(57)【要約】【課題】インパルス過給を適切に生じさせつつ、燃焼室のガス流動の強化を図る。【解決手段】本発明の内燃機関１０の制御装置は、吸気通路１８に設けられたインパルス過給のための吸気制御弁６０を制御する吸気制御弁制御手段を有する。この吸気制御弁制御手段は、インパルス過給と燃焼室１４のガス流動強化を両立させるとき、１吸気行程に関して、インパルス過給を生じさせるべく吸気制御弁６０下流側の吸気弁３０の開弁期間途中で吸気制御弁６０を所定開弁開度に開き、該所定開弁開度に開いた吸気制御弁６０を、吸気弁３０閉弁前に、より閉じられた中間開度にするように、吸気制御弁６０を制御する。【選択図】図１
2008303745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に設けられたインパルス過給のための吸気制御弁を制御する吸気制御弁制御手段を有する内燃機関の制御装置において、
前記吸気制御弁制御手段は、１吸気行程に関して、前記インパルス過給を生じさせるべく前記吸気制御弁下流側の吸気弁の開弁期間途中で前記吸気制御弁を所定開弁開度に開き、該所定開弁開度に開いた前記吸気制御弁を、前記吸気弁閉弁前に、より閉じられた中間開度にするように、前記吸気制御弁を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
吸気通路に設けられたインパルス過給のための吸気制御弁を制御する吸気制御弁制御手段を有する内燃機関の制御装置において、
インパルス過給領域とガス流動強化付きインパルス過給領域とを含む複数の運転領域から、機関運転状態が属する１つの運転領域を判定する判定手段を備え、
前記吸気制御弁制御手段は、
前記判定手段により機関運転状態が前記インパルス過給領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して、前記インパルス過給を生じさせるべく前記吸気制御弁下流側の吸気弁の開弁期間途中で前記吸気制御弁を所定開弁開度に開くように、前記吸気制御弁を制御し、他方、
前記判定手段により機関運転状態が前記ガス流動強化付きインパルス過給領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して、前記インパルス過給を生じさせるべく前記吸気制御弁下流側の吸気弁の開弁期間途中で前記吸気制御弁を所定開弁開度に開き、該所定開弁開度に開いた前記吸気制御弁を、前記吸気弁閉弁前に、より閉じられた中間開度にするように、前記吸気制御弁を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記所定開弁開度は、全開の開度であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気制御弁が前記中間開度にされる時期は、１吸気行程における前記吸気制御弁の開弁時期に該吸気制御弁下流側に形成された負圧に基づいて生じた脈動波が前記吸気制御弁を上流側に向けて通過した後、前記脈動波が前記吸気制御弁を下流側に向けて通過する前の時期であることを特徴とする請求項１から３のいずれか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」と称され得る。
【０００３】
このようなインパルス過給のための吸気制御弁を利用して、冷機時等における燃焼室のガス流動の強化を図るようにした内燃機関の吸気制御装置が特許文献２に開示されている。特許文献２に記載の１例としての吸気制御弁は、２つの独立に開閉可能な弁体を有する。そして低速高負荷側の過給領域では、吸気制御弁のその２つの弁体は、上記説明の如くインパルス過給が生じるように制御される。他方、内燃機関が冷機状態のときには、吸気制御弁の一方の弁体を常に閉状態にし、もう一方の弁体を吸気弁が開いた直後にシリンダ内からの吹き返しが終了した時点で閉じた後、その吸気制御弁の上下流側に圧力差が生じたときにそのもう一方の弁体を開くことで、燃焼室のガス流動の強化を図ることが行われる。加えて、特許文献２には、異なる構成を有する別の吸気制御弁も開示されていて、この吸気制御弁は１つの弁体を有している。そして、この１つの弁体を有する吸気制御弁を、吸気弁が開いた直後にシリンダ内からの吹き返しが終了した時点で閉じた後、その吸気制御弁の上下流側に圧力差が生じたときに中間開度まで開放することで、同様に内燃機関が冷機状態のときに燃焼室のガス流動の強化を図るようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４８９４６号公報
【特許文献２】特開２００５−１３９９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、運転状態が過給領域に属するときでも、例えば機関回転数が低いときには、燃料すなわち混合気の燃焼性を改善するべく燃焼室のガス流動強化を図ることが望まれる。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載の吸気制御弁の制御では、燃焼室のガス流動強化を図るように制御された吸気制御弁により吸気通路での気体の流れが大きく乱されるので、インパルス過給を生じさせることはできない。したがって、そのような吸気制御弁の制御では、インパルス過給と燃焼室のガス流動強化との両立を図ることはできない。
