００１８】
このように、フィードバック制御の駆動電流と比較して、駆動電流の時間積分をより大きくさせるフィードフォワード制御の第１制御期間の長さを変化させることにより、吸気制御弁の目標開度に追従するために必要な電流量又は電力量を確保できるので、フィードバック制御の第２制御期間において駆動電流の最大値を増大させることなく、吸気制御弁のフィードフォワード制御及びフィードバック制御を、より省電力で行うことができる。
【００１９】
典型的には、フィードバック制御の駆動電流の時間積分値に応じて、次のフィードフォワード制御の第１制御期間の長さを変化させてよい。即ち、フィードバック制御の駆動電流の時間積分値の大小を検知して、吸気制御弁の開弁動作時（若しくは閉弁動作時）に必要な駆動電力量又はモータ通電量の過不足を推定し、次の吸気制御弁の開弁動作時（若しくは閉弁動作時）に必要な駆動電力量を決定する。この決定の際に、次に行われるフィードフォワード制御の第１制御期間を長くすることで、吸気制御弁の実開度を目標開度に追従させるフィードバック制御をより小さな駆動電流で行うことが可能である。
【００２０】
更に、典型的には、吸気制御弁の開弁動作中のフィードバック制御の駆動電流の時間積分値が正の場合、その正の時間積分値の大きさに応じて、次の吸気制御弁の開弁動作中のフィードフォワード制御の第１制御期間を長くしてよい。或いは、吸気制御弁の閉弁動作中のフィードバック制御の駆動電流の時間積分値が正の場合、その正の時間積分値の大きさに応じて、次の吸気制御弁の閉弁動作中のフィードフォワード制御の第１制御期間を長くしてよい。
【００２１】
他方、吸気制御弁の開弁動作中のフィードバック制御の駆動電流の時間積分値が負の場合、その負の時間積分値の大きさに応じて、次の吸気制御弁の開弁動作中のフィードフォワード制御の第１制御期間を短くしてよい。或いは、吸気制御弁の閉弁動作中のフィードバック制御の駆動電流の時間積分値が負の場合、その負の時間積分値の大きさに応じて、次の吸気制御弁の閉弁動作中のフィードフォワード制御の第１制御期間を短くしてよい。
【００２２】
本発明の内燃機関の吸気制御装置の他の態様は、前記制御手段は、前記フィードフォワード制御と、前記フィードバック制御とを交互に行い、（i）前記フィードバック制御を行った際に、前記吸気制御弁の動作速度が増加した場合、前記吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる増加側フィードフォワード制御の制御期間を長くすると共に、前記増加側フィードフォワード制御の制御期間に続く前記フィードバック制御の制御期間を短くし、（ii）前記フィードバック制御を行った際に、前記吸気制御弁の動作速度が減少した場合、前記吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる減少側フィードフォワード制御の制御期間を長くすると共に、前記減少側フィードフォワード制御の制御期間に続く前記フィードバック制御の制御期間を短くする。
【００２３】
この態様によれば、フィードバック制御を行った際に、吸気制御弁の動作速度が増加又は減少した場合、駆動電流の大きさが予測可能な吸気制御弁のフィードフォワード制御の第１制御期間に対する、最大値の予測が困難である駆動電流を供給する吸気制御弁のフィードバック制御が行われる第２制御期間の割合を小さくすることができる。この結果、吸気制御弁の駆動手段に流れる駆動電流の最大値をより効果的に低減することが可能である。
【００２４】
即ち、フィードバック制御を行った際に、吸気制御弁の動作速度が増加した場合、吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる増加側フィードフォワード制御の制御期間を長くさせることにより、吸気制御弁の目標開度に追従するために必要な電流量又は電力量を、増加側フィードフォワード制御の制御期間において駆動電流の最大値を増大させることなく確保でき、増加側フィードフォワード制御の制御期間において、吸気制御弁を十分に加速することができる。
【００２５】
これにより、増加側フィードフォワード制御の制御期間に続くフィードバック制御の制御期間において、吸気制御弁を加速するための駆動電流を供給する必要がなくなるので、吸気制御弁の目標開度に追従するためのフィードバック制御をより小さな駆動電流で行うことが可能である。
【００２６】
概ね同様にして、フィードバック制御を行った際に、吸気制御弁の動作速度が減少した場合、吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる減少側フィードフォワード制御の制御期間を長くさせることにより、吸気制御弁の目標開度に追従するために必要な電流量又は電力量を、減少側フィードフォワード制御の制御期間において駆動電流の最大値を増大させることなく確保でき、減少側フィードフォワード制御の制御期間において、吸気制御弁を十分に減速することができる。
【００２７】
これにより、減少側フィードフォワード制御の制御期間に続くフィードバック制御の制御期間において、吸気制御弁を減速するための駆動電流を供給する必要がなくなるので、吸気制御弁の目標開度に追従するためのフィードバック制御をより小さな駆動電流で行うことが可能である。
【００２８】
本発明の内燃機関の吸気制御装置の他の態様は、前記駆動手段は、前記吸気制御弁に駆動電力を与えることで、前記吸気制御弁を駆動し、前記制御手段は、前記フィードフォワード制御と、前記フィードバック制御とを交互に行い、（i）前記フィードバック制御を行った際に、前記吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる前記駆動電力の駆動電力量が増加側所定値を超えた場合、前記吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる増加側フィードフォワード制御の制御期間を長くすると共に、前記増加側フィードフォワード制御の制御期間に続く前記フィードバック制御の制御期間を短くし、（ii）前記フィードバック制御を行った際に、前記吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる前記駆動電力の駆動電力量が減少側所定値を超えた場合、前記吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる減少側フィードフォワード制御の制御期間を長くすると共に、前記減少側フィードフォワード制御の制御期間に続く前記フィードバック制御の制御期間を短くする。
【００２９】
この態様によれば、フィードバック制御を行った際に、駆動電力量の大小に応じて、駆動電流の大きさが予測可能な吸気制御弁のフィードフォワード制御の第１制御期間に対する、最大値の予測が困難である駆動電流を供給する吸気制御弁のフィードバック制御が行われる第２制御期間の割合を小さくすることができる。ここに、本発明に係る駆動電力量とは、典型的には、電流値若しくは電圧値、電流値の積分値、電圧値の積分値、又は電力量などの電気的エネルギーの物理量を意味する。この結果、吸気制御弁の駆動手段に流れる駆動電流の最大値をより効果的に低減することが可能である。
【００３０】
