(57)【要約】本発明の内燃機関（１０）は、複数の気筒を有すると共に吸気通路にインパルス過給のために用いられ得る吸気制御弁を備えた内燃機関において、各気筒の吸気充填効率を気筒間で略等しくするべくなされたものであり、気柱振動の発生に寄与する通路長さを有する吸気通路（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４）を複数の気筒（１６）の各々に対して備えると共に、これら吸気通路（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４）に個別にまたは共通にインパルス過給のための吸気制御弁（５６）を設けていて、前記吸気制御弁（５６）の開閉時期は、各吸気通路（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４）の通路長さ（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４）に対応して設定される。具体的には、前記吸気通路（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４）の通路長さ（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４）は、各気筒（１６）の吸気弁位置からサージタンク（２２）の下流側端部までの長さである。
2008108234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気柱振動の発生に寄与する通路長さを有する吸気通路を複数の気筒の各々に対して備え、
これら吸気通路に個別にまたは共通にインパルス過給に利用可能な吸気制御弁を設け、
該吸気制御弁の開閉時期を各吸気通路の通路長さに対応して設定したことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記吸気通路の各々の通路長さは、各気筒の吸気弁位置からサージタンクの下流側端部までの長さであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記吸気通路の任意の箇所の断面積は略等しいことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記吸気通路の各々は、他の吸気通路と共通の共通吸気通路と、対応する単一の気筒に関する個別吸気通路とを含み、
前記複数の気筒は１つまたは複数の群に分けられ、
１つの群に関して単一の前記共通吸気通路が前記サージタンクと連通することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記複数の気筒は、吸気行程の時期が離れた複数の気筒ごとに群に分けられていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記複数の気筒は、隣り合う複数の気筒ごとに群に分けられていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記吸気制御弁は、前記共通吸気通路に設けられていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項８】
前記吸気制御弁は、前記個別吸気通路に設けられていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項９】
前記吸気制御弁は吸気ポートに設けられていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記吸気制御弁は、前記共通吸気通路と前記個別吸気通路との境界部に設けられていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記吸気制御弁は、前記境界部の分岐部に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記吸気制御弁は、１つの気筒に対する吸気通路を開通させると、その他の気筒に対する吸気通路を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記吸気制御弁は、前記境界部の中間分岐通路に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記個別吸気通路はシリンダヘッドに形成されていて、且つ、前記共通吸気通路の下流側端部は前記シリンダヘッドに形成されていることを特徴とする請求項４から１３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１５】
前記吸気制御弁は複数備えられていて、
吸気行程にある気筒に対する吸気通路に設けられた吸気制御弁は開閉制御され、吸気行程にない気筒に対する吸気通路に設けられた残りの吸気制御弁は閉弁制御されることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１６】
運転状態に応じて前記吸気制御弁を制御する吸気制御弁制御手段を備え、
該吸気制御弁制御手段は、運転状態がインパルス過給運転領域にあるとき、下流側にある気筒の吸気行程の途中で開弁し、その後閉弁するように前記吸気制御弁を制御することを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１７】
前記吸気制御弁制御手段は、運転状態が低回転過給運転領域にあるとき、下流側にある気筒の吸気行程開始時以前に開弁し、その後、該気筒の吸気弁が閉弁する前に閉弁するように前記吸気制御弁を制御することを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関。
【請求項１８】
前記吸気制御弁制御手段は、運転状態が低回転過給運転領域にあるとき、ピストンが下死点付近にあるときに閉弁するように前記吸気制御弁を制御することを特徴とする請求項１７に記載の内燃機関。
【請求項１９】
前記吸気制御弁は複数備えられていて、
前記吸気制御弁制御手段は、吸気行程にある気筒に対する吸気通路に設けられた吸気制御弁を開閉制御し、吸気行程にない気筒に対する吸気通路に設けられた残りの吸気制御弁を閉弁制御することを特徴とする請求項１６から１８のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項２０】
前記吸気制御弁制御手段により前記吸気制御弁が制御されているとき、該吸気制御弁の作動状態、該吸気制御弁下流側の吸気通路の温度、該吸気制御弁下流側の吸気通路の圧力、および、気柱振動の発生に寄与する通路長さを有すると共に該吸気制御弁が設けられた前記吸気通路の形状特性の内の少なくともいずれか１つに基づいて、該吸気制御弁下流側の気筒に吸気行程で吸入された空気量を推定する空気量推定手段を備えることを特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項２１】
前記空気量推定手段によって推定された吸気行程で前記気筒に吸入された空気量に基づいて、該気筒への燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする請求項２０に記載の内燃機関。
【請求項２２】
前記吸気制御弁制御手段により前記吸気制御弁が制御されているとき、該吸気制御弁の作動状態、該吸気制御弁下流側の吸気通路の温度、該吸気制御弁下流側の吸気通路の圧力、および、気柱振動の発生に寄与する通路長さを有すると共に該吸気制御弁が設けられた前記吸気通路の形状特性の内の少なくともいずれか１つに基づいて、該吸気制御弁下流側の気筒に吸気行程で吸入された空気量に対応する量の燃料を該気筒へ噴射するように燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項２３】
前記吸気制御弁の作動状態には、該吸気制御弁の作動の有無、そのインパルス過給用開弁時期、そのインパルス過給用閉弁時期、そのインパルス過給用開弁期間、その低回転過給用閉弁時期、その動作速度の内の少なくともいずれか１つが含まれることを特徴とする請求項２０から２２のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項２４】
前記吸気制御弁下流側の吸気通路の温度は、該吸気制御弁下流側の吸気弁閉弁時の温度であることを特徴とする請求項２０から２３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項２５】
前記吸気制御弁下流側の吸気通路の圧力は、該吸気制御弁下流側の吸気弁閉弁時の圧力であることを特徴とする請求項２０から２４のいずれかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有すると共に吸気通路にインパルス過給のために用いられ得る吸気制御弁を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の手段および方法で各気筒への吸気充填効率を改善することが提案されていて、その一例が日本国特開平７−１３９３６０号公報（文献１）に開示されている。この文献１のＶ型エンジンの吸気装置は、一方のバンクのシリンダへ吸気を供給する第１吸気供給通路と、他方のバンクのシリンダへ吸気を供給する第２吸気供給通路とを互いの両端部でつなぎ、各吸気ポートから伝播する圧力波を周回させるように環状に形成された共鳴用環状通路を有して構成されている。そして、この共鳴用環状通路で圧力波の共振を生じさせ、この共鳴効果により、該装置では各気筒の吸気充填効率を高めるようにしている。
また、日本国特開平９−２５０３５０号公報（文献２）に開示されている内燃機関における吸気装置は、多気筒内燃機関のシリンダヘッドにおける吸気ポート側側面に気筒列方向に延びるように取り付けられるボックス型の本体ケースと、この本体ケース内に一端部が開口すると共に他端部が吸気ポートに連通するように各吸気ポートに対して設けられた吸気管路とを含んでいる。そして、複数の吸気管路の中程部にはそれらを相互連結する仕切板が設けられ、この仕切板によって下流端部が区画形成された該仕切板上流側の本体ケース内の空間がサージタンクとしての作用をなすように構成されている。したがって、あたかも、サージタンク相当部に、各気筒に対応した吸気枝管が直接的に接続されているかのような構成を、この装置は有する。そして、この装置では、各気筒への吸気充填効率向上の点から、各吸気管路内における吸気の流れ抵抗を低減するように、そのような各吸気管路は鋳造ではなく金属パイプや合成樹脂から作られ得る。
さらに、日本国特公平７−２６５３９号公報（文献３）の多気筒エンジンの吸気装置は、サージタンク下流の共通吸気通路と、該共通吸気通路の１箇所から各気筒へ分岐する分岐吸気通路とを備えている。そして、サージタンクと吸気ポートとの間の共通吸気通路と分岐吸気通路とによって形成される吸気通路の長さは、高速域を除く回転域で吸気慣性による過給効果が得られる長さに設定される。これに加えて、着火順序の連続する気筒の各吸気ポート間を連通する分岐吸気通路の長さは、高速時に吸気ポートの開閉によって発生する高圧力波を吸気行程後期にある次の気筒に及ぼして過給効果が得られる長さに設定される。こうすることで、各気筒への吸気充填効率の向上が狙われている。
他方、可変動弁機構によって吸気弁のリフト量等が変更されることで、気筒内への吸入空気量が変化することは知られている。それ故、そのような可変動弁機構を備えた内燃機関では、一律に燃料噴射量が定められることは好ましくなく、気筒内の混合気の空燃比を例えば理論空燃比といった目標空燃比に適切に近づけるべく、適宜それを考慮しつつ燃料噴射量を設定することが望まれる。例えば、日本国特開２００２−１８０８９４号公報（文献４）に記載の装置は、吸気弁のバルブリフト量、作用角、開閉時期、吸気管内の圧力、機関回転数に基づいて吸気下死点時筒内圧を算出し、さらにこの吸気下死点時筒内圧に基づいて燃料噴射量を算出、設定することを可能にする。
ところで、従来から、吸気弁よりも上流側の吸気通路に吸気制御弁を設けて内燃機関への吸気を制御する技術が提案されており、その一例が日本国特開２０００−２４８９４６号公報（文献５）に開示されている。この文献５における吸気制御弁は、過給が望まれていないときには吸気通路を開放するべく開放位置に持続的に保持される。他方、過給が望まれているときには、この吸気制御弁は、機関作動中の吸気行程初期に吸気通路を閉じるべく閉鎖位置に作動され、吸気通路において吸気制御弁上流側とその下流側との圧力差が大きくなったときに吸気通路を開放すべく急激に開放方向に作動される。こうして、文献５の装置では、吸気制御弁下流側の負圧により吸気通路の空気を強く加速し、吸気充填効率を上げるようにしている。このようにして行われる過給は、インパルス過給といわれている。
一般に、内燃機関においては、エアフローメータを用いて検出された空気流量の検出値や、吸気圧センサの検出値に基づいて、各気筒への吸入空気量が推定され、この推定値を用いて燃料噴射制御等が行われている。しかしながら、上述の吸気制御弁を採用した場合、吸気制御弁の作動タイミングに応じて吸気サイクルごとに気筒内への流入空気量が変化するため、そのような一般的なやり方では各気筒への吸入空気量を正確に測定するのは難しい。
そこで、この問題点を解決するべく創案された装置が日本国特開２００６−２８３６３９号（文献６）に開示されている。文献６の装置は、上述の如き吸気制御弁を各気筒の枝管ごとに１つずつ備えた内燃機関において、吸気制御弁作動時の各気筒への吸入空気量をより適切に推定することを可能にするものであり、吸気制御弁の開弁時期と、その閉弁時期または開弁期間と、その開弁時期における吸気制御弁下流側の吸気通路の圧力との３つのパラメータに基づいて、所定の演算を行うことで、吸気制御弁が開いたときに気筒内に流入する空気量を推定するようにしている。そして、この装置では、このようにして推定された空気量に基づいて、燃料噴射量や燃料噴射時期が決定され得る。
さらに、気筒別に分岐している吸気通路に同じく吸気制御弁が設けられ、かつ、気筒から離れた吸気通路の位置に１個または複数個の燃料噴射弁が配置された内燃機関における、吸気制御弁動作中の燃料噴射量の補正例が日本国特開２００５−１８０１８２号公報（文献７）に開示されている。この文献７における装置の構成は、吸気制御弁の動作中、吸気管や吸気ポートの内壁面に付着し、あるいは吸入されずに吸気管内に浮遊した燃料の量（付着量）に基づいて燃料噴射量の補正を行うべく創案されている。
【発明の開示】
【０００３】
多くの車両で用いられている内燃機関は多気筒内燃機関であり、概して、その吸気通路の長さは気筒間で異なる。例えば、各気筒に連通する吸気通路の長さがそれぞれ異なるように構成された内燃機関に上記吸気制御弁が設けられ、上記インパルス過給を行うために、その吸気制御弁が全ての気筒に関して同じように制御されると、気筒間で吸気充填効率（あるいは吸入空気量）に差が生じることになる。これは、気筒ごとに生み出されるトルクに気筒間で差が生じることを意味していて、好ましくない。
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、複数の気筒を有すると共に、吸気通路にインパルス過給のために用いられ得る吸気制御弁を備えた内燃機関において、各気筒の吸気充填効率を気筒間で略等しくすることにある。
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関は、気柱振動の発生に寄与する通路長さを有する吸気通路を複数の気筒の各々に対して備え、これら吸気通路に個別にまたは共通にインパルス過給に利用可能な吸気制御弁を設け、該吸気制御弁の開閉時期を各吸気通路の通路長さに対応して設定したことを特徴とする内燃機関である。
上記構成によれば、吸気制御弁の開閉時期を各吸気通路の通路長さに対応して設定したので、吸気通路の通路長さが気筒間で異なっていても各気筒の吸気充填効率を気筒間で略等しくすることができる。
具体的には、前記吸気通路の各々の通路長さは、各気筒の吸気弁位置からサージタンクの下流側端部までの長さであるとよい。この場合、各吸気通路の上流側端部がサージタンクに開口し、その対応する気筒の吸気弁が開くことでその気筒にその下流側端部が開口する。したがって、吸気弁の開弁時期よりも遅いインパルス過給用開弁時期に吸気制御弁が開弁することで生じる負圧波は吸気通路を上流側に遡り、サージタンクに開口する吸気通路の上流側端部で正圧波に転化され、その正圧波は所望の強度を有しつつ気筒に到達することが可能になる。このように生じた気柱振動により、インパルス過給を行うことが可能になる。
さらに、上記内燃機関において、前記吸気通路の任意の箇所の断面積は略等しいとよい。こうすることで、インパルス過給実行時、吸気通路に発生した気柱振動の減衰を抑制することが可能になる。