【０００７】
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、インパルス過給を適切に生じさせつつ、燃焼室のガス流動の強化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、吸気通路に設けられたインパルス過給のための吸気制御弁を制御する吸気制御弁制御手段を有する内燃機関の制御装置において、前記吸気制御弁制御手段は、１吸気行程に関して、前記インパルス過給を生じさせるべく前記吸気制御弁下流側の吸気弁の開弁期間途中で前記吸気制御弁を所定開弁開度に開き、該所定開弁開度に開いた前記吸気制御弁を、前記吸気弁閉弁前に、より閉じられた中間開度にするように、前記吸気制御弁を制御することを特徴とする。このような構成によれば、１吸気行程に関して、前記インパルス過給を生じさせるべく前記吸気制御弁下流側の吸気弁の開弁期間途中で前記吸気制御弁が所定開弁開度に開かれるので、インパルス過給を生じさせることが可能になる。さらに、所定開弁開度に開いた吸気制御弁が吸気弁閉弁前により閉じられた中間開度にされるので、吸気通路の気体の流れは偏流され、その気体はより高速で且つ特定の方向に方向付けられて、燃焼室に吸入される。こうして、燃焼室のガス流動の強化を図ることが可能になる。したがって、インパルス過給を適切に生じさせつつ、燃焼室のガス流動の強化を図ることが可能になる。
【０００９】
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、吸気通路に設けられたインパルス過給のための吸気制御弁を制御する吸気制御弁制御手段を有する内燃機関の制御装置において、インパルス過給領域とガス流動強化付きインパルス過給領域とを含む複数の運転領域から、機関運転状態が属する１つの運転領域を判定する判定手段を備え、前記吸気制御弁制御手段は、前記判定手段により機関運転状態が前記インパルス過給領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して、前記インパルス過給を生じさせるべく前記吸気制御弁下流側の吸気弁の開弁期間途中で前記吸気制御弁を所定開弁開度に開くように、前記吸気制御弁を制御し、他方、前記判定手段により機関運転状態が前記ガス流動強化付きインパルス過給領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して、前記インパルス過給を生じさせるべく前記吸気制御弁下流側の吸気弁の開弁期間途中で前記吸気制御弁を所定開弁開度に開き、該所定開弁開度に開いた前記吸気制御弁を、前記吸気弁閉弁前に、より閉じられた中間開度にするように、前記吸気制御弁を制御することを特徴とする。このような構成によれば、判定手段により機関運転状態が前記インパルス過給領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して、インパルス過給を生じさせるべく吸気制御弁下流側の吸気弁の開弁期間途中で吸気制御弁が所定開弁開度に開かれるので、インパルス過給を生じさせることが可能になる。他方、前記判定手段により機関運転状態が前記ガス流動強化付きインパルス過給領域に属すると判定されたとき、１吸気行程に関して、前記インパルス過給を生じさせるべく前記吸気制御弁下流側の吸気弁の開弁期間途中で前記吸気制御弁が所定開弁開度に開かれ、所定開弁開度に開いた吸気制御弁が前記吸気弁閉弁前に、より閉じられた中間開度にされるので、インパルス過給を適切に生じさせつつ、燃焼室のガス流動の強化を図ることが可能になる。
【００１０】
なお、上記種々の内燃機関の制御装置において、前記所定開弁開度は、全開の開度であるとよい。こうすることで、吸気通路で脈動波を適切に伝播させることが可能になる。
【００１１】
具体的には、上記した種々の内燃機関の制御装置において、前記吸気制御弁が前記中間開度にされる時期は、１吸気行程における前記吸気制御弁の開弁時期に該吸気制御弁下流側に形成された負圧に基づいて生じた脈動波が前記吸気制御弁を上流側に向けて通過した後、前記脈動波が前記吸気制御弁を下流側に向けて通過する前の時期であるとよい。こうすることで、吸気通路の吸気脈動を適切に保持してインパルス過給を生じさせつつ、燃焼室のガス流動を強化することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁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。この内燃機関１０は４ストローク機関である。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、その吸気系の一部に着目した図２の概略図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。
【００１４】
