(57)【要約】【課題】内燃機関の吸気通路にインパルス過給のための吸気制御弁を設けても、その吸気系が拡大することを防ぐ。【解決手段】本発明が適用される内燃機関１０は、吸気通路１８にインパルス過給のための吸気制御弁５６を備える。この吸気制御弁５６は、機関負荷が中高負荷領域に属するとき、１吸気行程に関して１回開弁されると共に１回閉弁される。他方、吸気制御弁５６は、機関負荷が軽負荷領域に属するとき、１吸気行程に関して開状態に保持される。一実施形態において、運転状態に応じた吸入空気量が実現されるように、機関負荷が高負荷領域に属するとき吸気制御弁５６はインパルス過給用の開閉タイミングで作動され、機関負荷が中負荷領域に属するとき１つの吸気行程に関して吸気弁２８の閉じるのに先行して吸気制御弁５６は閉弁される。【選択図】図１
2008274884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路にインパルス過給のための吸気制御弁を設けた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の機関負荷が属する負荷領域を判定する機関負荷判定手段と、
該機関負荷判定手段により機関負荷が中高負荷領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して前記吸気制御弁を１回開弁すると共に１回閉弁し、他方、前記機関負荷判定手段により機関負荷が軽負荷領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して前記吸気制御弁を開状態に保持する吸気制御弁制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記吸気制御弁制御手段は、
前記機関負荷判定手段により機関負荷が高負荷領域に属すると判定されたとき、インパルス過給が生じるように、前記吸気制御弁の下流側にあって且つ吸気行程にある気筒の吸気弁の開弁の後であって該吸気弁の閉弁の前に前記吸気制御弁を開弁し、
前記機関負荷判定手段により機関負荷が中負荷領域に属すると判定されたとき、機関運転状態に対応した量の空気が吸入されるように、前記吸気制御弁の下流側にあって且つ吸気行程にある気筒の吸気弁の閉弁に先行して、前記吸気制御弁を閉弁することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
吸気通路にインパルス過給のための吸気制御弁を設けた内燃機関の制御装置において、
前記吸気制御弁をバイパスするバイパス通路に設けられたバイパス弁と、
前記内燃機関の機関負荷が属する負荷領域を判定する機関負荷判定手段と、
該機関負荷判定手段により機関負荷が中高負荷領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して前記吸気制御弁を１回開弁すると共に１回閉弁し、他方、前記機関負荷判定手段により機関負荷が軽負荷領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して前記吸気制御弁を閉状態に保持する吸気制御弁制御手段と、
前記機関負荷判定手段により機関負荷が中高負荷領域に属すると判定されたとき、前記バイパス弁を閉状態に保持し、他方、前記機関負荷判定手段により機関負荷が軽負荷領域に属すると判定されたとき、前記バイパス弁を開状態に保持するバイパス弁制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気制御弁制御手段は、
前記機関負荷判定手段により機関負荷が高負荷領域に属すると判定されたとき、インパルス過給が生じるように、前記吸気制御弁の下流側にあって且つ吸気行程にある気筒の吸気弁の開弁の後であって該吸気弁の閉弁の前に前記吸気制御弁を開弁し、
前記機関負荷判定手段により機関負荷が中負荷領域に属すると判定されたとき、機関運転状態に対応した量の空気が吸入されるように、前記吸気制御弁の下流側にあって且つ吸気行程にある気筒の吸気弁の閉弁に先行して、前記吸気制御弁を閉弁することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気弁よりも上流側の吸気通路にインパルス過給のための吸気制御弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、その一例が特許文献１に開示されている。この特許文献１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弁が開弁される前に、吸気通路を閉じるべく閉鎖位置に作動される。そして、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、前記吸気制御弁は急激に開放方向に作動される。こうして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、燃焼室に吸入される空気の量を多くするようにしている。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。
【０００３】
他方、多くの車両の内燃機関の吸気通路には、燃焼室に導かれる空気の量をコントロールするためにスロットルバルブが設けられている。このようにスロットルバルブを吸気通路に有する内燃機関に、上記の如きインパルス過給のための吸気制御弁を適用することができる。この場合、スロットルバルブと吸気制御弁とは直列的に配置され、吸入される空気はスロットルバルブと吸気制御弁との両方を通過して燃焼室に至る。このようにスロットルバルブと吸気制御弁とが配置された内燃機関では、インパルス過給が必要とされるとき、スロットルバルブは例えば全開状態に保持され、吸気制御弁は上記の如く吸気弁の動きに関連して動かされる。他方、インパルス過給が必要とされないとき、吸気制御弁は例えば全開状態に保持され、運転状態に応じた吸入空気量を実現するべくスロットルバルブが適切な開度に制御される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４８９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の如くスロットルバルブを備えた内燃機関に吸気制御弁を適用した場合には、スロットルバルブと吸気制御弁とが直列的にその吸気通路に配置されるので、その内燃機関の吸気通路の全長は長くなる。また、スロットルバルブの他に吸気制御弁を設けることは、吸気制御弁の制御機構が、スロットルバルブの制御機構とは別に、別途設けられることを引き起こす。したがって、スロットルバルブを備えた内燃機関に上記の如き吸気制御弁を設けることは、内燃機関の吸気系の拡大をもたらす。これは、車両の縮小化の観点からは好ましくない。なお、このような問題は、スロットルバルブに加えてアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）をも吸気系に備えている内燃機関でも、吸気制御弁を設けることで当然に生じる。
