(57)【要約】【課題】コストの増加を招くことなく好適に負圧を生成し、且つ吸気の充填量の気筒間偏差を抑制する。【解決手段】エンジン２００において、吸気管２０４にはインパルス弁２２４が設置されている。このインパルス弁２２４には、各気筒に吸気ポートを介して連通する相互に独立した連通管２０６が、その接続部位において放射状をなすように接続されている。インパルス弁２２４は、ケース２２４Ａ内部で、連通部２２４Ｂ１が形成された弁体２２４Ｂが所定の軸回りに回転する構成となっており、各気筒に対応する連通管のインパルス弁側の開口部は、この軸回りに等間隔で配列し、弁体２２４Ｂの回転に伴い一の開口部が連通部２２４Ｂ１を介して吸気管２０４と選択的に連通する構成となっている。また、連通管２０６の管路長は、吸気量の気筒間偏差を抑制し得るように、相互に概略等しく構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、複数の気筒及び該複数の気筒間で共有される共有吸気通路を備えた内燃機関の吸気システムであって、
各々が第１の開口部及び第２の開口部を有する管路として構成され、前記第１の開口部において夫々前記複数の気筒の各々に連通可能に構成されると共に前記第２の開口部が夫々所定の軸回りに配列してなる複数の第１吸気通路と、
前記軸に沿って規定される回転軸を中心として回転可能な弁体を有し、該弁体が回転する過程において、前記共有吸気通路と前記第１吸気通路のうち一における前記第２の開口部とを選択的に接続可能な吸気制御弁と
を具備することを特徴とする内燃機関の吸気システム。
【請求項２】
前記第２の開口部は、吸気行程が行われる順で前記軸回りに配列する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気システム。
【請求項３】
前記第２の開口部は、前記軸回りに等間隔で配列する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気システム。
【請求項４】
前記第１吸気通路は、管路長が前記第１吸気通路の各々について概略等しくなるように構成される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性過給の実現が可能な内燃機関の吸気システムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のシステムとして、複数の気筒の各々に吸気制御弁を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された内燃機関の吸気制御装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、各気筒に連通する吸気通路に吸気制御弁が設けられ、吸気バルブの開弁期間が重複しない気筒間で当該吸気制御弁が同位相で連結される。このため、吸気制御による燃費及び出力の向上を図ると共に構成の簡略化及び省スペース化が実現されるとされている。
【０００３】
尚、慣性過給用分岐部が合流する合流地点位置を回転数に応じて可変とする技術も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７１２７７号公報
【非特許文献１】実開昭６１−１７３７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術では、吸気制御弁が気筒の数だけ必要となり、例えその一部を相互に連結したところでコストの増加が避け難い。このような問題を回避すべく、各気筒に連通する連通管の上流側に単一の吸気制御弁を設けた場合、コストの増加は回避され得るが、吸気制御弁下流側のデッドボリュームが大きくなるため負圧の発生が阻害されてしまう。また、いずれにせよ気筒相互間で吸気を導く管路の長さが異なるため、慣性過給における吸気の充填量が気筒相互間で異なり易く、例えば気筒間のトルク変動等によるドライバビリティの低下が避け難い。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、コストの増加を招くことなく好適に負圧を生成し、且つ吸気の充填量の気筒間偏差を抑制し得る内燃機関の吸気システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の吸気システムは、車両に搭載され、複数の気筒及び該複数の気筒間で共有される共有吸気通路を備えた内燃機関の吸気システムであって、各々が第１の開口部及び第２の開口部を有する管路として構成され、前記第１の開口部において夫々前記複数の気筒の各々に連通可能に構成されると共に前記第２の開口部が夫々所定の軸回りに配列してなる複数の第１吸気通路と、前記軸に沿って規定される回転軸を中心として回転可能な弁体を有し、該弁体が回転する過程において、前記共有吸気通路と前記第１吸気通路のうち一における前記第２の開口部とを選択的に接続可能な吸気制御弁とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る「内燃機関」とは、複数の気筒を有し、当該気筒の各々における燃焼室において、例えばガソリン、軽油、各種アルコール若しくは各種アルコールとガソリンとの混合燃料等各種の燃料が、又は当該各種燃料を含む混合気等が爆発或いは燃焼した際に生じる力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的な又は機械的な伝達経路を経て駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念である。