吸気通路１８は、互いに接続されたエアクリーナ２０、吸気管２２、サージタンク２４、吸気マニホールド２６、吸気ポート２８によって区画形成される。ここでは、吸気マニホールド２６は気筒数と同じ数の吸気枝管２６Ｂからなる（図２参照）。特に吸気通路１８の下流側端部は吸気ポート２８によって区画形成され、吸気ポート２８の出口は吸気弁３０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２４が設けられる。排気通路３２は、互いに接続された排気ポート３４、排気マニホールド３６、触媒３８および排気管４０によって区画形成される。特に排気通路３２の上流側端部は排気ポート３４によって区画形成され、排気ポート３４の入口は排気弁４２によって開閉される。このように吸気弁３０により下流側端部が開閉される吸気通路１８や排気弁４２により上流側端部が開閉される排気通路３２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４４、シリンダブロック４６および、このシリンダブロック４６の気筒１６内に往復動可能に収容されているピストン４８により形成される。
【００１５】
動弁機構５０は、吸気弁３０および排気弁４２を、コンロッド５２を介してピストン４８が連結されているクランク軸５４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５０は、吸気弁３０と排気弁４２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５０は、吸気弁３０と排気弁４２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、動弁機構５０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。
【００１６】
上記触媒３８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３８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。
【００１７】
吸気通路１８には、上流側から順にスロットルバルブ５８、吸気制御弁６０が設けられる。スロットルバルブ５８は、アクチュエータ６２によって駆動される。また、吸気制御弁６０は、アクチュエータ６４によって駆動される。
【００１８】
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２０の箇所でその断面積が大きく、その下流側の吸気管２２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２４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２６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６０の設置箇所は、インパルス過給のために、吸気通路１８の内、サージタンク２４よりも下流側である必要がある。すなわち、吸気制御弁６０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３０位置よりも上流側であり、且つ、サージタンク２４よりも下流側、特にサージタンク２４下流側端部よりも下流側の位置である。
【００１９】
本第１実施形態では、吸気制御弁６０は、吸気マニホールド２６に、すなわち各気筒１６に対応した吸気枝管２６Ｂの各々に個別に設けられる（図２参照）。ただし、吸気制御弁６０は複数気筒１６に共通に設けられてもよい。例えば、複数の気筒１６に対応した複数の吸気枝管２６Ｂは上流側で集合し、集合した１本の管がサージタンク２４に接続されてもよい。この場合には、複数の吸気枝管２６Ｂが集合した部分や集合した１本の管に共通の吸気制御弁６０が設けられ得る。
【００２０】
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。
【００２１】
このような内燃機関１０に関する電気的構成について述べる。電子制御ユニット（ＥＣＵ）６６には、前述の燃料噴射弁１２、アクチュエータ６２、アクチュエータ６４が接続されている。燃料噴射弁１２は、ＥＣＵ６６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。アクチュエータ６２は、ＥＣＵ６６からの開度信号に基づいて、スロットルバルブ５８を所定の開度にする。また、アクチュエータ６４は、ＥＣＵ６６からの開度信号に基づいて、吸気制御弁６０を所定の開度にする。
【００２２】
その他、ＥＣＵ６６には、エアフローメータ６８、圧力センサ７０、クランク角センサ７２、酸素濃度センサ７４、アクセル開度センサ７６、スロットルポジションセンサ７８、水温センサ８０が接続されている。エアフローメータ６８は、これを通過する空気流量に応じた信号をＥＣＵ６６に出力する。圧力センサ７０（図２では省略）は、吸気通路１８の圧力に応じた信号をＥＣＵ６６に出力する。なお、圧力センサ６６は吸気マニホールド２６に設けられるが、それ以外の箇所、例えばサージタンク２４に設けられてもよい。クランク角センサ７２は、クランク軸５４の所定の位相間隔でパルス信号をＥＣＵ６６に出力する。ＥＣＵ６６はこのパルス信号に基づいて、クランク軸５４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５４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７４は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号をＥＣＵ６６に出力する。