(57)【要約】【課題】内燃機関の吸気系及び排気系における慣性効果及び脈動効果を最も効果的に利用する。【解決手段】吸気通路形状可変機構３３及び排気通路形状可変機構３４により、吸気通路の有効長及び排気通路の有効長が変えられる。この際、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１は、変化した吸気通路の有効長及び排気通路の有効長において、内燃機関の吸気系及び排気系における慣性効果および脈動効果を最も効果的に利用できるタイミングで、吸気弁２８、排気弁２９の開閉を行う。【選択図】　図１
2004137982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路形状を可変制御する吸気通路形状可変機構を備えた内燃機関において、気筒の吸排気弁の開時期及び閉時期を独立に制御する動弁機構を備え、可変制御された吸気通路形状と吸排気弁の開時期及び閉時期を相互に関連づけて制御することを特徴とする。
【請求項２】
排気通路形状を可変制御する排気通路形状可変機構を備えた内燃機関において、気筒の吸排気弁の開時期及び閉時期を独立に制御する動弁機構を備え、可変制御された排気通路形状と吸排気弁の開時期及び閉時期を相互に関連づけて制御することを特徴とする。
【請求項３】
吸気通路形状を可変制御する吸気通路形状可変機構と、排気通路形状を可変制御する排気通路形状可変機構とを備えた内燃機関において、気筒の吸排気弁の開時期及び閉時期を独立に制御する動弁機構を備え、可変制御された吸気通路形状及び排気通路形状と吸排気弁の開時期及び閉時期を相互に関連づけて制御することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などに搭載される内燃機関に関し、吸排気弁の開時期、閉時期を独立に制御する動弁機構を備えた内燃機関に関する。
【従来の技術】
【０００２】
従来、吸気通路の長さおよび断面積を機関回転数に応じて変更することにより、吸気通路内の圧力変動を利用して種々の機関回転数領域で吸入効率を高め、出力の向上を図るものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
つまり、内燃機関の作動に伴い吸気が間欠的に行われることに起因して吸気通路内に圧力振動が生じるので、その圧力波のうちの正圧波を適正なタイミングでシリンダ内に導入すれば吸入効率を高めることができる。そして、正圧波をシリンダ内に導入するタイミングは吸気通路の長さによって調整することができるため、エンジンの運転状態の変化に応じて吸気通路の長さを変えることにより、種々の運転領域において、上記現象によるいわゆる吸気の動的効果すなわち慣性効果や脈動効果を有効に利用し、吸入効率を高めることができる。なお、このような吸気の動的効果は吸気通路の断面積を変えることによっても調整することができる。
【０００４】
ところで、従来はこの種の装置では吸気弁の開閉時期は一定とし、ピストン下死点より所定タイミングだけ遅れたところで吸気弁を閉じるようにしている。このような条件下では、吸気通路の長さまたは断面積の調整によってできるだけ正圧波による動的効果を高めようと同調を行っても、内燃機関の運転状態にたとえば機関回転数の変化に伴ってシリンダ内圧力の特性が変化することにより、低回転時には吸気弁が閉じられる前にシリンダ内圧力が上昇して吹き返しを生じ、高回転時には逆にシリンダ内圧力が低くてなお吸気の導入が可能な状態で吸気弁が閉じられてしまうことになるため、広い回転数域にわたって吸気の動的効果を高めるのは難しかった。
【０００５】
一方、吸気通路の長さおよび断面積が固定されている場合の吸入効率改善手段としては、吸気弁の開閉時期とくに閉弁時期を内燃機関の運転状態に応じて調整する方法がある。この方法による場合、シリンダ内圧力と吸気弁直前の吸気通路内圧力とが等しくなる時点で吸気弁が閉じられるように、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁の少なくとも閉弁時期を制御すればよい。ただしこの場合、吸気通路の長さおよび断面積との関係で、吸気通路内に生じる正圧波が最も有効に利用されるような同調状態となるのは特定の運転領域に限られ、これ以外の領域では上記正圧波による動的効果が低下する。従って吸気弁の開閉時期の調整によっても吸入効率の向上には限界がある。
【０００６】
そこで特許文献２では、吸気通路の長さおよび断面積の両方を内燃機関の運転状態に応じて調整するとともに、これに対応づけて吸気弁の閉弁時期を制御することで、吸入慣性効果の更なる向上を図っている。
【０００７】
