(57)【要約】【課題】吸気枝通路に生じる圧力振動を制御することによって各気筒毎に筒内充填空気量を制御することができる内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】吸気装置は、内燃機関の各燃焼室に連通する複数の吸気枝通路２、１６を具備し、これら吸気枝通路は一つの集合部に連通し、隣合う二つの吸気枝通路の間の少なくとも集合部側の一部が仕切り壁５０によって隔てられている。仕切り壁は、各仕切り壁毎に、各吸気枝通路の有効吸気枝通路長Ｌが変わるようにその長さを変更可能である。このように各燃焼室に連通する吸気枝通路毎に有効吸気枝通路長を変化させることにより、各気筒毎に筒内充填空気量を制御することができる。【選択図】図３
2007327462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各燃焼室に連通する複数の吸気枝通路を具備し、これら吸気枝通路は一つの集合部に連通し、隣合う二つの吸気枝通路の間の少なくとも集合部側の一部が仕切り壁によって隔てられている内燃機関の吸気装置において、
上記仕切り壁は、各仕切り壁毎に、各吸気枝通路の有効吸気枝通路長が変わるようにその長さを変更可能である、内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
上記仕切り壁の長さは、全ての気筒に亘って筒内充填空気量がほぼ均一になるように各サイクル中に変化せしめられる、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
上記仕切り壁の長さは、全ての気筒に亘って空燃比がほぼ均一になるように各サイクル中に変化せしめられる、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
内燃機関が定常運転状態にあるときには、排気空燃比に基づいて全ての気筒に亘って筒内充填空気量又は空燃比が均一になるように上記仕切り壁の長さをフィードバック制御すると共に各機関運転条件毎に上記仕切り壁の最適な長さを学習し、内燃機関が過渡状態にあるときには上記フィードバック制御を中止すると共に上記仕切り壁の長さは機関運転条件に応じた上記最適な長さとされる、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
上記仕切り壁が圧電素子により形成されており、該圧電素子に印加した電圧に応じて該仕切り壁の長さが変化する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の各燃焼室とサージタンクとの間に設けられる吸気枝通路では、一般に、吸気が間欠的に行われることに起因して圧力振動が発生する。このため、このような圧力振動によって吸気枝通路の吸気弁側の端部の圧力が高くなっているときを吸気弁の閉弁時期に同調させることにより、内燃機関の各気筒への筒内充填空気量を増大させることができる。
【０００３】
しかしながら、上述した圧力振動は、機関負荷、機関回転数等の機関運転条件に応じて異なる態様で発生するため、特定の機関運転条件において圧力振動を利用して各気筒への筒内充填空気量を増大させることができても、他の機関運転条件においては吸気枝通路の吸気弁側の端部の圧力が高くなっているときと吸気弁の閉弁時期とが同調せず、よって各気筒への筒内充填空気量を増大させることができない。また、機関運転条件によっては吸気枝通路の吸気弁側の端部の圧力が低くなっているときと吸気弁の閉弁時期とが同調してしまい、各気筒への筒内充填空気量を減少させてしまう場合がある。
【０００４】
特許文献１に記載の可変吸気機構では、サージタンク内にＡＣＩＳバルブを設けると共に、サージタンクよりも上流側の吸気枝通路に切換弁が設けられている。この切換弁が開閉されると吸気枝通路内に生じる圧力波の振動数が変化せしめられる。このため、この可変吸気機構では、ＡＣＩＳバルブを開いた状態と、ＡＣＩＳバルブを閉じ且つ切換弁を開いた状態と、ＡＣＩＳバルブを閉じ且つ切換弁を閉じた状態との三つの状態毎に吸気枝通路内に異なる振動数の圧力波を生じさせることができる。このため、機関運転条件に応じてこれら三つの状態を切り替えることにより、多くの機関運転条件において吸気枝通路の吸気弁側の端部の圧力が高くなっているときと吸気弁の閉弁時期とを同調させ易くなり、よって多くの機関運転条件において吸気ガスの筒内充填空気量を増大させることができるようになる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９６３７３号公報