上記内燃機関において、前記吸気通路の各々は、他の吸気通路と共通の共通吸気通路と、対応する単一の気筒に関する個別吸気通路とを含み、前記複数の気筒は１つまたは複数の群に分けられ、１つの群に関して単一の前記共通吸気通路が前記サージタンクと連通するとよい。こうすることで、１つの群の複数の気筒に対する複数の吸気通路はまとまってサージタンクに連通することになる。具体的には、前記複数の気筒は、吸気行程の時期が離れた複数の気筒ごとに群に分けられているとよく、こうすることで任意の１つの気筒に関する気柱振動の影響が、他の気筒の吸気に及ぶことは低減される。あるいは、前記複数の気筒は、隣り合う複数の気筒ごとに群に分けられているとよく、こうすることで各気筒に対する吸気通路の通路長さをそれぞれ短くすることが可能になる。
そして、上記種々の内燃機関において、前記吸気制御弁は前記共通吸気通路に設けられているとよい。こうすることで吸気制御弁の数を低減し、コスト削減を図ることができる。
あるいは、上記種々の内燃機関において、前記吸気制御弁は前記個別吸気通路に設けられているとよく、こうすることで各吸気通路の内、吸気制御弁下流側の容積を小さくできる。したがって、インパルス過給実行時、各気筒に関して気柱振動をより効果的に生じさせることが可能になる。この場合、前記吸気制御弁は吸気ポートに設けられているのが望ましい。こうすることで、インパルス過給実行時、気柱振動、換言すると吸気脈動の強制力をより高めることが可能になる。
さらにあるいは、上記種々の内燃機関において、前記吸気制御弁は、前記共通吸気通路と前記個別吸気通路との境界部に設けられているとよい。こうすることで、１つの吸気制御弁を複数の気筒に関して共用させることが可能になる。前記吸気制御弁が前記共通吸気通路と前記個別吸気通路との境界部に設けられるとき、その吸気制御弁は、前記境界部の分岐部に設けられ得、あるいは、前記境界部の中間分岐通路に設けられ得る。特に、吸気制御弁が境界部の分岐部に設けられる場合、前記吸気制御弁は、１つの気筒に対する吸気通路を開通させると、その他の気筒に対する吸気通路を遮断するように構成されているとよい。
上記様々な内燃機関において、前記個別吸気通路はシリンダヘッドに形成されていて、且つ、前記共通吸気通路の下流側端部は前記シリンダヘッドに形成されているとよい。こうすることで、部品点数の削減、各部品の締結機構の省略、気柱振動によって生じる音の低減を図ることが可能になる。
さらに、上記各種の内燃機関において、前記吸気制御弁は複数備えられていて、吸気行程にある気筒に対する吸気通路に設けられた吸気制御弁は開閉制御され、吸気行程にない気筒に対する吸気通路に設けられた残りの吸気制御弁は閉弁制御されるとよい。このようにすることで、吸気行程にある気筒の吸気通路で、気柱振動をより的確に生じさせることが可能になる。
上記種々の内燃機関は、運転状態に応じて前記吸気制御弁を制御する吸気制御弁制御手段を備え、該吸気制御弁制御手段は、運転状態がインパルス過給運転領域にあるとき、下流側にある気筒の吸気行程の途中で開弁し、その後閉弁するように前記吸気制御弁を制御するとよい。こうすることで、運転状態がインパルス過給運転領域にあるとき、インパルス過給を実行することが可能になる。そして、前記吸気制御弁制御手段は、運転状態が低回転過給運転領域にあるとき、下流側にある気筒の吸気行程開始時以前に開弁し、その後、該気筒の吸気弁が閉弁する前に閉弁するように前記吸気制御弁を制御することができる。こうすることで、運転状態が低回転過給運転領域にあるとき、低回転過給を実行することが可能になる。具体的には、前記吸気制御弁制御手段は、運転状態が低回転過給運転領域にあるとき、ピストンが下死点付近にあるときに閉弁するように前記吸気制御弁を制御するのが望ましい。こうすることで、より適切に低回転過給を生じさせることが可能になる。そして、さらに好ましくは、前記吸気制御弁は複数備えられていて、前記吸気制御弁制御手段は、吸気行程にある気筒に対する吸気通路に設けられた吸気制御弁を開閉制御し、吸気行程にない気筒に対する吸気通路に設けられた残りの吸気制御弁を閉弁制御するとよい。このようにすることで、吸気行程にある気筒の吸気通路で、気柱振動をより的確に生じさせることが可能になる。
そして、好ましくは、上記種々の内燃機関は、前記吸気制御弁制御手段により前記吸気制御弁が制御されているとき、該吸気制御弁の作動状態、該吸気制御弁下流側の吸気通路の温度、該吸気制御弁下流側の吸気通路の圧力、および、気柱振動の発生に寄与する通路長さを有すると共に該吸気制御弁が設けられた前記吸気通路の形状特性の内の少なくともいずれか１つに基づいて、該吸気制御弁下流側の気筒に吸気行程で吸入された空気量を推定する空気量推定手段を備える。こうすることで、各気筒に吸入された空気量を適切に推定することが可能になる。そして、この場合の内燃機関は、さらに、前記空気量推定手段によって推定された吸気行程で前記気筒に吸入された空気量に基づいて、該気筒への燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えるとよい。こうすることで、気筒に吸入された空気量を適切に考慮して最適の燃料噴射を実行することが可能になるので、より適切に燃料を燃焼室で燃焼させて、所望のトルクを発生させることが可能になる。
あるいは、好ましくは、上記種々の内燃機関は、前記吸気制御弁制御手段により前記吸気制御弁が制御されているとき、該吸気制御弁の作動状態、該吸気制御弁下流側の吸気通路の温度、該吸気制御弁下流側の吸気通路の圧力、および、気柱振動の発生に寄与する通路長さを有すると共に該吸気制御弁が設けられた前記吸気通路の形状特性の内の少なくともいずれか１つに基づいて、該吸気制御弁下流側の気筒に吸気行程で吸入された空気量に対応する量の燃料を該気筒へ噴射するように燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備える。こうすることで、気筒に吸入された空気量を適切に考慮して最適の燃料噴射を実行することが可能になる。したがって、より適切に燃料を燃焼室で燃焼させて、所望のトルクを発生させることが可能になる。
ただし、望ましくは、前記吸気制御弁の作動状態には、該吸気制御弁の作動の有無、そのインパルス過給用開弁時期、そのインパルス過給用閉弁時期、そのインパルス過給用開弁期間、その低回転過給用閉弁時期、その動作速度の内の少なくともいずれか１つが含まれる。この場合、前述の空気量推定手段あるいは前述の燃料噴射制御手段は、吸気制御弁の作動状態を考慮することで、吸気制御弁による吸気通路を流れる空気への影響を適切に考慮することが可能になる。
なお、前記吸気制御弁下流側の吸気通路の温度は、該吸気制御弁下流側の吸気弁閉弁時の温度であるとよい。また、前記吸気制御弁下流側の吸気通路の圧力は、該吸気制御弁下流側の吸気弁閉弁時の圧力であるとよい。これらの場合、吸気制御弁下流側の吸気通路の温度や圧力は、吸気行程末期あるいは圧縮行程初期の気筒内の温度や圧力に相当する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、第１実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略図である。
図２は、図１の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図であり、（ａ）は吸気マニホールド周囲の構成を、（ｂ）は＃１の気筒に関する振動吸気通路を、（ｃ）は＃２の気筒に関する振動吸気通路を、（ｄ）は＃３の気筒に関する振動吸気通路を、そして（ｅ）は＃４の気筒の関する振動吸気通路を説明するための図である。
図３は、第１実施形態の制御フローチャートの一例である。
図４は、第１実施形態に基づくモデルでのシミュレーション結果の内、インパルス過給実行時の吸気制御弁の開閉時期と、吸気制御弁下流側の圧力との関係を概念的に表したタイムチャートであり、４つの気筒の各々に関する吸気行程でのシミュレーション結果を分けて表した図である。
図５は、第２実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図６は、第２実施形態に基づくモデルでのシミュレーション結果の内、インパルス過給実行時の吸気制御弁の開閉時期と、吸気制御弁下流側の圧力との関係を、４つの気筒の各々に関して分けて概念的に表したタイムチャートである。
図７は、第３実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図８は、第４実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図９は、第５実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図１０は、第６実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図１１は、第７実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図１２は、第８実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図１３は、第９実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図１４は、第１０実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図１５は、図１４の吸気制御弁の拡大模式図である。
図１６は、第１１実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図１７は、第１２実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図１８は、第１２実施形態の吸気制御弁の作動例を説明するための概念的な図であり、（ａ）は、気筒１６の各々に関してインパルス過給実行時の吸気行程での吸気制御弁の開閉位置とそのときの吸気弁の開閉位置との関係を表した図であり、（ｂ）は（ａ）の吸気制御弁の開閉位置のみを抽出して並べた図であり、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）に表した吸気制御弁の開閉位置を実現するための、第１２実施形態での吸気制御弁の作動弁位置を表した図である。
図１９は、第１３実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図２０は、第１４実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図２１は、第１５実施形態の内燃機関の吸気系の内、サージタンクおよびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図２２は、第１５実施形態の吸気制御弁の作動例を説明するための概念的な図であり、（ａ）はインパルス過給実行時の各気筒の吸気行程での吸気制御弁の開閉位置のみを抽出して並べた図であり、（ｂ）は（ａ）に表した吸気制御弁の開閉位置を実現するための、第１５実施形態での吸気制御弁の作動弁位置を表した図である。
図２３は、第１６実施形態の内燃機関の吸気系の内、フィルタ部材およびそれよりも下流側の部分の概略図である。
図２４は、第１７実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略図である。
図２５は、第１７実施形態での実行燃料噴射量決定用のフローチャートである。
図２６は、第１８実施形態での実行燃料噴射量決定用のフローチャートである。
図２７は、第１９実施形態での実行燃料噴射量決定用のフローチャートである。
図２８は、第２０実施形態での実行燃料噴射量決定用のフローチャートである。
図２９Ａは、運転状態が第１運転領域にあるときの吸気弁および吸気制御弁の吸気行程での各開度と筒内圧との関係を概念的に表したグラフである。
図２９Ｂは、運転状態が第２運転領域にあるときの吸気弁および吸気制御弁の吸気行程での各開度と筒内圧との関係を概念的に表したグラフである。
図２９Ｃは、運転状態が第３運転領域にあるときの吸気弁および吸気制御弁の吸気行程での各開度と筒内圧との関係を概念的に表したグラフである。
図３０は、第２１実施形態での実行燃料噴射量決定用のフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。まず、本発明の第１実施形態について説明する。
第１実施形態が適用された車両の内燃機関システムを概略的に図１に示す。本第１実施形態における内燃機関（エンジン）１０は、燃料である軽油をインジェクタ１２から圧縮状態にある燃焼室１４内に直接噴射することにより自然着火させる型式の内燃機関、すなわちディーゼル機関である。ただし、図１では１つの気筒１６に関してのみ示されているが、内燃機関１０は、内燃機関１０の吸気系の一部を概略的に示した図２（ａ）から明らかなように、直列４気筒型式の内燃機関である。なお、直列に配列された４つの気筒１６を、一端（図２中の左端）から順に＃１、＃２、＃３、＃４で指し示す。
吸気通路１８は、互いに接続されたエアクリーナ１９、吸気管２０、サージタンク２２、吸気マニホールド２４、吸気ポート２６によって区画形成される。特にその下流側端部が吸気ポート２６によって区画形成され、吸気ポート２６の出口が吸気弁２８（図２では不図示）によって開閉される。吸気通路１８の内で断面形状の大きな部分を区画形成する拡大部として、サージタンク２２が設けられる。なお、サージタンク２２に接続される吸気マニホールド２４に関しては、後で詳述する。排気通路３０は、互いに接続された排気ポート３２、排気マニホールド３４、触媒３６および排気管３８によって区画形成される。特にその上流側端部が排気ポート３２によって区画形成され、排気ポート３２の入口が排気弁４０によって開閉される。このように吸気弁２８により開閉される吸気通路１８や排気弁４０により開閉される排気通路３０は、それらの開弁時に、シリンダヘッド４２、シリンダブロック４４および、このシリンダブロック４４の気筒１６内に往復動可能に収容されているピストン４６により区画形成された燃焼室１４に連通する。
動弁機構４８は、吸気弁２８および排気弁４０を、コンロッド５０を介してピストン４６が連結されているクランク軸５２の回転に同期して、個別に任意の開度およびタイミングで制御することが可能な機構である。具体的には、動弁機構４８は、吸気弁２８と排気弁４０とにそれぞれ個別に設けられたソレノイドを含んでいる。なお、このような構成に代えて、動弁機構４８としては例えば単一の弁に適用される２種類のカムを油圧によって切り替えることによってバルブタイミングおよびカムプロフィールを任意に変更できる可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ；  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を用いてもよい。動弁機構４８は、吸気弁２８と排気弁４０とが同時に開くバルブオーバーラップを実現可能である。
触媒３６は排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の有害物質を除去するために設けられる。なお触媒３６は、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ触媒等であり得る。触媒は複数個設けられてもよい。
吸気通路１８には、図１では、上流側から順にエアフローメータ５４、吸気制御弁５６、圧力センサ５８が設けられている。エアフローメータ５４は、これを通過する空気流量に応じた信号を制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）６０に出力する。圧力センサ５８は、吸気絞り弁５６よりも下流側の吸気通路の圧力に応じた信号をＥＣＵ６０に出力する。なお、吸気制御弁上流側、特に、サージタンク２２上流側の吸気通路の圧力を検出するための圧力センサが設けられてもよい。
上記吸気通路１８は、それを上流側から下流側にたどると、エアクリーナ１９の箇所でその断面形状が大きく、その下流側の吸気管２０の箇所でその断面形状が小さくなり、さらにその下流側のサージタンク２２の箇所でその断面形状が大きくなり、その後、吸気マニホールド２４の箇所でその断面形状が縮小するように形付けられている。それ故、吸気制御弁５６の設置箇所は、後述するインパルス過給等のために、吸気通路１８の内、サージタンク２２よりも下流側である必要がある。すなわち、吸気制御弁５６の設置箇所は、吸気通路１８下流側端部すなわち各気筒１６の吸気弁２８位置よりも上流側であり、且つ、サージタンク２２、特にサージタンク２２下流側端部よりも下流側の位置である。
本第１実施形態では、吸気通路１８には吸気制御弁５６がただ１つ設けられる。つまり、ただ１つの吸気制御弁５６は各気筒１６の吸気の制御に関して共用される。それ故、吸気マニホールド２４は、サージタンク２２につながる、４つの気筒１６に関して共通の共通部２４ａと、各気筒１６に対応して分岐される分岐部２４ｂとを含む。ここでは、その共通部２４ａに、吸気制御弁５６は設けられる。なお、図では明らかにされていないが、圧力センサ５８も共通部２４ａに設けられる。
