(57)【要約】【課題】  本発明は内燃機関の吸気制御装置に関し、内燃機関の運転状態に応じた理想的な吸気特性を実現できるようにする。【解決手段】  各気筒の吸気通路を開閉する吸気制御弁とともに、吸気弁のバルブタイミングを連続的に或いは多段階に可変制御する可変バルブタイミング機構を設ける。そして、吸気制御弁と可変バルブタイミング機構とを協調制御することにより、吸気弁と吸気制御弁がともに開弁している期間である有効吸気期間を内燃機関の運転状態に応じて制御する。【選択図】      図４
2006046293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒の吸気通路に設けられ前記吸気通路を開閉する吸気制御弁と、
吸気弁のバルブタイミングを連続的に或いは多段階に可変制御する可変バルブタイミング機構と、
前記吸気制御弁と前記可変バルブタイミング機構とを協調制御することにより、前記吸気弁と前記吸気制御弁がともに開弁している期間である有効吸気期間を内燃機関の運転状態に応じて制御する制御手段と、
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】
前記吸気弁を駆動する吸気カムは、前記内燃機関の運転状態が高速全負荷状態にあるときに最適な吸気特性が得られるようなカムプロフィールを有していることを特徴とする請求項１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、前記内燃機関の回転数或いは負荷が高くなるほど、前記吸気制御弁の開弁期間をクランク角度で見て長くすることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態により決まる有効吸気期間の目標開始タイミングに合わせて前記吸気弁を開弁するように前記可変バルブタイミング機構の進角量を設定するとともに、前記吸気弁の開弁前には前記吸気制御弁を予め開弁し、前記吸気弁の開弁タイミングから決まる前記吸気弁の閉弁タイミングよりも進角側で有効吸気期間の目標終了タイミングに合わせて前記吸気制御弁を閉弁するように前記吸気制御弁の開弁期間を設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項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、前記内燃機関の運転状態により決まる有効吸気期間の目標終了タイミングに合わせて前記吸気弁を閉弁するように前記可変バルブタイミング機構の進角量を設定するとともに、前記吸気弁の閉弁タイミングから決まる前記吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側で有効吸気期間の目標開始タイミングに合わせて前記吸気制御弁を開弁し、前記吸気弁の閉弁後に前記吸気制御弁を閉弁するように前記吸気制御弁の開弁期間を設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１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、前記内燃機関の運転状態により決まる有効吸気期間の目標開始タイミングに合わせて前記吸気制御弁を開弁し、有効吸気期間の目標終了タイミングに合わせて前記吸気制御弁を閉弁するように前記吸気制御弁の開弁期間を設定するとともに、前記吸気弁の開弁期間内に前記吸気制御弁の開弁期間が位置するように前記可変バルブタイミング機構の進角量を設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態が部分負荷状態である場合に、前記吸気弁の開弁前に前記吸気制御弁を開弁し、前記可変バルブタイミング機構の進角量により決まる前記吸気弁の開弁タイミングによって有効吸気期間の開始タイミングを制御するとともに、前記吸気弁の閉弁タイミングよりも進角側で前記吸気制御弁を閉弁し、前記吸気制御弁の閉弁タイミングによって有効吸気期間の終了タイミングを制御することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記内燃機関の負荷に応じて前記吸気制御弁の閉弁タイミングを制御することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態が低速全負荷状態である場合には、前記吸気弁の開弁期間内で前記吸気制御弁を開閉させ、前記吸気制御弁の開弁タイミングにより有効吸気期間の開始タイミングを制御するとともに、前記吸気制御弁の閉弁タイミングにより有効吸気期間の終了タイミングを制御し、