【０００６】
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、内燃機関の吸気通路にインパルス過給のための吸気制御弁を設けても、その吸気系が拡大することを防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、吸気通路にインパルス過給のための吸気制御弁を設けた内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の機関負荷が属する負荷領域を判定する機関負荷判定手段と、該機関負荷判定手段により機関負荷が中高負荷領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して前記吸気制御弁を１回開弁すると共に１回閉弁し、他方、前記機関負荷判定手段により機関負荷が軽負荷領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して前記吸気制御弁を開状態に保持する吸気制御弁制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、機関負荷判定手段により機関負荷が中高負荷領域に属すると判定されたとき、吸気制御弁制御手段により、１吸気行程に関して吸気制御弁は１回開弁されると共に１回閉弁される。他方、機関負荷判定手段により機関負荷が軽負荷領域に属すると判定されたとき、吸気制御弁制御手段により、１吸気行程に関して吸気制御弁は開状態に保持される。このように吸気制御弁を制御することで、機関負荷がいずれの負荷領域に属していても、機関運転状態に対応した吸入吸気量を適切に達成することができる。それ故、いわゆるスロットルバルブを吸気制御弁に加えて吸気通路に設ける必要がない。したがって、内燃機関の吸気通路に吸気制御弁を設けても、その吸気系が実質的に拡大することを防ぐことができる。
【０００９】
ただし、前記吸気制御弁制御手段は、前記機関負荷判定手段により機関負荷が高負荷領域に属すると判定されたとき、インパルス過給が生じるように、前記吸気制御弁の下流側にあって且つ吸気行程にある気筒の吸気弁の開弁の後であって該吸気弁の閉弁の前に前記吸気制御弁を開弁し、前記機関負荷判定手段により機関負荷が中負荷領域に属すると判定されたとき、機関運転状態に対応した量の空気が吸入されるように、前記吸気制御弁の下流側にあって且つ吸気行程にある気筒の吸気弁の閉弁に先行して、前記吸気制御弁を閉弁すると良い。こうすることで、機関負荷判定手段により機関負荷が高負荷領域に属すると判定されたときインパルス過給を生じさせることができ、また機関負荷判定手段により機関負荷が中負荷領域に属すると判定されたとき機関運転状態に対応した量の空気を吸入させることができる。
【００１０】
あるいは、上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、吸気通路にインパルス過給のための吸気制御弁を設けた内燃機関の制御装置において、前記吸気制御弁をバイパスするバイパス通路に設けられたバイパス弁と、前記内燃機関の機関負荷が属する負荷領域を判定する機関負荷判定手段と、該機関負荷判定手段により機関負荷が中高負荷領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して前記吸気制御弁を１回開弁すると共に１回閉弁し、他方、前記機関負荷判定手段により機関負荷が軽負荷領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して前記吸気制御弁を閉状態に保持する吸気制御弁制御手段と、前記機関負荷判定手段により機関負荷が中高負荷領域に属すると判定されたとき、前記バイパス弁を閉状態に保持し、他方、前記機関負荷判定手段により機関負荷が軽負荷領域に属すると判定されたとき、前記バイパス弁を開状態に保持するバイパス弁制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、機関負荷判定手段により機関負荷が軽負荷領域に属すると判定されたとき、吸気制御弁制御手段により１吸気行程に関して吸気制御弁は閉状態に保持され、バイパス弁制御手段によりバイパス弁は開状態に保持される。したがって、機関負荷が軽負荷領域に属するとき、機関運転状態に対応した量の空気を、バイパス弁を介して燃焼室に導くことが可能になる。また、機関負荷判定手段により機関負荷が中高負荷領域に属すると判定されたとき、バイパス弁制御手段によりバイパス弁は閉状態に保持され、吸気制御弁制御手段により吸気制御弁は１吸気行程に関して１回開弁されると共に１回閉弁される。したがって、機関負荷が中高負荷領域に属するとき、機関運転状態に対応した量の空気を、吸気制御弁を介して燃焼室に導くことが可能になる。このように吸気制御弁やバイパス弁を制御することで、機関負荷がいずれの負荷領域に属していても、機関運転状態に対応した吸入空気量を適切に達成することができる。それ故、いわゆるスロットルバルブを、吸気通路に設ける必要がない。したがって、内燃機関の吸気通路に吸気制御弁を設けても、その吸気系が実質的に拡大することを防ぐことができる。
【００１２】
ただし、このようにバイパス弁も備えた内燃機関では、前記吸気制御弁制御手段は、前記機関負荷判定手段により機関負荷が高負荷領域に属すると判定されたとき、インパルス過給が生じるように、前記吸気制御弁の下流側にあって且つ吸気行程にある気筒の吸気弁の開弁の後であって該吸気弁の閉弁の前に前記吸気制御弁を開弁し、前記機関負荷判定手段により機関負荷が中負荷領域に属すると判定されたとき、機関運転状態に対応した量の空気が吸入されるように、前記吸気制御弁の下流側にあって且つ吸気行程にある気筒の吸気弁の閉弁に先行して、前記吸気制御弁を閉弁すると良い。こうすることで、機関負荷判定手段により機関負荷が高負荷領域に属すると判定されたときインパルス過給を生じさせることができ、また機関負荷判定手段により機関負荷が中負荷領域に属すると判定されたとき機関運転状態に対応した量の空気を吸入させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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に関してのみ内燃機関１０が示されているが、内燃機関１０は、そ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。