一方、排気通路の長さおよび断面積を運転状態に応じて変更することにより排気脈動効果を利用して速やかに燃焼室内の排気を行う技術（例えば、特許文献３，特許文献４参照）も知られている。
【０００８】
また、このような排気通路の長さおよび断面積の両方を内燃機関の運転状態に応じて調整する機構に、排気弁の開閉時期を可変とした動弁機構を組み合わせた技術（例えば、特許文献５参照）も知られている。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭４８‐５８２１４号公報
【特許文献２】
特開昭６０‐１６４６１０号公報
【特許文献３】
実公平５８‐４９３８１号公報
【特許文献４】
特開平１１‐１０７７８９号公報
【特許文献５】
特開平３‐９０２６号公報
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
内燃機関では、吸入効率の向上，排気の促進を図るために、吸気弁直前の吸気通路内圧力が排気弁直後の排気通路内圧力より高い状態のとき、排気弁の閉時期、吸気弁の開時期を調整することで、吸気弁と排気弁が共に開くオーバーラップ状態とすることが好ましい。
【００１１】
しかしながら、特許文献２に記載の吸気弁の開閉時期を可変とした動弁機構は吸気弁の開弁時期は閉弁時期に連動して調整されるもので、吸気弁の開時期を吸気弁の閉時期と独立して任意に設定できないため、上記タイミングでは吸気弁を開くことができず、吸入効率の向上、排気の促進には限界がある。
【００１２】
また、排気弁の開時期も、排気効果を高め、吸入効率の向上を図るためには、前記オーバーラップ状態の時に排気負圧波が同期するよう、また他の気筒からのブローダウンによる正圧波が同期しないようにすることが好ましい。
【００１３】
しかしながら、特許文献５に記載の排気弁の開閉時期を可変とした動弁機構も排気弁の開弁時期は閉弁時期に連動して調整されるもので、排気弁の開閉時期を独立して任意に設定できないため、吸入効率の向上、排気の促進には限界がある。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑み、内燃機関の吸気系及び排気系における慣性効果及び脈動効果を最も効果的に利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した目的を達成するために請求項１に記載の発明に係る内燃機関は、吸気通路形状を可変制御する吸気通路形状可変機構を備えた内燃機関において、気筒の吸排気弁の開時期及び閉時期を独立に制御する動弁機構を備え、可変制御された吸気通路形状と吸排気弁の開時期及び閉時期を相互に関連づけて制御することを特徴としている。
【００１６】
このように構成された内燃機関では、吸排気弁の開時期及び閉時期を、可変制御された吸気通路形状に対応させて各々任意に設定できるため、内燃機関の吸気系及び排気系における慣性効果および脈動効果を最も効果的に利用することが可能である。
【００１７】
また請求項２に記載の発明に係る内燃機関は、排気通路形状を可変制御する排気通路形状可変機構を備えた内燃機関において、気筒の吸排気弁の開時期及び閉時期を独立に制御する動弁機構を備え、可変制御された排気通路形状と吸排気弁の開時期及び閉時期を相互に関連づけて制御することを特徴としている。
【００１８】
このように構成された内燃機関では、吸排気弁の開時期及び閉時期を、可変制御された排気通路形状に対応させて各々任意に設定できるため、内燃機関の吸気系及び排気系における慣性効果および脈動効果を最も効果的に利用することが可能である。
【００１９】
また請求項３に記載の発明に係る内燃機関は、吸気通路形状を可変制御する吸気通路形状可変機構と、排気通路形状を可変制御する排気通路形状可変機構とを備えた内燃機関において、気筒の吸排気弁の開時期及び閉時期を独立に制御する動弁機構を備え、可変制御された吸気通路形状及び排気通路形状と吸排気弁の開時期及び閉時期を相互に関連づけて制御することを特徴としている
【００２０】
このように構成された内燃機関では、吸排気弁の開時期及び閉時期を、可変制御された吸気通路形状及び排気通路形状に対応させて各々任意に設定できるため、内燃機関の吸気系及び排気系における慣性効果および脈動効果を最も効果的に利用することが可能である。
【発明の実施の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２１を備えた直列４気筒の４サイクルガソリンエンジンである。
【００２３】
内燃機関１は、４つの気筒２１及び冷却水路１Ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１ａとを備えている。