即ち、フィードバック制御を行った際に、吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる駆動電力の駆動電力量が増加側所定値を超えた場合、吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる増加側フィードフォワード制御の制御期間を長くさせることにより、吸気制御弁の目標開度に追従するために必要な駆動電力量を、増加側フィードフォワード制御の制御期間において駆動電流の最大値を増大させることなく確保でき、増加側フィードフォワード制御によって、吸気制御弁を十分に加速することができる。ここに、本発明に係る増加側所定値とは、典型的には、吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる駆動電力量を正とした場合、吸気制御弁が概ね等速回転運動を行うために必要な駆動電力量の正の基準値を意味してよい。これにより、増加側フィードフォワード制御の制御期間に続くフィードバック制御の制御期間において、吸気制御弁を加速するための駆動電流を供給する必要がなくなるので、吸気制御弁の目標開度に追従するためのフィードバック制御をより小さな駆動電流で行うことが可能である。
【００３１】
概ね同様にして、フィードバック制御を行った際に、吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる駆動電力の駆動電力量が減少側所定値を超えた場合、吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる減少側フィードフォワード制御の制御期間を長くさせることにより、吸気制御弁の目標開度に追従するために必要な電流量又は電力量を、減少側フィードフォワード制御の制御期間において駆動電流の最大値を増大させることなく確保でき、減少側フィードフォワード制御の制御期間において、吸気制御弁を十分に減速することができる。ここに、本発明に係る減少側所定値とは、典型的には、吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる駆動電力量を正とした場合、吸気制御弁が概ね等速回転運動を行うために必要な駆動電力量の負の基準値を意味してよい。これにより、減少側フィードフォワード制御の制御期間に続くフィードバック制御の制御期間において、吸気制御弁を減速するための駆動電流を供給する必要がなくなるので、吸気制御弁の目標開度に追従するためのフィードバック制御をより小さな駆動電流で行うことが可能である。
【００３２】
本発明の内燃機関の吸気制御装置の他の態様は、前記制御手段は、前記第１制御期間において、前記吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる加速側フィードフォワード制御に加えて又は代えて、前記吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる減速側フィードフォワード制御を行う。
【００３３】
この態様によれば、吸気制御弁の目標開度に追従するために、加速側フィードフォワード制御に加えて又は代えて、減速側フィードフォワード制御を行う。これにより、吸気制御弁の動作に必要な加速又は減速を、フィードフォワード制御によって十分確保できるので、フィードバック制御において駆動電流の最大値を増大させることなく、吸気制御弁の目標開度に追従するためのフィードバック制御をより小さな駆動電流で行うことが可能である。
【００３４】
本発明の内燃機関の吸気制御装置の他の態様は、前記制御手段は、（i）前記目標開度に応じて予め決定された前記所定動作速度の単位時間当たりの変化量が大きくなる場合、前記第１制御期間において、前記吸気制御弁の動作速度を増加側に変化させる加速側フィードフォワード制御を行い、（ii）前記所定動作速度の単位時間当たりの変化量が小さくなる場合、前記第１制御期間において、前記吸気制御弁の動作速度を減少側に変化させる減速側フィードフォワード制御を行う。
【００３５】
この態様によれば、吸気制御弁の所定動作速度の単位時間当たりの変化量が大きくなる場合、即ち、吸気制御弁の動作に加速が必要であると予測される場合、加速側フィードフォワード制御が行われる。或いは、吸気制御弁の所定動作速度の単位時間当たりの変化量が小さくなる場合、即ち、吸気制御弁の動作に減速が必要であると予測される場合、減速側フィードフォワード制御が行われる。これにより、吸気制御弁の所望となる動作速度に応じて、加速側フィードフォワード制御又は減速側フィードフォワード制御がフィードバック制御の以前に行われるので、フィードフォワード制御に続いて行われる、吸気制御弁のフィードバック制御をより小さな駆動電流で行うことが可能である。この結果、吸気制御弁の動作において、吸気制御弁の所望となる動作速度を妨げる無駄な加速又は無駄な減速を殆ど又は完全に無くすことができるので、吸気制御弁のフィードフォワード制御及びフィードバック制御を、より省電力で行うことができる。
【００３６】
本発明の内燃機関の吸気制御装置の他の態様は、前記吸気制御弁は、回転範囲として前記吸気の流れを遮断するための不感帯領域を有し、前記制御手段は、前記不感帯領域において、前記吸気制御弁の動作速度を減少させつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御する。
【００３７】
この態様によれば、吸気制御弁の不感帯領域において、吸気制御弁の所望となる動作速度を妨げる無駄な加減速を殆ど又は完全に無くすことができるので、吸気制御弁のフィードフォワード制御及びフィードバック制御を、より省電力で行うことができる。
【００３８】
本発明の内燃機関の吸気制御装置の他の態様は、前記吸気制御弁は、前記吸気通路に設けられた弁体を弁軸の回りに回転させることにより前記開閉状態を変化させて前記吸気の流量を変化させるバタフライ弁であり、前記駆動手段は、前記バタフライ弁を回転駆動し、前記バタフライ弁の開度を時間軸上、変化させ、前記制御手段は、（i）前記第１制御期間において、前記駆動手段によって前記バタフライ弁に前記所定回転速度を発生させるフィードフォワード制御を行うと共に、（ii）前記第２制御期間において、前記駆動手段によって前記バタフライ弁の目標となる目標開度と、前記バタフライ弁の実際の実開度との偏差をゼロに近付かせるフィードバック制御を行う。
【００３９】
この態様によれば、バタフライ弁のフィードフォワード制御が行われる第１制御期間と、バタフライ弁のフィードバック制御が行われる第２制御期間とを峻別又は区別することにより、バタフライ弁のフィードフォワード制御が行われる際に必要な駆動電流の成分と、バタフライ弁のフィードバック制御が行われる際に必要な駆動電流の成分とが重ねあわされて又は同時に駆動手段に供給されることを殆ど又は完全になくすことが可能である。これにより、バタフライ弁の駆動手段の駆動回路を流れる電流の許容値を低減することが可能であるので、駆動手段の駆動回路を簡素化することが可能である。この結果、バタフライ弁の駆動手段の駆動回路の設計コスト及び製造コストの低下を実現可能である。加えて、バタフライ弁の駆動手段の駆動回路における消費電力を顕著に低減することが可能である。
【００４０】