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の吸気システムにおける「共有吸気通路」とは、吸気（即ち、外界から吸入される空気たる吸入空気を少なくとも概念の一部として含み、当該吸入空気そのもの、或いは例えばＥＧＲ装置等の排気再循環装置が備わる場合等には例えばＥＧＲバルブ等の流量調整手段の開閉状態等に応じてＥＧＲガス（即ち、排気の一部）と当該吸入空気の混合体等の各種形態を採り得る）の通路であって、好適な一形態として、その内部或いは経路上に、例えばエアクリーナ、スロットルバルブ（即ち、吸気絞り弁）及びサージタンク等を適宜備え得る、例えば単一又は複数の管状部材の形態を採り得る。また、好適な一形態として、本発明に係る内燃機関は、この共有吸気通路に、例えばターボチャージャ等の過給器（無論、タービン等、排気系に備わるべき一部を除外してなる一部であってもよい）が備わっていてもよく、その場合、更にその下流側（尚、「下流」及び「上流」とは、吸気の流れる方向を基準とする方向概念の一であり、この場合、下流側とは即ち気筒側である）に、例えばインタークーラ等の吸気冷却手段を備えていてもよい。
【００１０】
本発明に係る内燃機関では、この共有吸気通路が複数の気筒で共有される。ここで、吸気通路を共有する複数の気筒とは、本発明に係る内燃機関に備わる全ての気筒とは限らず、概念上は、内燃機関に備わる複数の気筒のうち少なくとも複数の気筒を指す。例えば、本発明に係る内燃機関の気筒配列が、所謂Ｖ型と称される態様を有する場合には、例えば所定の挟角で対向する二つの気筒群（バンクとも称される）に属する複数の気筒が、本発明に係る「複数の気筒」に相当してもよいし、例えば気筒配列が所謂直列型と称される態様を有する場合に、その全気筒（無論、概念上は、一部の気筒であってもよい）が本発明に係る「複数の気筒」に相当してもよい趣旨である。
【００１１】
第１吸気通路は、複数の気筒の各々に対応する、第１及び第２の開口部を有する相互に独立した管路であり、第１の開口部を介して、対応する気筒の各々に、例えば吸気ポート等を介して連通可能に構成される。この際、第１及び第２の開口部は、好適な一形態として夫々第１吸気通路の端部に相当する部分であってもよい。
【００１２】
尚、複数の気筒の各々と連通可能であることに鑑みれば、第１吸気通路とは、好適な一形態として、吸気ポートを含む管路であってもよい。この場合、第１吸気通路の経路上には、吸気バルブ等、開閉状態に応じて気筒内部との連通状態を制御可能な手段が設けられていてもよい。この複数の第１吸気通路の各々における第２の開口部は、実在及び仮想の別を問わない所定の軸回りに配列する構成となっている。
【００１３】
一方、本発明に係る内燃機関の吸気システムは、上述した軸に沿って（当該軸と一致してもよい）規定される回転軸を中心として回転可能な弁体を有する、好適な一形態として多方弁としての機能を有する吸気制御弁を具備する。吸気制御弁の構成は、当該弁体を有する限りにおいて特に限定されず、当該弁体そのものであってもよいし、当該弁体を収容する筐体部、或いは当該弁体に回転に係る駆動力を付与可能な、例えば各種アクチュエータ等の駆動力付与手段を適宜含むものであってもよい。
【００１４】
ここで特に、吸気制御弁に備わるこの弁体は、当該回転軸回りに回転する過程において、先に述べた共有吸気通路と、先に述べた第１吸気通路のうち一における第２の開口部（即ち、軸回りに配列した方の開口部）とを選択的に接続可能に構成される。このため、本発明に係る吸気システムによれば、吸気制御弁においてこの弁体を回転させることにより、共有吸気通路と一の第１吸気通路とを連通させることが可能となる。
【００１５】
尚、第１吸気通路は、好適な一形態として吸気制御弁に接続されており、共有吸気通路との連通に供されない（即ち、吸気制御弁により選択された状態にない）第１吸気通路における第２の開口部は、好適な一形態として、吸入空気を含む外気との接触が遮断される。
【００１６】
このような本発明に係る内燃機関の吸気システムによれば、吸気の脈動を利用した慣性過給（パルス過給又はインパルスチャージ等とも称される）が可能となる。
【００１７】