また、アクセル開度センサ７６は、運転者によって操作されるアクセルペダル８２の踏み込み量に対応する位置に応じた信号をＥＣＵ６６に出力する。これによって、ＥＣＵ６６は、アクセル開度を検出することができる。なお、アクセル開度センサ７６からの出力信号を受けたＥＣＵ６６は、アクセルペダル８２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、スロットルポジションセンサ７８は、スロットルバルブ５８の開度に応じた信号をＥＣＵ６６に出力する。これによりＥＣＵ６６はスロットル開度を検出することができる。また、水温センサ８０は、機関冷却水温に応じた信号をＥＣＵ６６に出力する。
【００２３】
ＥＣＵ６６は、機関運転状態（運転状態）に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期を制御する。すなわち、ＥＣＵ６６は、主に、クランク角センサ７２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６８からの出力信号に基づいて得られる空気流量とから、予め記憶されたデータを検索する。そして、ＥＣＵ６６は燃料噴射弁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燃料噴射弁１２を制御する。
【００２４】
ＥＣＵ６６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、運転状態に基づいてスロットルバルブ５８や吸気制御弁６０を制御する。また、本第１実施形態では、吸排気弁３０、４２は電磁駆動弁であるので、これらもＥＣＵ６６により運転状態に基づいて制御される。これらのためにＥＣＵ６６は、運転状態が属する運転領域を判定する判定手段の一部の機能を担うと共に、運転状態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６０を制御する吸気制御弁制御手段の一部の機能を担う。
【００２５】
具体的には、ＥＣＵ６６は、吸気弁３０および排気弁４２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５０に作動信号を出力する。特に、吸気弁３０の開閉タイミングやリフト量は、後述する吸気制御弁６０の開閉タイミングや開度に関連付けて設定されている。また、スロットルバルブ５８は、内燃機関１０の運転状態に基づいて制御されるが、内燃機関１０の始動時には全開に制御される。そして、通常走行時には上記各種センサ類からの出力信号に基づいて導出される各種値に基づいて、スロットルバルブ５８の開度は制御される。
【００２６】
そして、吸気制御弁６０は、上記した如く制御される吸気弁３０の開閉タイミング等に関連して設定されている開閉タイミングで開閉するように、あるいはそれらに関連して設定されている所定弁開度になるように、制御される。ここでは、吸気制御弁６０は図３のグラフに表したようなマップ化されたデータに基づいて制御される。運転状態が第１運転領域Ｉ（図３参照）に属するときには、吸気制御弁６０はインパルス過給が生じるように制御される。そして、運転状態が第１運転領域Ｉの中の第２運転領域ＩＩに属するときには、吸気制御弁６０はインパルス過給が生じるように、且つ、燃焼室１４のガス流動が強化されるように、制御される。なお、第１運転領域Ｉの内、第２運転領域ＩＩを除いた運転領域を、第３運転領域ＩＩＩとする。この第３運転領域ＩＩＩは第２運転領域ＩＩよりも機関回転数が高回転側の領域である。また、運転状態が第４運転領域ＩＶに属するときには、ここでは吸気制御弁６０は所定弁開度の開状態に保持される。なお、運転状態が第４運転領域ＩＶに属するとき、吸気制御弁６０は１吸気行程に関して開閉されてもよい。
【００２７】
上記第１運転領域Ｉの中の第２運転領域ＩＩはインパルス過給と燃焼室１４のガス流動強化とが要望される領域なので、「ガス流動強化付きインパルス過給領域」と称し得る。また、第３運転領域ＩＩＩは、インパルス過給が要望されるが燃焼室１４のガス流動強化は不要な領域なので、単に「インパルス過給領域」と称し得る。なお、第１運転領域Ｉは「過給領域」である。
【００２８】
上記吸気制御弁６０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６０は、吸気通路１８内に配設された弁体６０ａと、それに接続された弁軸６０ｂとを備える。その弁体６０ａは弁軸６０ｂを介してロータリソレノイド等のアクチュエータ６４により駆動される。なお吸気制御弁６０の弁体６０ａの開度を検出するセンサがさらに備えられてもよい。
【００２９】
吸気制御弁６０のアクチュエータ６４は高速で作動可能であり、応答性が高く、弁体６０ａ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６０は吸気弁３０の開閉と同期して開閉可能である。
【００３０】