上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の吸気制御方法は、吸気を気筒に導くための吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、開閉状態に応じて前記吸気の流れの脈動を生成可能な吸気制御弁と、前記吸気制御弁を駆動し、前記開閉状態を変化させる駆動手段とを備えた内燃機関の吸気制御装置における内燃機関の吸気制御方法であって、第１制御期間において、前記駆動手段によって前記吸気制御弁に所定動作速度を発生させるフィードフォワード制御を行う第１制御工程と、第２制御期間において、前記駆動手段によって前記吸気制御弁の目標となる目標開度と、前記吸気制御弁の実際の実開度との偏差をゼロに近付かせるフィードバック制御を行う第２制御工程とを備える。
【００４１】
本発明に係る内燃機関の吸気制御方法によれば、上述した本発明に係る内燃機関の吸気制御装置が有する各種利益を享受することが可能となる。尚、上述した本発明に係る内燃機関の吸気制御装置が有する各種態様に対応して、本発明に係る内燃機関の吸気制御方法も各種態様を採ることが可能である。
【００４２】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
【００４４】
（第１実施形態）
（基本構成）
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について一部その動作を交えて説明する。ここに、図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００４５】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。
【００４６】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジン２００の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。
【００４７】
エンジン２００は、軽油を燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列４気筒ディーゼルエンジンである。エンジン２００の概略について説明すると、エンジン２００は、シリンダブロック２０１に４本の気筒２０２が並列して配置された構成を有している。そして、各気筒内における圧縮行程において、当該圧縮行程或いは吸気行程に気筒内に直接噴射される燃料と吸入空気との混合気が圧縮され、自発的に着火した際に生じる力が、夫々不図示のピストン及びコネクティングロッドを介してクランクシャフト（不図示）の回転運動に変換される構成となっている。このクランクシャフトの回転は、エンジンシステム１０を搭載する車両の駆動輪に伝達され、当該車両の走行が可能となる。以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。尚、個々の気筒２０２の構成は相互に等しいため、ここでは一の気筒２０２についてのみ説明することとする。特に、クランクシャフトの回転状態は、時間軸上のクランク角度の変化によって特定される。
【００４８】
図１において、外界から導かれる空気たる吸入空気は、本発明に係る「吸気通路」の一例たる吸気管２０４を介して、その内部が吸気管２０４と連通してなるサージタンク２０５へ供給される構成となっている。
【００４９】
サージタンク２０５の下流側（即ち、気筒２０２側）において、下流側管路２０４ｂは連通管２０６に接続され、その内部において連通管２０６と連通する構成となっている。連通管２０６は、各気筒２０２の吸気ポート（不図示）の各々に連通しており、吸気管２０４に導かれた吸入空気は、連通管２０６を介して、各気筒に対応する吸気ポートに導かれる構成となっている。吸気ポートは、一の気筒２０２について夫々二個ずつ備わっており、夫々が気筒２０２内部に連通可能に構成されている。
【００５０】
吸気ポートと気筒２０２内部との連通状態は、各吸気ポートに設けられた吸気バルブ２０７により制御される。吸気バルブ２０７は、クランクシャフトに連動して回転する吸気カムシャフト２０８に固定された、吸気カムシャフト２０８の伸長方向と垂直な断面が楕円形状をなす吸気カム２０９のカムプロフィール（端的に言えば、形状）に応じてその開閉特性が規定されており、開弁時に吸気ポートと気筒２０２内部とを連通させることが可能に構成されている。このように、エンジン２００では、連通管２０６が、個々の気筒２０２（より具体的には吸気ポート）に対応する部分の上流側において集約され、下流側管路２０４ｂを介してサージタンク２０５と接続される構成となっており、連通管２０６は、吸気管２０４と共に本発明に係る「吸気通路」の一例を構成している。
【００５１】
気筒２０２の内部には、筒内噴射型のインジェクタ２０３の一部としての燃料噴射弁が露出しており、高温高圧の気筒内部に燃料たる軽油を直接噴射することが可能に構成されている。ここで、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されている。この燃料タンクに貯留される燃料は、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して不図示の高圧ポンプに圧送される構成となっている。この高圧ポンプは、コモンレール２０３Ａに対し、燃料を供給することが可能に構成されている。尚、高圧ポンプは、公知の各種態様を採り得、ここでは、その詳細については省略することとする。
【００５２】
コモンレール２０３Ａは、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、上流側（即ち、高圧ポンプ側）から供給される高圧燃料をＥＣＵ１００により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。尚、コモンレール２０３Ａには、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設されるが、ここではその図示を省略することとする。インジェクタ２０３は、気筒２０２各々について搭載されており、夫々が高圧デリバリ２０３Ｂを介してコモンレール２０３Ａに接続されている。
【００５３】
ここで、インジェクタ２０３の構成について補足すると、インジェクタ２０３は、ＥＣＵ１００から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル（いずれも不図示）とを備える。当該電磁弁は、コモンレール２０３Ａの高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御することが可能に構成されており、通電時に当該加圧室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該加圧室と低圧通路とを相互に遮断する。
【００５４】
一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向（噴孔を閉じる方向）に付勢している。従って、電磁弁への通電により加圧室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する（噴孔を開く）ことにより、コモンレール２０３Ａより供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能に構成される。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。尚、このような構成は一例であり、例えば、燃料噴射プロセスそのものが電子制御化（即ち、圧力を媒体とすることなく燃料を噴射する）されていてもよい。
【００５５】