ここで、慣性過給とは、好適な一形態として、例えば吸気弁の開弁に相前後して、その時点で吸気行程にある気筒（以下、適宜「吸気気筒」と称する）に対応する第１吸気通路と共有吸気通路との連通を遮断し（例えば、好適な一形態として、当該第１吸気通路を除く一の第１吸気通路と共有吸気通路とを連通させつつ当該一の第１吸気通路に対応する吸気バルブを閉弁する、或いは、共有通路と全ての第１吸気通路との連通を遮断する（そのような弁体位置が設けられていてもよいし、そのように弁体を駆動制御してもよい）こと等により実現されてもよい）、例えば吸気弁の開弁後然るべき時間経過（クランク角等により角度概念として規定されてもよい）を経て、吸気気筒に対応する第１吸気通路と共有吸気通路とを連通させる（即ち、好適には、吸気制御弁の下流側が負圧であり、且つ吸気制御弁の上流側が大気圧以上である状態で連通させる）こと等によって吸気の正圧波を生成し、この正圧波を開放端とみなし得る各気筒の燃焼室入り口近傍で負圧波として反射させると共に、この負圧波が、例えば共有吸気通路に対し直列又は並列に配置された、例えばサージタンク等の開口部で再び開放端反射されて生じる、言わば二次的な正圧波等の形態を採り得る吸気の脈動を利用して、自然吸気がなされる場合（好適な一形態として、吸気は吸気制御弁の有無にかかわらず基本的に脈動波として気筒内に取り込まれ得るが、吸気制御弁における弁体の回転制御により生じる脈動とは、好適な一形態として、この種の脈動よりも強い脈動である）と比較して多量の吸気を吸気行程で気筒内に取り込む（即ち、過給する）こと等を指す。
【００１８】
この種の慣性過給を好適に実現するにあたっては、負圧の形成が重要となるが、本発明に係る内燃機関の吸気システムによれば、負圧の形成段階で吸気気筒に連通する管路を、吸気気筒に対応する第１吸気通路のみとすることができる。即ち、デッドボリュームを極めて小さく維持することが可能であり、吸気気筒と共有吸気通路との連通が遮断された状態において、好適な負圧を形成することができる。そのため、吸気気筒に対応する第１吸気通路が共有吸気通路と連通せしめられた際に、例えば振幅の大きな正圧波を生じることが可能であり、慣性過給による吸気充填量又は充填効率の向上に係る実践上の利益が大となる。
【００１９】
また、本発明に係る内燃機関の吸気システムでは、弁体を回転させることにより複数の気筒を共有吸気通路と連通させることができる。そのため、気筒各々に対応するように複数の吸気制御弁を設置する必要はなく、コストの増加が回避される。
【００２０】
更には、第１吸気通路の構成を見ると、少なくとも第２の開口部は吸気制御弁における弁体の回転軸回りに相互に隣接して配置されており、第１吸気通路は、気筒の配列形態が如何なるものであろうと、少なくとも共有吸気通路との接続位置（即ち、吸気制御弁の設置位置と実質的には等価と扱い得る）から放射状に各気筒へ向かうこととなる。このため、本発明によれば、吸気システムを実践上問題となる程度に肥大化させることなく、第１吸気通路相互間で吸気の伝達特性の均一化を図ることが可能であり、例えば一弁式インマニレス吸気系等において顕在化し得る吸気充填量の気筒間偏差に伴うトルク変動がもたらすドライバビリティの低下や、エミッションの悪化及び燃費の悪化等の諸問題が好適に回避される。即ち、本発明に係る内燃機関の吸気システムによれば、コストの増加を招くことなく好適に負圧を生成し、且つ吸気の充填量の気筒間偏差を抑制することが可能となるのである。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の吸気システムの一の態様では、前記第２の開口部は、吸気行程が行われる順で前記軸回りに配列する。
【００２２】
この態様によれば、第２の開口部が、軸回りに、吸気行程が行われる順序（即ち、圧縮行程、膨張行程及び排気行程についても同様である）で配列するため、吸気制御弁の弁体は、回転軸回りに一定の方向へ回転すればよく、回転方向が変化することによる制御の複雑化が防止される。また、このように弁体が常に一定の方向に回転すればよい場合、共有吸気気筒との連通に供すべき気筒を、可及的に迅速に切り替えることが可能であり、応答速度の最適化を図り得る点においても実践上の利益が大となる。更には、この場合、弁体の寸法精度や物理的又は機械的な強度は、弁体が不定な回転を絶えず要求される構造と比較して要求されなくなり、コストの増加を抑制し得る。
【００２３】
本発明に係る内燃機関の吸気システムの他の態様では、前記第２の開口部は、前記軸回りに等間隔で配列する。
【００２４】
この態様によれば、第２の開口部が等間隔に配列するため、吸気制御弁の弁体を常に一定角度で回転させることができる。このため、吸気制御弁の駆動に要する駆動系や制御系の負荷が緩和され、且つ制御精度の向上も図り得る。
【００２５】
本発明に係るに内燃機関の吸気システムの他の態様では、前記第１吸気通路は、管路長が前記第１吸気通路の各々について概略等しくなるように構成される。
【００２６】
この態様によれば、第１吸気通路は、複数の第１吸気通路の各々相互間で、その管路長が概略等しくなるように構成されるため、吸気充填量又は吸気充填効率の気筒間偏差が抑制され、トルク変動が可及的に抑制される。即ち、車両のドライバビリティを可及的に向上させることが可能となる。
【００２７】