【特許文献２】特開２００１−１５９３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、吸気枝通路の形状は設計上又は製造誤差により全ての気筒に対応するものについて同一となっていないことが多い。また、シリンダ、シリンダヘッド及びピストン等の形状についても製造誤差により全ての気筒について同一となっていないことが多い。吸気枝通路の形状に気筒間で差異があると、同じ機関運転条件であっても各吸気枝通路内に生じる圧力振動の態様が気筒間で異なるものとなってしまい、結果的に気筒間で筒内充填空気量が異なってしまう。また、シリンダ等の形状に気筒間で差異があると、全ての気筒について同様に吸気を行ったとしても気筒間で筒内充填空気量が異なってしまう。
【０００７】
ここで、上記特許文献１では、全ての気筒について一律に筒内充填空気量を増大させることや減少させることができるが、各気筒毎に筒内充填空気量を増減させることはできない。このため、例えば吸気枝通路の形状の差異やシリンダ等の形状の差異により気筒間で筒内充填空気量が異なるものになってしまったとしても、全ての気筒について筒内充填空気量が均一になるように調整することはできない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、吸気枝通路に生じる圧力振動を制御することによって各気筒毎に筒内充填空気量を制御することができる内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の各燃焼室に連通する複数の吸気枝通路を具備し、これら吸気枝通路は一つの集合部に連通し、隣合う二つの吸気枝通路の間の少なくとも集合部側の一部が仕切り壁によって隔てられている内燃機関の吸気装置において、上記仕切り壁は、各仕切り壁毎に、各吸気枝通路の有効吸気枝通路長が変わるようにその長さを変更可能である。
各吸気枝通路内に生じる圧力振動の態様は、その吸気枝通路の有効吸気枝通路長に応じて変化する。第１の発明によれば、仕切り壁の長さを変化させることにより各吸気枝通路毎にその有効吸気枝通路長を変えることができる。このため、各吸気枝通路毎にその内部に生じる圧力振動の態様を変化させることができる。そして、或る気筒に通じる吸気枝通路内に生じる圧力振動の態様を変化させることによりその気筒への筒内充填空気量が変化することから、各気筒毎に筒内充填空気量を変化させることができる。
なお、「有効吸気枝通路長」とは、その吸気枝通路の開放端から吸気弁までの長さを意味する。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、上記仕切り壁の長さは、全ての気筒に亘って筒内充填空気量がほぼ均一になるように各サイクル中に変化せしめられる。
【００１１】
第３の発明では、第１の発明において、上記仕切り壁の長さは、全ての気筒に亘って空燃比がほぼ均一になるように各サイクル中に変化せしめられる。
【００１２】
第４の発明では、第１の発明において、内燃機関が定常運転状態にあるときには、排気空燃比に基づいて全ての気筒に亘って筒内充填空気量又は空燃比が均一になるように上記仕切り壁の長さをフィードバック制御すると共に各機関運転条件毎に上記仕切り壁の最適な長さを学習し、内燃機関が過渡状態にあるときには上記フィードバック制御を中止すると共に上記仕切り壁の長さは機関運転条件に応じた上記最適な長さとされる。
【００１３】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記仕切り壁が圧電素子により形成されており、該圧電素子に印加した電圧に応じて該仕切り壁の長さが変化する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、仕切り壁の長さを変化させることで吸気枝通路毎にその内部に生じる圧力振動を制御することによって、各気筒毎に筒内充填空気量を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の吸気装置が搭載される内燃機関を示す図である。図示した例では、本発明の吸気装置が筒内噴射型火花点火式内燃機関に用いられている場合を示しているが、ポート噴射型火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関等、他の内燃機関に用いられてもよい。