【００１５】
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の内で断面積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により下流側端部が開閉される吸気通路１８や排気弁４０により上流側端部が開閉される排気通路３０は、それら各々の開弁時に、燃焼室１４に連通する。燃焼室１４は、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る。
【００１６】
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。そして、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。なお、このような構成に代えて、動弁機構４８として、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。
【００１７】
上記触媒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。
【００１８】
吸気通路１８には、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（ＥＣＵ）６０に出力する。圧力センサ５８は、吸気絞り弁５６よりも下流側の圧力に応じた信号をＥＣＵ６０に出力する。
【００１９】
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の箇所でその断面積が大きく、その下流側の吸気管２０の箇所でその断面積が小さくなり、さらにその下流側のサージタンク２２の箇所でその断面積が大きくなり、その後、吸気マニホールド２４の箇所でその断面積が小さくなるように、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よりも下流側、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。
【００２０】
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は全気筒１６の各々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（図２（ａ）参照）。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。
【００２１】
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。各振動吸気通路Ｐ１は、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。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。
【００２２】
本第１実施形態では、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。
【００２３】
４つの振動吸気通路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つあることになる。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。
【００２４】
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、＃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）、＃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）の順に長い。
【００２５】
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。
【００２６】
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、水温センサ６７、車速センサ６８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数（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６９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。本第１実施形態では、アクセル開度センサ６６は、機関負荷を検出するためのセンサであるので、機関負荷検出手段の一部を構成する。なお、アクセル開度センサ６６からの出力信号を受けたＥＣＵ６０は、アクセルペダル６９が踏まれていないか、あるいはそれが踏まれているか否かを判断することができ、いわゆるアイドルスイッチの機能を有する。また、水温センサ６７は、機関冷却水温に応じた信号をＥＣＵ６０に出力する。さらに、車速センサ６８は、車速に応じた信号をＥＣＵ６０に出力する。
【００２７】
ＥＣＵ６０は、機関運転状態（運転状態）に応じて燃料噴射量、燃料噴射時期を制御する。すなわち、ＥＣＵ６０は、主に、クランク角センサ６２からの出力信号に基づいて得られる機関回転数と、エアフローメータ５４からの出力値に基づいて得られる空気量とから、予め記憶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。
【００２８】
また、ＥＣＵ６０は、吸気弁２８および排気弁４０の各々の開閉タイミングやリフト量を制御するように、動弁機構４８に作動信号を出力する。特に、吸気弁２８の開閉タイミングやリフト量は、後述する吸気制御弁５６の開閉タイミングや開度に関連付けて設定される。
【００２９】