ここで、インジェクタ２０３によれば、燃料の噴射量を精細に制御することが可能であり、エンジン２００では、個々のシリンダ２０２において、インジェクタ２０３を介し、目標噴射量に相当する燃料が、燃料と吸気との予混合を促進するための（無論、燃焼室内の急激な温度上昇を防止する目的もある）一又は複数回のパイロット噴射と、目標噴射量とパイロット噴射量との差分に相当するメイン噴射とに分割して噴射される構成となっている。
【００５６】
尚、高圧ポンプ、コモンレール２０３Ａ、高圧デリバリ２０３Ｂ、及びインジェクタ２０３は、一体のコモンレールシステムとして構成されていてもよい。また、高温高圧の気筒内部に燃料を噴射するための態様は、ここに例示するものに限定されず、公知の各種態様を採ってよい。
【００５７】
いずれにせよ気筒２０２内部で形成される混合気は、圧縮行程において自着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブ２０７の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１０の開弁時に、不図示の排気ポートを介して排気として排気マニホールド２１３に導かれる構成となっている。排気バルブ２１０は、クランクシャフトに連動して回転する排気カムシャフト２１１に固定された、排気カムシャフト２１１の伸長方向と垂直な断面が楕円形状をなす排気カム２１２のカムプロフィール（端的に言えば、形状）に応じてその開閉特性が規定されており、開弁時に排気ポートと気筒２０２内部とを連通させることが可能に構成されている。排気マニホールド２１３に集約された排気は、排気マニホールド２１３に連通する排気管２１４に供給される。
【００５８】
排気管２１４には、タービンハウジング２１５に収容される形でタービン２１６が設置されている。タービン２１６は、排気管２１４に導かれた排気の圧力（即ち、排気圧）により所定の回転軸を中心として回転可能に構成された、セラミック製の回転翼車である。このタービン２１６の回転軸は、コンプレッサハウジング２１７に収容される形で吸気管２０４に設置されたコンプレッサ２１８と共有されており、タービン２１６が排気圧により回転すると、コンプレッサ２１８も当該回転軸を中心として回転する構成となっている。
【００５９】
コンプレッサ２１８は、エアクリーナ２１９を介して外界から吸気管２０４に吸入される吸入空気を、その回転に伴う圧力により下流側へ圧送供給することが可能に構成された、所謂、「過給器」の一例たる圧送手段である。このコンプレッサ２１８による吸入空気の圧送効果により、所謂過給が実現される構成となっている。即ち、エンジン２００では、タービン２１６とコンプレッサ２１８とにより、一種のターボチャージャが構成されている。尚、これ以降の説明において、タービン２１６及びコンプレッサ２１７を含む包括概念として、適宜「ターボチャージャ」なる言葉を使用することとする。
【００６０】
エアクリーナ２１９とコンプレッサ２１８との間には、吸入空気の質量流量を検出可能なホットワイヤ式のエアフローメータ２２０が設置されている。エアフローメータ２２０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気量Ｇａは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で把握される構成となっている。尚、本実施形態において、検出された吸入空気量Ｇａは、気筒２０２に吸入される吸気の量（即ち、吸気量）と一義的な関係を有しており、エンジン２００の実負荷を規定する指標値として扱われる。
【００６１】
吸気管２０４において、コンプレッサ２１８の下流側、且つサージタンク２０５の上流側には、インタークーラ２２１が設置されている。インタークーラ２２１は、その内部に熱交換壁を有しており、過給された吸入空気が（無論、コンプレッサ２１８が実質的にみて有意に作用しない低回転領域においても同様である）通過する際に、係る熱交換壁を介した熱交換により吸入空気を冷却することが可能に構成された、所謂、「吸気冷却手段」の一例である。エンジン２００では、このインタークーラ２２１による冷却によって吸入空気の密度を増大させることが可能となるため、コンプレッサ２１７を介した過給がより効率的になされ得る。
【００６２】
インタークーラ２２１とサージタンク２０５との間には、サージタンク２０５へ供給される吸入空気の量を調節可能なディーゼルスロットルバルブ２２２が配設されている。このディーゼルスロットルバルブ２２２は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され且つＥＣＵ１００により上位に制御されるスロットルバルブモータ２２３から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁であり、ディーゼルスロットルバルブ２２２を境にした吸気管２０４の上流部分と下流部分とをほぼ遮断する全閉位置から、ほぼ全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。このように、エンジン２００では、ディーゼルスロットルバルブ２２２及びスロットルバルブモータ２２３により、一種の電子制御式スロットル装置が構成されている。
【００６３】
尚、エンジン２００は、典型的には、ディーゼルエンジンであり、その出力は、ガソリン等を燃料とするエンジンにおける空燃比制御（吸気量を基準とした燃料噴射制御）と異なり、噴射量の増減制御を介してコントロールされる。従って、ディーゼルスロットルバルブ２２２を介して吸入される吸入空気の量には、少なくともその上限側に実質的な制限はなく、ディーゼルスロットルバルブ２２２は、エンジン２００の動作期間の大部分の領域において、基本的に全開位置に制御される。
【００６４】
エンジン２００の要求負荷は、不図示のアクセルペダルの操作量（即ち、ドライバによる操作量）たるアクセル開度Ａｃｃに応じて決定される。アクセル開度Ａｃｃは、アクセル開度センサ１１により検出され、アクセル開度センサ１１と電気的に接続されたＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で把握される構成となっている。総体的には、アクセル開度が小さい程要求負荷は小さく、アクセル開度が大きい程要求負荷は大きくなる。要求負荷の大小とは、要求出力の大小と相関するから、エンジンシステム１０において、エンジン要求出力は、アクセル開度Ａｃｃに応じて変化する。
【００６５】
一方、連通管２０６の集約部分（即ち、個々の気筒２０２に分岐する分岐部分よりも上流側（サージタンク２０５側）の部分であって、下流側管路２０４ｂとの接続部分）には、単一のインパルス弁２２４が設けられている。インパルス弁２２４は、後述する弁体２２４Ａの位置に応じて規定される開度が、下流側管路２０４ｂ（一義的にサージタンク２０５）と連通管２０６との連通を遮断する全閉開度と、下流側管路２０４ｂ（一義的にサージタンク２０５）と連通管２０６とをほぼ全面的に連通させる全開開度との間で連続的に変化するように構成された、本発明に係る「吸気制御弁」の一例たる電磁制御弁である。尚、インパルス弁２２４は、下流側管路２０４ｂに設けられていてもよい。
【００６６】
（インパルス弁の構成）
ここで、図２を参照し、インパルス弁２２４の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、第１実施形態に係るインパルス弁２２４の周辺の模式的な断面図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００６７】