ここで、吸気通路１８の内、各気筒１６の吸気弁２８位置からサージタンク２２の下流側端部までの吸気通路を、すなわちサージタンク２２よりも下流側に形成された各気筒１６に対する吸気通路を、それぞれ「振動吸気通路」Ｐ１と称する。これは、各振動吸気通路Ｐ１が、インパルス過給を効果的に行うことを可能にするべく、気柱振動の発生に寄与する通路長さを有するように設計されるからである。振動吸気通路Ｐ１は４つの気筒１６の各々に対応してあるので４つある。それらの各々を、気筒番号を更に付した符号で指し示す。例えば、＃３の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１を、符号「Ｐ１３」で指し示す。なお、図２（ｂ）の斜線部は＃１の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１１を表し、図２（ｃ）の斜線部は＃２の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１２を表し、図２（ｄ）の斜線部は＃３の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１３を表し、図２（ｅ）の斜線部は＃４の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１４を表す。
本第１実施形態では、４つの気筒１６は１つの群に分けられ、すなわち１つの群にまとめられていて、４つの気筒１６の各々には、サージタンク２２を通った空気が、上記共通部２４ａにより形成された１つの共通の吸気通路を介して供給される。つまり、図２から明らかなように、第１実施形態の４つの気筒１６に関する４つの振動吸気通路Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４は、上流側で１つになってサージタンク２２に連通している。このように複数の気筒１６の各々の振動吸気通路Ｐ１が合わさって形成するそれらに共通の吸気通路であって、サージタンク２２の下流側端部に連通する吸気通路を、以下「共通吸気通路」Ｐ２と称する。
振動吸気通路Ｐ１の各々は、サージタンク２２に直接連通している上記共通吸気通路Ｐ２と、対応する単一の気筒１６にのみ関する「個別吸気通路」Ｐ３とを含む（図２参照）。つまり、本第１実施形態では、共通吸気通路Ｐ２は１つあり、個別吸気通路Ｐ３は４つある。なお、上記振動吸気通路Ｐ１と同様に、個別吸気通路Ｐ３の各々も、気筒番号を更に付した符号で指し示される。共通吸気通路Ｐ２は共通部２４ａで区画形成され、４つの個別吸気通路Ｐ３は分岐部２４ｂによって区画形成される。
本第１実施形態では、図２から明らかなように、各気筒１６からでた４つの振動吸気通路Ｐ１は気筒列方向Ｄに曲がるように形作られているので、＃１の気筒１６側に共通吸気通路Ｐ２が位置付けられる。それ故、４つの気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１の内、＃１の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１１の通路長さＬ１１（図２（ｂ）参照）が一番短く、＃２の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１２の通路長さＬ１２（図２（ｃ）参照）、＃３の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１３の通路長さＬ１３（図２（ｄ）参照）、＃４の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１４の通路長さＬ１４（図２（ｅ）参照）の順に長くなる（Ｌ１１＜Ｌ１２＜Ｌ１３＜Ｌ１４）。
なお、本第１実施形態の内燃機関１０では、「＃１，＃３，＃４，＃２」の気筒順で周期的に吸気行程での吸気および混合気の燃焼が行われる。つまり、＃４の気筒１６は、＃１の気筒１６の動作からクランク角３６０°遅れた位相で、＃１の気筒１６の動作と同様に動作し、＃２の気筒は、＃３の気筒１６の動作からクランク角３６０°遅れた位相で、＃３の気筒１６の動作と同様に動作する。
上記内燃機関１０に関する電気的構成について述べる。ＥＣＵ６０には、前述のインジェクタ１２、エアフローメータ５４、吸気制御弁５６、圧力センサ５８のほか、クランク角センサ６２、酸素濃度センサ６４、アクセル開度センサ６６が接続されている。インジェクタ１２は、ＥＣＵ６０から出力されるオンオフ信号に基づいて開閉され、これによって燃料噴射を実行・停止する。クランク角センサ６２は、クランク軸５２の所定の位相間隔でパルス信号をＥＣＵ６０に出力する。ＥＣＵ６０はこのパルス信号に基づいて、クランク軸５２の位相すなわちクランク角を検出すると共に、クランク軸５２の回転速度すなわち機関回転速度を演算する。酸素濃度センサ６４は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号をＥＣＵ６０に出力する。また、アクセル開度センサ６６は、運転者によって操作されるアクセルペダル６８の踏み込み量に対応する位置に応じた信号をＥＣＵ６０に出力する。これによって、ＥＣＵ６０は、アクセル開度を検出することができる。
ＥＣＵ６０は、機関運転状態（運転状態）に応じて燃料噴射量、燃料噴射時期を定めて燃料噴射制御を行う。すなわち、ＥＣＵ６０は、主に、クランク角センサ６２の出力信号に基づいて得られる機関回転速度と、エアフローメータ５４の出力値に基づいて得られる空気流量すなわち空気量とから、予め記憶されたマップ化されたデータを検索する。そして、ＥＣＵ６０はインジェクタ１２における燃料噴射量および燃料噴射時期を決定し、これら各値に基づいてインジェクタ１２を制御する。
ただし、ＥＣＵ６０は、エアフローメータ５４の出力信号に基づいて得られる空気量の代わりに、あるいはそれと共に、アクセル開度センサ６６の出力信号に基づいて得られるアクセル開度に基づいて、燃料噴射量および燃料噴射時期を決定することができる。
上記吸気制御弁５６は、吸気通路１８内に配設された弁体５６ａと、それに接続された弁軸５６ｂとを備える。その弁体５６ａは弁軸５６ｂを介してロータリソレノイド等の電動アクチュエータ７０により駆動される。なお吸気制御弁５６の弁体５６ａの開度を検出するセンサがさらに備えられてもよい。吸気制御弁５６は、その全閉時に吸気通路１８を完全に閉止し、すなわち閉塞し、吸気の通過を完全に遮断する密閉性の高い構造となっている。また吸気制御弁５６の電動アクチュエータ７０は高速で作動可能であり、応答性が高く、弁体５６ａを例えば２、３ｍｓ以内に、クランク角の単位では１０°ＣＡ程度のオーダーで、開閉可能である。これにより、吸気制御弁５６は吸気弁２８の開閉と同期して開閉可能である。ここでは吸気制御弁５６はバタフライ式弁となっているが、例えばシャッター弁等の他の形式の弁であってもよい。この吸気制御弁５６の開度は、ＥＣＵ６０から電動アクチュエータ７０に出力される開度信号に応じて、全開から全閉までの任意の開度に、制御される。なお、吸気制御弁５６は、その全閉時に吸気通路１８を完全に閉止しないような、すなわち概ね閉じるような構造を有してもよい。
吸気制御弁５６は、例えば、いわゆるインパルス過給を実行するために使用される。このインパルス過給の概要は、例えば２００３年フランクフルトモーターショーにてＳｉｅｍｅｎｓ  ＶＤＯ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  ＡＧから９月９日にプレス発表された“Ｉｍｐｕｌｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｇｒｅａｔｅｒ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｆｕｎ”に詳述されている。このインパルス過給は、車両の走行中、追い越しなどで急加速が必要なときに有効である。
インパルス過給を行う場合、吸気制御弁５６は、吸気弁２８の開弁開始時には閉弁状態にあり吸気弁２８の開弁よりも遅く開弁するように、例えば吸気弁２８の開弁期間の後期に開弁するように、制御される。まず、吸気弁２８の開弁開始時期から吸気制御弁５６の開弁開始時期までの間に、吸気制御弁５６と吸気弁２８との間の吸気通路（以下、「弁間通路」）Ｐ４に負圧が形成される。この後、吸気制御弁５６が瞬時に開弁されると、負圧波が上流側に遡って、サージタンク２２の下流側端部の開放端で正圧波に転化する。そしてこの正圧波は下流側に進み、この正圧波が吸気制御弁５６を超えて吸気弁２８位置やそれより下流に達することで、吸気制御弁５６の開弁時にその上流側にあった吸気通路内の吸気が一気に燃焼室１４内に流れ込む。このときに吸気弁２８あるいは、吸気制御弁５６および吸気弁２８を閉弁することで、一種の慣性過給効果により多量の吸気を燃焼室１４内に充填することが可能となる。換言すれば、このインパルス過給においては、吸気制御弁の上下流側に形成される差圧を適切な時期に解放し、振動吸気通路Ｐ１で吸気の気柱振動を積極的に発生させることで、吸気に脈動を生じさせて、過給が行われる。この気柱振動を適切に発生させるために、振動吸気通路Ｐ１の径や長さなどは規定されている。振動吸気通路Ｐ１は気筒１６ごとに関して形成されていて、その通路長さＬ１は各気筒１６に関してインパルス過給を行うのに適した気柱振動を生じさせるように予め実験に基づいて定められている。この過給は、吸気制御弁５６の制御を開始するのと同時に開始され、すなわちアクセルペダル６８が踏み込まれたのと同時あるいはその直後に開始される。したがって、現在、車両に用いられている、タービンの立ち上りを待つターボ過給よりも、インパルス過給は応答性に優れ、車両の加速遅れを解消するのに好適である。
吸気制御弁５６は、上記の如く、インパルス過給のために用いることができるが、インパルス過給以外にも各気筒１６への吸気充填効率を調節するために用いることができる。例えば、上記正圧波が燃焼室１４に至る前に吸気弁２８あるいは吸気制御弁５６を閉弁制御することで、意図的に吸入吸気量の低減を図ることが可能である。または、上記正圧波が一旦燃焼室１４に至ってから、それが転じて吸気通路１８に至ってから吸気弁２８を閉弁制御することで、意図的に吸入吸気量の低減を図ることも可能である。なお、吸気制御弁５６を用いた吸気の制御が必要でないとき、例えば上記インパルス過給を行わないとき、吸気制御弁５６は全開の開弁状態に維持制御されてもよい。この場合、吸気弁２８の開弁時期と同じときに吸気制御弁５６を開弁させ、さらに吸気弁２８の閉弁時期と同じときに吸気制御弁５６を閉弁させてもよい。
特に、ＥＣＵ６０は、上述したインパルス過給などに係る吸気制御に関して、略等しい運転状態のときに、全ての気筒１６間で、各気筒１６における吸気充填効率を概ね等しくするために、電動アクチュエータ７０および動弁機構４８の作動を制御する。全ての気筒１６における吸気充填効率すなわち吸入空気量を等しくするため、ＥＣＵ６０は、気筒１６の各々に対応した振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１に対応して設定された吸気制御弁５６の開閉時期に関するデータを検索可能に記憶している。このデータは、吸気弁２８の開閉時期と対応関係にある吸気制御弁５６の開閉時期のデータであり、機関回転速度や機関負荷に基づいて規定されている。なお、機関負荷としてアクセル開度、燃料噴射量、あるいはこの燃料噴射量に基づく燃料負荷率を用いることができる。具体的には、内燃機関１０では、高負荷運転時にインパルス過給が行われるように、吸気制御弁５６の開閉時期および吸気弁２８の開閉時期が設定されている。すなわち、運転状態が高負荷運転領域であるインパルス過給運転領域にあるとき、吸気制御弁５６および吸気弁２８の各々の開閉時期はインパルス過給用の開閉時期に設定される。また、内燃機関１０では、加速要求があったときに、インパルス過給が生じるように、それらの開閉時期が設定されている。そして、ＥＣＵ６０は、それらの開閉時期に応じて吸気制御弁５６や吸気弁２８を制御する。これにより、吸気制御弁５６は吸気弁２８と協働して、吸気を制御する。なお、インパルス過給を行うときの吸気弁２８の開閉時期と、インパルス過給を行わないときの吸気弁２８の開閉時期とは同じであってもよい。
ＥＣＵ６０による吸気制御弁５６の制御に関して、図３のフローチャートに基づいて説明する。図３のフローチャートは、およそ２０ｍｓごとに繰り返される。
ステップＳ３０５では、吸気制御弁５６の開弁時期のセットタイミングか否かが判定される。具体的には、クランク角センサ６２からの出力信号に基づいて求められるクランク角に基づいて予め記憶しておいたデータを検索することで判断される。そして、その開弁時期のセットタイミングであると判断されると肯定され、他方、その開弁時期のセットタイミングでないと判断されると否定される。なお、吸気制御弁５６の開弁時期のセットタイミングか否かの判断は、他の方法および基準によって行われてもよい。
ステップＳ３０５で肯定されると、次ぐステップＳ３１０では、吸気制御弁５６の開弁時期の検索および設定が行われる。まず、いずれの気筒１６の開弁時期なのかが判断される。具体的には、内燃機関１０では上記の如く「＃１，＃３，＃４，＃２」の気筒順で周期的に吸気行程での吸気および混合気の燃焼が行われるので、「＃１，＃３，＃４，＃２」の気筒順で切り換えられるように、各々の気筒１６用の開弁マップが本第１実施形態では設定されている。この開弁マップの切り換えは、ステップＳ３１０に至るごとに、すなわちステップＳ３０５で肯定されるごとに行われる。例えば、＃１の気筒１６の開弁マップが検索可能にされている状態で、ステップＳ３０５で肯定されると、今回は＃３の気筒１６に関する開弁時期だと判断するかのように、＃３の気筒１６の開弁マップが検索可能にされる。このようにして、実質的に、いずれの気筒１６の開弁時期なのかが判断される。そして、そのときに得られた（検出されたあるいは推定された）機関回転速度や機関負荷に基づいて、そのマップを検索することで、開弁時期が検索および設定される。例えば、＃３の気筒１６の開弁マップをそれらに基づいて検索することで、＃３の気筒１６に関する開弁時期が検索されて設定される。このようにして設定された吸気制御弁５６の開弁時期は、以降のルーチンの上記ステップＳ３０５で肯定されるまでは利用可能に記憶される。なお、この開弁マップの切り換えはクランク角に基づいて判断されてもよい。ただし、ここでは、内燃機関１０の始動時等には、そのときのクランク角に基づいて、いずれかの開弁マップが設定される。
そして、ステップＳ３１０の次に、あるいは上記ステップＳ３０５で否定された次に、ステップＳ３１５での判定が行われる。ステップＳ３１５では、吸気制御弁５６の閉弁時期のセットタイミングか否かが判定される。この判定は、上記ステップＳ３０５と同様に、クランク角に基づいて判断される。なお、吸気制御弁５６の閉弁時期のセットタイミングか否かの判断は、他の方法および基準によって判断されてもよい。
ステップＳ３１５で肯定されると、次ぐステップＳ３２０では、閉弁時期の検索および設定が行われる。これも、上記ステップＳ３１０と同様にして行われる。まず、いずれの気筒１６に関する閉弁時期なのかが判断される。上記開弁マップと同様に、「＃１，＃３，＃４，＃２」の気筒順で切り換えられるように、各々の気筒用の閉弁マップが設定されている。この閉弁マップの切り換えは、ステップＳ３２０に至るごとに、すなわちステップＳ３１５で肯定されるごとに行われる。そして、そのときに得られた機関回転速度や機関負荷に基づいて、そのマップを検索することで、閉弁時期が検索および設定される。このようにして設定された吸気制御弁５６の閉弁時期は、以降のルーチンの上記ステップＳ３１５で肯定されるまでは利用可能に記憶される。なお、この閉弁マップの切り換えはクランク角に基づいて判断されてもよい。ただし、ここでは、内燃機関１０の始動時等には、そのときのクランク角に基づいて、いずれかの閉弁マップが設定される。
そして、上記の如くして切り替え設定される吸気制御弁５６の開閉時期に吸気制御弁５６が開閉作動するように、電動アクチュエータ７０へ作動信号が出力される。なお、ステップＳ３２０の完了で、あるいはステップＳ３１５で否定されることで、そのときのルーチンは終了する。
ここで、本第１実施形態の構成に基づくモデルを用いてのコンピュータシミュレーション結果を概念的に図４に示す。なお、このモデル（不図示）では、上記した如く、４つの気筒１６に関する４つの振動吸気通路Ｐ１に共通の吸気制御弁５６がたった１つ設けられている。図４には、インパルス過給実行時の吸気制御弁５６の開閉時期と、吸気制御弁５６下流側の圧力、より詳しくは吸気行程にある気筒１６の吸気弁２８位置での圧力との関係が、縦軸に圧力（図中上に行くほど圧力は高くなる。）を、そして横軸に時間ｔ（図中右に行くほど時間は進む。）をとって表されている。