前記内燃機関の運転状態が中速全負荷状態である場合には、前記吸気弁の閉弁後まで前記吸気制御弁を開弁し、前記可変バルブタイミング機構の進角量により決まる前記吸気弁の閉弁タイミングによって有効吸気期間の終了タイミングを制御するとともに、前記吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側で前記吸気制御弁を開弁して、前記吸気制御弁の開弁タイミングによって有効吸気期間の開始タイミングを制御し、
前記内燃機関の運転状態が高速全負荷状態である場合には、少なくとも前記吸気弁の開弁期間は前記吸気制御弁を開弁して、前記可変バルブタイミング機構の進角量により決まる前記吸気弁の開弁タイミングにより有効吸気期間の開始タイミングを制御するとともに、前記吸気弁の閉弁タイミングにより有効吸気期間の終了タイミングを制御することを特徴とする請求項７又は８記載の内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関し、詳しくは、各気筒の吸気通路を開閉する吸気制御弁と吸気弁のバルブタイミングを連続的に或いは多段階に可変制御する可変バルブタイミング機構とを備える吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、各気筒に通じる吸気通路に吸気制御弁を配置した内燃機関が知られている。特許文献１に記載の従来技術（以下、単に従来技術という）では、吸気制御弁は、高回転域において高トルクが得られるように吸気弁を駆動する高速適合カムとともに用いられている。高速適合カムにより吸気弁が駆動される場合、吸気弁の閉弁タイミングは吸気下死点を超えて圧縮行程の初期に位置するが、低回転時には下死点から吸気弁の閉弁タイミングまでの時間が高回転時よりも長くなるため、燃焼室から吸気通路への吹き戻しが増大する。また、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ期間も長くなるために内部ＥＧＲによる残留ガス量も増大してしまう。したがって、高速適合カムにより実現される吸気弁のバルブタイミングでは、低回転域では新気の体積効率が低下するために高トルクを得ることができない。
【０００３】
そこで、上記従来技術では、低回転域では吸気弁の開弁タイミングよりも遅いタイミングで吸気制御弁を開き、また、吸気弁の閉弁タイミングよりも早いタイミングで吸気制御弁を閉じるようにしている。吸気弁の開弁タイミングよりも遅く吸気制御弁を開くことで、実質的には吸気制御弁が開いたタイミングで燃焼室への吸気が開始されることになり、バルブオーバーラップ期間は短縮される。また、吸気弁の閉弁タイミングよりも早く吸気制御弁を閉じることで、実質的には吸気制御弁が閉じたタイミングで吸気が終了することになり、吸気通路への吹き戻しは抑制される。これにより、低速適合カムにより吸気弁を駆動した場合と同様の吸気特性を得ることができ、低回転域におけるトルクの低下を防止することができる。
【特許文献１】特許第２５５０５５０号公報
【特許文献２】特開平１１−１３４９３号公報
【特許文献３】特開平４−１４８０２３号公報
【特許文献４】特開平４−１７９８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
各気筒の吸気通路を自在に開閉制御できる吸気制御弁を備えることで、実質的な吸気期間（以下、吸気弁と吸気制御弁がともに開弁している期間を有効吸気期間という）を自在に変更することが可能になる。しかし、上記従来技術では、吸気カムのカムプロフィールで決まる吸気弁の開弁タイミング或いは閉弁タイミングを越えるように有効吸気期間を変更することはできない。内燃機関のさらなる燃費の低減と出力の向上を目指すためには、有効吸気期間の制御幅をより広く確保して、内燃機関の運転状態に応じた理想的な吸気特性を得られるように有効吸気期間を制御できるようにしたい。