この吸気制御弁６０は、ＥＣＵ６６からアクチュエータ６４に出力される開度信号に応じて、全開から全閉まで、その開度が調節される。つまり、吸気制御弁６０は、アクチュエータ６４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６０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６０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よい。
【００３１】
本第１実施形態での吸気制御弁６０の制御を、図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、図４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６０の制御のために、およそ２０ｍｓごとに繰り返される。
【００３２】
まず、ステップＳ４０１では、運転状態が第１運転領域Ｉに属するか否かが判定される。運転状態が第１運転領域Ｉに属するか否かは、アクセル開度センサ７６からの出力信号に基づいて導出される機関負荷としてのアクセル開度およびクランクポジションセンサ７２からの出力信号に基づいて導出される機関回転数を用いて、図３に表した如きマップ化されたデータを検索することで判定される。
【００３３】
ステップＳ４０１で運転状態が第１運転領域Ｉに属さないとして否定されると、ステップＳ４０３で所定弁開度が読み込まれる。ここでは、所定弁開度は全開の弁開度であり、予めＲＯＭに記憶されている。そして、吸気制御弁６０がこの所定弁開度の開状態に保持されるように、ＥＣＵ６６はアクチュエータ６４に開度信号を出力する。これにより、該ルーチンは終了する。
【００３４】
このように、運転状態が第４運転領域ＩＶに属するときには、吸気制御弁６０が全開の開状態に保持されるので、吸入空気量は、スロットルバルブ５８の開度および吸排気弁３０、４２の開閉タイミングおよびリフト量に基づいて定まる。
【００３５】
他方、ステップＳ４０１で運転状態が第１運転領域Ｉに属するとして肯定されると、ステップＳ４０５で運転状態が第２運転領域ＩＩに属するか否かが判定される。このような判定がステップＳ４０１の次にステップＳ４０５で行われるのは、上記の如く、第１運転領域Ｉに第２運転領域ＩＩが含まれるからである。このステップＳ４０５での判定は、上記ステップＳ４０１での判定と同様にして行われる。
【００３６】
そして、ステップＳ４０５で否定判定されると、ステップＳ４０７で吸気制御弁６０を所定の開度（所定開弁開度）の開状態にする、第３運転領域ＩＩＩ用の開弁タイミングが導出される。この第３運転領域ＩＩＩ用の開弁タイミングの導出は、予め実験によって求められてＲＯＭに記憶されているデータを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検索することで導出される。次いで、ステップＳ４０９では、吸気制御弁６０を閉状態にする第３運転領域ＩＩＩ用の閉弁タイミングの導出が行われる。この第３運転領域ＩＩＩ用の閉弁タイミングの導出は、その開弁タイミングの導出と同様に、予め実験によって求められてＲＯＭに記憶されているデータを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検索することで導出される。こうして導出された開閉タイミングで吸気制御弁６０の制御が行われるように、ＥＣＵ６６はアクチュエータ６４へ開度信号を出力する。ただし、この開閉タイミングはクランク角に関連して定められているので、吸気弁３０や排気弁４２の動作に関連して吸気制御弁６０は駆動されることになる。なお、ステップＳ４０９を経ることで、そのときのルーチンは終了する。
【００３７】
他方、ステップＳ４０５で運転状態が第２運転領域ＩＩに属するとして肯定されると、ステップＳ４１１で、吸気制御弁６０を所定開弁開度の開状態にする、第２運転領域ＩＩ用の開弁タイミングが導出される。次ぐステップＳ４１３で、吸気制御弁６０の開度を上記所定開弁開度よりも閉じられた開度であって閉開度ではない開度（中間開度）にする、第２運転領域ＩＩ用の中間タイミングが導出される。さらに次ぐステップＳ４１５で、吸気制御弁６０を閉状態にする、第２運転領域ＩＩ用の閉弁タイミングが導出される。これら第２運転領域ＩＩ用の開弁タイミング、中間タイミングおよび閉弁タイミングの導出は、上記ステップＳ４０７およびＳ４０９と同様に、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている、それぞれの導出用の開弁タイミング用データ、中間タイミング用データおよび閉弁タイミング用データを、機関回転数や機関負荷としてのアクセル開度を用いて検索することで行われる。運転状態が第２運転領域ＩＩに属するときには、こうして導出された３つのタイミングで吸気制御弁６０の制御が行われるように、ＥＣＵ６６はアクチュエータ６４へ開度信号を出力する。ただし、これら３つのタイミングはクランク角に関連して定められているので、吸気弁３０や排気弁４２の動作に関連して吸気制御弁６０は駆動されることになる。
【００３８】
上記各ステップでの運転状態に応じた開弁タイミング、中間タイミング、閉弁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、アクセル開度等を求めるようにし、それらに基づいて行われてもよい。あるいは、それら機関回転数、アクセル開度等の導出は、それぞれのステップで別個に行われてもよい。なお、そのようなタイミングの導出や上記判定において、機関負荷として、アクセル開度以外に、あるいはそれと共に、空気流量、吸気通路１８の圧力、機関トルク等を用いてもよい。