図４では、吸気行程を、ピストン４６が上死点から下死点に至るまでの期間として表しているので、＃１の気筒１６（図４中の「１気筒」）の吸気行程、＃２の気筒１６（図４中の「２気筒」）の吸気行程、＃３の気筒１６（図４中の「３気筒」）の吸気行程、＃４の気筒１６（図４中の「４気筒」）の吸気行程の長さは同じである。また、この場合、４つの気筒１６の内の１つの吸気行程にある気筒１６において、吸気制御弁５６が開弁する前に、その気筒１６の吸気弁２８は開弁していて、吸気制御弁５６が閉弁すると同時にその気筒１６の吸気弁２８が閉弁する。図４によれば、吸気行程にある気筒１６の各々に関して、吸気制御弁５６の開弁期間終了時（閉弁時期）に吸気制御弁５６よりも下流側の圧力が最も高くなっている。これはそのときに上記正圧波が吸気弁２８位置に到達したことを意味している。したがって、その正圧波によるインパルス過給が各気筒１６において適切に行われることが理解できる。それ故、各気筒１６の吸気充填効率が、全気筒１６間で略等しくなる。
図４から明らかなように、各気筒１６における吸気制御弁５６の開弁期間は異なる。全気筒１６に関する吸気制御弁５６の開弁期間の内、＃１の気筒１６に関する開弁期間Ｔ１が最も短く、＃２の気筒１６に関する開弁期間Ｔ２、＃３の気筒１６に関する開弁期間Ｔ３、＃４の気筒１６に関する開弁期間Ｔ４の順に長くなっている（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４）。これは、＃１の気筒１６に対する振動吸気通路Ｐ１１の通路長さＬ１１、＃２の気筒１６に対する振動吸気通路Ｐ１２の通路長さＬ１２、＃３の気筒１６に対する振動吸気通路Ｐ１３の通路長さＬ１３、＃４の気筒１６に対する振動吸気通路Ｐ１４の通路長さＬ１４の順に長くなることに対応している（Ｌ１１＜Ｌ１２＜Ｌ１３＜Ｌ１４）。つまり、ここでは、対応する振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１が長い気筒１６ほど、その対応する吸気制御弁５６の開弁期間が長くなるようにされている。振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１に応じて、インパルス過給実行時、負圧波が遡り、正圧波に転化して、その正圧波が吸気制御弁５６よりも下流側、特に吸気弁２８位置に至るまでの時間が異なるからである。これにより、各気筒１６に同じくらいの量の吸気を充填することが可能になる。
図４に結果を表したシミュレーションでは、対応する振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１が長い気筒１６ほど、その対応する吸気制御弁５６の開弁期間を長くしたが、各気筒１６に関する吸気制御弁５６の開弁期間はこの関係に制限されない。吸気弁２８の開弁時期および閉弁時期と、吸気制御弁５６の開弁時期および閉弁時期との関係により、吸気制御弁５６の開弁期間は適切な期間に定められる。吸気制御弁５６の開閉時期、吸気弁２８の開閉時期は、同じまたは同等の運転状態のときに、全ての気筒１６で、各気筒１６の吸気充填効率が概ね等しくなるように、各気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１に応じて設定されている。この設定値は、実験により求められ得る。
なお、上記第１実施形態では、各気筒１６からでた４つの振動吸気通路Ｐ１を気筒列方向Ｄに曲げ、＃１の気筒１６側に共通吸気通路Ｐ２が位置付けられた。このように構成することで、各気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１の大部分が直線的になるので、例えば上記インパルス過給のために発生された気柱振動の減衰が抑制される。
以上、上記第１実施形態に基づいて本発明を例示的に詳述したが、その種々の変形等が本発明では許容される。以下に本発明のその他の実施形態を説明する。ただし、以下の各実施形態の説明において、第１実施形態の制御と同様の制御に関する説明は省略される。なお、第１実施形態の制御とは、対応する振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１に応じて、気筒１６ごとに対応する吸気制御弁５６の開閉時期は設定されていて、これに基づいて吸気制御弁５６を制御することである。ただし、対応する振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１が同じである気筒１６間においては、対応する吸気制御弁５６の開閉時期は同じでよい。なお、説明を簡略化するため、上で説明した内燃機関システムの構成要素に相当する構成要素には、以下の説明において同じ符号を付して、その説明を省略する。
次に、第２実施形態を図５に基づいて説明する。第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、吸気制御弁５６が個別に設けられる。具体的には、各気筒１６に対応する吸気制御弁５６は個別吸気通路Ｐ３に設けられる。このようにすることで、各気筒１６に関しての固有の開閉時期での吸気制御弁５６の開閉駆動がより適切に行える。
各気筒１６に関連して、振動吸気通路Ｐ１の内、より下流側に吸気制御弁５６が設けられるとよい。こうすることで、振動吸気通路Ｐ１の内、吸気制御弁５６よりも下流側の容積が小さく、すなわち弁間通路Ｐ４が小さくなるので、例えば上記の如きインパルス過給をより効果的に生じさせることが可能になる。この観点から、本第２実施形態では、各吸気制御弁５６は、個別吸気通路Ｐ３の中でも、各吸気ポート２６によって形成された箇所に設けられている。なお、図５では明確にされていないが、各吸気制御弁５６を制御するための電動アクチュエータ７０は、シリンダヘッド４２の外部に突出するようにして設けられる。
本第２実施形態の吸気制御弁５６の制御は、上記第１実施形態の制御と同様にして行われる。例えば、＃１の気筒１６に関する吸気行程では、＃１の気筒１６に関する開弁マップに基づいて得られる開弁時期に開弁するように、＃１の気筒１６に対応する吸気通路Ｐ１１の吸気制御弁５６は開弁制御される。そして、＃１の気筒１６に関する閉弁マップに基づいて得られる閉弁時期に閉弁するように、＃１の気筒１６に対応する吸気通路Ｐ１１の吸気制御弁５６は閉弁制御される。このように＃１の気筒１６に関する吸気行程では、＃１の気筒１６に対応する吸気通路Ｐ１１の吸気制御弁５６が＃１の気筒１６に固有の開閉時期に開閉するように開閉制御される。
図５では全ての吸気制御弁５６が同時に開弁されているように描かれているが、インパルス過給時にはこのように制御されることは好ましくない。本第２実施形態では、インパルス過給実行時、＃１の気筒１６が吸気行程にあるときは上記の如くそれに対する吸気制御弁５６は開閉制御されるが、それ以外の吸気行程にない気筒１６に対する吸気通路Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４の各吸気制御弁５６は閉弁制御される。つまり、吸気行程にない気筒１６に関する吸気制御弁５６は閉じたままにされ、吸気行程にある気筒１６に対応する吸気制御弁５６のみが開閉制御される。したがって、インパルス過給を生じさせるとき、吸気行程にある１つの気筒１６に対する振動吸気通路Ｐ１で、気柱振動をより的確に生じさせることができる。
ここで、本第２実施形態の構成に基づくモデルを用いてのコンピュータシミュレーション結果を概念的に図６に示す。なお、このモデル（不図示）では、上記の如く、４つの気筒１６に関する４つの振動吸気通路Ｐ１の各々に個別に吸気制御弁５６が設けられている。図６のグラフは、上記第１実施形態に関するコンピュータシミュレーション結果を表した図４と同様にして、本第２実施形態に関するコンピュータシミュレーション結果を表している。つまり、図６には、インパルス過給実行時の吸気制御弁５６の開閉時期と、４つの気筒１６の各々に対応する吸気弁２８位置での圧力との関係が表されている。図６には各気筒１６の吸気弁２８位置での圧力変化が気筒１６ごとに表されている。なお、このインパルス過給に関するシミュレーションでも、各気筒１６に対応する吸気制御弁５６の開弁期間は異なり、対応する振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１が長い気筒１６ほど（Ｌ１１＜Ｌ１２＜Ｌ１３＜Ｌ１４）、その対応する吸気制御弁５６の開弁期間が長くなるようにされている（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４）。
４つの気筒１６の各々に関して、吸気制御弁５６の開弁期間終了時（閉弁時期）に吸気制御弁５６よりも下流側の圧力が高くなっている。これはそのときに上記正圧波が吸気弁２８位置に到達したことを意味している。したがって、その正圧波によるインパルス過給が各気筒１６において適切に行われることが理解できる。なお、各気筒１６に関して、吸気行程にないときには吸気弁２８も吸気制御弁５６も閉弁状態にされているので、吸気弁２８位置の圧力は概ね変化しない。
なお、第２実施形態のように吸気制御弁５６が複数設けられている場合、上記の如く、吸気行程にある気筒１６に対する吸気制御弁５６以外の吸気制御弁５６は、原則として、閉弁されるのが望ましい。換言すると、吸気制御弁５６が複数設けられている場合、複数の吸気制御弁５６の各々は、基本的に閉弁制御されていて、吸気行程にある気筒１６に対する吸気制御弁５６のみが所定の開弁時期で開かれるように開弁制御され、それ以後の所定の閉弁時期で閉じられるように閉弁制御されるのが望ましい。このような制御は、後述する各実施形態において、２つ以上の複数の吸気制御弁５６が設けられている場合にも、同様に適用され得る。なお、このような制御は、インパルス過給実行時のみならず、他のときにも適用され得る。
なお、上記第１実施形態や上記第２実施形態では、気筒列方向Ｄの一端側で各気筒に関する吸気通路、すなわち振動吸気通路Ｐ１を合流させるようにしたが、これ以外の箇所でそれらを合流させてもよい。例えば、各振動吸気通路Ｐ１を気筒列方向Ｄに直交する方向Ｄ２（図５参照）に延ばし、さらにそれらを気筒列方向Ｄに関して＃２の気筒１６と＃３の気筒１６との間付近で合流させ、こうすることで共通吸気通路Ｐ２が形成されてもよい。この場合、＃１の気筒１６と＃４の気筒１６とに関する２つの振動吸気通路Ｐ１１、Ｐ１４の通路長さＬ１１、Ｌ１４は概ね同じになり、また＃２の気筒１６と＃３の気筒１６とに関する２つの振動吸気通路Ｐ１２、Ｐ１３の通路長さＬ１２、Ｌ１３は概ね同じになり得る。
次に、上記第２実施形態の変形バージョンとしての第３実施形態を図７に基づいて説明する。第３実施形態では、上記第２実施形態と異なり、各気筒１６に関する個別吸気通路Ｐ３が全てシリンダヘッド４２に形成されている。これに伴って、共通吸気通路Ｐ２の下流側端部もシリンダヘッド４２に形成されている。このようにした結果、吸気マニホールド２４とした構成部材は単なる円管となり、共通吸気通路Ｐ２の一部のみを区画形成することになる。
これにより、第３実施形態の内燃機関１０の吸気系の一層のコンパクト化を図ることが可能になる。また、このようにすることで、吸気通路１８を形成する部品点数を減らすことができ、さらに、それらの結合部の接合作業の省略が可能になる。それ故、これによりそれらの結合部からの空気の漏れの心配がなくなる。またこのような構成にすることで、振動吸気通路Ｐ１１、Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４の通路長さＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４を更に短くできる。したがって、例えば、上記インパルス過給を行うときには、それをより効果的に生じさせることが可能になる。
なお、上記第３実施形態では、吸気制御弁５６を個別吸気通路Ｐ３に設けたが、上記第１実施形態の如く、共通吸気通路Ｐ２にただ１つの共用される吸気制御弁５６が配置されてもよい。そのようにした第４実施形態を、図８に示す。第４実施形態では、第３実施形態と異なり、各振動吸気通路Ｐ１が概ね気筒列方向Ｄに直交する方向Ｄ２に向かって延び、それらが気筒列方向Ｄに関して＃２の気筒１６と＃３の気筒１６との間付近で合流し、１つの共通吸気通路Ｐ２が形成されている。なお、この場合、吸気制御弁５６は共通吸気通路Ｐ２の内、シリンダヘッド４２により区画形成された箇所に設けられてもよい。
次に、第５実施形態について図９に基づいて説明する。本第５実施形態では、４つの気筒１６は、隣り合う２つの気筒１６ごとに群Ｇに分けられている。ここでは４つの気筒１６は第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との２つの群に２つずつ分けられている。第１群Ｇ１は＃１の気筒１６と＃２の気筒１６との隣り合う気筒同士で構成され、第２群Ｇ２は＃３の気筒１６と＃４の気筒１６との隣り合う気筒同士で構成される。そして、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２との各々に関して、サージタンク２２に連通する単一の共通吸気通路Ｐ２が形成されている。つまり、本第５実施形態では、各群Ｇ１、Ｇ２において、隣り合う気筒１６同士に関する２つの個別吸気通路Ｐ３が、単一の共通吸気通路Ｐ２から分岐するように構成されている。これは、隣り合う気筒１６同士に関する２つの振動吸気通路Ｐ１で１つの共通吸気通路Ｐ２が形成されることを意味している。すなわち、本第５実施形態の内燃機関１０は直列４気筒形式の内燃機関であるが故に、＃１の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１１と＃２の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１２とによる１つの共通吸気通路Ｐ２と、＃３の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１３と＃４の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１４とによる１つの共通吸気通路Ｐ２との２つの共通吸気通路Ｐ２が形成される。そして、それらの共通吸気通路Ｐ２の各々に、１つの吸気制御弁５６が設けられる。なお、１つの吸気制御弁５６に対して１つの電動アクチュエータ７０が備えられる。
図９では、＃１の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１１と＃２の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１２との長さを概ね同じであるように描いているが、これらの長さは異なってもよい。＃３の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１３と＃４の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１４とに関しても同様である。
本第５実施形態の構成では、離れた位置にある気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１同士が関係付けられることはないので、各気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１の長さを短くできる。この結果、インパルス過給を実行する際に生じる気柱振動の減衰が抑制される。したがって、第５実施形態によれば、インパルス過給をより効果的に生じさせることができる。
次に、上記第５実施形態の変形バージョンである第６実施形態について図１０に基づいて説明する。本第６実施形態では、上記第５実施形態と異なり、吸気制御弁５６が、振動吸気通路Ｐ１の各々に個別に設けられている。つまり、各気筒１６に関する個別吸気通路Ｐ３に吸気制御弁１６が設けられる。本第６実施形態では、個別吸気通路Ｐ３の内、吸気ポート２６により区画形成されている箇所に、吸気制御弁５６は設けられている。こうすることで、各気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１の長さを短くできるのみならず、吸気制御弁５６よりも下流側の弁間通路Ｐ４の容積も小さくできる。したがって、さらにインパルス過給を効果的に生じさせることが可能になる。
なお、上記第５および第６実施形態の内燃機関で、個別吸気通路Ｐ３の全てがシリンダヘッド４２に形成されてもよい。このようにした、上記第５実施形態の変形バージョンである第７実施形態の吸気系の一部を概念的に図１１に示す。このようにすることで、上記第３実施形態で述べたのと同様の効果が更に奏される。
上記第５から第７実施形態では、１つの吸気制御弁５６には１つの電動アクチュエータ７０が対応付けられて設けられた。しかしながら、コスト低減および吸気系の縮小化の点からそれら電動アクチュエータ７０の個数は減じられるのが好ましい。このような観点に基づいて創作された実施形態について、次に説明する。