【００２４】
前記シリンダブロック１ｂには、機関出力軸たるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、このクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に装填されたピストン２２と連結されている。
【００２５】
各気筒２１のピストン２２上方には、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれた燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１ａには、燃焼室２４に臨むように点火栓２５が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続されている。
【００２６】
前記シリンダヘッド１ａには、２つの吸気ポート２６の開口端と２つの排気ポート２７の開口端とが燃焼室２４に臨むよう形成されるとともに、その噴孔が吸気ポート２６に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。
【００２７】
一方、吸気ポート２６には吸気管長可変機構３３、排気ポート２７には排気管長可変機構３４が取り付けられている。
【００２８】
ここで、吸気管長可変機構３３と排気管長可変機構３４の具体的な構成について述べる。尚、吸気管長可変機構３３と排気管長可変機構３４とは同様な構成であるため、吸気管長可変機構３３のみを例に挙げて説明する。この吸気管長可変機構３３の外観が図２に示され、吸気管長可変装置３３の構造を説明するための分解図が図３に示されている。
【００２９】
この吸気管長可変機構の構造について説明すれば、図中３５は例えば４本の管体３６が横方向（管長方向と直角な方向）に並行に結合されてなる吸気管である。
【００３０】
これら各管体３６の一端部がそれぞれ吸気ポート端に接続され、他端部がシリンダヘッド１ａから離れる方向に延びている。各管体３６の他端部は、図３に示されるように下方向に向かう円弧をなす扇型に形成され、各先端部を下向きに開口させてある。なお、扇型部３６ａの円弧中心を挟んだ反対側となる管体３６の下部には、扇型部３６ａの開口周壁と線対象をなす周壁で形成された結合座３６ｂが形成してある。
【００３１】
こうした吸気管３５の他端部となる扇型部３６ａには、開口を覆うように、サージタンク３７が接続されている。すなわち、サージタンク３７は、図３にも示されるように吸気管３５の管長方向の断面が、扇型部３６ａと同一な円弧をもつほぼ半円形状に形成され、かつ上部が開口し、その他の部分が閉塞された、箱型のタンク３７ａから構成してある。
【００３２】
このタンク３７ａが、扇型部３６と結合座３６ｂと連続して円弧をなすよう、吸気管３５の他端部に組み合わされ、同吸気管３５の他端部にほぼ半円筒形のサージ室を形成している。
【００３３】
タンク３７ａの端壁の一方には、結合座３６ｂ寄りに位置して、エアクリーナ（図示しない）につながる吸気パイプ３８が連通接続され、エアクリーナからの空気をタンク３７ａ内を通じてエンジンの燃焼室２４へ導けるようにしてある。
【００３４】
また吸気管３５の他端部となる各扇型部３６ａ内には、補助ポート体３９が摺動自在に嵌合され、吸気通路の有効長を変えられるようにしてある。具体的には、補助ポート体３９は、図３に示されるように扇型部３６ａの円弧中心を基準とした、同扇形部３６ａ内に挿脱可能な扇形形状をなした４つの摺動口体３９ａから形成されている。これら摺動口体３９ａは扇形部３６ａにならって横方向に配置してある。
【００３５】
そして、これら摺動口体３９ａの中心側が、サージタンク３７と扇型部３６ａとの円弧中心を貫通し、これら両端壁で回転自在に支持してある回転軸４０の外周部分に連結されている。
【００３６】
これにより、各摺動口体３９ａは、回転軸４０を支点として、各扇型部３６ａ内に挿脱自在に支持され、回転軸４０を中心とした摺動口体３９ａの回転変位を利用して、吸気通路の有効長を変えられるようにしてある。
【００３７】
また回転軸４０の軸端には、例えばステップモータ４１の出力軸（図示しない）が接続され、ステップモータ４１を駆動源とした各摺動口体３９ａ（補助ポート３９）の回動変位にしたがって、吸気通路の有効長を無段階的に可変できるようにしてある。
【００３８】
つまり、可変機構を構成している。なお、吸気通路の有効長は、本実施例では例えば図４に示されるような補助ポート体３９の大部分が扇型部３６ａ内に挿入されて、エンジンの高回転運転領域に適した最も短くなる有効長Ｌ１から、逆に補助ポート体３９の大部分が扇型部３６ａからサージタンク３７内へ移動して、図６に示されるようなエンジンの低回転運転領域に適した最も長くなる有効長Ｌ３までの範囲において変えられるようにしてある。