上記吸気制御弁５６は、本第１実施形態では、その全閉時に吸気通路１８を概ね閉止することができるバタフライ式弁である。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。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。この吸気制御弁５６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、その開度が制御される。つまり、吸気制御弁５６は、アクチュエータ７０によって、全開、全閉および全開と全閉との間の任意の開度に制御され得る。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。なお、吸気制御弁５６は、その全閉時に吸気通路１８を閉塞し、吸気通過を完全に遮断する密閉性の高い構造を有していても良い。
【００３０】
ＥＣＵ６０は、全運転領域で、運転状態に対応した吸入吸気量を適切に達成するように、運転状態に応じて吸気制御弁５６の作動を制御する。そのためにＥＣＵ６０は、機関負荷が属する負荷領域を判定する機関負荷判定手段の一部の機能を担うと共に、機関負荷の属する負荷領域に基づいて定まる開閉タイミングを用いてあるいは開度に吸気制御弁５６を制御する吸気制御弁制御手段の一部の機能を担う。
【００３１】
吸気制御弁５６は、機関負荷が中高負荷領域に属するとき、１吸気行程に関して１回開弁すると共に１回閉弁するように、ＥＣＵ６０からの作動信号に基づいて作動される電動アクチュエータ７０により、開閉駆動される。ただし、本第１実施形態では、機関負荷が中高負荷領域に属するとき、吸気制御弁５６は、運転状態に対応した開閉タイミングで全開と全閉との間を切り換えられるように、開閉制御される。他方、吸気制御弁５６は、機関負荷が軽負荷領域に属するとき、１吸気行程に関して開状態に保持されるように、ＥＣＵ６０からの作動信号に基づいて作動される電動アクチュエータ７０により駆動される。そして、本実施形態では、機関負荷が軽負荷領域に属するとき、吸気制御弁５６は、機関負荷に基づく所定の開度に制御される。ただし、その所定の開度は、本第1実施形態では可変である。なお、ここでは、機関負荷が軽負荷領域に属するときには、運転状態がアイドル状態のときが含まれる。
【００３２】
吸気制御弁５６の制御を、図３のフローチャートに基づいて説明する。なお、図３のフローチャートは、内燃機関１０が始動されたときから内燃機関１０が停止されるまで吸気制御弁５６の制御のために、およそ２０ｍｓごとに繰り返される。ただし、以下の図３に基づく説明では、図４および図５も用いられる。なお、図４は、軽負荷領域、中負荷領域、高負荷領域の各負荷領域を模式的に表したグラフである。また、図５は、４つの気筒１６の吸気弁２８のリフトカーブ（（ａ）参照）と、機関負荷が高負荷領域に属するとき、それが中負荷領域に属するとき、およびそれが軽負荷領域に属するときの各々の吸気制御弁５６の弁開度（（ｂ）〜（ｄ）参照）との関係を概念的に表したタイムチャートである。なお、図５において、例えば、＃１気筒吸気行程とは、＃１の気筒１６の吸気行程のことであり、概略、ピストン４６が上死点から下死点に至るまでの期間である。
【００３３】
まず、ステップＳ３０１では、運転状態がアイドル状態か否かが判定される。アイドル状態か否かは、アクセル開度センサ６６からの出力信号に基づいて導出されるアクセル開度が０％か否かで判定される。すなわちアクセルペダル６９が踏まれていないとき、アイドル状態と判定される。ただし、アクセルペダル６９が踏まれることでＯＦＦにされるアイドルスイッチが設けられている場合には、そのアイドルスイッチがＯＮか否かの判定を、アイドル状態か否かの判定として行うことができる。
【００３４】
ステップＳ３０１でアイドル状態であるとして肯定されると、次ぐステップＳ３０３で、アイドル弁開度が導出される。そして、導出されたアイドル弁開度が利用可能に設定される。なお、ここでいうアイドル弁開度とは、アイドル状態のときの吸気制御弁５６の弁開度である。アイドル弁開度は、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機関回転数、水温センサ６７からの出力信号に基づいて求められる冷却水温、車速センサ６８からの出力信号に基づいて求められる車速に基づいてデータを検索することで導出される。この検索に用いられるデータは、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている。ただし、アイドル弁開度はこのように可変弁開度であることに限られず、固定弁開度であっても良い。アイドル弁開度が固定弁開度であるときには、ステップＳ３０３では予めＲＯＭに記憶しておいた固定弁開度の読み込みおよび設定が行われる。
【００３５】
そして、このように設定されたアイドル弁開度に吸気制御弁５６の開度がなるように、ＥＣＵ６０は作動信号を電動アクチュエータ７０に出力する。ステップＳ３０３を経ることで、該ルーチンは終了する。なお、アイドル状態のときの、全気筒１６に関する吸気弁２８の動き、および、このようにして求められた吸気制御弁５６の開度は、図５（ａ）および（ｄ）に概念的に表されている。
【００３６】
他方、ステップＳ３０１でアイドル状態でないとして否定されると、次ぐステップＳ３０５で第１上限負荷Ｌ１が導出される。第１上限負荷Ｌ１は、図４に表した如きマップ化されたデータを、クランク角センサ６２からの出力信号に基づいて導出される機関回転数に基づいて検索することで導出される。ただし、第１上限負荷Ｌ１とは図４において線α上の負荷であり、その第１上限負荷Ｌ１以下の負荷領域Ａ１が軽負荷領域である。すなわち、第1上限負荷Ｌ１とは、そのときの機関回転数に関する軽負荷領域の上限値のことである。なお、第１上限負荷Ｌ１は、機関回転数を用いて演算式での演算をすることで導出されても良い。なお、ここで求められる第１上限負荷Ｌ１はアクセル開度に関する値であるので、ステップＳ３０５で求められる第１上限負荷Ｌ１は例えばアクセル開度１０％といった値である。
【００３７】
次ぐステップＳ３０７では、第２上限負荷Ｌ２が導出される。第２上限負荷Ｌ２は、図４に表した如きマップ化されたデータを機関回転数に基づいて検索することで導出される。なお、ここで用いられる機関回転数は、上記ステップＳ３０５で求められた機関回転数である。ただし、第２上限負荷Ｌ２とは図４において線β上の負荷であり、その第２上限負荷Ｌ２以下であって且つ第1上限負荷Ｌ１を超える範囲の負荷領域Ａ２が中負荷領域である。すなわち、第２上限負荷Ｌ２とは、そのときの機関回転数に関する中負荷領域の上限値のことである。なお、第２上限負荷Ｌ２は、機関回転数を用いて演算式での演算をすることで導出されても良い。なお、ここで求められる第２上限負荷Ｌ２はアクセル開度に関する値であるので、ステップＳ３０７で求められる第２上限負荷Ｌ２は例えばアクセル開度８０％といった値である。
【００３８】