第８実施形態について図１２に基づいて説明する。本第８実施形態では、２つの吸気制御弁５６を作動させるために、１つの電動アクチュエータ７０が用いられる。各気筒１６に関する個別吸気通路Ｐ３には、吸気制御弁５６が設けられる。＃１の気筒１６に関する個別吸気通路Ｐ３１に設けられた吸気制御弁５６の弁体５６ａと、＃２の気筒１６に関する個別吸気通路Ｐ３２に設けられた吸気制御弁５６の弁体５６ａとは１つの弁軸５６ｂでつながれる。１つの弁軸５６ｂの駆動用に１つの電動アクチュエータ７０が設けられる。本第８実施形態では、１つの個別吸気通路Ｐ３１に設けられた吸気制御弁５６と隣の個別吸気通路Ｐ３２に設けられた吸気制御弁５６との間に位置するように電動アクチュエータ７０が設けられている。ここでは、電動アクチュエータ７０を作動させることで、２つの吸気制御弁５６を同じ開度に調節することが可能である。
例えば、＃１の気筒１６が吸気行程にあるとき、＃１の気筒１６に対応する吸気制御弁５６が所定の開度に開弁されることで、＃２の気筒１６に対応する吸気制御弁５６も同開度に開弁される。しかしながら、このとき＃１の気筒１６の吸気弁２８は開閉制御されるが、＃２の気筒１６は吸気行程にないので＃２の気筒１６の吸気弁２８は開弁されずに閉弁状態に維持される。したがって、＃１の気筒１６の吸気行程に対応した電動アクチュエータ７０の制御が、＃２の気筒１６の吸気行程に影響することはほとんどない。なお、これらの説明は、＃３の気筒１６に対応する吸気制御弁５６および＃４の気筒１６に対応する吸気制御弁５６の制御に関しても同様である。
ただし、上記第８実施形態では、弁軸５６ｂの中程に電動アクチュエータ７０を設けることにしたが、その端部にそれを設けるようにしてもよい。例えば、＃１の気筒１６と＃２の気筒１６とに関する単一の弁軸５６ｂは＃１の気筒１６に関する個別吸気通路Ｐ３１を貫通するようにして、＃２の気筒１６側とは反対側の方向に延出される。そしてその延出された弁軸５６ｂの端部に電動アクチュエータ７０が設けられ得る。
次に、第９実施形態について図１３に基づいて説明する。本第９実施形態は、上記第５実施形態（図９参照）と概ね同じ構成を有するが、吸気制御弁１５６が共通吸気通路Ｐ２と２つの個別吸気通路Ｐ３との境界部に配置されている。この境界部で、共通吸気通路Ｐ２は２つの個別吸気通路Ｐ３へ滑らかにつながるように、２つの振動吸気通路Ｐ１は形作られている（図１３参照）。これにより、各群Ｇ１、Ｇ２において、１つの共通吸気通路Ｐ２および２つの個別吸気通路Ｐ３との間の境界部に、図１３から明らかなように、概ねＹ字型の分岐部Ｂが形成される。なお、分岐部Ｂは吸気通路１８に含まれる。本第９実施形態の吸気制御弁１５６は、その弁体１５６ａが分岐部Ｂの上流側端部側で弁座１５６ｃに当接することで閉弁し、それが分岐部Ｂの下流側端部に位置することで全開に開弁するように構成されている。そして、弁体１５６ａは、分岐部Ｂの上流側端部側と下流側端部側との間を直線的に移動可能にされている。すなわち、吸気制御弁１５６はポペット式弁である。なお、図１３では、＃１の気筒１６と＃２の気筒１６とに関する吸気制御弁１５６が閉弁状態にあり、他方、＃３の気筒１６と＃４の気筒１６とに関する吸気制御弁１５６が開弁状態にある。
本第９実施形態では、上記の如く振動吸気通路Ｐ１が形付けられたので、共通吸気通路Ｐ２から個別吸気通路Ｐ３へ至る空気の流れ抵抗が低減される。さらに、上記の如き構成の吸気制御弁１５６を用いることで、その閉弁時には、２つの振動吸気通路Ｐ１の閉塞が確保される。したがって、インパルス過給をより効果的に生じさせることが可能になる。
次に、第１０実施形態について図１４および図１５に基づいて説明する。本第１０実施形態の吸気制御弁２５６は上記実施形態の吸気制御弁５６、１５６と異なる。本第１０実施形態では、上記第９実施形態と同じように、吸気制御弁２５６は共通吸気通路Ｐ２と２つの個別吸気通路Ｐ３との境界部の分岐部Ｂに配置されている。しかしながら、本第１０実施形態の吸気制御弁２５６は、上記吸気制御弁１５６と異なり、１つの気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１を開通させると、その他のもう１つの気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１を遮断するように構成されている。具体的に、第１群Ｇ１に属する＃１の気筒１６と＃２の気筒１６とに関して説明する。なお、第２群Ｇ２に属する＃３の気筒１６および＃４の気筒１６に関しても同様であるので説明を省略する。
＃１の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１１と＃２の気筒１６に関する振動吸気通路Ｐ１２との内、１つの共通吸気通路Ｐ２と２つの個別吸気通路Ｐ３との境界部に位置する分岐部Ｂ周辺は、共用される吸気制御弁２５６を中心に、すなわち吸気制御弁２５６の回転軸Ｃを中心に対称に形成されている。吸気制御弁２５６の弁体２５６ａは、共通吸気通路Ｐ２に連通し、その時々で２つの個別吸気通路Ｐ３１、Ｐ３２の内のいずれか一方に連通可能な流路を形成する。吸気制御弁２５６の弁軸２５６ｂは弁体２５６ａを回転軸Ｃ周りに回転可能に電動アクチュエータ７０につなげられている。これにより、吸気制御弁２５６の弁体２５６ａは、少なくとも、２つの個別吸気通路Ｐ３の各々が共通吸気通路Ｐ２に連通する箇所間で回動される。
このようにすることで、共通吸気通路Ｐ２を介して＃１の気筒１６あるいは＃２の気筒１６に向かう正圧波はいずれかの気筒１６の弁間通路Ｐ４にのみ至ることになる。したがって、気柱振動をより効果的に、吸気行程にある１つの気筒１６に関して発生させることが可能になる。
上記の如く、１つの群は２つの気筒で構成される場合もあるが、それよりも多い数（例えば４つ）の気筒１６で構成される場合もある。特に２よりも多い数の気筒１６で１つの群を構成する場合であって、共通吸気通路Ｐ２と複数の個別吸気通路Ｐ３との境界部に吸気制御弁５６を設けるときには、その境界部は上流側から下流側に至るに連れて樹枝状に段階的に分岐するように構成されるとよい。このように構成された第１１実施形態を図１６に基づいて説明する。
本第１１実施形態では、４つの気筒１６が１つの群Ｇにまとめられているので（分けられているので）、上記した如く、単一の共通吸気通路Ｐ２と４つの個別吸気通路Ｐ３とが定められる。共通吸気通路Ｐ２と４つの個別吸気通路Ｐ３との境界部には、中間分岐通路ｐｍが形成されるように、共通吸気通路Ｐ２に上流側でつながる１つの上記の如き分岐部Ｂと、個別吸気通路Ｐ３に下流側でつながる２つの第２分岐部ｂとが形成される。なお、吸気通路１８の一部である第２分岐部ｂに対して、分岐部Ｂは第１分岐部と称され得る。また、上記したように、ここでは分岐部間に延びている吸気通路は、「中間分岐通路」ｐｍと称される。
ここでは１つの群Ｇに含まれる隣り合う気筒１６同士で第１小群ｇ１と第２小群ｇ２とが形成される。それら小群ｇ１、ｇ２の各々の２つの気筒１６に関する２つの振動吸気通路Ｐ１の個別吸気通路Ｐ３は上流側で第２分岐部ｂにつながる。第２分岐部ｂの上流側には、同一小群ｇ内の２つの気筒１６に関する２つの振動吸気通路Ｐ１で形成される中間分岐通路ｐｍがつながる。したがって、第２分岐部ｂを介して、２つの個別吸気通路Ｐ３と単一の中間分岐通路ｐｍとは連通する。本第１１実施形態では、小群ｇ１、ｇ２の各々に関して、中間分岐通路ｐｍは１つ形成されるので、最終的に２つの中間分岐通路ｐｍが形成される。これら２つの中間分岐通路ｐｍは上流側で分岐部Ｂにつながる。したがって、２つの中間分岐通路ｐｍは単一の共通吸気通路Ｐ２と連通することになる。
そして、境界部に含まれる２つの中間分岐通路ｐｍの各々に、上記の如き吸気制御弁５６が設けられる。こうすることで、各小群ｇの２つの気筒１６に関して、たった１つの吸気制御弁５６が共用される。なお、図１６では、吸気行程にある＃１の気筒１６に対する吸気制御弁５６が開閉制御されて開弁し、それ以外の他の吸気制御弁５６すなわち＃３および＃４の気筒１６に対する吸気制御弁５６が閉弁制御されて閉弁されたところが表されている。
上記第１１実施形態よりもさらに、吸気制御弁５６の個数の低減を図った第１２実施形態を図１７および図１８に基づいて説明する。本第１２実施形態では、上記第１１実施形態と異なり、共通吸気通路Ｐ２と複数の個別吸気通路Ｐ３との境界部の内、２つの中間分岐通路ｐｍとそれらが連通する単一の共通吸気通路Ｐ２との間に形成される分岐部Ｂに吸気制御弁３５６が設けられる。この吸気制御弁３５６は、三方弁であり、ＥＣＵ６０からの作動信号を受けて制御される電動アクチュエータ（図１７では不図示）により作動される。吸気制御弁３５６は、弁位置Ｖ１と弁位置Ｖ２との間で変化するように作動される。なお、図１７では、吸気制御弁３５６は、弁位置Ｖ１にある状態に表されている。吸気制御弁３５６が弁位置Ｖ１にあるとき、＃１の気筒１６および＃２の気筒１６に対する振動吸気通路Ｐ１１、Ｐ１２は開通（開放）され、＃３の気筒１６および＃４の気筒１６に対する振動吸気通路Ｐ１３、Ｐ１４は遮断される。また、吸気制御弁３５６が弁位置Ｖ２にあるとき、＃３の気筒１６および＃４の気筒１６に対する振動吸気通路Ｐ１３、Ｐ１４は開通され、＃１の気筒１６および＃２の気筒１６に対する振動吸気通路Ｐ１１、Ｐ１２は遮断される。
本第１２実施形態の吸気制御弁３５６の作動の一例が概念的に図１８に表されている。図１８（ａ）には、気筒１６の各々に関して、インパルス過給実行時の吸気制御弁３５６の開閉位置ｏｓ１とそのときの吸気弁２８の開閉位置ｏｓ２との関係が概念的に表されている。図１８（ｂ）には、図１８（ａ）に表した吸気制御弁３５６の開閉位置ｏｓ１のみが抽出されて、並べられている。そして、図１８（ｃ）には、図１８（ａ）、（ｂ）に表した吸気制御弁３５６の開閉位置ｏｓ１を実現するための、本第１２実施形態での吸気制御弁３５６の作動弁位置が表されている。なお、図１８（ｂ）、（ｃ）には、インパルス過給用の吸気制御弁３５６の開閉が必要とされる、吸気行程にある気筒１６の番号が破線で囲まれて表されている。
図１８（ｃ）に示したように単一の吸気制御弁３５６を制御することで、４つの気筒１６のそれぞれに関してインパルス過給を行うことができる。そして、この吸気制御弁３５６の弁位置Ｖ１と弁位置Ｖ２との間の切換回数（図１８（ｃ）参照）は、気筒１６ごとに必要とされる吸気制御弁の開閉位置の切換数（図１８（ｂ）参照）よりも少ない。したがって、吸気制御弁３５６の開閉作動に用いられる電動アクチュエータ７０の制御回数は少ない。それ故、その電動アクチュエータ７０の制御エネルギーは少なくてよい。
次に、第１３実施形態について図１９に基づいて説明する。本第１３実施形態では、４つの気筒１６は、吸気行程の時期が離れた気筒ごとに群Ｇに分けられている。ここでは、４つの気筒１６は、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４との２つの群に２つずつ分けられている。第３群Ｇ３は＃１の気筒１６と＃４の気筒１６との吸気行程の時期が離れた気筒同士で構成され、第４群Ｇ４は＃２の気筒１６と＃３の気筒１６との吸気行程の時期が離れた気筒同士で構成される。そして、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４との各々に関して、サージタンク２２に連通する単一の共通吸気通路Ｐ２が形成されている。本第１３実施形態では、上記第５実施形態と異なり、単一の共通吸気通路Ｐ２に関連した個別吸気通路Ｐ３が、吸気行程の時期が離れた気筒１６へ連通するように、さらに換言するとクランク軸角度で爆発間隔の大きな気筒１６へ連通するように構成されている。本第１３実施形態の内燃機関１０は直列４気筒形式の内燃機関であるので、クランク軸角度で３６０°の爆発間隔を有する２つの気筒１６同士で１つの群が構成される。本第１３実施形態の内燃機関１０では「＃１，＃３，＃４，＃２」の気筒順で周期的に吸気行程での吸気および混合気の燃焼が行われるので、＃１の気筒１６に対応する振動吸気通路Ｐ１１と＃４の気筒１６に対応する振動吸気通路Ｐ１４とによる１つの共通吸気通路Ｐ２と、＃２の気筒１６に対応する振動吸気通路Ｐ１２と＃３の気筒１６に対応する振動吸気通路Ｐ１３とによる１つの共通吸気通路Ｐ２との２つの共通吸気通路Ｐ２が形成される。そして、それらの共通吸気通路Ｐ２の各々に、１つの吸気制御弁５６が設けられる。なお、１つの吸気制御弁５６に対して１つの電動アクチュエータ７０が備えられる。
このようにすることで、任意の１つの気筒１６の吸気に、他の気筒１６、特に直前に吸気行程にあった気筒１６に関して生じた気柱振動の影響が及ぶことが低減される。したがって、各気筒１６の吸気充填効率をより適切なものにすることが可能になる。さらに、１つの吸気制御弁５６はクランク軸角度で３６０°の爆発間隔を有する２つの気筒１６に関して設けられるので、その吸気制御弁５６の作動間隔を最大限にとることが可能になる、したがって、電動アクチュエータ７０がより適切に作動され得る。
次に、第１３実施形態の変形バージョンである第１４実施形態について図２０に基づいて説明する。本第１４実施形態では、上記第１３実施形態と異なり、吸気制御弁５６が４つの気筒１６に対応する個別吸気通路Ｐ１の各々に個別に設けられている。本第１４実施形態では、個別吸気通路Ｐ３の内、吸気ポート２６により区画形成されている箇所に、吸気制御弁５６は設けられている。こうすることで、各気筒１６に対応する吸気制御弁５６よりも下流側の弁間通路Ｐ４の容積を小さくできる。したがって、さらにインパルス過給を効果的に生じさせることが可能になる。
次に、第１５実施形態について図２１および図２２に基づいて説明する。上記第１２実施形態の変形バージョンである本第１５実施形態では、上記第１３および第１４実施形態で説明したのと同様の理由から、吸気行程の時期が離れた気筒ごとに小群ｇが形成される。本第１５実施形態の４つの気筒１６は１つの群Ｇにまとめられているが、２つの小群ｇに分けられる。吸気行程の時期が離れた＃１の気筒１６と＃４の気筒１６とで第３小群ｇ３が構成され、吸気行程の時期が離れた＃２の気筒１６と＃３の気筒１６とで第４小群ｇ４が構成される。小群ｇ３、ｇ４の各々の２つの気筒１６に関する２つの個別吸気通路Ｐ３はその上流側で第２分岐部ｂを介して中間分岐通路ｐｍに連通する。これら２つの中間分岐通路ｐｍはさらに上流側で分岐部Ｂを介して単一の共通吸気通路Ｐ２に連通する。そして、共通吸気通路Ｐ２と複数の個別吸気通路Ｐ３との境界部の内、２つの中間分岐通路ｐｍと、それらが連通する単一の共通吸気通路Ｐ２との間の分岐部Ｂに吸気制御弁３５６が設けられる。この吸気制御弁３５６は、上記第１２実施形態で説明したのと同じ三方弁であり、ＥＣＵ６０からの作動信号を受けて制御される電動アクチュエータ（不図示）により作動される。吸気制御弁３５６は、弁位置Ｖ３と弁位置Ｖ４との間で変化するように作動される。なお、図２１では、吸気制御弁３５６は弁位置Ｖ４にある状態に描かれている。吸気制御弁３５６が弁位置Ｖ３にあるとき、＃１の気筒１６および＃４の気筒１６に対応する振動吸気通路Ｐ１１、Ｐ１４は開通され、＃２の気筒１６および＃３の気筒１６に対応する振動吸気通路Ｐ１２、Ｐ１３は遮断される。また、吸気制御弁３５６が弁位置Ｖ４にあるとき、＃２の気筒１６および＃３の気筒１６に対応する振動吸気通路Ｐ１２、Ｐ１３は開通され、＃１の気筒１６および＃４の気筒１６に対応する振動吸気通路Ｐ１１、Ｐ１４は遮断される。
本第１５実施形態の吸気制御弁３５６の作動の一例が概念的に図２２に表されている。図２２（ａ）のグラフは図１８（ｂ）のグラフと同じであり、図２２（ａ）には気筒１６の各々に関するインパルス過給実行時の吸気行程での吸気制御弁３５６の開閉位置ｏｓ１のみが抽出されて、並べられている。そして、図２２（ｂ）には、図２２（ａ）に表した吸気制御弁３５６の開閉位置ｏｓ１を実現するための、本第１５実施形態での吸気制御弁３５６の作動弁位置が表されている。なお、図２２（ａ）、（ｂ）には、インパルス過給用の吸気制御弁３５６の開閉が必要とされる吸気行程にある気筒１６の番号が破線で囲まれて表されている。
図２２（ｂ）に示したように単一の吸気制御弁３５６を制御することで、４つの気筒１６のそれぞれに関してインパルス過給を行うことができる。そして、この吸気制御弁３５６の弁位置Ｖ３と弁位置Ｖ４との間の切換回数（図２２（ｂ）参照）は、気筒１６ごとに必要とされる吸気制御弁の開閉位置の切換数（図２２（ａ）参照）よりも少ない。すなわち、吸気制御弁３５６の開閉作動に用いられる電動アクチュエータ７０の制御回数は少なくてすむ。
なお、図１９から図２１では、１つの群（あるいは小群）に属する２つの気筒１６に対応する２つの振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１は異なるように描かれている。しかしながら、それらは同じ長さであってもよい。また、上記第１３、第１４、第１５実施形態の個別吸気通路Ｐ３の全てはシリンダヘッド４２に形成されてもよい。