【００３９】
なお、吸気制御弁６０の駆動が上記の如く導出設定されたタイミングで適切に行われるように、ＥＣＵ６６はクランク角に基づいてアクチュエータ６４に作動信号を出力する。
【００４０】
ここで、運転状態が第３運転領域ＩＩＩおよび第２運転領域ＩＩに属するときの、吸気制御弁６０の作動等を図５に基づいて説明する。図５（ａ）は吸気弁３０の弁開度の変化を表していて、図５（ｂ）は運転状態が第３運転領域ＩＩＩに属するときの吸気制御弁６０の弁開度の変化を、図５（ｃ）は運転状態が第２運転領域ＩＩに属するときの吸気制御弁６０の弁開度の変化を表している。なお、図５では、４つの気筒１６の吸気弁３０および吸気制御弁６０の弁開度の変化が重ねて同一時間軸上に表されている。例えば、＃３気筒吸気行程と称している期間は＃３の気筒１６の吸気行程を表していて、その期間における吸気弁３０および吸気制御弁６０の弁開度の変化はその＃３の気筒１６の上流側にある吸気弁３０および吸気制御弁６０の弁開度の変化である。
【００４１】
運転状態が第３運転領域ＩＩＩすなわちインパルス過給領域にあるときについて説明する。吸気制御弁６０は、運転状態が第３運転領域ＩＩＩにあるとき、上記インパルス過給を生じさせるために用いられる。以下、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ので、吸気制御弁６０は、吸気弁３０の開弁開始時には閉弁状態にあり（あるいは閉弁状態にされ）、吸気弁３０の開弁時期よりも遅い上記開弁タイミング（ステップＳ４０７）で開弁するように、すなわち吸気弁３０の開弁期間途中で開弁するように、制御される（図５（ａ）、（ｂ）参照）。まず、吸気弁３０の開弁開始時期から吸気制御弁６０の開弁開始時期までの間に、吸気制御弁６０下流側、特に吸気制御弁６０と吸気弁３０との間の通路に負圧が形成される。この後、吸気制御弁６０が瞬時に開弁されると、その負圧に基づく負圧波が上流側に遡って、サージタンク２４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６０を超えて吸気弁３０位置より下流側に達することで、吸気制御弁６０の開弁時にその上流側にあった吸気通路１８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３０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すなわち気体を燃焼室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６０の上下流側に形成される差圧を適切な時期に解放し、吸気通路１８の内、サージタンク２４よりも下流側の通路で気柱振動すなわち吸気脈動を積極的に発生させることで、生じさせられる。この気柱振動を適切に発生させるために、サージタンク２４よりも下流側の吸気枝管２６Ｂの径や長さなどは規定されている。ただし、吸気弁３０の開弁期間途中で開いた吸気制御弁６０は、図５では吸気弁３０の閉弁と概ね同時の閉弁タイミング（ステップＳ４０９）で閉弁されているが、吸気弁３０の閉弁に先立って、あるいはそれに遅れて閉弁されてもよい。なお、ここでは、このときスロットルバルブ５８は全開の開度に保持されている。
【００４２】
このような過給は、吸気制御弁６０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８２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。
【００４３】
次に、運転状態が第２運転領域ＩＩすなわちガス流動強化付きインパルス過給領域にあるときについて説明する。吸気制御弁６０は、運転状態が第２運転領域ＩＩにあるとき、上記インパルス過給を生じさせると共に燃焼室１４のガス流動を強化するように制御される。このときの吸気制御弁６０の制御について、以下、任意の１つの気筒１６の吸気行程に関して、図５の他、図６に基づいて説明する。図６は、運転状態が第２運転領域ＩＩにあるときの任意の１の気筒１６における吸気制御弁６０の弁開度の変化と、その吸気制御弁６０と吸気弁３０との間の圧力の変化とを概念的に表した図である。
【００４４】
運転状態が第２運転領域ＩＩにあるとき、吸気制御弁６０は、吸気弁３０の開弁開始時には閉弁状態にあり（あるいは、閉弁状態にされ）、吸気弁３０の開弁時期よりも遅い上記開弁タイミング（ステップＳ４１１）で開弁するように、すなわち吸気弁３０の開弁期間途中で開弁するように、制御される。吸気弁３０の開弁開始時期から吸気制御弁６０の開弁開始時期までの間に、吸気制御弁６０下流側に負圧が形成される。この後、吸気制御弁６０が瞬時に開弁されると、その負圧に基づいて生じた負圧波が上流側に遡って、吸気制御弁６０を通過してサージタンク２４の下流側端部の開放端に至る。そして、負圧波は、その開放端で正圧波に転化する。この正圧波が下流側に進んで吸気制御弁６０に至る前にすなわち吸気制御弁６０を通過する前に、吸気制御弁６０は上記中間タイミング（ステップＳ４１３）で所定の弁開度である中間開度にされる（図５、６参照）。その後、吸気行程末期の上記閉弁タイミング（ステップＳ４１５）で、吸気制御弁６０はさらに全閉の開度に閉じられる。