図２において、インパルス弁２２４は、弁体２２４Ａ、ハウジング２２４Ｂ、回転軸２２４Ｃ、駆動モータ２２４Ｄ及び駆動回路２２４Ｅを備えた弁装置として構成されている。
【００６８】
弁体２２４Ａは、図示断面における面内で回転可能に構成された回転体である。
【００６９】
ハウジング２２４Ｂは、吸気通路２０４上に設けられ、内部に弁体２２４Ａが挿入されることで典型的な弁を構成する、所謂バルブハウジングである。ハウジング２２４Ｂは、その内部において弁体２２４Ａが図示断面における面内で回転可能に支持され、該弁体２２４Ａが回転することによって、インパルス弁２２４の開度の調整が行われる。
【００７０】
回転軸２２４Ｃは、弁体２２４Ａの回転中心を規定する軸体であり、駆動モータ２２４Ｄの回転軸に連結されている。
【００７１】
駆動モータ２２４Ｄは、三相交流型の電動機であり、その回転軸には上述した回転軸２２４Ｃが連結されている。駆動モータ２２４Ｄは、当該回転軸に連結され且つ永久磁石が付設されてなる不図示のロータが、駆動回路２２４Ｅにより駆動モータ２２４Ｄ内に形成される磁界の作用によって回転することにより、その回転方向に駆動力を発生する構成となっている。
【００７２】
駆動回路２２４Ｅは、駆動モータ２２４Ｄに形成される磁界の状態を制御することが可能に構成された電力制御回路である。駆動回路２２４Ｅは、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によりその動作が上位に制御される構成となっている。
【００７３】
詳細には、駆動回路２２４Ｅは、ステータへの通電を介して駆動モータ内部に形成される磁界の状態を制御することが可能に構成された、インバータを含む電流制御回路である。駆動回路２２４Ｅは、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によりその動作が上位に制御される構成となっている。上述した駆動モータ２２４Ｄは、ＤＣブラシレスモータであり、その駆動電圧は、直流電圧たる駆動電圧Ｖｄｃであるが、その駆動電流は、駆動回路２２４Ｅ内のインバータにより生成される、ｕ相、ｖ相及びｗ相に対応する三相交流電流として制御される構成となっている。
【００７４】
詳細には、図２において、インパルス弁２２４は、吸気管２０４内において、図示する面内で回動可能に構成されている。尚、図示された白抜き矢線は、吸入空気の流れ方向を示している。
【００７５】
特に、本実施形態では、一端部分Ａ１を有する弁体２２４Ａが、回転軸２２４Ｃを軸として図２中の基準位置Ａ０から回転する回転角度θ（以下、適宜、「インパルス弁の角度θ」と称す）によって、インパルス弁２２４における開度等の回動状態を規定する指標値の一例が構成されている。ここで、インパルス弁の角度θ＝０°の場合（太破線で示されるインパルス弁の位置に相当する開度）が、全開位置ＯＰに相当しており、インパルス弁の角度θ＝９０°の場合（一点砂線で示されるインパルス弁の位置に相当する開度）が、全閉位置ＣＬに相当している。
【００７６】
一方、インパルス弁２２４の動作範囲のうち、インパルス弁の角度θが、「θｔｈ  ≦θ≦  １８０−θｔｈ」に相当する領域は、不感帯領域となっている。ここで、不感帯領域について説明すると、不感帯領域において、吸気管２０４は若干拡幅されており、インパルス弁２２４が回動した場合に、吸気管２０４の内壁部分とインパルス弁２２４の端部との間隙が、概略一定に維持される構成となっている。このため、不感帯領域では、インパルス弁２２４がどの位置にあっても、吸入空気の流れは実質的に遮断される。即ち、図中でインパルス弁２２４を境にして右側の領域への吸入空気の流れが遮断される構成となっている。
【００７７】
特に、ＥＣＵ１００の制御下で、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄは、弁体２２４Ａの一端部分Ａ１が、図２に示されたインパルス弁２２４の目標開度に相当する目標回転角度θｔｇｔが示す方向を追従するように、弁体２２４Ａを回転させる。具体的には、図２中の点線の矢印が示す弁体２２４Ａの回転軸２２４Ｃから一端部分Ａ１へ向かう方向が、目標回転角度θｔｇｔが示す方向を追従するように、弁体２２４Ａは回転される。即ち、駆動回路２２４Ｅからの電力の供給を受け、駆動モータ２２４Ｄ内には、駆動モータ２２４Ｄのロータを当該目標回転角度θｔｇｔに相当する位置に回転させるための、或いは当該目標回転角度に相当する位置に保持するための磁界が形成され、当該ロータに間接的に固定された弁体２２４Ａの一端部分Ａ１が、目標回転角度θｔｇｔが示す方向と殆ど又は完全に一致するようにして、目標回転角度θｔｇｔが示す方向を追従する。尚、上述した開角の制御範囲内において、弁体２２４Ａは、時計回り方向にも反時計回り方向にも回転可能でよい。このように、エンジン２００では、ディーゼルスロットルバルブ２２２よりも下流側においてインパルス弁２２４を備えることにより、各気筒２０２への吸入空気の供給の有無が、インパルス弁２２４の開閉状態に応じて制御される構成となっている。
【００７８】
一般的に、上述した目標回転角度θｔｇｔは、定常時の目標回転角度θｔｇｔを意味し、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａが、車両の運転状態に応じて、連続的に回転が継続している回転状態の下で、定義される目標回転角度を意味する。
【００７９】
詳細には、本願発明者による研究によれば、弁体２２４Ａが連続的に回転を継続している回転状態の下では、弁体２２４Ａは運動エネルギー（例えば回転運動エネルギー）を有しているので、ＥＣＵ１００の制御下で、弁体２２４Ａの回転を行うために必要な駆動モータ２２４Ｄ及び駆動回路２２４Ｅにおける電力消費量は、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの回転を開始する場合と比較して小さいことが判明している。
【００８０】
具体的には、定常時の目標回転角度θｔｇｔは、次の式（１）に示されるように、時間変数ｔ、エンジン回転数Ｎｅ、及びエンジンに要求される出力トルクｔｒｑを入力情報とする所定関数ｆ（ｔ，Ｎｅ，ｔｒｑ）に基づいて定義される回転角度を意味する。
θｔｇｔ  ＝  ｆ（ｔ，Ｎｅ，ｔｒｑ）  ・・・・・  （１）
但し、ｔ：時間変数
Ｎｅ：エンジン回転数
ｔｒｑ：エンジンの出力トルク  。
【００８１】
図１に戻り、連通管２０６におけるインパルス弁２２４の近傍には、回転角センサ２２５が設置されている。回転角センサ２２５は、ロータの２相コイルから出力される電圧の位相が変化することを利用して回転角度を検出することが可能な、所謂、レゾルバであり、インパルス弁２２４の開度（即ち、一義的に弁体２２４Ａの位置）を検出することが可能に構成されている。また、回転角センサ２２５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたインパルス弁２２４の開度は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で把握される構成となっている。尚、インパルス弁２２４の開度を検出する手段は、レゾルバに限定されない。
【００８２】