【００３９】
以上、吸気管長可変機構３３について詳細に説明したが、排気管長可変機構３４についても全く同様である。
【００４０】
一方、前記シリンダヘッド１ａには、前記吸気ポート２６の各開口端を開閉する吸気弁２８が進退自在に設けられている。各吸気弁２８には、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記吸気弁２８を進退駆動する電磁駆動機構３０（以下、吸気側電磁駆動機構３０と記す）が取り付けられている。
【００４１】
前記シリンダヘッド１ａには、前記排気ポート２７の各開口端を開閉する排気弁２９が進退自在に設けられている。各排気弁２９には、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁２９を進退駆動する電磁駆動機構３１（以下、排気側電磁駆動機構３１と記す）が取り付けられている。
【００４２】
ここで、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１の具体的な構成について述べる。尚、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１とは同様な構成であるため、排気側電磁駆動機構３１のみを例に挙げて説明する。
【００４３】
図７は、排気側電磁駆動機構３１の構成を示す断面図である。図７において内燃機関１のシリンダヘッド１ａは、シリンダブロック１ｂの上面に固定されるロアヘッド１０と、このロアヘッド１０の上面に設けられたアッパヘッド１１とを備えている。
【００４４】
前記ロアヘッド１０には、各気筒２１に対応した排気ポート２７が形成され、各排気ポート２７の燃焼室２４側の開口端には、排気弁２９の弁体２９ａが着座するための弁座１２が設けられている。
【００４５】
ロアヘッド１０には、各排気ポート２７の内壁面からこのロアヘッド１０の上面にかけて断面円形の貫通孔が形成され、この貫通孔には、この貫通孔に挿通される排気弁２９の弁軸２９ｂを進退自在に保持する筒状のバルブガイド１３が挿入されている。
【００４６】
アッパヘッド１１には、第１コア３０１及び第２コア３０２が嵌入される断面円形のコア取付孔１４が設けられ、このコア取付孔１４は前記バルブガイド１３と軸心が同一となる位置にある。コア取付孔１４は下部が径大に形成され、その上部の径小部１４ａと下部の径大部１４ｂを備えている。
【００４７】
前記径小部１４ａには、軟磁性体からなる環状の第１コア３０１と第２コア３０２とが所定の間隙３０３を介して軸方向に直列に嵌挿されている。これらの第１コア３０１の上端と第２コア３０２の下端には、それぞれフランジ３０１ａとフランジ３０２ａが形成されており、第１コア３０１は上方から、また第２コア３０２は下方からそれぞれコア取付孔１４に嵌挿され、フランジ３０１ａとフランジ３０２ａがコア取付孔１４の縁部に当接することにより第１コア３０１と第２コア３０２の位置決めがされて、前記間隙３０３が所定の距離に保持されるようになっている。
【００４８】
第１コア３０１の上方には、筒状のアッパキャップ３０５が設けられている。このアッパキャップ３０５は、その下端に形成されたフランジ部３０５ａにボルト３０４を貫通させてアッパヘッド１１上部に固定されている。この場合、フランジ部３０５ａを含むアッパキャップ３０５の下端が第１コア３０１の上面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その結果、第１コア３０１がアッパヘッド１１に固定されることになる。
【００４９】
一方、第２コア３０２の下部には、コア取付孔１４の径大部１４ｂと略同径の外径を有する環状体からなるロアキャップ３０７が設けられている。このロアキャップ３０７にはボルト３０６が貫通し、そのボルト３０６により前記径小部１４ａと径大部１４ｂの段部における下向きの段差面に固定されている。
この場合、ロアキャップ３０７が第２コア３０２の下面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その結果、第２コア３０２がアッパヘッド１１に固定されることになる。
【００５０】
前記第１コア３０１の前記間隙３０２側の面に形成された溝部には、第１の電磁コイル３０８が把持されており、前記第２コア３０２の間隙３０３側の面に形成された溝部には第２の電磁コイル３０９が把持されている。その際、第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とは、前記間隙３０３を介して向き合う位置に配置されている。