なお、図４中の線γは全負荷（最大負荷）ラインである。そして、第２上限負荷Ｌ２を超える負荷領域Ａ３が高負荷領域である。
【００３９】
そして、次ぐステップＳ３０９で、機関負荷が、ステップＳ３０５で導出された第１上限負荷Ｌ１以下か否かが判定される。これは、機関負荷が軽負荷領域に属するか否かの判定に対応する。ここでは、機関負荷としてアクセル開度が用いられる。アクセル開度としてはそのときのルーチンのステップＳ３０１で既に求められたアクセル開度が用いられる。
【００４０】
ステップＳ３０９で肯定されると、すなわち機関負荷が軽負荷領域に属すると判定されると、次ぐステップＳ３１１で軽負荷領域用の吸気制御弁５６の弁開度が導出される。そして、導出された弁開度が利用可能に設定される。弁開度の導出は、機関回転数と機関負荷ここではアクセル開度に基づいてデータを検索することで行われる。ただし、ここで用いられる機関回転数は該ルーチンのステップＳ３０５で先に求められた機関回転数であり、またここで用いられるアクセル開度は該ルーチンのステップＳ３０１で先に求められたアクセル開度である。そして、設定された弁開度の開状態に吸気制御弁５６が保持されるように、ＥＣＵ６０は作動信号を電動アクチュエータ７０に出力する。ステップＳ３１１を経ることで、そのときのルーチンは終了する。なお、機関負荷が軽負荷領域に属するときの、吸気行程での全気筒１６に関する吸気弁２８の動き、および、このようにして求められた吸気制御弁５６の開状態は、図５（ａ）および（ｄ）に概念的に表されている。
【００４１】
他方、ステップＳ３０９で機関負荷が上記第１上限負荷Ｌ１以下でないとして否定されると、次ぐステップＳ３１３で機関負荷が上記第２上限負荷Ｌ２以下か否かが判定される。これは、機関負荷が中負荷領域に属するか否かの判定に対応する。ここでは、機関負荷としてアクセル開度が用いられるが、そのアクセル開度としてはそのときのルーチンのステップＳ３０１で先に求められたアクセル開度が用いられる。
【００４２】
そして、ステップＳ３１３で肯定されると、次ぐステップＳ３１５で吸気制御弁５６の開弁タイミングの導出が行われ、それが設定される。ここでのその導出は、中負荷領域用の開弁タイミングマップを、機関回転数および機関負荷ここではアクセル開度に基づいて検索することで行われる。なお、中負荷領域用の開弁タイミングマップは予めＲＯＭに記憶されている。ステップＳ３１５の次のステップＳ３１７では、吸気制御弁５６の閉弁タイミングの導出が行われ、それが設定される。ここでのその導出は、中負荷領域用の閉弁タイミングマップを、機関回転数および機関負荷としてのアクセル開度に基づいて検索することで行われる。なお、中負荷領域用の閉弁タイミングマップは予めＲＯＭに記憶されている。ただし、ステップＳ３１５およびＳ３１７で用いられる機関回転数はそのときのルーチンのステップＳ３０５で先に求められた機関回転数である。また、それらで用いられるアクセル開度はそのときのルーチンのステップＳ３０１で先に求められたアクセル開度である。
【００４３】
そして、ステップＳ３１５およびステップＳ３１７で設定された開閉タイミングで吸気制御弁５６の開閉が行われるように、ＥＣＵ６０は、電動アクチュエータ７０に作動信号を出力する。ただし、ステップＳ３１７を経ることで該ルーチンは終了する。なお、機関負荷が中負荷領域に属するときの、全気筒１６に関する吸気弁２８の動き、および、このようにして求められた吸気制御弁５６の開閉タイミングは、図５（ａ）および（ｃ）に概念的に表されている。
【００４４】
他方、ステップＳ３１３で機関負荷が上記第２上限負荷Ｌ２以下でないとして否定されると、ステップＳ３１９に進む。なお、ステップＳ３１３で否定されたときは、機関負荷が高負荷領域に属するときである。ステップＳ３１９では、高負荷領域用の開弁タイミングマップを用いて、吸気制御弁５６の開弁タイミングの導出が行われる。そして次ぐステップＳ３２１で、高負荷領域用の閉弁タイミングマップを用いて、吸気制御弁５６の閉弁タイミングの導出が行われる。そして、導出された吸気制御弁５６の開閉タイミングは利用可能に設定される。ただし、高負荷領域用の開弁タイミングマップおよびその閉弁タイミングマップは、それぞれ予めＲＯＭに記憶されている。ステップＳ３１９およびＳ３２１での吸気制御弁５６の開閉タイミングの導出は、上記ステップＳ３１５およびＳ３１７でのそれらの導出と同様に、先に求められた機関回転数および機関負荷としてのアクセル開度を用いて行われる。
【００４５】
そして、ステップＳ３１９およびステップＳ３２１で設定された開閉タイミングで吸気制御弁５６の開閉が行われるように、ＥＣＵ６０は、電動アクチュエータ７０に作動信号を出力する。ステップＳ３２１を経ることで該ルーチンは終了する。なお、機関負荷が高負荷領域に属するときの、全気筒１６に関する吸気弁２８の動き、および、このようにして求められた吸気制御弁５６の開閉タイミングは、図５（ａ）および（ｂ）に概念的に表されている。
【００４６】
上記説明および図５から明らかなように、運転状態がアイドル状態のとき、すなわち機関負荷がアイドル領域（図４参照）に属するときも含めて機関負荷が軽負荷領域に属するとき、吸気制御弁５６は、１つの吸気行程（１吸気行程）に関して、所定の弁開度での開状態に保持される。また、機関負荷が中負荷領域に属するとき、１吸気行程に関して、吸気制御弁５６の下流側にあって且つ吸気行程にある気筒１６の吸気弁２８の閉弁に先行して、吸気制御弁５６が閉弁されるように、吸気制御弁５６は１回開弁されると共に１回閉弁される。さらに機関負荷が高負荷領域に属するとき、１吸気行程に関して、吸気制御弁５６の下流側にあって且つ吸気行程にある気筒１６の吸気弁２８の開弁の後であってそれの閉弁の前に吸気制御弁５６が開弁するように、吸気制御弁５６は１回開弁されると共に１回閉弁される。
【００４７】
上記各ステップでの運転状態に応じた吸気制御弁５６の弁開度や開閉タイミングの導出は、それぞれのルーチンの最初にそのときの機関回転数、アクセル開度、冷却水温および／あるいは車速を求めて、それらに基づいて行うことにしても良い。あるいは、それらの導出は、それぞれのステップで別個に、機関回転数、アクセル開度、冷却水温および／あるいは車速を求めて、それらに基づいて行われても良い。
【００４８】
なお、機関負荷が中高負荷領域に属するときの吸気制御弁５６の開閉作動が上記の如く導出設定された開閉タイミングで適切に行われるように、ＥＣＵ６０はクランク角に基づいて電動アクチュエータ７０に作動信号を出力する。
【００４９】