排気管２１４には、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２２６が設置されている。ＤＰＦ２２６は、エンジン２００から排出されるＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集可能且つ浄化可能に構成されている。また、気筒２０２を収容するシリンダブロック２０１には、水温センサ２２７が配設されている。シリンダブロック２０１内部には、気筒２０２を冷却するための冷却水（例えば、ＬＬＣ）の流路たるウォータジャケットが張り巡らされており、当該ウォータジャケット内部において、冷却水が不図示の循環系の作用により循環供給されている。水温センサ２２７は、このウォータジャケット内部に検出端子の一部が露出しており、冷却水の温度を検出することが可能に構成されている。水温センサ２２７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された冷却水温は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で把握される構成となっている。
【００８３】
尚、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、本発明に係る「内燃機関」の一例として、ディーゼルエンジンたるエンジン２００が採用されているが、本発明に係る内燃機関とはディーゼルエンジンのみを指すものではなく、無論ガソリンエンジンや、アルコール混合燃料を使用するエンジン等であってもよい。また、説明の煩雑化を防ぐ目的から、本実施形態に係るエンジン２００には、ＥＧＲ装置等の排気再循環装置が装着されないが、無論好適な一形態としてエンジン２００に排気再循環装置が装着されていてもよい。ここで、排気再循環装置が装着されない構成に鑑みれば、本実施形態におけるエンジン２００において、各気筒２０２に吸気ポートを介して吸入される吸気は、吸気管２０４を介して導かれる吸入空気のみにより構成される。
【００８４】
このように、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、吸気管２０４（上流側管路２０４ａ及び下流側管路２０４ｂを含む）、コンプレッサ２１８、インタークーラ２２１、サージタンク２０５、連通管２０６及びインパルス弁２２４を含む吸気系が、所謂、内燃機関の吸気装置の一例をなしており、特に、サージタンク２０５の下流側に位置するインパルス弁２２４の下流側において連通管２０６が各気筒に対し分岐する、所謂一弁式のインマニレス吸気系として構成されている。但し、本発明に係る内燃機関は、例えばサージタンク２０５に対し相互に独立した吸気マニホールドが接続され、個々の吸気マニホールドを介して各気筒２０２へ吸入空気が導かれる構成を有していてもよい。この場合、複数の吸気マニホールドの一部にインパルス弁が設置されていてもよいし、各吸気マニホールドにインパルス弁が設置されていてもよい。
【００８５】
（動作原理）
次に、図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る吸気制御弁の制御装置の吸気制御弁の始動時の動作原理について説明する。ここに、図３は、本発明の実施形態に係るインパルス弁の制御装置を統括制御するＥＣＵにおける、インパルス弁の始動時の制御処理の流れを示したフローチャートである。尚、図３で示された制御処理は、ＥＣＵ１００によって、所定周期で繰り返し実行される。
【００８６】
図３に示されるように、先ず、ＥＣＵ１００の制御下で、インパルス弁２２４の回転動作において、フィードフォワード制御の制御期間であるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。ここで、インパルス弁２２４の回転動作において、フィードフォワード制御の制御期間であると判定される場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１００の制御下で、インパルス弁２２４の動作が、フィードフォワード制御によって行われる（ステップＳ１０２）。
【００８７】
ここに、本実施形態に係るフィードフォワード制御とは、典型的には、駆動電流等の変数値（所謂、制御値）を予め決定された所定マップや所定関数に基づいて変化させることによって吸気制御弁に所定動作速度を発生させる吸気制御弁の制御手法を意味する。また、本発明に係る所定動作速度は、典型的には、内燃機関の運転状態に応じた所望となる動作速度と一致するように、実験的、理論的、経験的、又はシミュレーション等によって、個別具体的に定義されてよい。典型的には、ＥＣＵ１００の制御下で、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄは、インパルス弁の角度θが、所定マップや所定関数に基づいて予め決定された所定回転角度となるように、駆動される。
【００８８】
他方、上述のステップＳ１０１の判定の結果、インパルス弁２２４の回転動作において、フィードフォワード制御の制御期間であると判定されない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ１００の制御下で、インパルス弁２２４の動作が、フィードバック制御によって行われる（ステップＳ１０３）。ここに、本実施形態に係るフィードバック制御とは、典型的には、吸気制御弁の目標となる目標開度と、吸気制御弁の実際の実開度との偏差がゼロに近付くように、駆動電流等の変数値（所謂、制御値）を変化させる吸気制御弁の制御手法を意味する。典型的には、ＥＣＵ１００の制御下で、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄは、インパルス弁の角度θの実際の実角度と、目標回転角度との偏差がゼロに近付くように、駆動される。
【００８９】
（本実施形態に係る作用と効果との検討）
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態に係る作用と効果について検討する。ここに、図４は、本実施形態に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度、インパルス弁の角加速度、及び、インパルス弁の駆動回路及び駆動モータに印加する電流量（以下適宜、「モータ通電量」と称す）と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図４（ａ）乃至図４（ｄ））である。図５は、比較例に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度、インパルス弁の角加速度、及び、インパルス弁の駆動回路及び駆動モータに印加する電流量と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図５（ａ）乃至図５（ｄ））である。
【００９０】
また、図４及び図５（並びに、後述される図６及び図７）中の横軸は、時間の流れに沿ったクランク角度の変化を１周期、即ち、７２０度の範囲で示し、図４中の縦軸は、回転角度（以下、適宜、「角度」と称す）、角速度及び角加速度の大きさを、単位として、（度）、（度／秒）及び（度／秒／秒）で夫々示す。
【００９１】