【０００５】
有効吸気期間の制御幅を広げる方法の１つとしては、吸気カムのカムプロフィールの設定により吸気弁の開弁期間を拡大し、拡大された開弁期間の中で吸気制御弁により有効吸気期間を制御することが考えられる。しかし、吸気制御弁は、その精度上、吸気通路と燃焼室との連通を完全には遮断することはできず、閉弁時にも少なからず空気の漏れが生じている。また、吸気制御弁と吸気弁との間には、両者の設置距離に応じたデッドボリュームが存在している。このため、吸気制御弁は吸気弁ほど高い精度で燃焼室への吸気を制御することはできない。燃焼室への吸気を高い精度で制御したい状況では、吸気制御弁ではなく吸気弁の開閉によって吸気期間の開始タイミング或いは終了タイミングを制御できるようにしたい。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転状態に応じた理想的な吸気特性を実現できるようにした、内燃機関の吸気制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の吸気制御装置であって、
各気筒の吸気通路に設けられ前記吸気通路を開閉する吸気制御弁と、
吸気弁のバルブタイミングを連続的に或いは多段階に可変制御する可変バルブタイミング機構と、
前記吸気制御弁と前記可変バルブタイミング機構とを協調制御することにより、前記吸気弁と前記吸気制御弁がともに開弁している期間である有効吸気期間を内燃機関の運転状態に応じて制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記吸気弁を駆動する吸気カムは、前記内燃機関の運転状態が高速全負荷状態にあるときに最適な吸気特性が得られるようなカムプロフィールを有していることを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記制御手段は、前記内燃機関の回転数或いは負荷が高くなるほど、前記吸気制御弁の開弁期間をクランク角度で見て長くすることを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態により決まる有効吸気期間の目標開始タイミングに合わせて前記吸気弁を開弁するように前記可変バルブタイミング機構の進角量を設定するとともに、前記吸気弁の開弁前には前記吸気制御弁を予め開弁し、前記吸気弁の開弁タイミングから決まる前記吸気弁の閉弁タイミングよりも進角側で有効吸気期間の目標終了タイミングに合わせて前記吸気制御弁を閉弁するように前記吸気制御弁の開弁期間を設定することを特徴としている。
【００１１】
第５の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態により決まる有効吸気期間の目標終了タイミングに合わせて前記吸気弁を閉弁するように前記可変バルブタイミング機構の進角量を設定するとともに、前記吸気弁の閉弁タイミングから決まる前記吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側で有効吸気期間の目標開始タイミングに合わせて前記吸気制御弁を開弁し、前記吸気弁の閉弁後に前記吸気制御弁を閉弁するように前記吸気制御弁の開弁期間を設定することを特徴としている。
【００１２】
第６の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態により決まる有効吸気期間の目標開始タイミングに合わせて前記吸気制御弁を開弁し、有効吸気期間の目標終了タイミングに合わせて前記吸気制御弁を閉弁するように前記吸気制御弁の開弁期間を設定するとともに、前記吸気弁の開弁期間内に前記吸気制御弁の開弁期間が位置するように前記可変バルブタイミング機構の進角量を設定することを特徴としている。
【００１３】
第７の発明は、第２の発明において、前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態が部分負荷状態である場合に、前記吸気弁の開弁前に前記吸気制御弁を開弁し、前記可変バルブタイミング機構の進角量により決まる前記吸気弁の開弁タイミングによって有効吸気期間の開始タイミングを制御するとともに、前記吸気弁の閉弁タイミングよりも進角側で前記吸気制御弁を閉弁し、前記吸気制御弁の閉弁タイミングによって有効吸気期間の終了タイミングを制御することを特徴としている。