なお、機関負荷として、アクセル開度の他の検出値を用いることができ、例えば、アクセル開度と機関回転数とに基づいて導出される機関トルクを用いることができる。機関負荷として機関トルクを用いる場合には、第１上限負荷Ｌ１や第２上限負荷Ｌ２も機関トルクに関する値になる。
【００５０】
機関負荷が軽負荷領域、中負荷領域、あるいは高負荷領域に属するときの、吸気制御弁５６の作動およびそれによる吸入空気量の制御に関して、以下、詳述する。
【００５１】
吸気制御弁５６は、機関負荷が高負荷領域に属するとき、上記インパルス過給を生じさせるために用いられる。インパルス過給について、任意の１つの気筒１６の吸気行程に関して説明する。インパルス過給を行う場合、吸気制御弁５６は、吸気弁２８の開弁開始時には実質的に閉弁状態にあり、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（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位置より下流側に達することで、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空気が一気に燃焼室１４内に流れ込む。このときに吸気弁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は、吸気制御弁５６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で気柱振動を積極的に発生させることで、生じさせられる。
【００５２】
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。
【００５３】
このような過給は、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６９を踏み込んだ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。
【００５４】
また、吸気制御弁５６は、機関負荷が中負荷領域に属するとき、運転状態に対応した吸入空気量を実現するべく開閉制御される。機関負荷が中負荷領域に属するとき運転状態に対応した量の空気の吸入は、１吸気行程に関して、吸気弁２８の閉弁に先行して吸気制御弁５６を閉弁させることで達成される。１例について、任意の１つの気筒１６の吸気行程に関して説明する。吸気行程開始に伴って吸気弁２８が開弁されるとき、吸気制御弁５６も開弁される。ただし、吸気弁２８と吸気制御弁５６との開弁タイミングは必ずしも一致する必要はなく、それらの開弁タイミングの間に差があっても良い。そして、運転状態に応じたタイミングで吸気制御弁５６が閉弁され、その後、吸気行程終了時に吸気弁２８が閉弁される。したがって、機関負荷が中負荷領域に属するとき、吸気制御弁５６の開弁期間は、１吸気行程の部分的な期間であり得る。なお、このような吸気制御弁５６の開閉タイミングは、アトキンソンサイクルモードに基づく。
【００５５】
ただし、機関負荷が中負荷領域に属するとき、このように吸気制御弁５６を吸気弁２８に対して早閉じすることで、吸気行程末期に、それまで吸気行程にあった気筒１６に関する弁間通路Ｐ４には負圧が生じ得る。その結果、次に吸気行程になる気筒１６では吸気行程初期にその負圧を用いた空気の吸入が生じる可能性がある。そこで、機関負荷が中負荷領域に属するとき、このような空気の吸入による吸入空気量への影響を低減するように、吸気制御弁５６の開閉タイミングは設定される。
【００５６】
さらに、吸気制御弁５６は、機関負荷が軽負荷領域に属するとき、運転状態に応じた量の空気が吸入されるように、１吸気行程に関して開状態に保持される。ここでは吸気制御弁５６の開度は、運転状態に基づく弁開度に保たれる。１例について、任意の１つの気筒１６の吸気行程に関して説明する。吸気行程開始に伴って吸気弁２８が開弁される。そのとき、あるいはその前に、吸気制御弁５６は、運転状態に基づいて導出された弁開度に開弁される。そして、この吸気制御弁５６の開状態は、その吸気行程が終了するまで続けられる。本実施形態では、吸気制御弁５６が上述の如く共用されているので、機関負荷が軽負荷領域に属するとき、吸気制御弁５６は持続的に開状態に保持される。
【００５７】
ただし、上記の如く導出設定される吸気制御弁５６の開閉タイミングは、略等しい運転状態のときに、全ての気筒１６間で、各気筒１６における吸入空気量が概ね等しくなるように定められている。機関負荷が中高負荷領域に属するときに全ての気筒１６における吸入空気量を概ね等しくするため、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の開閉タイミングに関するデータを検索可能に記憶している。そのようなデータは上記ステップＳ３１５、Ｓ３１７、Ｓ３１９、Ｓ３２１で用いられるデータのことである。それ故、それらのステップでの吸気制御弁５６の開閉タイミングの導出に際しては、その時々に吸気行程にある、４つの気筒１６の内のいずれかに応じたデータが切り替えられて用いられる。ただし、ここでは、この切り換えはクランク角に基づくタイミングで行われる。なお、このようなデータは、吸気弁２８の開閉タイミングと対応関係にある吸気制御弁５６の開閉タイミングのデータであり、機関回転数や機関負荷に基づいて規定されている。
【００５８】
なお、そのような吸気制御弁５６の開閉タイミングの導出に、全ての気筒１６に共通のデータを用いることも可能である。この場合には、例えば、ＥＣＵ６０は、その時々の機関回転数および機関負荷に基づいて共通のデータを検索することで、まず基本開閉タイミングを求める。そして、それが各気筒１６に対応した吸気制御弁５６の開閉タイミングになるように、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補正値を用いて、ＥＣＵ６０はその基本開閉タイミングを補正する。このようにして各気筒１６の振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１に応じた吸気制御弁５６の開閉タイミングが導出され得る。
【００５９】
各気筒１６の振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１に対する、吸気制御弁５６の開閉タイミングの違いおよびそれによる効果を図６に基づいて説明する。図６は、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表したグラフである。なお、このモデルでは、上記のように、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６には、インパルス過給実行時の吸気制御弁５６の開閉タイミングと、吸気制御弁５６下流側の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。