【００１６】
図１を参照すると、機関本体１は複数の、例えば４つの気筒１ａを具備する。各気筒１ａはそれぞれ対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に連結され、サージタンク３は吸気管４を介してエアクリーナ５に連結される。吸気管４内にはアクチュエータ６により駆動されるスロットル弁７が配置される。また、各気筒１ａは排気マニホルド８及び排気管９を介し、排気浄化触媒１０を内蔵した触媒コンバータ１１に連結される。なお、図１に示した内燃機関では、＃１−＃３−＃４−＃２の順で燃焼が行われる。
【００１７】
各気筒１ａについて詳しく示す図２を参照すると、１２はシリンダブロック、１３はシリンダブロック１２上に固定されたシリンダヘッド、１４はシリンダブロック１２内で往復動するピストン、１５はピストン１４とシリンダヘッド１３との間に形成された燃焼室、１６は一対の吸気ポート、１７は一対の吸気弁、１８は一対の排気ポート、１９は一対の排気弁をそれぞれ示している。シリンダヘッド１３の内壁面の中央部には点火プラグ２０が配置され、シリンダヘッド１３内壁面周辺部には燃料噴射弁２１が配置される。また、各気筒の吸気弁１７は吸気弁駆動装置２２により開閉駆動され、吸気弁駆動装置２２は吸気弁１７の位相角等を変更しつつ吸気弁１７を開閉することができる。なお、各気筒１ａに対応する一対の吸気ポート１６は一つの吸気枝管２に連通し、各気筒１ａに対応する一対の排気ポート１８は一つの排気枝管８ａに連通する。
【００１８】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。スロットル弁７よりも上流側の吸気管４内に配置されたエアフロメータ３９は吸入空気流量に比例した出力電圧を発生させ、また、スロットル弁７に取付けられたスロットル開度センサ４０はスロットル弁７の開度に比例した出力電圧を発生させる。さらに、排気マニホルド８の各排気枝管８ａに配置された空燃比センサ４１は排気ガスの空燃比に比例した出力電圧を発生させ、これらセンサ３９、４０、４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１９】
また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生させる負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３５に入力される。ＣＰＵ３４ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介してアクチュエータ６、点火プラグ２０及び燃料噴射弁２１に接続される。
【００２０】
図３は、本実施形態の吸気装置の概略図である。図３から分かるように、各気筒１ａにはそれぞれ一つの吸気枝管２が連通しており、これら吸気枝管２は全てサージタンク３に連通している。そして、隣合う吸気枝管２同士の結合部２ａからはサージタンク３に向かって仕切り壁５０が延びており、この仕切り壁５０により隣合う吸気枝管２の入口領域が隔てられる。従って、隣合う吸気枝管２同士は、上記吸気枝管２同士の結合部２ａに連結されている側とは反対側の仕切り壁５０の端部（以下、「上流側端部」と称す）５１において流体的に通じることになる。
【００２１】
具体的には、第一気筒＃１に連通する吸気枝管２と第二気筒＃２に連通する吸気枝管２との間の結合部２ａからは第一仕切り壁５０ａが延び、第二気筒＃２に連通する吸気枝管２と第三気筒＃３に連通する吸気枝管２との間の結合部２ａからは第二仕切り壁５０ｂが延び、第三気筒＃３に連通する吸気枝管２と第四気筒＃４に連通する吸気枝管２との間の結合部２ａからは第三仕切り壁５０ｃが延びる。そして、例えば第一気筒＃１に連通する吸気枝管２と第二気筒＃２に連通する吸気枝管２とは、第一仕切り壁５０ａの上流側端部５１において流体的に通じる。