【００１４】
第８の発明は、第７の発明において、前記制御手段は、前記内燃機関の負荷に応じて前記吸気制御弁の閉弁タイミングを制御することを特徴としている。
【００１５】
第９の発明は、第７又は第８の発明において、前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態が低速全負荷状態である場合には、前記吸気弁の開弁期間内で前記吸気制御弁を開閉させ、前記吸気制御弁の開弁タイミングにより有効吸気期間の開始タイミングを制御するとともに、前記吸気制御弁の閉弁タイミングにより有効吸気期間の終了タイミングを制御し、
前記内燃機関の運転状態が中速全負荷状態である場合には、前記吸気弁の閉弁後まで前記吸気制御弁を開弁し、前記可変バルブタイミング機構の進角量により決まる前記吸気弁の閉弁タイミングによって有効吸気期間の終了タイミングを制御するとともに、前記吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側で前記吸気制御弁を開弁して、前記吸気制御弁の開弁タイミングによって有効吸気期間の開始タイミングを制御し、
前記内燃機関の運転状態が高速全負荷状態である場合には、少なくとも前記吸気弁の開弁期間は前記吸気制御弁を開弁して、前記可変バルブタイミング機構の進角量により決まる前記吸気弁の開弁タイミングにより有効吸気期間の開始タイミングを制御するとともに、前記吸気弁の閉弁タイミングにより有効吸気期間の終了タイミングを制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、可変バルブタイミング機構により吸気弁のバルブタイミング（開弁期間）を可変制御することができるので、吸気制御弁による有効吸気期間の制御幅を広く確保することができる。しかも、可変バルブタイミング機構によるバルブタイミングの設定により有効吸気期間の開始タイミングと終了タイミングの何れか或いは双方を吸気弁によって制御することができる。したがって、本発明によれば、内燃機関の運転状態に応じた最適な吸気期間を実現することができるとともに、燃焼室への吸気を高い精度で制御したい状況では、吸気弁によって有効吸気期間の開始タイミング或いは終了タイミングを制御することもできるので、内燃機関の運転状態に応じた理想的な吸気特性を得ることができ、さらなる燃費の低減と出力の向上が可能になる。
【００１７】
特に第４の発明によれば、吸気弁の開弁によって有効吸気期間が開始されるので、内燃機関の運転性能に影響を及ぼす因子としてバルブオーバーラップによる内部ＥＧＲの影響が大きい場合に、有効吸気期間の開始前における燃焼室と吸気通路との連通を確実に遮断することができ、残留ガス量を内燃機関の運転状態に応じた適正な値に制御することができる。
【００１８】
また、第５の発明によれば、吸気弁の閉弁によって有効吸気期間が終了するので、内燃機関の運転性能に影響を及ぼす因子として燃焼室から吸気通路への吹き戻しの影響が大きい場合に、有効吸気期間の終了後における燃焼室と吸気通路との連通を確実に遮断することができ、吹き戻しを抑制して新気の充填効率を高めることができる。
【００１９】
また、第６の発明によれば、有効吸気期間の開始と終了を吸気制御弁の開弁／閉弁によって制御することができるので、バルブオーバーラップによる内部ＥＧＲと燃焼室から吸気通路への吹き戻しがともに内燃機関の運転性能に影響する場合に、必要な吸気期間の長さは確保しながら、内部ＥＧＲと吹き戻しの双方をバランスよく抑制することができる。
【００２０】
第７の発明によれば、部分負荷状態において理想的な吸気特性を得ることができる。部分負荷状態では、バルブオーバーラップによる内部ＥＧＲが内燃機関の運転性能へ大きな影響を及ぼすが、第７の発明によれば、吸気弁の開弁タイミングによって有効吸気期間の開始タイミングが制御されるので、有効吸気期間の開始前における燃焼室と吸気通路との連通を確実に遮断することができ、残留ガス量を内燃機関の運転状態に応じた適正な値に制御することができる。また、吸気制御弁の閉弁タイミングによって有効吸気期間の終了タイミングが制御されるので、燃焼室と吸気通路との連通を早期に遮断してポンピングロスを低減することもできる。