【００６０】
図６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の吸気行程、＃２の気筒１６の吸気行程、＃３の気筒１６の吸気行程、＃４の気筒１６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６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の吸入空気量が、全気筒１６間で略等しくなる。
【００６１】
図６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。各気筒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。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。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。
【００６２】
図６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の開閉タイミングと、吸気制御弁５６の開閉タイミングとの関係により、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の開閉タイミング、各気筒１６の吸気弁２８の開閉タイミングは、同じまたは同等の運転状態のときに、全ての気筒１６で吸入空気量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。
【００６３】
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。
【００６４】
以上、上記したようにして、運転状態に応じた吸気制御弁５６の開度あるいは開閉タイミングを求めて、吸気制御弁５６を制御することで、運転状態に対応した所望の吸入空気量を実現できる。したがって、内燃機関１０の吸気系に、一般的に広く用いられているいわゆるスロットルバルブの如き弁を設ける必要がない。それ故、吸気制御弁５６を吸気系に設けても、吸気系の拡大を生じることを防ぐことが可能になる。
【００６５】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、図７は第２実施形態の内燃機関システムの概略図であり、図８は吸気制御弁５６の制御のためのフローチャートの一例である。なお、説明の理解を容易にするため、上記第１実施形態と同一の構成要素に対しては同一の符号を付し、重複する説明を避ける。
【００６６】
本第２実施形態では、吸気制御弁５６をバイパスするバイパス通路８０が設けられる。バイパス通路８０を区画形成するバイパス管８２の途中には、バイパス弁８４が設けられる。このバイパス弁８４は、ＥＣＵ６０からの作動信号によって制御されるアクチュエータ８６により開閉作動される。バイパス弁８４の開度は、全開、全閉、それらの中間の任意の開度に制御される。ここでは、バイパス弁８４は、ポペット式弁である。ただし、バイパス通路８０の断面積および形状等は、機関負荷が軽負荷領域に属するときにその機関負荷に応じた量の空気を適切に各気筒１６の燃焼室１４に供給することができるように設計されている。
【００６７】
バイパス管８２は吸気マニホールド２４に一体的に設けられる。ここでは、吸気制御弁５６は上記したように全気筒１６に関して共用されるので、バイパス管８２の上流側端部も下流側端部も、吸気マニホールド２４の共通部２４ａに取り付けられる。
【００６８】
なお、第２実施形態のＥＣＵ６０は、上記第１実施形態のＥＣＵ６０と同様に、機関負荷判定手段の一部の機能を担うと共に、吸気制御弁制御手段の一部の機能を担う。加えて、本第２実施形態のＥＣＵ６０は、機関負荷の属する負荷領域に基づいて定まる弁開度にバイパス弁８４の開度がなるようにバイパス弁８４を制御するバイパス弁制御手段の一部の機能も担う。
【００６９】
このようなバイパス弁８４および上記の如き吸気制御弁５６の作動に関して、図８のフローチャートに基づいて説明する。なお、概略的に、機関負荷が軽負荷領域に属するとき吸気制御弁５６は全閉されることに対してバイパス弁８４は開弁される。他方、機関負荷が中高負荷領域に属するときバイパス弁８４は全閉されることに対して吸気制御弁５６は開閉制御される。
【００７０】
ステップＳ８０１では、機関負荷が軽負荷領域に属するか否かが判定される。ここでは、機関負荷としてアクセル開度が用いられる。そして、そのときの機関負荷が軽負荷領域に属するか否かの判定に用いられる基準負荷値は、上記第１実施形態のステップＳ３０５と同様にして求められる。したがって、ステップＳ８０１では、アクセル開度センサ６６からの出力信号およびクランク角センサ６２からの出力信号に基づいて、アクセル開度および機関回転数が導出される。なお、ここでは、機関負荷が軽負荷領域に属するときには、運転状態がアイドル状態のときが含まれる。
【００７１】
ステップＳ８０１で肯定されると、ステップＳ８０３でバイパス弁８４の弁開度が導出されて設定される。このバイパス弁８４の弁開度の導出は、機関回転数および機関負荷としてのアクセル開度に基づいて予めＲＯＭに記憶しておいたデータを検索することによって行われる。そして、設定された弁開度の開状態にバイパス弁８４が保持されるように、アクチュエータ８６にＥＣＵ６０から作動信号が出力される。なお、機関負荷が軽負荷領域の内、アイドル領域にあるときには、バイパス弁８４の弁開度の導出に、機関回転数、冷却水温、車速が用いられ得る。したがって、機関負荷が軽負荷領域にあるときには、バイパス弁８４の弁開度の導出に先立って、図８のフローチャートには明示されていないが、アイドル状態か否かの判定が行われる。なお、アイドル状態か否かの判定は、上記ステップＳ３０１での判定に同じである。ただし、機関負荷がアイドル領域に属するときも含めて軽負荷領域に属するときには、機関回転数や機関負荷に基づいて、バイパス弁８４の弁開度が導出されても良い。なお、バイパス弁８４の弁開度導出は、演算によって行われても良い。
【００７２】