次に、第１６実施形態を図２３に基づいて説明する。上記第１から第１５実施形態の内燃機関１０では、サージタンク２２の上流側にエアクリーナ１９が設けられていた。一般的にエアクリーナ１９はそれ自体、吸気系に占める割合が大きい。また、サージタンク２２も同様に吸気系に占める割合が大きい。上記第１から第１５実施形態では、サージタンク２２は気柱振動において負圧波が正圧波に転化するための開放端を形成する役目を担う。これらに鑑みて、本第１６実施形態では、吸気系全体の縮小化を図るために、サージタンク２２とエアクリーナ１９とはまとめられる。
図２３において、サージタンク２２の機能とエアクリーナ１９の機能とを兼ねた部材は、フィルタ部材７２として表されている。フィルタ部材７２は、フィルタ部材７２よりも下流側の吸気通路１８の任意の箇所の断面積よりも大きな断面積を有する拡大箱部７４と、拡大箱部７４内に設けられる塵埃等の除去用のフィルタ要素７６とから構成される。フィルタ部材７２は、フィルタ要素７６で塵埃等を除去するエアクリーナ１９の機能を発揮し、拡大箱部７４で吸気通路１８に取り込まれた空気の乱れを低減するサージタンク２２の機能を発揮する。さらに、フィルタ部材７２は、フィルタ部材７２よりも下流側の吸気通路、すなわち振動吸気通路Ｐ１の上流側開放端を形成する役目も担う。
このように構成されたフィルタ部材７２は、サージタンク２２にエアクリーナ１９の機能を持たせるために、サージタンク２２の中にフィルタ要素７６が配設されたものともみなされ得る。あるいは、フィルタ部材７２は、エアクリーナ１９にサージタンク２２の機能を持たせたものともみなされ得る。
上記第９から第１２実施形態および第１５実施形態のように、吸気制御弁が共通吸気通路Ｐ２と個別吸気通路Ｐ３との境界部に設けられる場合、吸気制御弁は境界部の分岐部あるいはその中間分岐通路に設けられる。境界部の分岐部、例えば上記分岐部（あるいは第１分岐部）Ｂや第２分岐部ｂに吸気制御弁が設けられるときには、吸気制御弁は三方弁等、それを中心につながる３つ以上の通路の内、任意の２つの通路を連通させ、他の通路を遮断あるいは閉塞することを可能にする形式の弁であり得る。なお、境界部に第１分岐部、第２分岐部、第３分岐部、・・・を備えるとき、それらの１つの階層の分岐部に吸気制御弁は設けられ得る。ただし、任意の気筒の対応する振動吸気通路Ｐ１上には、たった１つの吸気制御弁が設けられることに留意されたい。このように上記境界部に吸気制御弁が設けられることで、各気筒の吸気行程においてその対応する振動吸気通路Ｐ１で適切な吸気の流れを生み出すことができる。さらに、そうすることで、複数の気筒に関して単一の吸気制御弁が共用されることになるので、吸気制御弁の個数の低減等を図ることができる。
上記第１から第１６実施形態では、１つの気筒１６に関する吸気ポート２６の数を１つにしたが、吸気ポート２６の数は２つ、３つなど、複数であってもよい。つまり、本発明が適用される内燃機関は、例えば２バルブ、３バルブ、４バルブ、５バルブエンジンであり得る。ただし、１つの気筒１６に関して吸気ポート２６が複数ある場合、上記振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１は、各気筒１６間で対応関係にあるいずれか１つの吸気ポート２６の吸気弁２８位置を基準点として定められ得る。例えば、各気筒１６間で対応関係にあるいずれか１つの吸気ポート２６とは、各気筒１６に関するヘリカルポートである。あるいは、１つの気筒１６に関して吸気ポート２６が複数ある場合、上記振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１は、それら吸気ポート２６の吸気弁２８位置の平均位置を基準点として定められ得る。例えば、１つの気筒１６に関して２つの吸気ポート２６がある場合には、それぞれの吸気ポート２６の吸気弁２８位置からサージタンクの下流側端部までの長さの平均値が振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１とされる。
また、上記種々の実施形態における各振動吸気通路Ｐ１の任意の箇所の断面積は略等しいとよい。好ましくは、振動吸気通路Ｐ１の内、吸気ポート２６により形成される箇所の断面積に対して、その他の任意の箇所の断面積は０．８倍から１．２倍の範囲にある。ただし、上記の如く、１つの気筒１６に関して複数の吸気ポート２６がある場合には、１つの気筒１６に関する複数の吸気ポート２６の各々の断面積の和が、振動吸気通路Ｐ１の内、吸気ポート２６により形成される箇所の断面積とみなされる。こうすることで、振動吸気通路Ｐ１に発生した気柱振動の減衰が抑制される。また、各個別吸気通路Ｐ３の通路長さは、吸気ポート２６の断面直径の２倍から６倍であるとよい。
上記第１から第１６実施形態によれば、既に説明したように、各気筒１６の吸気通路の通路長さに対応して設定された開閉時期でその対応する吸気制御弁５６、１５６、２５６を開閉制御することで、同じ運転状態のときの各気筒１６の吸気充填効率を、全ての気筒１６間で略等しくすることが可能である。そして、こうすることで、種々の運転状態に応じた種々の吸気充填効率を実現することも可能である。したがって、吸気マニホールド２４の縮小化が図られる。これは、従来の吸気マニホールドに比して、上記種々の実施形態の吸気マニホールド２４が小さいことを意味している。つまり、本発明によれば吸気系の縮小化を図ることが可能である。
なお、上述した各実施形態はディーゼル機関に本発明を適用したものであったが、本発明は筒内直噴形式あるいはポート噴射型式のガソリン機関、さらには気体燃料を用いる内燃機関、２サイクル機関などの他の形式の内燃機関においても有効であり、上記各実施形態の場合と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。また、本発明は自然吸気式の内燃機関のほか、ターボ過給機を備えた内燃機関にも適用することができる。さらに、本発明は、吸気制御弁のさらに上流側にいわゆるスロットル弁を備えた内燃機関にも適用され得る。また、本発明は、排気ガス還流（ＥＧＲ）システムを備えた内燃機関にも適用され得る。また、直列４気筒形式の内燃機関に関する実施形態を説明したが、本発明は２つ以上の気筒を有する内燃機関であれば、如何なる気筒数、気筒の配列等を有する内燃機関にも適用され得る。
ところで、上記した種々の内燃機関の制御において、気筒１６内に流入する空気量を気筒サイクル毎に適切に推定しあるいは考慮して、この推定されたあるいは考慮された空気量に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期等の設定が行われることが望まれる。吸気制御弁５６、１５６、２５６、３５６を採用した上記種々の内燃機関の場合、例えば、インパルス過給実行時には、吸気制御弁の作動タイミングに応じて吸気サイクル毎に流入空気量が変化し得る。したがって、インパルス過給実行時には、単に、吸気制御弁上流側に設けられたエアフローメータなどの検出値を用いる方法で求められた吸入空気量は、吸気サイクル毎の空気量変化に追従することができず、結果的に、そのような方法では気筒内に吸入された空気量を正確に測定することはできない。換言すると、そのようなエアフローメータの検出値を単に用いる方法では、気筒内に流入する平均的な空気量を推定できるのみであり、吸気サイクルの単位で空気量変化があった場合の変動分は推定することができない。また、エアフローメータの検出値を単に用いる方法では、吸気制御弁が非作動状態から作動状態へ、又はその逆へと、変化した場合の平均流量の変化にも追従することができない。そこで、インパルス過給実行時といった吸気制御弁作動時であっても適切に気筒１６内へ燃料噴射を行うことを可能にする燃料噴射システムおよび方法について、実施形態に基づいて以下説明する。
以下第１７から第２１実施形態に関して説明される複数の燃料噴射制御パターンは、それぞれ、上で第１から第１６実施形態に基づいて説明された種々の内燃機関における燃料噴射制御として用いることも可能である。なお、以下の説明では、既に説明した構成要素と同じあるいは同様の構成要素には、同じ符号を付して、それらの説明を省略する。
１例としての燃料噴射制御を、ここでは第１７実施形態の内燃機関において説明する。第１７実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略図を図２４に示す。
図２４の内燃機関１０ａは、上記第１実施形態での、図１、２に基づいて説明された内燃機関１０と比べて概ね同じ構成を有する。ただし、内燃機関１０ａには、ターボチャージャが設けられると共にその吸気通路にスロットル弁が設けられている。さらに第１７実施形態の内燃機関１０ａに設けられたセンサの種類および数等は、第１実施形態におけるそれらと異なる。そこで、簡単に、上記第１実施形態の内燃機関の構成と異なる点に着目して第１７実施形態の内燃機関１０ａの構成を説明した後、その内燃機関１０ａにおける燃料噴射制御に関して説明する。なお、内燃機関１０ａは、直列４気筒形式の内燃機関であり、１つの共通吸気通路Ｐ２に、４つの気筒１６に対して共通の吸気制御弁５６がただ１つ設けられている。
内燃機関１０ａの吸気通路１８は、互いに接続されたエアクリーナ１９、吸気管２０、サージタンク２２、吸気マニホールド２４、吸気ポート２６によって主として区画形成されている。エアクリーナ１９とサージタンク２２との間にはターボチャージャ８０のコンプレッサ８２が配置され、その下流側にインタークーラ８４が設けられている。これに対して、排気通路３０は、互いに接続された排気ポート３２、排気マニホールド３４、触媒３６および排気管３８によって主として区画形成されている。さらにターボチャージャ８０のタービン８６が配設されている。
タービン８６のタービンホイールは排気ガスにより回転駆動される。タービンホイールに回転軸を介して同軸で連結された、コンプレッサ８２のコンプレッサホイールは、タービンホイールの回転力で回転する。すなわち、内燃機関１０ａは、排気エネルギーを取り出すタービン８６と、タービン８６により取り出された排気エネルギーによって過給するコンプレッサ８２とを有するターボチャージャ８０が設けられた、ターボチャージャ付き内燃機関である。
さらに、内燃機関１０ａの吸気通路１８には、スロットル弁８８も設けられている。スロットル弁８８は、吸気通路１８の内、吸気制御弁５６上流側であり且つサージタンク２２上流側の位置に設けられている。
内燃機関１０ａには、吸気制御弁５６下流側の吸気通路の圧力を検出するための上記圧力センサ５８が設けられてもよいが、ここでは設けられていない。センサ類としては、エアクリーナ１９下流側且つコンプレッサ８２上流側にエアフローメータ５４および吸気温センサ９０が設けられ、コンプレッサ８２とサージタンク２２との間には圧力センサ９２および温度センサ９４が設けられている。これらの圧力センサ９２および温度センサ９４の各々は全気筒１６に共通のセンサである。そして、スロットル弁８８の開度検出用のスロットルポジションセンサ９６も設けられている。なお、酸素濃度センサ６４、クランク角センサ６２も設けられている。これらセンサからの検出信号は、ＥＣＵ６０に出力されて受けられる。そして、これら出力信号に基づいて各種演算等を行い、ＥＣＵ６０はインジェクタ１２、吸気制御弁５６を駆動するアクチュエータ７０、動弁機構４８、スロットル弁８８を駆動するアクチュエータ９８等を制御して、内燃機関１０ａを適切に作動ないし運転させる。
ただし、ここでは、運転状態がインパルス過給運転領域にあるとき、インパルス過給用の制御が行われる。具体的には、インパルス過給運転領域は高負荷運転領域であるが、より好ましくは機関回転速度が低中回転速度であって機関負荷が高負荷である運転領域である。そして、インパルス過給用の制御として、吸気制御弁５６は上記第１実施形態で詳述されたように作動される。なお、既に説明したのと同様に、吸気制御弁５６のインパルス過給用の開閉時期は各振動吸気通路Ｐ１の通路長さに対応して設定される。また、運転状態がそれ以外の運転領域（非インパルス過給運転領域）にあるとき、非インパルス過給用の制御が行われる。非インパルス過給用の制御として、ここでは、吸気制御弁５６は全開状態に維持制御される。なお、このような運転状態の判定のために、ＥＣＵ６０は、予めＲＯＭに、そのためのマップあるいは演算式を有する。
内燃機関１０ａの燃料噴射制御は、各気筒１６の吸気行程において、各気筒１６内すなわち各燃焼室１４に吸入された空気量を考慮して実行される。ここでは、ＥＣＵ６０は、各気筒１６内に吸気行程で吸入された空気量を一旦求めてから、その空気量に基づいて各気筒１６での燃料噴射制御を行うことをしないが、概略的に、ＥＣＵ６０は、各気筒１６内に吸入された空気量と相関関係のあるパラメータを用いて、燃料噴射制御をする。こうすることで、各気筒１６に吸入された空気量に適切に関連した燃料噴射制御をＥＣＵ６０は行う。つまり、ＥＣＵ６０は、吸気制御弁５６下流側の気筒１６へその吸気行程で吸入された空気量に対応する量の燃料を、該気筒１６へ適切に噴射するように、各気筒１６内に吸入された空気量と相関関係のあるパラメータを用いて、該気筒１６への燃料噴射制御を行う。以下に、このような燃料噴射制御を説明する。
ＥＣＵ６０は、４つの気筒１６の各々に関して別個の燃料噴射制御を行う。これは、例えば、各気筒１６に対する振動吸気通路Ｐ１の長さが互いに異なるからである。具体的には、これは、以下に詳述される各種演算において、各気筒１６に関して用いられる補正係数、データあるいは演算式等の間にわずかな違いがあることを意味するのであって、演算方法等そのものが気筒１６間で異なることを意味するものではない。したがって、以下では、１つの任意の気筒１６に関して説明して、他の気筒１６に関する説明は省略され得る。
ただし、吸気制御弁制御手段はＥＣＵ６０の一部および電動アクチュエータ７０を含んで構成され、空気量推定手段および燃料噴射制御手段の各々は、ＥＣＵ６０の一部を含んで構成される。なお、より詳しくは、ここでは、空気量推定手段は、燃料噴射制御手段に含まれるが、分離独立されて、燃料噴射制御手段と関連付けられてもよい。
ＥＣＵ６０は、各気筒１６において、４つの異なる燃料噴射量を各気筒サイクルにおいてその都度求め、それらの内の最小の噴射量を実行する燃料噴射量（実行燃料噴射量）Ｑｆとして定める。そして、この設定された燃料噴射量に基づいて燃料噴射時期が設定される。こうして設定された燃料噴射開始時期から燃料噴射終了時期まで開くようにインジェクタ１２は制御される。
４つの噴射量は、第１噴射量Ｑｂ、第２噴射量Ｑａ、第３噴射量Ｑｅ、第４噴射量Ｑｐｍである。第１噴射量Ｑｂは、要求負荷あるいは要求トルクに対して求められる燃料噴射量である。ここでは、要求負荷を判断するための因子としてアクセル開度が用いられる。それ故、ＥＣＵ６０は、そのときに得られる機関回転速度とアクセル開度とに基づいて、予め実験に基づいて定められてＲＯＭに記憶されているデータを検索したり、あるいは演算式を用いて演算をしたりして、第１噴射量Ｑｂを算出する。なお、この第１噴射量Ｑｂが、定常状態での空気量に実質的に対応する量になるように、それらデータや演算式は定められている。
第２噴射量Ｑａは、エアフローメータ５４からの出力信号を用いて検出される空気量に対して算出される燃料噴射量である。具体的には、ＥＣＵ６０は、機関回転速度と、エアフローメータ５４を用いて得られた空気量とに基づいて、予め実験に基づいて定められてＲＯＭに記憶されているデータを検索したり、あるいは演算式を用いて演算をしたりして、第２噴射量Ｑａを算出する。なお、この第２噴射量Ｑａは、吸気通路１８へ流入した空気量に基づいて定められる上限噴射量である。
第３噴射量Ｑｅは、内燃機関１０の性能に基づいて定まる上限噴射量である。ここでは、第３噴射量Ｑｅは定数とされていて、この値はインジェクタ１２の性能に基づいて定められている。すなわち、内燃機関１０ａのインジェクタ１２は、最大でも第３噴射量Ｑｅしか、圧縮行程で適切に噴射できない。ここでは、第３噴射量Ｑｅは予めＲＯＭに記憶されていて、必要なときに読まれる。
第４噴射量Ｑｐｍは、そのときの吸気行程で燃焼室１４内に吸入された空気量に実質的に対応した燃料噴射量である。すなわち、第４噴射量Ｑｐｍは、吸気制御弁５６の作動状態を考慮した燃料噴射量である。より具体的には、吸気制御弁５６を上記の如く１吸気行程に関して１回開弁させると共に１回閉弁させることでインパルス過給を実行している場合には、第４噴射量Ｑｐｍは吸気制御弁５６の開閉時期等を考慮した燃料噴射量であり、そうでない場合には、第４噴射量Ｑｐｍは吸気制御弁５６の開弁維持すなわち不作動を考慮した燃料噴射量である。ＥＣＵ６０は、まず、基本噴射量Ｑｐと補正係数Ｒｉｐとを算出してから、これらの積（Ｑｐ×Ｒｉｐ）である第４噴射量Ｑｐｍを算出する。インパルス過給を実行しているときの補正係数Ｒｉｐは、そのときの機関回転速度と、吸気制御弁５６の作動状態とに基づいて、予め実験により求められて記録されているデータを検索したり、演算式を用いて演算したりすることで算出される。吸気制御弁５６の作動状態には、吸気制御弁５６の作動の有無、インパルス過給実行時の吸気行程に関しての吸気制御弁５６の開弁時期（インパルス過給用開弁時期）および閉弁時期（インパルス過給用閉弁時期）が含まれる。ただし、吸気制御弁５６の閉弁時期は、吸気制御弁５６の開弁期間（インパルス過給用開弁期間）で代替され得る。なお、吸気制御弁５６の作動状態には、吸気制御弁５６の動作速度も含まれ得る。ただし、より適切に気筒１６内に吸入された空気量を推定ないし考慮するため、補正係数Ｒｉｐを求めるためのデータや演算式は、気柱振動の発生に寄与する通路長さを有すると共に当該吸気制御弁５６が設けられた振動吸気通路Ｐ１の形状特性に基づいて気筒１６ごとに定められる。ただし、インパルス過給を実行していないときには、すなわち運転状態がインパルス過給運転領域にないときには、補正係数Ｒｉｐは「１」にされる。第４噴射量Ｑｐｍを求めるための基本噴射量Ｑｐは、コンプレッサ８２出口側の圧力、すなわち上記圧力センサ９２からの出力信号に基づいて検出された圧力と、機関回転速度とに基づいて、予め実験により求められて記憶されているデータを検索したり、演算式を用いて演算したりすることで算出される。なお、基本噴射量Ｑｐの算出に際して、上記温度センサ９４からの出力信号に基づいて検出される空気の温度に基づいて補正が行われるとなおよい。この温度によって気筒１６内に吸入された空気量がかわり得るからである。