【００２１】
特に第８の発明によれば、吸気制御弁の閉弁タイミングによって吸入空気量を負荷に応じた吸入空気量に制御することができる。
【００２２】
第９の発明によれば、全負荷状態において理想的な吸気特性を得ることができる。まず、低速全負荷状態では、吸気制御弁の開弁／閉弁タイミングによって有効吸気期間の開始／終了タイミングが制御されるので、必要な吸気期間の長さは確保しながら、バルブオーバーラップによる内部ＥＧＲと燃焼室から吸気通路への吹き戻しの双方をバランスよく抑制することができる。また、中速全負荷状態では、燃焼室から吸気通路への吹き戻しが内燃機関の運転性能へ大きな影響を及ぼすが、第９の発明によれば、吸気弁の閉弁タイミングによって有効吸気期間の終了タイミングが制御されるので、有効吸気期間の終了後における燃焼室と吸気通路との連通を確実に遮断することができ、吹き戻しを抑制して新気の充填効率を高めることができる。また、高速全負荷状態では、吸気弁の開弁／閉弁タイミングによって有効吸気期間の開始／終了タイミングが制御されるので、吸気カムの設計どおりの最適な吸気特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１乃至図８を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態としての吸気制御装置が適用された内燃機関システムの構成を説明するための図である。本実施形態にかかる内燃機関２は火花点火式の４ストロークエンジンであり、図示していないが複数の気筒を有している。内燃機関２のクランク軸１４の近傍には、所定のクランク角位置で信号を出力するクランク角センサ３２が取り付けられている。
【００２４】
各気筒の燃焼室１２には吸気ポート４ａと排気ポート６ａが接続されている。燃焼室１２と吸気ポート４ａとの接続部にはその連通状態を制御する吸気弁８が設けられ、燃焼室１２と排気ポート６ａとの接続部にはその連通状態を制御する排気弁１０が設けられている。吸気弁８及び排気弁１０は、ともにクランク軸１４によって駆動されるカム軸からの駆動力の入力を受けて開閉動作する。特に、吸気弁８のカム軸には、吸気弁８のバルブタイミングを連続的に或いは多段階に可変制御することができる可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）２６が設けられている。可変バルブタイミング機構２６は油圧駆動式でもよく電磁駆動式でもよい。なお、吸気弁８を駆動する吸気カムのカムプロフィールは、内燃機関２の運転状態が高速全負荷状態にあるときに理想的な吸気特性が得られるようなプロフィールに設計されている。排気弁１０を駆動する排気カムのカムプロフィールについても同様である。
【００２５】
吸気ポート４ａには吸気管４が接続され、排気ポート６ａには排気管６が接続されている。吸気管４は吸気ポート４ａとともに吸気通路を形成している。吸気管４の上流端にはエアクリーナ１６が備えられ、エアクリーナ１６の直ぐ下流部分には吸入空気流量（新気の流量）を測定するエアフローメータ３４が配置されている。さらに、エアフローメータ３４の下流には電子制御式のスロットル弁２０が配置されている。吸気管４のスロットル弁２０の下流には圧力変動の平滑化等の機能を有するサージタンク１８が形成されている。吸気管４は、サージタンク１８を分岐点として各気筒の燃焼室１２に吸入空気を分配するための複数のインテークマニホールド４ｂに枝分れしており、各インテークマニホールド４ｂは、それぞれ対応する吸気ポート４ａに接続されている。各吸気ポート４ａには、その上流側から順に吸気制御弁２２と燃料噴射弁２４が取り付けられている。
【００２６】
吸気制御弁２２は、吸気ポート４ａ内の吸入空気の流通を遮断・開放するバルブであり、電磁駆動式のアクチュエータによって開閉駆動される。吸気制御弁２２のアクチュエータは、吸気制御弁２２の開度を連続的に或いは多段階に制御することができ、且つ、吸気制御弁２２を全開位置から全閉位置までで駆動した後に再び全開位置に戻す動作、或いは、全閉位置から全開位置まで駆動した後に再び全閉位置に戻す動作をクランク角度で７２０°ＣＡ内に行うことができるようになっている。内燃機関２の運転中に吸気制御弁２２を作動させることにより、吸気弁８のバルブタイミングによって決まる吸気ポート４ａから燃焼室１２内への混合気の吸気期間を調整することができる。吸気制御弁２２が開弁している場合は、吸気弁８のバルブタイミング通りに燃焼室１２内へ混合気が吸入されるが、吸気制御弁２２が閉弁している場合は、吸気弁８のバルブタイミングにかかわらず吸気は行われない。つまり、吸気弁８と吸気制御弁２２がともに開弁している期間が、吸気ポート４ａと燃焼室１２とが実質的に連通状態となる期間、すなわち、有効吸気期間となる。