本実施形態によれば、図４（ｄ）のモーター通電量のグラフに示されるように、フィードフォワード制御とフィードバック制御とが時間軸上、交互に行われてよい。即ち、図４中の期間Ａ又は制御期間Ａ（即ち、本発明に係る「第１制御期間」の一具体例）において、フィードフォワード制御が行われ、期間Ｂ又は制御期間Ｂ（即ち、本発明に係る「第２制御期間」の一具体例）において、フィードバック制御が行われる。
【００９２】
このように、インパルス弁のフィードフォワード制御が行われる制御期間Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・、Ａｎ、・・・と、インパルス弁のフィードバック制御が行われる制御期間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・、Ｂｎ、・・・とを峻別又は区別することにより、インパルス弁のフィードフォワード制御が行われる際に必要な駆動電流の成分と、インパルス弁のフィードバック制御が行われる際に必要な駆動電流の成分とが重ねあわされて又は同時に駆動手段に供給されることを殆ど又は完全になくすことが可能である。
【００９３】
詳細には、駆動電流の大きさが予測可能なフィードフォワード制御が行われる制御期間Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・、Ａｎ、・・・において、最大値の予測が困難であるフィードバック制御に基づく駆動電流が、例えばアクチュエータ等の駆動手段に殆ど又は完全に供給されない。と共に、最大値の予測が困難である駆動電流が供給されるインパルス弁のフィードバック制御が行われる制御期間Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・、Ｂｎ、・・・において、フィードフォワード制御に基づく駆動電流が、駆動手段に殆ど又は完全に供給されない。これにより、この駆動手段に流れる駆動電流の最大値を効果的に低減することが可能である。具体的には、本実施形態に係る図４（ｄ）中の矢印で示された電流の範囲の大きさは、フィードフォワード制御における予測可能な駆動電流の大きさと概ね等しくなるので、後述の比較例に係る図５（ｄ）中の矢印で示された、フィードフォワード制御に必要な駆動電流と、フィードバック制御に必要な駆動電流とが重ねあわされた電流の範囲と比較して、顕著に小さくなる。
【００９４】
これにより、駆動手段の駆動回路を流れる電流の許容値を低減することが可能であるので、駆動手段の駆動回路を簡素化することが可能である。この結果、インパルス弁の駆動手段の駆動回路の設計コスト及び製造コストの低下を実現可能である。加えて、インパルス弁の駆動手段の駆動回路における消費電力を顕著に低減することが可能である。尚、期間Ｂでは、フィードフォワード制御に基づく駆動電流が殆ど又は完全に流れなくてよい。或いは、フィードフォワード制御に基づく駆動電流として、上述した駆動回路の電流の許容範囲内に収まるように、微小な一定値の電流が流れていてよい。
【００９５】
仮に、インパルス弁の開度を目標開度に追従させるために、インパルス弁のフィードバック制御を常時行う場合、フィードフォワード制御が行われる際に必要な駆動電流の成分と、フィードバック制御が行われる際に必要な駆動電流の成分とが重ねあわされて駆動手段に供給される可能性が高いため、駆動手段の駆動回路に瞬間的に要求される電流量が増大してしまう。このため、駆動手段の駆動回路に流れる電流の許容値をできるだけ大きくさせる回路構成とする必要が生じてしまい、駆動手段の駆動回路の設計コスト及び製造コストが上昇してしまうという技術的な問題点が生じる。
【００９６】
具体的には、図５（ｄ）中のモーター通電量のグラフに示されるように、インパルス弁のフィードバック制御を常時行う場合、インパルス弁の目標開度（即ち、インパルス弁の所望となる目標回転角度）と、インパルス弁の実際の実開度（即ち、インパルス弁の実際の回転角度）との間にズレが生じた場合、その目標開度と実開度との偏差に応じたフィードバック制御の駆動電流が駆動回路に常時供給される。このため、このフィードバック制御に必要な駆動電流の成分と、フィードフォワード制御に必要な駆動電流の成分とが重ねあわされて駆動手段に供給されるため、駆動手段の駆動回路に瞬間的に要求される電流量が増大してしまう。このため、駆動手段の駆動回路に流れる電流の許容値をできるだけ大きくさせる回路構成とする必要が生じてしまい、駆動手段の駆動回路の製造コスト及び設計コストが上昇してしまうという技術的な問題点が生じる。
【００９７】
（第２実施形態）
次に、図６を参照して、第２実施形態に係るインパルス弁の作用及び効果について説明する。ここに、図６は、第２実施形態に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度、インパルス弁の角加速度、及び、インパルス弁の駆動回路及び駆動モータに印加する電流量と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図６（ａ）乃至図６（ｄ））である。
【００９８】
第２実施形態によれば、図６（ｂ）、図６（ｃ）及び図６（ｄ）中の期間Ｂ１の斜線部分に示されるように、フィードバック制御を行った際に、駆動電流の積分値が所定値を超え、インパルス弁の動作速度が増加した場合、図６（ｂ）、図６（ｃ）及び図６（ｄ）中の期間Ａ３に示される加速側フィードフォワード制御の制御期間をより長くさせる。このように、フィードバック制御の駆動電流と比較して、駆動電流の時間積分をより大きくさせるフィードフォワード制御の制御期間を長くさせることにより、インパルス弁の目標開度に追従するために必要な電力量を、フィードフォワード制御の制御期間において駆動電流の最大値を増大させることなく確保でき、次回のフィードフォワード制御によって、インパルス弁を十分に加速することができる。ここに、本実施形態に係る駆動電力量とは、典型的には、電流値若しくは電圧値、電流値の積分値、電圧値の積分値、又は電力量などの電気的エネルギーの物理量を意味する。また、本実施形態に係る所定値とは、典型的には、インパルス弁が等速回転運動を行うために必要な駆動電力量の基準値を意味してよい。
【００９９】
これにより、このフィードフォワード制御に続いて行われるフィードバック制御によって、インパルス弁を加速するための駆動電流を供給する必要がなくなるので、インパルス弁の目標開度に追従するためのフィードバック制御をより小さな駆動電流で行うことが可能である。以上の結果、インパルス弁の駆動手段に流れる駆動電流の最大値をより効果的に低減することが可能である。
【０１００】
典型的には、フィードバック制御の駆動電流の時間積分値に応じて、次のフィードフォワード制御の制御期間Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・の長さを変化させてよい。即ち、フィードバック制御の駆動電流の時間積分値の大小を検知して、インパルス弁の開弁動作時（若しくは閉弁動作時）に必要な駆動電力量又はモータ通電量の過不足を推定し、次回のインパルス弁の開弁動作時（若しくは閉弁動作時）に必要な駆動電力量を決定する。この決定の際に、次回に行われるフィードフォワード制御の制御期間Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・を長くすることで、インパルス弁の実開度を目標開度に追従させるフィードバック制御をより小さな駆動電流で行うことが可能である。
【０１０１】