【００２２】
また、各仕切り壁５０は、図３に示したように吸気ガスの流れ方向と垂直に複数の圧電素子を層状に重ねることによって形成されている。このため、仕切り壁５０を構成する圧電素子に加える電圧を変化させることにより、吸気ガスの流れ方向と平行な方向において仕切り壁５０の長さを変化させることができる。
【００２３】
なお、本明細書では、それぞれ一つの気筒に通じる通路が全て又は複数集合する集合部（本実施形態ではサージタンク３）から各気筒１ａの吸気弁１７まで延びる通路、すなわち各気筒１ａに連通する吸気ポート１６、吸気枝管２及び仕切り壁５０によって画成される通路を吸気枝通路と称する。
【００２４】
ところで、各気筒に通じる吸気枝通路内には、吸気が間欠的に行われることに起因する圧力振動が生じる。このような圧力振動は各気筒への筒内充填空気量（吸気弁閉弁時に気筒内に充填されている空気又は吸気ガスの量）に影響を及ぼす。このように筒内充填空気量に影響を及ぼすものとしては、吸気弁の開弁により発生した圧力振動がその発生したサイクルの吸気過程に直接影響を及ぼす慣性効果と、圧力振動が次のサイクルの吸気過程に影響を及ぼす脈動効果とが挙げられる。斯かる慣性効果及び脈動効果を考慮すると、吸気枝通路の開放端から吸気弁１７までの吸気枝通路の長さ（以下、「有効吸気枝通路長」と称す）を変えることにより、筒内充填空気量を変化させることができる。
【００２５】
まず、図４（ａ）を参照して慣性効果に基づく筒内充填空気量の変化について説明する。図４（ａ）は吸気枝通路の吸気弁側端部における圧力の変化を示す図である。吸気行程でピストンの吸入作用により吸気枝通路の吸気弁側端部に負圧が発生すると、負圧波となって吸気枝通路内を伝わり、吸気枝通路の開放端で反射されて正弦波となってｔ時間後に吸気枝通路の吸気弁側端部に返ってくる。吸気枝通路が短くてこの時間ｔが吸入期間（吸気弁１７の開弁期間）ｔsよりも短い場合、吸気枝通路の吸気弁側端部では、ピストンの吸入作用によって生じた負圧波（図４（ａ）の破線）と、開放端で反射された反射波（図４（ａ）の一点鎖線）とが重なり、図４（ａ）に実線で示したような合成波が生じ、吸気行程の後半には正圧となる。
【００２６】
ここで、反射波が吸気枝通路の開放端で反射されて吸気枝通路の吸気弁側端部に返ってくるタイミングは有効吸気枝通路長に応じて変化し、有効吸気枝通路長が長いほど反射波が返ってくるタイミングが遅くなる。従って、有効吸気枝通路長を変えることで吸気弁１７の閉弁時期直前における吸気枝通路の吸気弁側端部の圧力が変化する。一方、筒内充填空気量は吸気弁１７の閉弁時期直前における吸気枝通路の吸気弁側端部の圧力に応じて変化し、圧力が高いほど筒内充填空気量が多くなる。このため、有効吸気枝通路長を変えることで慣性効果によって筒内充填空気量を変化させることができ、特に図４（ａ）に示したように吸気弁１７の閉弁時期直前に正圧が最大になるようにすれば筒内充填空気量を極めて多いものとすることができる。
【００２７】
次に、図４（ｂ）を参照して脈動効果に基づく筒内充填空気量の変化について説明する。図４（ｂ）は吸気枝通路の吸気弁側端部における圧力の変化を示す図４（ａ）と同様な図である。上述した負圧波と反射波との合成波は、図４（ｂ）に破線で示したように、吸気行程後、圧縮、膨張、排気、及び次サイクルの吸気の各行程中においても減衰しながら残る。一方、次サイクルにおいても、吸気弁１７の開弁に伴って図４（ａ）に示したような合成波が生じる（図４（ｂ）の一点鎖線）。このため、今サイクルにおける吸気弁１７の開弁に伴って生じた合成波（破線）と次サイクルにおける吸気弁１７の開弁に伴って生じた合成波（一点鎖線）とが重なり、次サイクルの吸気行程中には図４（ｂ）に実線で示したような合成波（脈動合成波と称す）が生じる。
【００２８】
ここで、今サイクルにおける吸気弁１７の開弁に伴って生じた合成波（破線）の振動数は有効吸気枝通路長に応じて変化することから、次サイクルの吸気弁１７の閉弁時期直前において斯かる合成波によって生じる圧力の高さは有効吸気枝通路長に応じて変化する。一方、上述したように吸気弁１７の閉弁時期直前における吸気枝通路の吸気弁側端部の圧力に応じて筒内充填空気量は変化し、圧力が高いほど筒内充填空気量が多くなる。このため、有効吸気枝通路長を変えることで脈動効果によって筒内充填空気量を変化させることができ、特に図４（ｂ）に示したように、吸気弁１７の閉弁時期直前に今サイクルにおける吸気弁１７の開弁に伴って生じた合成波の圧力が大きくなるようにすれば、筒内充填空気量を極めて多いものとすることができる。