【００５１】
前記３０３には、該前記３０３の内径より径小な外径を有する環状の軟磁性体からなるアーマチャ３１１が配置されている。このアーマチャ３１１の中空部には、該アーマチャ３１１の軸心に沿って上下方向に延出した円柱状のアーマチャシャフト３１０が固定されている。このアーマチャシャフト３１０は、その上端が前記第１コア３０１の中空部を通ってその上方のアッパキャップ３０５内まで至るとともに、その下端が第２コア３０２の中空部を通ってその下方の径大部１４ｂ内に至るよう形成され、前記第１コア３０１及び前記第２コア３０２によって軸方向へ進退自在に保持されている。
【００５２】
前記アッパキャップ３０５内に延出したアーマチャシャフト３１０の上端部には、円板状のアッパリテーナ３１２が接合されるとともに、前記アッパキャップ３０５の上部開口部にはアジャストボルト３１３が螺着され、これらアッパリテーナ３１２とアジャストボルト３１３との間には、アッパスプリング３１４が介在している。尚、前記アジャストボルト３１３と前記アッパスプリング３１４との当接面には、前記アッパキャップ３０５の内径と略同径の外径を有するスプリングシート３１５が介装されている。
【００５３】
一方、前記径大部１４ｂ内に延出したアーマチャシャフト３１０の下端部には、排気弁２９の弁軸２９ｂの上端部が当接している。前記弁軸２９ｂの上端部の外周には、円板状のロアリテーナ２９ｃが接合されており、そのロアリテーナ２９ｃの下面とロアヘッド１０の上面との間には、ロアスプリング３１６が介在している。
【００５４】
このように構成された排気側電磁駆動弁機構３１では、第１の電磁コイル３０８及び第２の電磁コイル３０９に励磁電流が印加されていないときは、アッパスプリング３１４からアーマチャシャフト３１０に対して下方向（すなわち、排気弁２９を開弁させる方向）への付勢力が作用するとともに、ロアスプリング３１６から排気弁２９に対して上方向（すなわち、排気弁２９を閉弁させる方向）への付勢力が作用し、その結果、アーマチャシャフト３１０及び排気弁２９が互いに当接して所定の位置に弾性支持された状態、いわゆる中立状態に保持されることになる。
【００５５】
尚、アッパスプリング３１４とロアスプリング３１６の付勢力は、前記アーマチャ３１１の中立位置が前記間隙３０３において前記第１コア３０１と前記コア３０２との中間位置に一致するよう設定されており、構成部品の初期公差や経年変化等によってアーマチャ３１１の中立位置が前記した中間位置からずれた場合には、アーマチャ３１１の中立位置が前記した中間位置と一致するようアジャストボルト３１３によって調整することが可能になっている。
【００５６】
また、前記アーマチャシャフト３１０及び前記弁軸２９ｂの軸方向の長さは、前記アーマチャ３１１が前記間隙３０３の中間位置に位置するときに、前記弁体２９ａが全開側変位端と全閉側変位端との中間の位置（以下、中間位置と称する）となるように設定されている。
【００５７】
前記した排気側電磁駆動機構３１では、第１の電磁コイル３０８に励磁電流が印加されると、第１コア３０１と第１の電磁コイル３０８とアーマチャ３１１との間に、アーマチャ３１１を第１コア３０１側へ変位させる方向の電磁力が発生し、第２の電磁コイル３０９に励磁電流が印加されると、第２コア３０２と第２の電磁コイル３０９とアーマチャ３１１との間にアーマチャ３１１を前記第２コア３０２側に変位させる方向の電磁力が発生する。
【００５８】
従って、上記した排気側電磁駆動機構３１では、第１の電磁コイル３０８と第２の電磁コイル３０９とに交互に励磁電流が印加されることにより、アーマチャ３１１が進退動作し、以って弁体２９ａが開閉駆動されることになる。その際、第１の電磁コイル３０８及び第２の電磁コイル３０９に対する励磁電流の印加タイミングと励磁電流の大きさを変更することにより、排気弁２９の開閉タイミングを制御することが可能となる。
【００５９】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関の運転状態を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）４２が併設されている。
【００６０】
前記ＥＣＵ４２は、互いにバスで接続されたＣＰＵ４３、ＣＰＵ４３が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ４４、ＣＰＵ４３が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ４５、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ４６、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース４７等からなるマイクロコンピュータである。