更に、典型的には、インパルス弁の開弁動作中のフィードバック制御の駆動電流の時間積分値が正の場合、その正の時間積分値の大きさに応じて、次回のインパルス弁の開弁動作中のフィードフォワード制御の制御期間Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・を長くしてよい。或いは、インパルス弁の閉弁動作中のフィードバック制御の駆動電流の時間積分値が正の場合、その正の時間積分値の大きさに応じて、次回のインパルス弁の閉弁動作中のフィードフォワード制御の制御期間Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・を長くしてよい。
【０１０２】
他方、インパルス弁の開弁動作中のフィードバック制御の駆動電流の時間積分値が負の場合、その負の時間積分値の大きさに応じて、次回のインパルス弁の開弁動作中のフィードフォワード制御の制御期間Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・を短くしてよい。或いは、インパルス弁の閉弁動作中のフィードバック制御の駆動電流の時間積分値が負の場合、その負の時間積分値の大きさに応じて、次回のインパルス弁の閉弁動作中のフィードフォワード制御の制御期間Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・を短くしてよい。
【０１０３】
（第３実施形態）
次に、図７を参照して、第３実施形態に係るインパルス弁の作用及び効果について説明する。ここに、図７は、第３実施形態に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度、インパルス弁の角加速度、及び、インパルス弁の駆動回路及び駆動モータに印加する電流量と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図７（ａ）乃至図７（ｄ））である。
【０１０４】
第３実施形態によれば、図７（ｂ）中の「平均角速度の小さい期間」から「平均角速度の大きい期間」へ変化する様子を示す矢印ＡＲ１に示されているように、インパルス弁の動作速度の単位時間当たりの変化量が大きくなる場合、即ち、インパルス弁の動作に加速が必要であると予測される場合、図７（ｄ）の期間Ａ３において、モーター通電量が増加され、加速側フィードフォワード制御が行われる。
【０１０５】
或いは、図７（ｂ）中の「平均角速度の大きい期間」から「平均角速度の小さい期間」へ変化する様子を示す矢印ＡＲ２に示されているように、インパルス弁の所定動作速度の単位時間当たりの変化量が小さくなる場合、即ち、インパルス弁の動作に減速が必要であると予測される場合、図７（ｄ）の期間Ａ２において、モーター通電量が減少され、減速側フィードフォワード制御が行われる。
【０１０６】
これにより、インパルス弁の所望となる動作速度に応じて、加速側フィードフォワード制御又は減速側フィードフォワード制御がフィードバック制御の以前に行われるので、フィードフォワード制御に続いて行われる、インパルス弁のフィードバック制御をより小さな駆動電流で行うことが可能である。この結果、インパルス弁の動作において、インパルス弁の所望となる動作速度を妨げる無駄な加減速を殆ど又は完全に無くすことができるので、インパルス弁のフィードフォワード制御及びフィードバック制御を、より省電力で行うことができる。
【０１０７】
尚、本実施形態では、フィードフォワード制御と、フィードバック制御とが交互に行われるのであれば、その態様は限定されない。具体的には、時間軸上、加速側フィードフォワード制御、フィードバック制御、減速側フィードフォワード制御、フィードバック制御、・・・のような実行順番でよい。或いは、加速側フィードフォワード制御、フィードバック制御、加速側フィードフォワード制御、フィードバック制御、・・・のような実行順番でよい。或いは、減速側フィードフォワード制御、フィードバック制御、減速側フィードフォワード制御、フィードバック制御、・・・のような実行順番でよい。
【０１０８】
以上の結果、インパルス弁の弁体２２４Ａが回転する際の駆動電力をより効率的に使用することができるので、インパルス弁の弁体２２４Ａが回転する際の省電力化を実現可能である。これにより、駆動回路２２４Ｅにおいては、制御回路の簡素化を実現できると共に、駆動モータ２２４Ｄにおいては、コイル或いはモータ自体の小型化を図ることが出来、車両への搭載性の向上及び質量の低減を実現することができる。
【０１０９】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の吸気制御装置及び方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係るインパルス弁２２４の周辺の模式的な断面図である。
【図３】第１実施形態に係るインパルス弁の制御装置を統括制御するＥＣＵにおける、インパルス弁の始動時の制御処理の流れを示したフローチャートである。
【図４】第１実施形態に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度、インパルス弁の角加速度、及び、インパルス弁の駆動回路及び駆動モータに印加する電流量と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図４（ａ）乃至図４（ｄ））である。
【図５】比較例に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度、インパルス弁の角加速度、及び、インパルス弁の駆動回路及び駆動モータに印加する電流量と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図５（ａ）乃至図５（ｄ））である。
【図６】第２実施形態に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度、インパルス弁の角加速度、及び、インパルス弁の駆動回路及び駆動モータに印加する電流量と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図６（ａ）乃至図６（ｄ））である。
【図７】第３実施形態に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度、インパルス弁の角加速度、及び、インパルス弁の駆動回路及び駆動モータに印加する電流量と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図７（ａ）乃至図７（ｄ））である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２…気筒、２０４…吸気通路、２０５…サージタンク、２０６…連通管、２０７…吸気バルブ、２１６…タービン、２１８…コンプレッサ、２２１…インタークーラ、２２２…スロットルバルブ、２２４…インパルス弁、２２４Ａ…弁体、２２４Ｂ…ハウジング、２２４Ｃ…回転軸、２２４Ｄ…駆動モータ、２２４Ｅ…駆動回路、Ａ１、Ａ２、Ａ３など…フィードフォワード制御の制御期間、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３など…フィードバック制御の制御期間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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