【００２７】
本実施形態の内燃機関システムは、上記の有効吸気期間を内燃機関２の運転状態に応じて制御することを特徴としている。有効吸気期間の制御は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０による吸気制御弁２２と可変バルブタイミング機構２６の協調制御によって実現される。ＥＣＵ３０は内燃機関２の運転を総合的に制御するための制御装置であり、上述したクランク角センサ３２，エアフローメータ３４等の各種センサから検出信号の供給を受けると共に、予め定められた制御プログラムに従い、スロットル弁２０，吸気制御弁２２，燃料噴射弁２４，可変バルブタイミング機構２６等の各種装置に対して駆動信号を供給している。
【００２８】
図２のフローチャートは、ＥＣＵ３０により実行される吸気制御弁２２と可変バルブタイミング機構２６の協調制御のルーチンを示すものであり、ＥＣＵ３０は所定のクランク角毎にこのルーチンを繰り返し実行する。このルーチンでは、ＥＣＵ３０は、まず、クランク角センサ３２からの信号に基づいて内燃機関２の回転数（単位時間あたり回転数、回転速度と同義）を算出する（ステップ１００）。続いて、エアフローメータ３４からの信号に基づいて内燃機関２の負荷を算出する（ステップ１０２）。そして、得られた回転数と負荷に基づき、可変バルブタイミング機構２６の進角量と吸気制御弁２２の開閉弁タイミングを決定する（ステップ１０４）。
【００２９】
ステップ１０４における処理は、具体的には、図３に示すマップに従って行われる。図３に示すマップでは、回転数と負荷に応じて部分負荷領域、低速全負荷領域、中速全負荷領域、高速全負荷領域、及び燃料カット領域の五つの運転領域が設定されている。各運転領域には、吸気制御弁２２と可変バルブタイミング機構２６を協調制御する際の制御モード（部分負荷モード、低速全負荷モード、中速全負荷モード、高速全負荷モード、及び燃料カットモード）が関連付けられている。ＥＣＵ３０は、ステップ１００，１０２で得られた回転数と負荷に基づき、現在の内燃機関２の運転状態が当てはまっている運転領域をマップから選択し、選択した運転領域に対応する制御モードを実行する。
【００３０】
図４乃至図８は、各制御モードにおける吸気制御弁２２と可変バルブタイミング機構２６のそれぞれの動作を示す説明図である。図４乃至図８では、クランク角に対する吸気制御弁２２の開度の変化と吸気弁８及び排気弁１０のリフト量の変化が合わせて示されている。以下、図４乃至図８を用いて各制御モードの内容について説明する。
【００３１】
図４は、内燃機関２の運転状態が部分負荷状態の時に実行される部分負荷モードを示している。部分負荷時には、燃焼の安定化のためバルブオーバーラップに伴う残留ガス量の適正な制御が求められる。そこで、部分負荷モードでは、有効吸気期間の開始タイミングが吸気弁８の開弁タイミングによって制御される。具体的には、目標とする残留ガス量を得るのに最適な開弁タイミングが有効吸気期間の目標開始タイミングとして設定され、この目標開始タイミングに吸気弁８の開弁タイミングを合わせるように可変バルブタイミング機構２６の進角量が設定される。これにより、有効吸気期間の開始前における燃焼室１２と吸気ポート４ａとの連通を吸気弁８によって確実に遮断することができ、残留ガス量を内燃機関２の運転状態に応じた適正な値に制御することが可能になる。なお、吸気弁８の開弁時間は一定であることから、開弁タイミングが決定されることで吸気弁８の閉弁タイミングは自ずと決まる。
【００３２】