【００６１】
インターフェース４７は、空気流量計測手段であって吸気管３５に配置された熱線式エアフローメータ（図示せず）、エンジン回転数センサ４８等と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ４３に供給するようになっている。また、インターフェース４７は、イグナイタ２５ａ、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１、吸気管長可変機構３３、排気管長可変機構３４、燃料噴射弁３２等と接続されていて、ＣＰＵ４３の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
【００６２】
熱線式エアフローメータは、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量を計測し、同質量流量を表わすＧｎを発生するようになっている。エンジン回転数センサ４８は、内燃機関１の回転数を検出し、エンジン回転数ＮＥを表わす信号を発生するとともに、各気筒の絶対クランク角度を検出し得るようになっている。
【００６３】
次に、上述のように構成された吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１、吸気管長可変機構３３，排気管長可変機構３４の作動について説明する。ＥＣＵ４２のＣＰＵ４３は、図８にフローチャートにより示したプログラムを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ４３はステップ１００から処理を開始し、ステップ１０５にてエンジン回転数ＮＥ，機関負荷として空気流量Ｇｎを上述した各センサから取りこむ。
【００６４】
次いで、ＣＰＵはステップ１１０に進み、図９に示すエンジン回転数ＮＥ及び空気流量Ｇｎと吸気管長との関係を規定したマップと、上記ステップ１０５にて取り込んだ実際のエンジン回転数ＮＥ、空気流量Ｇｎとに基づいて、その運転領域に適した吸気通路の有効長を決定し、補助ポート体３９に指令を与える。
【００６５】
上記ステップ１１０にて使用するマップは、内燃機関の全運転領域にわたって吸入効率を高める効果を奏する吸気通路の有効長が得られるように定められている。
【００６６】
すなわち、ＥＣＵ４２は、熱線式エアフローメータ及びエンジン回転数センサ４８からの検知信号から、エンジンが高負荷高回転運転領域であると判定すると、ステップモータ４１の駆動から、図４に示されるように補助ポート体３９は、大部分が扇型部３６ａ内に挿入されるように回動変位して位置決められる。
【００６７】
すると、吸気通路の有効長は、高回転で慣性過給が得られる最も短い有効長Ｌ１に可変される。これにより、大量の空気が、吸気パイプ３８、補助ポート体３９、吸気管３５、吸気ポート２６を経て、燃焼室２４へ供給される。
【００６８】
また、ＥＣＵ４２が、熱線式エアフローメータ及びエンジン回転数センサ４８からの検知信号から、エンジンが中負荷中回転運転領域であると判定すると、ステップモータ４１の駆動から、図５に示されるように補助ポート体３９は、中程のサージタンク３７内へ突き出るように回動変位して位置決められる。
【００６９】
すると、吸気通路の有効長は、中回転域で慣性過給が得られる中程度の有効長Ｌ２に可変される。これにより、中回転運転領域に適した慣性過給が働き、大量の空気が、先に述べたのと同じ経路を経て燃焼室２４に供給される。
【００７０】
また、熱線式エアフローメータ及びエンジン回転数センサ４８からの検知信号から、エンジンが低負荷低回転運転領域であると判定すると、ステップモータ４１の駆動から、図６に示されるように補助ポート体３９は、大部分がサージタンク３７内に突き出るように回動変位して位置決められる。
【００７１】
すると、吸気通路の有効長は、低回転域で慣性過給が得られる最も長い有効長Ｌ３に可変される。これにより、低回転運転域に適した慣性過給が働き、大量の空気が、先に述べたのと同じ経路を経て燃焼室２４に供給される。
【００７２】
次いで、ＣＰＵはステップ１１５に進み、吸気管長可変機構３３と同様、図１０に示すエンジン回転数ＮＥ及び空気流量Ｇｎと排気管長との関係を規定したマップと、上記ステップ１０５にて取り込んだ実際の実際のエンジン回転数ＮＥ、空気流量Ｇｎとに基づいて、その運転領域に適した排気管長を決定し、排気管長可変機構３４の補助ポート体（図示せず）に指令を与える。
【００７３】