ここで、本第１７実施形態での、このような４つの燃料噴射量からの実行燃料噴射量Ｑｆの決定について、図２５のフローチャートに基づいて説明する。なお、図２５のフローチャートは、数十ｍｓごとに繰り返され、好ましくは各気筒１６での吸気行程ごとに繰り返される。すなわち、ＥＣＵ６０は、図２５に示すフローにしたがって、各気筒１６での気筒サイクルにおいて燃料噴射量を決定する。
ＥＣＵ６０は、まず、ステップＳ２５０１で第１噴射量Ｑｂを算出し、次ぐステップＳ２５０３で第２噴射量Ｑａを算出し、さらに次ぐステップＳ２５０５で第３噴射量Ｑｅを読み込む。ステップＳ２５０７では、ＥＣＵ６０は、インパルス過給実行中か否かを判定する。この判定として、ここでは、運転状態が上記インパルス過給運転領域に属するか否かの判定が行われる。肯定判定されると、すなわちインパルス過給実行中であると判定されると、ステップＳ２５０９で補正係数Ｒｉｐが算出される。他方、ステップＳ２５０７で否定判定されると、ステップＳ２５１１で、補正係数Ｒｉｐとして「１」が設定される。ステップＳ２５０９あるいはステップＳ２５１１が経られると、ステップＳ２５１３で基本噴射量Ｑｐが算出される。そして次ぐステップＳ２５１５で第４噴射量Ｑｐｍが算出される。そして、ステップＳ２５１７で、こうして得られた第１噴射量Ｑｂ、第２噴射量Ｑａ、第３噴射量Ｑｅ、第４噴射量Ｑｐｍが比較されて、これらの内の最小噴射量が実行燃料噴射量Ｑｆとして設定される。
実行燃料噴射量Ｑｆが決定されると、ＥＣＵ６０は実行燃料噴射量Ｑｆに基づいて不図示のマップを検索するなどして燃料噴射時期、具体的には燃料噴射開始時期およびその終了時期を決定する。この結果、インジェクタ１２は、これらの時期に基づいて制御される。
なお、図２５のフローチャートには、単に各噴射量を求める順序が表されたが、それら燃料噴射量を求めるために用いられる各種値、例えば機関回転速度、アクセル開度などは、ルーチンが繰り返される度に検出等されて、最新の値に切り替えられ得る。このような各種値の検出等は、後述される他の実施形態でのフローチャートに関しても同様である。
各気筒１６において、このように得られた４つの燃料噴射量の最小値を用いてインジェクタ１２からの燃料噴射が行われる。したがって、各気筒１６において、噴射された燃料量が、燃焼室１４に吸入された空気量に対して過剰になることはない。特に、こうすることで、インパルス過給実行への過渡期あるいはその逆の過渡期において、より適切な量の燃料を、燃焼室１４に噴射供給することが可能になる。したがって、定常期ばかりでなく過渡期においても、排気エミッションが悪化することを防止しつつ、インパルス過給による吸入空気量の増大を通じたトルク増大を適切に図ることが可能になる。
次に、異なる燃料噴射制御を、ここでは第１８実施形態の内燃機関において説明する。第１８実施形態が適用された車両の内燃機関システムは、図２４に示された第１７実施形態のそれと概ね同じであるので、その説明はここでは省略される。
第１８実施形態での燃料噴射制御は、４つの噴射量である、第１噴射量Ｑｂ、第２噴射量Ｑａ、第３噴射量Ｑｅ、第４噴射量Ｑｐｍの内の最小の噴射量を実行燃料噴射量Ｑｆとして用いる点では、第１７実施形態の燃料噴射制御と同じである。しかしながら、本第１８実施形態での第４噴射量Ｑｐｍの求め方は、上記第１７実施形態での第４噴射量のそれとは異なる。そこで、ここでは、第１８実施形態での第４噴射量Ｑｐｍの算出についてまず説明する。なお、以下では、１つの任意の気筒１６に関して説明して、他の気筒１６に関する説明は省略され得る。
なお、第１８実施形態での燃料噴射制御では、以下詳述するように、吸気制御弁５６下流側の吸気通路の温度がさらに考慮される。インパルス過給実行時には、吸気通路で吸気脈動が生じ、燃焼室１４の空気の圧力変動等が大きくなるので、空気の運動エネルギーの熱エネルギーへの転換が生じ、吸入される空気の温度はかなり高められる。空気の温度が高まると空気の体積が変化するので、このような温度を考慮することでより適切に燃焼室１４に吸入された空気量に適合した燃料噴射制御を実行することが可能になる。
ＥＣＵ６０は、基本噴射量Ｑｐと、第１補正係数Ｒｉｐと、第２補正係数Ｒｉｔとを求めて、これらの積（Ｑｐ×Ｒｉｐ×Ｒｉｔ）である第４噴射量Ｑｐｍを算出する。基本噴射量Ｑｐおよび第１補正係数Ｒｉｐは、それぞれ、上記第１７実施形態での基本噴射量Ｑｐおよび補正係数Ｒｉｐと同じである。第２補正係数Ｒｉｔは、インパルス過給による空気温度の上昇度ΔＴに基づいて定められる補正係数である。上昇度ΔＴは、吸気行程で吸気弁２８が閉弁された時点での燃焼室１４の空気温度から、コンプレッサ８２出口側であるインタークーラ８４下流出口部の空気温度を差し引いた値である。それ故、吸気制御弁５６下流側の吸気通路の温度を直接的に検出するための温度センサが設けられている場合には、その温度センサを用いて検出された温度と、上記温度センサ９４を用いて検出された温度とから直接的に上昇度ΔＴは求められる。しかしながら、ここでは、機関回転速度と機関負荷とに基づいて上昇度ΔＴは推定される。機関負荷としては、上記第１噴射量Ｑｂが用いられる。第１噴射量Ｑｂと機関回転速度とに基づいて、予め実験により求められて記憶されているデータを検索したり、演算式を用いて演算したりすることで上昇度ΔＴが算出される。そして、この上昇度ΔＴで、予め実験により求められて記憶されているデータを検索するなどして、第２補正係数Ｒｉｔが算出される。ただし、インパルス過給を実行していないときには、すなわち運転状態がインパルス過給運転領域にないとき、第１および第２補正係数Ｒｉｐ、Ｒｉｔは共に「１」にされる。
ここで、本１８実施形態での実行燃料噴射量Ｑｆの決定の流れに関して、図２６のフローチャートに基づいて説明する。なお、図２６のフローチャートは、数十ｍｓごとに、好ましくは各気筒１６での吸気行程ごとに繰り返される。ただし、図２６のステップＳ２６０１〜Ｓ２６０９、Ｓ２６１７、Ｓ２６２１の各々は、上記図２５のステップＳ２５０１〜Ｓ２５０９、Ｓ２５１３、Ｓ２５１７の各々と同じである。
ＥＣＵ６０は、第１噴射量Ｑｂ、第２噴射量Ｑａ、第３噴射量ＱｅをそれぞれステップＳ２６０１〜Ｓ２６０５で求め、ステップＳ２６０７で肯定判定される場合にはステップＳ２６０９で第１補正係数Ｒｉｐを算出して、ステップＳ２６１１に至る。次ぐステップＳ２６１１では上昇度ΔＴが算出されて次ぐステップＳ２６１３では第２補正係数Ｒｉｔが算出される。他方、ステップＳ２６０７で否定判定されるとステップＳ２６１５で第１補正係数Ｒｉｐおよび第２補正係数Ｒｉｔの両方が「１」に設定される。ステップＳ２６１３あるいはステップＳ２６１５が経られると、ステップＳ２６１７で基本噴射量Ｑｐが算出され、次ぐステップＳ２６１９で基本噴射量Ｑｐに第１および第２補正係数Ｒｉｐ、Ｒｉｔが乗じられて第４噴射量Ｑｐｍが算出される。そして、ステップＳ２６２１でそれらの４つの燃料噴射量の内の最小噴射量が実行燃料噴射量Ｑｆとして設定される。その結果、上記第１７実施形態で説明したのと同様にして、燃料噴射時期が求められて、インジェクタ１２がこれに基づいて制御される。
このように求められた４つの燃料噴射量の最小値を用いてインジェクタ１２からの燃料噴射が行われるので、上記第１７実施形態で述べたのと同様の効果が奏される。これに加えて、上記の如く、吸気制御弁５６下流側の吸気通路の温度に基づいて実行燃料噴射量Ｑｆが決定されるので、より適切に、燃料噴射制御を達成することが可能になる。
次に、さらに異なる燃料噴射制御を、ここでは第１９実施形態の内燃機関において説明する。第１９実施形態が適用された車両の内燃機関システムは、図２４に示された第１７実施形態のそれと比べて、概ね同じであるが、共通吸気通路Ｐ２の、吸気制御弁５６下流側の位置に吸気通路圧力測定用の圧力センサが設けられている点で異なる。この圧力センサは上記第１実施形態での圧力センサ５８に相当するので、符号「５８」で指し示される。第１９実施形態での内燃機関システムの他の説明は、省略される。
なお、第１９実施形態での燃料噴射制御では、以下詳述するように、吸気制御弁５６下流側の吸気通路の圧力が考慮される。インパルス過給実行時には、吸気制御弁の開閉作動による吸気脈動すなわち圧力脈動により、吸気通路の圧力変動等が大きくなる。吸気制御弁５６下流側の吸気通路の圧力は燃焼室１４の圧力と密接な関係を有し、特に吸気弁２８閉弁時の吸気制御弁５６下流側の吸気通路の圧力は吸気弁２８閉弁時の気筒１６内の圧力と概ね等しい。したがって、吸気制御弁５６下流側の吸気通路の圧力を考慮することは、吸気制御弁５６の作動状態を考慮することに等しく、この圧力の考慮により、適切に燃焼室１４に吸入された空気量を推定することが可能になる。それ故、このような圧力を考慮することで、燃焼室１４に吸入された空気量に適合した燃料噴射制御をより適切に実行することが可能になる。
第１９実施形態での燃料噴射制御は、４つの噴射量である、第１噴射量Ｑｂ、第２噴射量Ｑａ、第３噴射量Ｑｅ、第４噴射量Ｑｐｍの内の最小の噴射量を実行燃料噴射量Ｑｆとして用いる点では、第１７および第１８実施形態の燃料噴射制御と同じである。しかしながら、第４噴射量Ｑｐｍの求め方は、第１７および第１８実施形態でのそれらと異なる。そこで、ここでは、第１９実施形態での第４噴射量Ｑｐｍの算出についてまず説明する。なお、以下では、１つの任意の気筒１６に関して説明して、他の気筒１６に関する説明は省略され得る。
ＥＣＵ６０は、インパルス過給を実行していないときには、すなわち運転状態がインパルス過給運転領域にないときには、圧力センサ９２からの出力信号に基づいて検出されたコンプレッサ８２出口側の圧力（コンプレッサ出口圧）ｐｉｉに基づいて上記基本噴射量Ｑｐを算出し、これを第４噴射量Ｑｐｍとする。これに対して、インパルス過給を実行しているとき、ＥＣＵ６０は、まず、圧力センサ５８を用いて吸気制御弁５６下流側の圧力（ポート圧）ｐｉｐを検出する。ただし、このポート圧ｐｉｐは、好ましくは、吸気弁２８閉弁時の圧力である。したがって、圧力センサ５８は高応答性のセンサである。そして、検出されたポート圧ｐｉｐと機関回転速度とに基づいて、予め実験により求められて記憶されているデータを検索したり、演算式を用いて演算したりすることで、ＥＣＵ６０は、第４噴射量Ｑｐｍを算出する。
ここで、本１９実施形態での実行燃料噴射量Ｑｆの決定の流れに関して、図２７のフローチャートに基づいて説明する。なお、図２７のフローチャートは、数十ｍｓごとに、好ましくは各気筒１６での吸気行程ごとに繰り返される。ただし、図２７のステップＳ２７０１〜Ｓ２７０７、Ｓ２７１３の各々は、上記図２５のステップＳ２５０１〜Ｓ２５０７、Ｓ２５１７の各々と同じである。
ＥＣＵ６０は、第１噴射量Ｑｂ、第２噴射量Ｑａ、第３噴射量ＱｅをそれぞれステップＳ２７０１〜Ｓ２７０５で求め、ステップＳ２７０７で肯定判定される場合にはステップＳ２７０９で、ポート圧ｐｉｐおよび機関回転速度に基づいて第４噴射量Ｑｐｍ（図２７ではＱｐｍ（ｐｉｐ））を算出する。他方、ステップＳ２７０７で否定判定されると、ステップＳ２７１１で、コンプレッサ出口圧ｐｉｉおよび機関回転速度に基づいて第４噴射量Ｑｐｍ（図２７ではＱｐｍ（ｐｉｉ））が算出される。そして、ステップＳ２７１３でそれらの４つの燃料噴射量の内の最小噴射量が実行燃料噴射量Ｑｆとして設定される。その結果、上記第１７実施形態で説明したのと同様にして、燃料噴射時期が求められて、インジェクタ１２がこれに基づいて制御される。
このように得られた４つの燃料噴射量の最小値を用いてインジェクタ１２からの燃料噴射が行われるので、上記第１７実施形態で述べたのと同様の効果が奏される。これに加えて、上記の如く、吸気制御弁５６下流側の吸気通路の圧力に基づいて実行燃料噴射量Ｑｆが決定されるので、より適切に、燃料噴射制御を達成することが可能になる。
次に、さらに異なる燃料噴射制御を、ここでは第２０実施形態の内燃機関において説明する。第２０実施形態が適用された車両の内燃機関システムは、第１９実施形態のそれと概ね同じであるので、ここでの説明は省略される。
第２０実施形態での燃料噴射制御は、４つの噴射量である、第１噴射量Ｑｂ、第２噴射量Ｑａ、第３噴射量Ｑｅ、第４噴射量Ｑｐｍの内の最小の噴射量を実行燃料噴射量Ｑｆとして用いる点では、第１７実施形態等の燃料噴射制御と同じである。しかしながら、本第２０実施形態での第４噴射量Ｑｐｍの求め方は、上記第１７実施形態での第４噴射量のそれと異なる。そこで、ここでは、第２０実施形態での第４噴射量Ｑｐｍの算出についてまず説明する。なお、第２０実施形態での第４噴射量Ｑｐｍの求め方は、上記第１８および第１９実施形態での各第４噴射量Ｑｐｍの求め方を組み合わせたものに相当する。なお、以下では、１つの任意の気筒１６に関して説明して、他の気筒１６に関する説明は省略され得る。
ＥＣＵ６０は、インパルス過給を実行していないときには、すなわち運転状態がインパルス過給運転領域にないときには、上記基本噴射量Ｑｐを算出し、これを第４噴射量Ｑｐｍとする。なお、本第２０実施形態では、上記基本噴射量は符号Ｑｐ´（ｐｉｉ）で表される。
これに対して、インパルス過給を実行しているとき、ＥＣＵ６０は、まず、圧力センサ５８を用いて吸気制御弁５６下流側の圧力であるポート圧ｐｉｐを検出する。ただし、このポート圧ｐｉｐは、好ましくは、吸気弁２８閉弁時の圧力である。そして、検出されたポート圧ｐｉｐと機関回転速度とに基づいて、予め実験により求められて記憶されているデータを検索したり、演算式を用いて演算したりすることで、ＥＣＵ６０は、第１９実施形態の第４噴射量Ｑｐｍに相当する上限基本噴射量Ｑｐ´（ｐｉｐ）を算出する。さらに、ＥＣＵ６０は、上記第１８実施形態での上昇度ΔＴの推定と同様にして上昇度ΔＴを推定して、第１８実施形態の第２補正係数そのものである補正係数Ｒｉｔを算出する。そして、上記上限基本噴射量Ｑｐ´（ｐｉｐ）に補正係数Ｒｉｔを乗じることで、第４噴射量Ｑｐｍが算出される。
ここで、本第２０実施形態での実行燃料噴射量Ｑｆの決定に関して、図２８のフローチャートに基づいて説明する。なお、図２８のフローチャートは、数十ｍｓごとに、好ましくは各気筒１６での吸気行程ごとに繰り返される。ただし、図２８のステップＳ２８０１〜Ｓ２８０７、Ｓ２８２１の各々は、上記図２５のステップＳ２５０１〜Ｓ２５０７、Ｓ２５１７の各々と同じである。
ＥＣＵ６０は、第１噴射量Ｑｂ、第２噴射量Ｑａ、第３噴射量ＱｅをそれぞれステップＳ２８０１〜Ｓ２８０５で求め、ステップＳ２８０７で肯定判定される場合にはステップＳ２８０９で、ポート圧ｐｉｐおよび機関回転速度に基づいて上限基本噴射量Ｑｐ´（ｐｉｐ）を算出する。そして、次ぐステップＳ２８１１で、上昇度ΔＴが推定算出されて次ぐステップＳ２８１３では補正係数Ｒｉｔが算出される。
他方、ステップＳ２８０７で否定判定されると、ステップＳ２８１５で、コンプレッサ出口圧ｐｉｉおよび機関回転速度に基づいて上限基本噴射量Ｑｐ´（ｐｉｉ）が算出される。そして、次ぐステップＳ２８１７で補正係数Ｒｉｔが「１」に設定される。
ステップＳ２８１３あるいはステップＳ２８１７が経られることで、ステップＳ２８１９で、上限基本噴射量Ｑｐ´（Ｑｐ´（ｐｉｐ）あるいはＱｐ´（ｐｉｉ））に補正係数Ｒｉｔが乗じられて、第４噴射量Ｑｐｍが算出される。そして、ステップＳ２８２１でそれらの４つの燃料噴射量の内の最小噴射量が実行燃料噴射量Ｑｆとして設定される。その結果、上記第１７実施形態で説明したのと同様にして、燃料噴射時期が求められて、インジェクタ１２がこれに基づいて制御される。
このように求められた４つの燃料噴射量の最小値を用いてインジェクタ１２からの燃料噴射が行われるので、上記第１７実施形態で述べたのと同様の効果が奏される。これに加えて、上記の如く、吸気制御弁５６下流側の吸気通路の温度や圧力に基づいて実行燃料噴射量Ｑｆが決定されるので、さらにより適切に、燃料噴射制御を達成することが可能になる。
次に、第２１実施形態について説明する。第２１実施形態の内燃機関では、吸気制御弁５６はインパルス過給のためだけに用いられるのではなく、運転状態が非インパルス過給運転領域の内の特定の運転領域に属するときにも１吸気行程あたり１回開弁されると共に１回閉弁される。これに伴って、第２１実施形態での燃料噴射制御は、上記他の実施形態での燃料噴射制御と比べて異なる点を有する。そこで、以下、第２１実施形態を詳しく説明する。