また、ステップＳ８０３に至ったときには、吸気制御弁５６の開度として、所定の開度ここでは全閉の開度が読み込まれて設定される。そして、吸気制御弁５６が全閉の閉状態に保持されるように、ＥＣＵ６０はアクチュエータ８６に作動信号を出力する。なお、この吸気制御弁５６の開度は吸気制御弁５６が１吸気行程に関して閉状態に保持されることを意図して設定されたものであるが、ここでは吸気制御弁５６は上記の如く共用されるので、持続的に閉状態に保持される。なお、ステップＳ８０３を経ることで、そのときのルーチンは終了する。
【００７３】
他方、ステップＳ８０１で機関負荷が軽負荷領域に属さないとして否定されると、すなわち、機関負荷が中高負荷領域に属するとき、次ぐステップＳ８０５で目標空気量が導出される。この目標空気量の導出は、機関回転数および機関負荷としてのアクセル開度に基づいて、予めＲＯＭに記憶しておいたデータを検索あるいは演算式を用いて演算することによって行われる。なお、ここでの機関回転数やアクセル開度は、上記ステップＳ８０１で導出された値が用いられる。
【００７４】
次ぐステップＳ８０７では、吸気制御弁５６の開弁タイミングおよび閉弁タイミングが導出されて、設定される。この吸気制御弁５６の開閉タイミングの導出は、ステップＳ８０５で導出された目標空気量および既に導出された機関回転数に基づいて、予めＲＯＭに記憶しておいたデータを検索することによって行われる。なお、この吸気制御弁５６の開閉タイミングの導出は、上記第１実施形態のその導出にならう。そして、設定された開閉タイミングで吸気制御弁５６が開閉されるように、電動アクチュエータ７０にＥＣＵ６０から作動信号が出力される。なお、吸気制御弁５６の開閉タイミングの導出は演算によってなされても良い。
【００７５】
そして、ステップＳ８０７に至ったときには、バイパス弁８４の開度として、所定の開度ここでは全閉の開度が読み込まれて設定される。そして、バイパス弁８４が全閉の閉状態に保持されるように、ＥＣＵ６０はアクチュエータ８６に作動信号を出力する。
【００７６】
なお、機関負荷が中高負荷領域に属するときの吸気制御弁５６の開閉タイミングは、上記第１実施形態と同様に、吸気制御弁５６の開閉制御のみで運転状態に対応した量の空気の吸入すなわち吸入空気量を実現するように定められている。なお、機関負荷が高負荷領域に属するときの吸気制御弁５６の開閉タイミングは、上記第１実施形態と同様に、インパルス過給用の開閉タイミングである。そして、このような吸気制御弁５６の開閉タイミングは、各気筒１６の振動吸気通路Ｐ１の通路長さＬ１に応じて設定されている。したがって、運転状態が概ね同じときには全ての気筒１６で概ね同じ吸入空気量を実現できる。
【００７７】
以上、本発明を上記第１および第２実施形態に基づいて詳述したが、例えばそれらの相互の組み合わせといった種々の変形等が本発明では許容される。
【００７８】
吸気制御弁５６は、各気筒に対する吸気通路に個別に設けられても良い。すなわち、吸気制御弁５６は、個別吸気通路Ｐ３にそれぞれ設けられ得る。あるいは、吸気制御弁５６は、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ても良い。なお、１つの内燃機関において、共通吸気通路Ｐ２が複数設けられても良く、この場合には各共通吸気通路Ｐ２に、あるいは各個別吸気通路Ｐ３に、あるいはそれらの境界部に吸気制御弁５６は設けられ得る。いずれにしても、各気筒１６の吸気通路には、単一の吸気制御弁５６が配置され、その吸気制御弁は上記した実施形態の如く、運転状態に応じて求められた開閉タイミングあるいは開度に制御される。
【００７９】
上記第１および第２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、複数であっても良い。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。
【００８０】
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良い。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倍であると良い。
【００８１】
上記第１および第２実施形態によれば、既に説明したように、運転状態に対応して設定され且つ各気筒１６の吸気通路の通路長さに対応して設定された、開閉タイミングであるいは開度に、その対応する吸気制御弁５６が制御される。こうすることで、種々の運転状態に応じた種々の吸入空気量を実現することも、概ね同じ運転状態のときの各気筒１６の吸入空気量を全ての気筒１６間で略等しくすることもできる。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。
【００８２】
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。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。
【００８３】
上記実施形態では、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。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】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】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】第１実施形態のフローチャートの一例である。
【図４】軽負荷領域、中負荷領域、高負荷領域の各運転領域を模式的に表したグラフである。
【図５】（ａ）は４つの気筒１６の吸気弁２８のリフトカーブ、（ｂ）は高負荷領域用の吸気制御弁の開閉タイミング、（ｃ）は中負荷領域用の吸気制御弁の開閉タイミング、および（ｄ）は軽負荷領域用の吸気制御弁の弁開度の関係を概念的に表したタイムチャートである。
【図６】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タイミングと、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７】第２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８】第２実施形態のフローチャートの一例である。
【符号の説明】
【００８５】
２４  吸気マニホールド
２８  吸気弁
５６  吸気制御弁
８４  バイパス弁
Ｐ１  振動吸気通路
【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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