【００２９】
このように、有効吸気枝通路長を変えることにより、吸気弁１７の閉弁時期直前に吸気枝通路の吸気弁側端部に生じる圧力を変えることができ、よって、筒内充填空気量を変化させることができる。
【００３０】
ここで、上述したように有効吸気枝通路長は吸気枝通路の開放端から吸気弁１７までの長さに等しく、また、仕切り壁５０の上流側端部５１が各吸気枝通路の開放端を構成している。このため、各吸気枝通路の有効吸気枝通路長は、仕切り壁５０の上流側端部５１から吸気弁１７までの長さに等しい（図３中のＬ）。具体的には、第一気筒＃１に連通する吸気枝通路の有効吸気枝通路長は第一仕切り壁５０ａの上流側端部５１から吸気弁１７までの長さに等しく、第二気筒＃２に連通する吸気枝通路の有効吸気枝通路長は第一仕切り壁５０ａ及び第二仕切り壁５０ｂのうち短い方の仕切り壁の上流側端部５１から吸気弁１７までの長さに等しく、第三気筒＃３に連通する吸気枝通路の有効吸気枝通路長は第二仕切り壁５０ｂ及び第三仕切り壁５０ｃのうち短い方の仕切り壁の上流側端部５１から吸気弁１７までの長さに等しく、第四気筒＃４に連通する吸気枝通路の有効吸気枝通路長は第三仕切り壁５０ｃの上流側端部５１から吸気弁１７までの長さに等しい。
【００３１】
そして、本実施形態では、上述したように各仕切り壁５０の長さを変化させることができることから、すなわち各仕切り壁５０の上流側端部５１の位置を変えることができることから、各気筒に連通する吸気枝通路毎に有効吸気枝通路長を変化させることができる。例えば、第一仕切り壁５０ａの長さを変化させることにより第一気筒に連通する吸気枝通路の有効吸気枝通路長を変化させることができ、第一仕切り壁５０ａ又は第二仕切り壁５０ｂの長さを変化させることにより第二気筒に連通する吸気枝通路の有効吸気枝通路長を変化させることができる。
【００３２】
ここで、上述したように或る吸気枝通路の有効吸気枝通路長を変えることによりその吸気枝通路に連通する気筒への筒内充填空気量を変えることができる。このため、本実施形態の吸気装置では、各気筒に連通する吸気枝通路毎に有効吸気枝通路長を変化させることができることから、各気筒毎に筒内充填空気量を変化させることができる。
【００３３】
ところで、吸気枝管２や吸気ポート１６の形状は設計段階から全ての気筒について同一ではない場合がある。また、吸気枝管２や吸気ポート１６の形状が設計段階で全ての気筒について同一であっても製造誤差等により気筒間で異なる形状となってしまっている場合がある。このように、吸気枝管２や吸気ポート１６の形状に気筒間で差異が生じている場合には、他の条件が同一であったとしても全ての気筒に亘って筒内充填空気量が均一にならないことがある。
【００３４】
また、シリンダ、シリンダヘッド及びピストン等の形状は全ての気筒について同一に設計されているが、製造誤差等により気筒間で差異が生じてしまっている場合がある。このように、シリンダ等の形状が気筒間で異なるものとなっている場合には、他の条件が同一であったとしても全ての気筒に亘って筒内充填空気量が均一にならないことがある。
【００３５】
ここで、燃焼効率の向上及び排気エミッション低減のために混合気の空燃比を理論空燃比にする必要があることから、上述したように各気筒間で筒内充填空気量が異なるものになると、全ての気筒にういて混合気の空燃比を理論空燃比にすべく各気筒毎に異なる量の燃料を噴射しなければならない。これにより全ての気筒について混合気の空燃比を理論空燃比にすることはできるが、各気筒毎に得られるトルクが異なるものとなり、よってドライバビリティの悪化等を招く結果となっていた。
【００３６】
そこで、本実施形態の吸気装置では、吸気枝管２や吸気ポート１６、シリンダ等の形状に気筒間で差異があったとしても、全ての気筒について筒内充填空気量を均一にするようにしている。
【００３７】
すなわち、他の気筒よりも筒内充填空気量が少ない気筒については、その気筒の筒内充填空気量が多くなるように仕切り壁５０の長さを制御し、他の気筒よりも筒内充填空気量が多い気筒については、その気筒の筒内充填空気量が少なくなるように仕切り壁５０の長さを制御するようにしている。