次いで、ＣＰＵはステップ１２０に進み、図１１に示す吸気管長及び排気管長とエンジン回転数ＮＥ及び空気流量Ｇｎと吸排気弁の開閉時期との関係を規定したマップと、上記ステップ１０５にて取り込んだ実際のエンジン回転数ＮＥ及び空気流量Ｇｎとに基づいて、その時の吸気管長、排気管長及び運転領域に適した吸排気弁の開閉時期ＶＴを決定し、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１に指令を与え、ステップ１２５に進み本ルーチンを終了する。
【００７４】
上記ステップ１２０にて使用するマップは、内燃機関の全運転領域にわたって吸気管長、排気管長及び運転領域に応じたシリンダ内圧力の変化を考慮したうえで、内燃機関の吸気系及び排気系における慣性効果及び脈動効果を最も効果的に利用できる吸排気弁の開閉時期が得られるように定められている。
【００７５】
換言すると、吸気管長及び排気管長の変化に伴ってシリンダ内圧力の特性が変化するため、吸気管長と排気管長の組み合わせ毎に、吸排気弁の開閉時期ＶＴとエンジン回転数ＮＥ及び空気流量Ｇｎとの関係を規定したマップを使用している。
【００７６】
これにより、吸気管長及び排気管長が変化しても、シリンダ内圧力と吸気弁直前の吸気通路内圧力とが等しくなる時点で吸気弁が閉じられるため、吸入効率は向上する。
【００７７】
また、図１２に示すように、吸気管長及び排気管長が変化しても、吸気弁直前の吸気通路内圧力が排気弁直後の排気通路内圧力より高い状態のとき、吸気弁と排気弁が共に開くオーバーラップ状態となり、吸入効率の向上，排気の促進を図られる。
【００７８】
更に、吸気管長及び排気管長が変化しても、オーバーラップ状態の時に排気負圧波が同期するように、また他の気筒からのブローダウンによる正圧波が同期しないように排気弁が開かれるため、掃気効果及び吸入過給効果を高めることができる。
【００７９】
尚、吸排気管の開閉時期の変化に比べて、吸気管長及び排気管長の変化は遅いため、図１３に示すように吸排気管の開閉時期を吸気管長及び排気管長の変化に合わせて徐々に変化させれば、吸気管長、排気管長が変化する過渡時においても、最適な時期に吸排気弁を開閉できる。
【００８０】
以上説明したように、上記実施形態によれば、吸気管長及び排気管長の変化に伴って変化するシリンダ内圧の変化に合わせた最適な時期で吸排気弁を開閉するため、内燃機関の吸気系及び排気系における慣性効果および脈動効果を最も効果的に利用することができる。
【００８１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施例は、吸気通路形状可変機構と排気通路形状可変機構を共に備えていたが、片方のみ備えた内燃機関としてもよい。
【００８２】
【発明の効果】
内燃機関の吸気系及び排気系における慣性効果および脈動効果を最も効果的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の一実施態様を示す断面図
【図２】吸気管長可変機構の外観を示す斜視図
【図３】吸気管長可変機構の構造を説明するための分解斜視図
【図４】吸気管長可変機構によって、吸気通路の有効長が高負荷高回転運転領域に適した長さに定められたときを示す断面図
【図５】吸気管長可変機構によって、吸気通路の有効長が中負荷中回転運転領域に適した長さに定められたときを示す断面図
【図６】吸気管長可変機構によって、吸気通路の有効長が低負荷低回転運転領域に適した長さに定められたときを示す断面図
【図７】排気側電磁駆動機構の構成を示す断面図
【図８】吸気管長可変機構、排気管長可変機構、吸気側電磁駆動機構、排気側電磁駆動機構の制御ルーチンを示すフローチャート図
【図９】エンジン回転数及び空気流量と吸気管長との関係を規定したマップ
【図１０】エンジン回転数及び空気流量と排気管長との関係を規定したマップ
【図１１】吸気管長及び排気管長とエンジン回転数及び空気流量と吸排気弁の開閉時期との関係を規定したマップ
【図１２】吸気管長及び排気管長の変化に伴う吸排気弁の開閉時期の切換と内燃機関の吸気通路内圧力と排気通路内圧力の変化とを示すグラフ
【図１３】吸気管長及び排気管長の変化と吸排気弁の開閉時期の変化の時間的関係を示す説明図
【符号の説明】
１…内燃機関
２６…吸気ポート
２７…排気ポート
２８…吸気弁
２９…排気弁
３０…吸気側電磁駆動機構
３１…排気側電磁駆動機構
３３…吸気管長可変機構
３４…排気管長可変機構
４２…ＥＣＵ
４８…エンシ゛ン回転数センサ
【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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