一方、吸気制御弁２２は、吸気弁８の開弁タイミングに先行して予め開弁され、吸気弁８の閉弁タイミングよりも進角側で閉弁される。つまり、部分負荷モードでは、有効吸気期間の終了タイミングは吸気制御弁２２の閉弁タイミングによって制御される。これにより、燃焼室１２と吸気通路との連通を早期に遮断してポンピングロスを低減し、燃費を改善させることが可能になる。なお、有効吸気期間の終了タイミングは負荷の大きさに応じて決まり、負荷が小さいほど進角側に設定される。図中に斜線で示す部分は、吸気制御弁２２の開度によって補正された吸気弁８の実質的なリフト量に相当しており、斜線部分の面積が吸入空気量の大小のおおよその目安になっている。吸気制御弁２２の閉弁タイミングが進角側に設定されると、その分、斜線部分の面積は減少することになり、負荷に応じた吸入空気量が得られるようになる。吸気制御弁２２の開弁タイミングは、吸気弁８の開弁タイミングよりも早く、且つ、前回サイクルの吸気弁８の閉弁タイミングよりも遅くなっていればよい。
【００３３】
また、部分負荷モードでは、吸気制御弁２２の開弁時における開度は全開ではなく所定の部分開度に設定される。吸気制御弁２２の開度が絞られることで、空気の流路が狭まって吸気流速が上昇する。その結果、燃焼室１２内での燃料と新気のミキシングが促進され、燃焼のさらなる安定化が図られるようになる。
【００３４】
図５は、内燃機関２の運転状態が低速全負荷状態の時に実行される低速全負荷モードを示している。低速全負荷時には、内部ＥＧＲの抑制と燃焼室１２からの吹き戻しの抑制の双方が要求される。しかし、燃焼室１２からの吹き戻しを抑制するように吸気弁８の閉弁タイミングを最適化すると、吸気弁８の開弁タイミングが必要以上に早くなってバルブオーバーラップが増大し、内部ＥＧＲが増大してしまう。逆に、内部ＥＧＲを抑制するように吸気弁８の開弁タイミングを最適化すると、吸気弁８の閉弁タイミングが必要以上に遅くなって燃焼室１２からの吹き戻しが増大してしまう。そこで、低速全負荷モードでは、内燃機関２の運転状態により決まる有効吸気期間の目標開始タイミングに合わせて吸気制御弁２２の開弁タイミングが設定され、有効吸気期間の目標終了タイミングに合わせて吸気制御弁２２の閉弁タイミングが設定される。一方、可変バルブタイミング機構２６の進角量は、吸気弁８の開弁タイミングを最適化した場合の進角量と閉弁タイミングを最適化した場合の進角量の中間量に設定される。これにより、必要な吸気期間の長さは確保しながら、内部ＥＧＲと吹き戻しの双方をバランスよく抑制することが可能になる。
【００３５】
有効吸気期間の目標開始タイミング及び目標終了タイミングは、可変バルブタイミング機構２６の進角量から決まる吸気弁８のバルブタイミングのもとで最大トルクが得られるように設定される。ただし、目標開始タイミングについては、吸気上始点（ＴＤＣ）後に設定されるのが好ましい。吸気ＴＤＣ後まで吸気制御弁２２を閉弁することにより、吸気制御弁２２の開弁時における燃焼室１２内の圧力を負圧にすることができる。これにより、吸気ポート４ａから燃焼室１２内への混合気の流入速度が上昇し、燃料と新気のミキシングが促進されるとともに、慣性効果によって充填効率を高めることができる。
【００３６】
図６は、内燃機関２の運転状態が中速全負荷状態の時に実行される中速全負荷モードを示している。気筒内の残留ガス量は高回転になるほど慣性効果によって減少していく。したがって、中速全負荷時には、残留ガス量の抑制よりも寧ろ、トルクの低下を防止するために燃焼室１２からの吹き戻しを効果的に抑制することが求められる。そこで、中速全負荷モードでは、有効吸気期間の終了タイミングが吸気弁８の閉弁タイミングによって制御される。具体的には、目標とする空気量を得るのに最適な閉弁タイミングが有効吸気期間の目標終了タイミングとして設定され、この目標終了タイミングに吸気弁８の閉弁タイミングを合わせるように可変バルブタイミング機構２６の進角量が設定される。これにより、有効吸気期間の終了後における燃焼室１２と吸気ポート４ａとの連通を吸気弁８によって確実に遮断することができ、吹き戻しを抑制して新気の充填効率を高め所望のトルクを得ることが可能になる。なお、吸気弁８の開弁時間は一定であることから、閉弁タイミングが決定されることで吸気弁８の開弁タイミングは自ずと決まる。
【００３７】