【００３８】
従って、例えば、第一気筒＃１への筒内充填空気量が他の気筒への筒内充填空気量よりも少ない場合には、第一気筒＃１への筒内充填空気量が多くなるように第一仕切り壁５０ａの長さを制御し、第一気筒＃１への筒内充填空気量が他の気筒への筒内充填空気量よりも多い場合には、第一気筒＃１への筒内充填空気量が少なくなるように第一仕切り壁５０ａの長さを制御する。また、第二気筒＃２への筒内充填空気量が他の気筒への筒内充填空気量よりも少ない場合には、第一気筒＃２への筒内充填空気量が多くなるように第一仕切り壁５０ａ及び第二仕切り壁５０ｂの長さを制御し、第二気筒＃２への筒内充填空気量が他の気筒への筒内充填空気量よりも多い場合には、第二気筒＃２への筒内充填空気量が少なくなるように第一仕切り壁５０ａ及び第二仕切り壁５０ｂの長さを制御する。
【００３９】
次に、仕切り壁５０の長さを制御することによる各気筒への筒内充填空気量の制御方法について第一気筒＃１を例にとって簡単に説明する。上述したように、筒内充填空気量に影響を及ぼす効果として慣性効果と脈動効果とが挙げられる。慣性効果は或る気筒が吸気行程にあるときの有効吸気枝通路長に応じて変化する。従って、慣性効果を利用して或る気筒への筒内充填空気量を制御するためには、その気筒が吸気行程にあるときの有効吸気枝通路長を適切な長さにする必要がある。例えば、慣性効果を利用して第一気筒＃１への筒内充填空気量を制御する場合には、第一気筒＃１が吸気行程にあるときに第一仕切り壁５０ａの長さを適切な長さにする必要がある。
【００４０】
一方、脈動効果は或る吸気行程から次の吸気行程までの間の有効吸気枝通路長に応じて変化する。従って、脈動効果を利用して或る気筒への筒内充填空気量を制御するためには、その気筒の或る吸気行程から次の吸気行程までの間の有効吸気枝通路長を適切な長さにする必要がある。例えば、脈動効果を利用して第一気筒＃１への筒内充填空気量を制御する場合には、第一気筒＃１が或る吸気行程にあるときから次の吸気行程にあるときまでの第一仕切り壁５０ａの長さを適切な長さにする必要がある。
【００４１】
ただし、例えば第一仕切り壁５０ａの長さは、第一気筒＃１に対応する吸気枝通路の長さを画定するだけでなく、第二気筒＃２に対応する吸気枝通路の長さを画定することになることから、第二気筒＃２への筒内充填空気量をも考慮して第一気筒＃１が圧縮、膨張、排気の各行程にあるときの第一仕切り壁５０ａの長さを決定する必要がある。このため、脈動効果を利用して或る気筒への筒内充填空気量を調整するのは比較的複雑な制御を必要とする。
【００４２】
なお、脈動効果は、機関回転数が高いほど大きくなる。すなわち、一般に吸気行程中に吸気枝通路内に生じた合成波は次の吸気行程までの間に徐々に減衰する。このため、機関回転数が低いと吸気行程間の時間が長くなり、よって次の吸気行程までの間に合成波が大きく減衰されてしまう。これに対して、機関回転数が高いと吸気行程間の時間は短く、よって次の吸気行程までの間に合成波はあまり減衰されない。このため、脈動効果は機関回転数が高いほど大きくなる。従って、本実施形態では、機関回転数が低いときには慣性効果のみを考慮して仕切り壁５０の長さを制御し、機関回転数が高いときには慣性効果に加えて脈動効果を考慮して仕切り壁５０の長さを制御することとしている。
【００４３】
次に、本実施形態の吸気装置の制御について説明する。本実施形態では、負荷センサ４３によって検出された機関負荷に応じてスロットル弁７の開度が制御される。すなわち、アクセルペダル４２の踏込み量が多くなって負荷センサ４３によって検出される機関負荷が大きくなるとスロットル弁７の開度が大きくされ、逆に機関負荷が小さくなるとスロットル弁７の開度が小さくされる。
【００４４】
そして、スロットル弁７の開度に応じて全ての気筒について筒内充填空気量が変化する。すなわち、スロットル弁７の開度が大きくなると全ての気筒の筒内充填空気量が増大し、スロットル弁７の開度が小さくなると全ての気筒の筒内充填空気量が減少する。
【００４５】