【００４５】
中間開度にされた吸気制御弁６０は、図７に示すような開弁状態にある。それ故、図７に模式的に示すように主に空気である気体は、主として、弁軸６０ｂよりも下流側に突き出た弁体６０ａの部分の周囲に形成された、吸気制御弁６０の主開弁部６０ｃから流れるようになる。すなわち吸気脈動の影響を受けた気体は、吸気制御弁６０の主開弁部６０ｃから主に流れ、その副開弁部６０ｄからはほとんど流れない。それ故、下流側に向かって流れる気体は偏って高速で流れて、燃焼室１４に流れ込むことになる。したがって、図１および図７から明らかなように、吸気通路１８から燃焼室１４に吸入される気体は燃焼室１４に縦方向の渦流すなわちタンブル流を形成するので、燃焼室１４のガス流動は強化される。
【００４６】
上記のように吸気制御弁６０が全開の開度である所定開弁開度から中間開度にされる時期は、吸気制御弁６０を脈動波である負圧波が通過した後、脈動派である正圧波が吸気制御弁６０を通過する前の時期である。それ故、中間開度にされた吸気制御弁６０を脈動波が通過するのは各吸気行程で１度だけである。したがって、中間開度にされた吸気制御弁６０を通過することでは吸気通路１８での脈動波は大きく減衰せず、吸気制御弁６０と吸気弁３０との間の圧力は、吸気制御弁６０が中間開度にされた後であって吸気弁３０が閉じられる前に適切に高められる（図６参照）。この結果、インパルス過給のみを生じさせる運転状態が第３運転領域ＩＩＩに属する場合と同様のインパルス過給効果を、ここでも得ることが可能になる。
【００４７】
以上より、１吸気行程において、吸気弁３０の開弁期間途中で吸気制御弁６０を全開といった所定開弁開度に開弁し、その後より閉じた中間開度にし、その後閉弁することで、インパルス過給と燃焼室１４のガス流動強化との両立を図ることが可能になる。したがって、吸気脈動効果により吸気吸入効率を増大させることができると共に、燃焼室１４での燃料すなわち混合気の燃焼性を高めることができる。これにより、運転状態が第２運転領域ＩＩに属するとき、つまり、過給領域の内で機関回転数が低回転側の運転領域に運転状態が属するときの出力性能は向上される。
【００４８】
このように燃焼室１４への気体の流れを偏流させて渦流を燃焼室１４内に形成させることができるので、吸気ポート２８をそのような渦流形成に適した形状にしなくてよい。したがって、運転状態がインパルス過給領域である第３運転領域ＩＩＩにあるとき、燃焼室１４への気体の流れが偏流されることがないので、吸気通路１８の気柱振動すなわち吸気脈動に減衰が生じることはほとんどない。それ故、運転状態が第３運転領域ＩＩＩにあるときの吸気吸入効率は改善される。
【００４９】
なお、中間開度は、ここでは固定開度であるが、運転状態等に応じて可変とされてもよい。本第１実施形態では、中間開度は５０％開度であるが、それ以外の全開と全閉との間の任意の開度（全開と全閉とを除く。）であってもよい。好ましくは、中間開度は、３０％開度から６０％開度の間の開度である。
【００５０】
上記した第１運転領域Ｉは、概略的に、機関回転数が低中回転数であり、機関負荷が高負荷である運転領域である。そして、第２運転領域ＩＩは、この第１運転領域Ｉの中のより低回転側の部分運転領域である。燃料噴射量は運転状態の内、主に機関負荷に応じて変動するので、運転状態が第２運転領域ＩＩに属するときと第３運転領域ＩＩＩに属するときとでは、燃料噴射量は大きくは違わない。それ故、燃料噴射弁１２から噴射される燃料の圧力は概ね同じであるので、機関回転数が低下するほど、燃料噴射期間に対応するクランク回転角度は小さくなる。したがって、燃焼室１４内に噴射された燃料の分散性は、機関回転数が低下するほど低下する。そこで、上記の如く、第１運転領域Ｉの内、機関回転数が低い第２運転領域ＩＩに運転状態が属するときには、燃焼室１４のガス流動をも強化することにした。
【００５１】
なお、上記では、吸気通路１８から燃焼室１４に吸入される気体の流れを偏流させて、燃焼室１４に縦方向の渦流すなわちタンブル流を形成した。しかしながら、さらに弁軸６０ｂを吸気通路１８の軸線周りに約９０°回転させて吸気制御弁６０を配設することで、スワール流を燃焼室１４に形成させることも可能である。こうして燃焼室１４のガス流動が強化されてもよい。
【００５２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態の内燃機関システムは上記第１実施形態の内燃機関システムと概ね同じであるので、ここでの重複説明は省略される。以下の説明において、上記した構成要素と同一あるいは同様の構成要素には、上記第１実施形態と同じ符号を付す。以下、第１実施形態との相違点のみ説明する。
【００５３】
本第２実施形態と上記第１実施形態との主な相違は、吸気制御弁６０を中間開度にする中間タイミングにある。上記第１実施形態では、脈動派である（１回目の）負圧波が吸気制御弁６０を上流側に通過した後、それの転化により生じた（１回目の）正圧波が吸気制御弁６０に至る前すなわちそれを通過する前に、吸気制御弁６０を中間開度にした。これに対して、本第２実施形態では、運転状態が第２運転領域ＩＩに属するとき、１回目の正圧波が吸気制御弁６０を通過して吸気通路１８の下流側端部で転化することで生じる２回目の負圧波がさらに吸気制御弁６０を上流側に通過した後であって、その２回目の負圧波がサージタンク２４の下流側端部で転化することで生じる２回目の正圧波が吸気制御弁６０を下流側に通過する前に、吸気制御弁６０を中間開度にする。