第２１実施形態の内燃機関システムは、第１７実施形態の内燃機関システムと比べて、概ね同じであるが、吸気制御弁５６の設置位置および個数が異なる。第２１実施形態の内燃機関では、上記第２実施形態の内燃機関の如く個別吸気通路Ｐ３の各々に吸気制御弁５６が設けられている。すなわち第２１実施形態における内燃機関は上記の如く４気筒を有するので、該内燃機関には４つの吸気制御弁５６が設けられる。各吸気制御弁５６の動作等に関しては後述される。そして、ここでは、吸気弁２８の動弁機構は可変動弁機構ではないので、基本的に、運転状態に関わらず、吸気弁２８の開閉時期は同じである。具体的には、各気筒１６において、吸気弁２８の開弁時期はおおむねピストン４８が上死点（ＴＤＣ）にあるときであり、吸気弁２８の閉弁時期はピストン４８が下死点（ＢＤＣ）後３０°〜５０°にあるときである。なお、ピストン４８が下死点後３０°〜５０°にあるときとは、ピストンが下死点にあるときに相当するクランク角よりもクランク角が３０°〜５０°後であるときのことである。
吸気制御弁５６の制御状態切り換え用に３つの領域を有するマップ（不図示）が実験等に基づいて設定され、予めＥＣＵ６０のＲＯＭに記憶されている。３つの領域は、燃焼室１４に吸入される空気量に影響しないように吸気制御弁５６が制御される運転領域である第１運転領域と、上記インパルス過給運転領域である第２運転領域と、これら以外の運転領域である機関回転速度が相対的に低く機関負荷も相対的に低い第３運転領域である。具体的には、第３運転領域は、機関回転速度が低中回転であって、且つ、機関負荷が低中負荷である運転領域であり、上記第２運転領域の低回転側に隣接する。運転状態に応じた吸気弁２８および吸気制御弁５６の吸気行程での各開度と吸気制御弁５６下流側の圧力の内の筒内圧との関係が概念的にグラフ化されて図２９Ａ〜Ｃに示されている。図２９Ａのグラフが運転状態が第１運転領域にあるときのそれらの関係を示し、図２９Ｂのグラフが運転状態が第２運転領域にあるときのそれらの関係を示し、図２９Ｃのグラフが運転状態が第３運転領域にあるときのそれらの関係を示す。ただし、吸気制御弁５６の開度曲線は符号「ＩＣＶ」で指し示され、吸気弁２８の開度曲線は符号「ＩＶ」で指し示される。なお、図２９Ａ〜Ｃでの吸気弁２８の３つの開度曲線ＩＶは全て同じである。
運転状態が第１運転領域に属するとき、吸気制御弁５６は絶えず開状態に維持され、吸気弁２８のみが開閉作動される（図２９Ａ参照）。したがって、吸気弁２８が開かれているとき、ピストン４６が上死点から下死点に向かうことで気筒１６内に生じる負圧によってのみ、吸気通路１８を通った空気は吸入される。それ故、図２９Ａから明らかなように、運転状態が第１運転領域に属するときの吸気弁２８の閉弁時の筒内圧ＣＰ０は、吸気弁２８の開弁時の吸気ポートの圧力とほとんど同じである。
運転状態が第２運転領域に属するとき、吸気弁２８の開弁期間の途中で、吸気制御弁５６は開弁されてその後閉弁される。図２９Ｂには、具体的に、吸気弁２８が上死点付近で開弁された後、下死点後に閉弁完了されるまでの間に、吸気制御弁５６が上死点後１００°程度で開弁されてピストン４８が概ね下死点にあるときに閉弁される場合について表されている。このように吸気制御弁５６がインパルス過給用開閉時期に基づいて作動されるので、上記の如き吸気脈動効果を最大限に利用して、空気は気筒１６内に吸入される。それ故、運転状態が第２運転領域に属するときの吸気弁２８の閉弁時の筒内圧ＣＰ１は、吸気弁２８の開弁時の吸気ポートの圧力よりもかなり高い。
運転状態が第３運転領域に属するとき、吸気弁２８の開弁前に開かれて開弁状態に維持されていた吸気制御弁５６が、概ねピストン４８が下死点付近にあるときに閉弁される（図２９Ｃ参照）。この結果、吸気制御弁５６閉弁後、吸気弁２８閉弁前において、それまでに、気筒１６内に取り込まれた空気は、吸気制御弁５６で遮断されて、吸気制御弁５６下流側に確保される。したがって、インパルス過給よりは過給効果が落ちるものの、気筒１６内に多くの空気を吸入することができる。したがって、運転状態が第３運転領域に属するときの吸気弁２８の閉弁時の筒内圧ＣＰ２は、吸気弁２８の開弁時の吸気ポートの圧力よりも高くなる。
なお、運転状態が第１運転領域に属するときであって、且つ、機関回転速度が高いとき、吸気ポート２６を流れる空気の流速は、吸気通路から気筒１６内への空気流の慣性により、ピストンが下死点を過ぎてから最速になる。これに対して、上記の如き開閉時期に吸気弁２８が開閉されるので、所望量の空気は、適切に気筒１６内すなわち燃焼室１４に吸入される。したがって、このときには、運転状態が第３運転領域に属するときのような、吸気制御弁５６の開閉作動を必要としない。
筒内圧ＣＰ０、ＣＰ１、ＣＰ２の関係は、図２９Ａ〜Ｃから明らかなように「ＣＰ１＞ＣＰ２＞ＣＰ０」である。このように、吸気制御弁５６を吸気弁２８と関連付けて制御することで達成される吸入空気量は、その時々の運転状態に適した量である。そして、このように運転状態に応じて気筒１６内に吸入される空気量が変化しても、適切に運転状態に見合った機関トルクを生み出すために、以下に説明される燃料噴射制御がここでは行われる。
このように運転状態に見合った吸入空気量を実現させるとき、上記したのと同様に、排気エミッション等の観点からも、それに対応する量の燃料が燃焼室１４に噴射されることが好ましい。そこで、本第２１実施形態での燃料噴射制御に関して図３０のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図３０のフローチャートは、第２１実施形態での実行燃料噴射量Ｑｆの決定の流れを示すものであり、そのルーチンは数十ｍｓごとに繰り返され、好ましくは各気筒１６での吸気行程ごとに繰り返される。なお、ここでは、運転状態が第２運転領域に属するときの上記の如き空気の吸入をインパルス過給と称するのに対して、運転状態が第１運転領域に属するときの上記の如き空気の吸入を非過給と、運転状態が第３運転領域に属するときの上記の如き空気の吸入を低回転過給と称する。なお、これに伴い第３運転領域を低回転過給運転領域と称する。ただし、運転状態がいずれの運転領域に属していても、ターボチャージャ８０による過給は行われ得る。
ＥＣＵ６０は、ステップＳ３００１で、上記第１７実施形態で説明した基本噴射量Ｑｐを、上記したのと同様にして算出する。次ぐ、ステップＳ３００３では、インパルス過給実行中か否かが判定される。この判定として、ここでは、運転状態が上記インパルス過給運転領域である第２運転領域に属するか否かの判定が行われる。ステップＳ３００３で肯定判定されると、次ぐステップＳ３００５で補正係数Ｋとして、上記第１７実施形態で求められた補正係数Ｒｉｐが同じように算出される。
他方、ステップＳ３００３で否定判定されると、次ぐステップＳ３００７では、低回転過給実行中か否かが判定される。この判定として、運転状態が上記第３運転領域に属するか否かの判定が行われる。ステップＳ３００７で肯定判定されると、次ぐステップＳ３００９で補正係数Ｋとして、そのときの機関回転速度に基づいて予め実験により求められてＲＯＭに記憶されているマップが検索されて補正係数Ｒｉｒが算出される。これに対して、ステップＳ３００７で否定判定されると、ステップＳ３０１１で補正係数Ｋとして「１」が設定される。
ステップＳ３００５、Ｓ３００９、あるいはＳ３０１１が経られると、次ぐステップＳ３０１３で、ステップＳ３００１で算出された基本噴射量Ｑｐにその直前に設定された補正係数Ｋが乗じられて、実行燃料噴射量Ｑｆが算出される。算出された実行燃料噴射量Ｑｆ分の燃料を燃焼室１４に供給するように、インジェクタ１２は制御される。
なお、ステップＳ３００３で肯定判定されるとき、実行燃料噴射量Ｑｆとして、上記第１８から２０実施形態での第４噴射量Ｑｐｍが算出されてもよい。さらに、本第２１実施形態でも、上記第１７実施形態等と同様にして、第１噴射量Ｑｂ、第２噴射量Ｑａ、および第３噴射量Ｑｅを求めて、これらとステップＳ３０１３で求めた燃料噴射量あるいは上記第１８から２０実施形態での第４噴射量Ｑｐｍとを比較して、それらの内の最小噴射量を実行燃料噴射量にすることができる。
こうして、運転状態に適した量の空気が気筒１６内に吸入され、その空気量に見合った量の燃料が気筒１６内すなわち燃焼室１４に噴射される。したがって、排気エミッションを悪化させることなく、要求トルクを適切に実現できる。
このように、上記第１７から第２１実施形態では、インパルス過給実行時において、吸気制御弁５６の作動状態等に基づいて燃料噴射量を直接的に決定しつつ燃料噴射制御を行った。また、上記第２１実施形態では、低回転過給実行時において、吸気制御弁５６の作動状態等に基づく空気量の増大量を考慮して燃料噴射量を直接的に決定しつつ燃料噴射制御を行った。しかしながら、一旦、吸気制御弁５６の作動状態などに基づいて気筒１６内に吸入された空気量を推定により求めてから、この空気量に基づいて燃焼室１４への燃料噴射制御が実行されてもよい。
なお、本発明は、上記種々の実施形態や変形例に制限されるものではなく、それらの任意の実施形態を組み合わせた別の実施形態を許容する。上記種々の実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月22日(2009.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気柱振動の発生に寄与する通路長さを有する吸気通路を複数の気筒の各々に対して備え、
これら吸気通路に共通にインパルス過給に利用可能な吸気制御弁を設け、
該吸気制御弁の開閉時期を各吸気通路の通路長さに対応して設定したことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記複数の気筒の数より少ない１つまたは複数の吸気制御弁が設けられ、該1つまたは複数の吸気制御弁の各々は、開弁期間を可変とするように任意のタイミングで制御可能であり、かつ、共通にインパルス過給に利用可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記吸気通路の各々の通路長さは、各気筒の吸気弁位置からサージタンクの下流側端部までの長さであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記吸気通路の任意の箇所の断面積は略等しいことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記吸気通路の各々は、他の吸気通路と共通の共通吸気通路と、対応する単一の気筒に関する個別吸気通路とを含み、
前記複数の気筒は１つまたは複数の群に分けられ、
１つの群に関して単一の前記共通吸気通路が前記サージタンクと連通することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記複数の気筒は、吸気行程の時期が離れた複数の気筒ごとに群に分けられていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記複数の気筒は、隣り合う複数の気筒ごとに群に分けられていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記吸気制御弁は、前記共通吸気通路に設けられていることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項９】
前記吸気制御弁は、前記共通吸気通路と前記個別吸気通路との境界部に設けられていることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記吸気制御弁は、前記境界部の分岐部に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記吸気制御弁は、１つの気筒に対する吸気通路を開通させると、その他の気筒に対する吸気通路を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記吸気制御弁は、前記境界部の中間分岐通路に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記個別吸気通路はシリンダヘッドに形成されていて、且つ、前記共通吸気通路の下流側端部は前記シリンダヘッドに形成されていることを特徴とする請求項５から１２のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記吸気制御弁は複数備えられていて、
吸気行程にある気筒に対する吸気通路に設けられた吸気制御弁は開閉制御され、吸気行程にない気筒に対する吸気通路に設けられた残りの吸気制御弁は閉弁制御されることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１５】
運転状態に応じて前記吸気制御弁を制御する吸気制御弁制御手段を備え、
該吸気制御弁制御手段は、運転状態がインパルス過給運転領域にあるとき、下流側にある気筒の吸気行程の途中で開弁し、その後閉弁するように前記吸気制御弁を制御することを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１６】
前記吸気制御弁制御手段は、運転状態が低回転過給運転領域にあるとき、下流側にある気筒の吸気行程開始時以前に開弁し、その後、該気筒の吸気弁が閉弁する前に閉弁するように前記吸気制御弁を制御することを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関。
【請求項１７】
前記吸気制御弁制御手段は、運転状態が低回転過給運転領域にあるとき、ピストンが下死点付近にあるときに閉弁するように前記吸気制御弁を制御することを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関。
【請求項１８】
前記吸気制御弁は複数備えられていて、
前記吸気制御弁制御手段は、吸気行程にある気筒に対する吸気通路に設けられた吸気制御弁を開閉制御し、吸気行程にない気筒に対する吸気通路に設けられた残りの吸気制御弁を閉弁制御することを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１９】
前記吸気制御弁制御手段により前記吸気制御弁が制御されているとき、該吸気制御弁の作動状態、該吸気制御弁下流側の吸気通路の温度、該吸気制御弁下流側の吸気通路の圧力、および、気柱振動の発生に寄与する通路長さを有すると共に該吸気制御弁が設けられた前記吸気通路の形状特性の内の少なくともいずれか１つに基づいて、該吸気制御弁下流側の気筒に吸気行程で吸入された空気量を推定する空気量推定手段を備えることを特徴とする請求項１５から１８のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項２０】
前記空気量推定手段によって推定された吸気行程で前記気筒に吸入された空気量に基づいて、該気筒への燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする請求項１９に記載の内燃機関。
【請求項２１】
前記吸気制御弁制御手段により前記吸気制御弁が制御されているとき、該吸気制御弁の作動状態、該吸気制御弁下流側の吸気通路の温度、該吸気制御弁下流側の吸気通路の圧力、および、気柱振動の発生に寄与する通路長さを有すると共に該吸気制御弁が設けられた前記吸気通路の形状特性の内の少なくともいずれか１つに基づいて、該吸気制御弁下流側の気筒に吸気行程で吸入された空気量に対応する量の燃料を該気筒へ噴射するように燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えることを特徴とする請求項１５から１８のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項２２】
前記吸気制御弁の作動状態には、該吸気制御弁の作動の有無、そのインパルス過給用開弁時期、そのインパルス過給用閉弁時期、そのインパルス過給用開弁期間、その低回転過給用閉弁時期、その動作速度の内の少なくともいずれか１つが含まれることを特徴とする請求項１９から２１のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項２３】
前記吸気制御弁下流側の吸気通路の温度は、該吸気制御弁下流側の吸気弁閉弁時の温度であることを特徴とする請求項１９から２２のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項２４】
前記吸気制御弁下流側の吸気通路の圧力は、該吸気制御弁下流側の吸気弁閉弁時の圧力であることを特徴とする請求項１９から２３のいずれかに記載の内燃機関。
【国際調査報告】
2008108234.tif 000035
2008108234.tif 000036