また、本実施形態では、筒内充填空気量に応じて燃焼室１５内の混合気が目標空燃比となるように燃料噴射弁２１から燃料が噴射される。ただし、実際に筒内充填空気量をセンサ等により検出するのは困難であることから、スロットル弁７の開度や機関回転数等に基づいてマップにより又は数値計算により筒内充填空気量を算出し、算出された筒内充填空気量と目標空燃比とに基づいて燃料噴射量を決定するようにしてもよい。或いは、空燃比センサ４１によって検出された排気空燃比の平均値が理論空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００４６】
ここで、本実施形態では、燃料噴射弁２１からの燃料噴射量は全ての気筒について均一とされる。このため、筒内充填空気量が気筒間でばらついていると、他の気筒よりも筒内充填空気量が少ない気筒ではその気筒に対応する空燃比センサ４１によって検出される排気空燃比がリッチになり、逆に他の気筒よりも筒内充填空気量が多い気筒ではその気筒に対応する空燃比センサ４１によって検出される排気空燃比がリーンになる。
【００４７】
そこで、本実施形態では、空燃比センサ４１により各気筒毎に排気空燃比を検出すると共に、全ての気筒の排気空燃比の平均値ＡＦａｖｅよりも排気空燃比が小さい（すなわち、リッチになっている）気筒についてはその気筒について筒内充填空気量が多くなるように仕切り壁５０の長さを制御し、全ての気筒の排気空燃比の平均値ＡＦａｖｅよりも排気空燃比が大きい（すなわち、リーンになっている）気筒については、その気筒について筒内充填空気量が少なくなるように仕切り壁５０の長さを制御するようにしている。このような、制御を繰り返すことにより、全ての気筒について筒内充填空気量を均一にすることができる。
【００４８】
なお、上述したような制御は、機関運転状態が定常状態（内燃機関の運転パラメータ（例えば、機関回転数、機関負荷、筒内充填空気量等）がほとんど変動せずにほぼ一定に維持されているような運転状態）にある場合には適切に実行することができるが、機関運転状態が過渡状態（内燃機関の運転パラメータが大きく変動しているような運転状態）にある場合には適切に実行することができない。すなわち、機関運転状態が過渡状態にあるときには、一般に、１サイクル中においても筒内充填空気量が時間に応じて変化し、よって気筒間で筒内充填空気量が変化してしまう。このため、筒内充填空気量の気筒間のバラツキが製造誤差等によるものなのか、機関運転状態が過渡状態にあることによるものなのかが不明であり、筒内充填空気量の適切な補償を行うことができない。
【００４９】
そこで、本実施形態では、機関運転状態が過渡状態にあるときには、上述したような排気空燃比に基づいた仕切り壁５０の長さの制御を中止することとしている。これにより、仕切り壁５０の長さが不適切に制御されてしまうことが防止される。
【００５０】
特に、本実施形態では、機関運転状態が定常状態にあるときに各機関運転条件毎に仕切り壁５０の制御パターンを学習し、機関運転状態が過渡状態にあるときには実際の機関運転条件に応じて学習した制御パターンで仕切り壁５０の長さを制御することとしている。
【００５１】
すなわち、機関運転状態が或る機関運転条件で定常状態にあるときには、上述したような排気空燃比に基づいた仕切り壁５０の長さの制御をすることにより、全ての気筒について筒内充填空気量が均一になるような制御パターンで各サイクルの仕切り壁５０の長さが制御されるようになる。そして、本実施形態では、上記或る機関運転条件に対応する仕切り壁５０の長さの最適な制御パターンとしてこの制御パターンを学習し、ＥＣＵ３０のＲＡＭ３３に記憶させる。
【００５２】
一方、機関運転状態が過渡状態にあるときには、過渡運転中の各機関運転条件毎に記憶された最適な制御パターンを呼び出し、その制御パターンで仕切り壁５０の長さを制御させることとしている。これにより、機関運転状態が過渡状態にあるときであっても、各気筒への筒内充填空気量を製造誤差等による気筒間のバラツキを考慮した適切な量とすることができるようになる。
【００５３】
図５は、本発明の吸気装置における仕切り壁５０の長さの制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定クランク角毎に行われる。
【００５４】