【００５４】
２回目の負圧波が吸気制御弁６０を通過した後、２回目の正圧波が吸気制御弁６０を通過する前に吸気制御弁６０が中間開度にされてその後吸気弁３０が閉弁されるので、吸気制御弁６０と吸気弁３０との間の圧力は、１吸気行程あたり、２回の圧力上昇を示す（図８参照）。このように、負圧波が吸気制御弁６０を通過する前に吸気制御弁６０が中間開度にされないので、吸気通路１８における気柱振動すなわち吸気脈動の減衰は最小限に抑えられる。それ故、上記第１実施形態で記したように、インパルス過給と、燃焼室１４のガス流動強化との両立を図ることが可能になる。
【００５５】
以上、本発明を第１および第２実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。インパルス過給と燃焼室１４のガス流動強化との両立は、上記の如く、過給領域の一部でのみ達成されることに限定されず、全過給領域で達成されてもよい。また、インパルス過給は、機関回転数が低中回転数であって機関負荷が高負荷である運転領域に運転状態が属するときにのみ行われることに限定されず、他の運転状態のときにも行われるようにしてもよい。
【００５６】
上記第１実施形態では１回目の正圧波が吸気制御弁６０を下流側に向けて通過する前に、また、上記第２実施形態では２回目の正圧波が吸気制御弁６０を下流側に向けて通過する前に、吸気制御弁６０を全開の開度である所定開弁開度から中間開度にした。しかしながら、所定開弁開度から中間開度への吸気制御弁６０の駆動は、吸気制御弁６０下流側の負圧に基づいて生じるｎ回目の負圧波が吸気制御弁６０を上流側に向けて通過した後、ｎ回目の正圧波が吸気制御弁６０を下流側に向けて通過する前であれば、いつ行われてもよい。ただし、ｎ回目の正圧波が吸気制御弁６０を通過した後、その吸気行程で、ｎ＋１回目の負圧波が吸気制御弁６０を通過する前に、吸気弁３０は閉弁される。
【００５７】
なお、上記両実施形態では、吸気制御弁６０を中間開度にする中間タイミングは、予め実験により求めたデータに基づいて導出設定されたが、それ以外の方法により定められても良い。中間タイミングは、その時々の吸気通路１８の圧力変動を検知することで定められても良い。
【００５８】
また、上記所定開弁開度は、全開以外の開度であってもよい。ただし、吸気制御弁６０の所定開弁開度は、中間開度よりは大きい開度であることが必要である。
【００５９】
また、上記両実施形態では、吸気制御弁６０を、弁体６０ａの概ね中心を貫通する弁軸６０ｂを有するバタフライ式弁としたが、例えば図９に示すような構成の吸気制御弁１６０を用いることができる。吸気制御弁１６０は、吸気通路区画形成部材である吸気マニホールド２６壁部近傍すなわち弁体１６０ａの端部に弁軸１６０ｂを有する弁である。このような吸気制御弁１６０を採用することで、より適切に、燃焼室１４に吸入される気体の流れを偏流させることが可能になる。
【００６０】
なお、上記両実施形態では、スロットルバルブ５８を設けたが、スロットルバルブ５８は設けられなくても良い。このときには、吸入空気量の調整は、主として、吸気弁３０および吸気制御弁６０を用いて達成される。
【００６１】
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。
【００６２】
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】
【００６３】
【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１０の吸気系の下流側周辺の概略図である。
【図３】第１から第４運転領域を表したグラフである。
【図４】第１実施形態のフローチャートである。
【図５】４つの気筒の吸気弁および吸気制御弁の弁開度を表したグラフであり、（ａ）は吸気弁３０の弁開度の変化、（ｂ）は運転状態が第３運転領域に属するときの吸気制御弁の弁開度の変化、（ｃ）は運転状態が第２運転領域に属するときの吸気制御弁の弁開度の変化を概念的に表している。
【図６】任意の１つの気筒における吸気制御弁の弁開度の変化と、その吸気制御弁と吸気弁との間の圧力変化例を概念的に表したグラフである。
【図７】第１実施形態の吸気制御弁が中間開度にあるときの、気体の流れを模式的に表した図である。
【図８】第２実施形態の任意の１つの気筒における吸気制御弁の弁開度の変化と、その吸気制御弁と吸気弁との間の圧力変化例を概念的に表したグラフである。
【図９】別の構成を有する吸気制御弁が中間開度にあるときの、気体の流れを模式的に表した図である。
【符号の説明】
【００６４】
１４  燃焼室
１８  吸気通路
３０  吸気弁
６０  吸気制御弁
【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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