一方、吸気制御弁２２は、吸気弁８の開弁タイミングよりも遅角側で開弁される。つまり、中速全負荷モードでは、有効吸気期間の開始タイミングは吸気制御弁２２の開弁タイミングによって制御される。これにより、燃焼室１２と吸気通路との連通が吸気弁８の開弁後も暫くは遮断されるので、バルブオーバーラップによる内部ＥＧＲを抑制することができ、回転数の上昇に伴う慣性効果以上に残留ガス量を減少させることが可能になる。また、このように有効吸気期間の開始タイミングを吸気制御弁２２によって制御する場合には、ＴＤＣ後に吸気制御弁２２を開弁して慣性効果を利用するようにしてもよい。なお、吸気制御弁２２の閉弁タイミングは、吸気弁８の閉弁タイミングよりも遅く、且つ、次回サイクルの吸気弁８の開弁タイミングよりも早くなっていればよい。
【００３８】
図７は、内燃機関２の運転状態が高速全負荷状態の時に実行される高速全負荷モードを示している。高速全負荷モードでは、吸気制御弁２２は全開にされ、可変バルブタイミング機構２６は最大トルクが得られる位置にその進角量を調整される。これにより、高速全負荷時には吸気弁８の開弁／閉弁タイミングによって有効吸気期間の開始／終了タイミングが制御されるようになり、吸気カムの設計どおりの最適な吸気特性を得ることが可能になる。なお、図７では吸気制御弁２２は常時全開にされているが、少なくとも吸気弁８が開弁されている期間、吸気制御弁２２が全開になっていればよい。
【００３９】
図８は、内燃機関２の運転状態が燃料カット状態の時に実行される燃料カットモードを示している。燃料カットモードは、例えば、アクセルペダルの開度が急減少したときに実行されるモードであり、燃料噴射弁２４からの燃料噴射の停止とともに実行される。燃料カットモードでは、吸気制御弁２２は全閉にされる。吸気制御弁２２が全閉にされることで、燃焼室１２への空気の供給が遮断されて燃焼室１２内は負圧になり、強いエンジンブレーキを得ることが可能になる。なお、可変バルブタイミング機構２６の進角量には限定はない。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００４１】
上記実施の形態では、吸気制御弁２２として開度制御が可能な弁が用いられているが、開度制御機能の無いオン／オフ弁を用いることもできる。この場合、部分負荷モードにおける吸気制御弁２２の開弁時の開度は全開になる。
【００４２】
また、上記実施の形態では、エアフローメータ３４からの信号、つまり、吸気管４内に取り込まれた空気量から負荷を算出しているが、アクセルペダルの開度と回転数から要求トルクを算出し、要求トルクを内燃機関２の負荷（この場合は要求負荷）として用いていもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態としての吸気制御装置が適用された内燃機関システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態で実行される吸気制御弁と可変バルブタイミング機構の協調制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図３】図２のルーチンにおいて制御モードの決定に用いられるマップを示す図である。
【図４】部分負荷モードでの吸気制御弁と可変バルブタイミング機構のそれぞれの動作を示す説明図である。
【図５】低速全負荷モードでの吸気制御弁と可変バルブタイミング機構のそれぞれの動作を示す説明図である。
【図６】中速全負荷モードでの吸気制御弁と可変バルブタイミング機構のそれぞれの動作を示す説明図である。
【図７】高速全負荷モードでの吸気制御弁と可変バルブタイミング機構のそれぞれの動作を示す説明図である。
【図８】燃料カットモードでの吸気制御弁と可変バルブタイミング機構のそれぞれの動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
２  内燃機関
４  吸気管
４ａ  吸気ポート
６  排気管
８  吸気弁
１０  排気弁
１２  燃焼室
１４  クランク軸
２０  スロットル弁
２２  吸気制御弁
２４  燃料噴射弁
２６  可変バルブタイミング機構
３０  ＥＣＵ
３２  クランク角センサ
３４  エアフローメータ
【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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