図５を参照すると、まずステップ１０１において機関運転状態が定常状態にあるか否かが判別される。ステップ１０１において機関運転状態が定常状態にあると判別された場合には、ステップ１０２へと進む。ステップ１０２では、現在排気行程にある気筒の番号がｉに代入される。例えば、第三気筒＃３が排気行程にある場合にはｉに３が代入される。次いで、ステップ１０３では、空燃比センサ４１により第ｉ気筒の排気空燃比ＡＦｉが検出される。ステップ１０４では、全ての気筒の排気空燃比の平均値（平均空燃比）ＡＦａｖｅが下記式（１）により算出される。なお、現在排気行程にある第ｉ気筒以外の気筒の排気空燃比は過去の検出値が利用される。
【数１】
2007327462.tif 000003
【００５５】
次いで、ステップ１０５では、第ｉ気筒の排気空燃比ＡＦｉが平均空燃比ＡＦａｖｅとほぼ同一であるか否か、すなわち第ｉ気筒の筒内充填空気量が他の気筒の筒内充填空気量と大きく異なっていないか否かが判別される。第ｉ気筒の排気空燃比ＡＦｉが平均空燃比ＡＦａｖｅと大きく異なると判別された場合には、ステップ１０６へと進む。ステップ１０６では、第ｉ気筒の排気空燃比ＡＦｉが平均空燃比ＡＦａｖｅよりも大きいか否かが判別される。第ｉ気筒の排気空燃比ＡＦｉが平均空燃比ＡＦａｖｅよりも大きいと判別された場合、すなわち第ｉ気筒の排気空燃比ＡＦｉが平均空燃比ＡＦａｖｅよりもリーンであると判別された場合には、ステップ１０７へと進む。ステップ１０７では、第ｉ気筒の筒内充填空気量が少なくなるように仕切り壁５０の長さの制御パターンが変更せしめられる。
【００５６】
一方、ステップ１０６において、第ｉ気筒の排気空燃比ＡＦｉが平均空燃比ＡＦａｖｅよりも小さいと判別された場合、すなわち第ｉ気筒の排気空燃比ＡＦｉが平均空燃比ＡＦａｖｅよりもリッチであると判別された場合には、ステップ１０８へと進む。ステップ１０８では、第ｉ気筒の筒内充填空気量が多くなるように仕切り壁５０の長さの制御パターンが変更せしめられる。
【００５７】
また、ステップ１０５において、第ｉ気筒の排気空燃比ＡＦｉが平均空燃比ＡＦａｖｅとほぼ同一であると判別された場合、すなわち第ｉ気筒の筒内充填空気量が他の気筒の筒内充填空気量とほぼ同一となっている場合には、ステップ１０９へと進む。ステップ１０９では、現在の仕切り壁５０の長さの制御パターンが現在の機関運転条件に対応する仕切り壁５０の長さの制御パターンとして学習せしめられる。
【００５８】
その後、機関運転状態が定常状態から過渡状態へと変化した場合には、ステップ１０１において、機関運転状態が定常状態にないと判別され、ステップ１１０へと進む。ステップ１１０では、現在の機関運転条件が検出される。具体的には、機関運転条件として機関負荷、機関回転数等が挙げられる。次いで、ステップ１１１では、ステップ１１０で検出された機関運転条件に基づいて、ステップ１０９で学習せしめられた機関運転条件と仕切り壁５０の長さの制御パターンとの関係を用いて、仕切り壁５０の長さの制御パターンが決定せしめられる。
【００５９】
なお、上記実施形態での吸気装置では、仕切り壁５０の長さを変化させるために圧電素子が用いられているが、各仕切り壁５０の長さをそれぞれ独立して変化させることができれば仕切り壁は如何なる構成であってもよい。ただし、上述したように仕切り壁５０の長さを各サイクル中に変化させる必要があることから、仕切り壁５０の長さを迅速に変化させることができることが必要とされる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の吸気装置を用いた内燃機関全体の図である。
【図２】各気筒の概略断面図である。
【図３】本発明の吸気装置の概略図である。
【図４】吸気枝通路内の圧力振動の様子を示す図である。
【図５】仕切り壁の長さの制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１    機関本体
２    吸気枝管
３    サージタンク
４    吸気管
１５    燃焼室
１６    吸気ポート
１７    吸気弁
２０    点火プラグ
２１    燃料噴射弁
４１    空燃比センサ
５０    仕切り壁
５１    上流側端部
【図１】
2007327462.tif 000004
【図２】
2007327462.tif 000005
【図３】
2007327462.tif 000006
【図４】
2007327462.tif 000007
【図５】
2007327462.tif 000008