ここで、「概略等しく」とは、厳密に等しいことを含み、更には、相互間のばらつきの度合いが、実践上何らの不具合も顕在化することのない旨が、或いは何らかの不具合が生じたとしてそれを許容し得る旨が、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて確定している、或いはそのような実践上の判断を下し得る範囲内に収まっていることを包括する概念である。即ち、この場合の「概略」とは、吸気充填量或いは吸気充填効率の偏差を許容範囲内に抑制し得る管路長が、実践的にみて、有限な且つ一義的に規定され難い範囲内に存在し得ることに起因する表現であって、あくまで明確な概念に基づいたものであり、発明の明確性を否定するものではない。
【００２８】
例えば、第１吸気通路の長さは、第１吸気通路各々相互間における吸気充填量又は吸気充填効率の偏差が、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいてドライバビリティの低下、エミッションの悪化又は燃費等の悪化等各種の問題が許容範囲内に収まり得るものとして規定された所定の範囲（長さの次元で規定されてもよいし、基準値或いは平均値からの乖離率等無次元の値で規定されてもよい）内に収まるように決定されていてもよい。この際、第１吸気通路の長さは、個々の第１吸気通路の材質、形状及び管径或いは第１吸気通路相互間の三次元的な配置態様等を考慮して決定されてもよい。
【００２９】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
＜実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、一第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について一部その動作を交えて説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３１】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００及びエンジン２００を備える。
【００３２】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジン２００の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する基本駆動制御を実行することが可能に構成されている。
【００３３】
エンジン２００は、ガソリンを燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列４気筒ガソリンエンジンである。エンジン２００の概略について説明すると、エンジン２００は、シリンダブロック２０１に４本の気筒２０２が並列して配置された構成を有している。そして、各気筒内における圧縮工程において燃料を含む混合気が圧縮され、点火装置２０３の点火動作により着火した際に生じる力が、夫々不図示のピストン及びコネクティングロッドを介してクランクシャフト（不図示）の回転運動に変換される構成となっている。このクランクシャフトの回転は、エンジンシステム１０を搭載する車両の駆動輪に伝達され、当該車両の走行が可能となる。
【００３４】
以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。尚、個々の気筒２０２の構成は相互に等しいため、ここでは一の気筒２０２についてのみ説明することとする。但し、各気筒を区別して表す場合には、これら４本の気筒を、図示左側から順に、適宜「第１気筒」、「第２気筒」、「第３気筒」及び「第４気筒」と表現する。尚、補足すると、エンジン２００では、各行程が、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒の順に繰り返し実行される構成となっている。即ち、第１気筒、第３気筒、第４気筒及び第２気筒において吸気行程がなされている場合、時系列上それら各気筒に相前後して吸気行程を迎える気筒は、夫々に対し第３気筒、第４気筒、第２気筒及び第１気筒である。
【００３５】
図１において、外界から導かれる空気たる吸入空気は、本発明に係る「共有吸気通路」の一例たる吸気管２０４に導かれる構成となっている。この吸気管２０４には、吸気管２０４に導かれる吸入空気の量を調節可能なスロットルバルブ２０５が配設されている。このスロットルバルブ２０５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され且つＥＣＵ１００により上位に制御されるスロットルバルブモータ（不図示）から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁であり、スロットルバルブ２０５を境にした吸気管２０４の上流部分と下流部分とをほぼ遮断する全閉位置から、ほぼ全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。このように、エンジン２００では、スロットルバルブ２０５及びスロットルバルブモータにより、一種の電子制御式スロットル装置が構成されている。
【００３６】
吸気管２０４は、スロットルバルブ２０５の下流側において連通管２０６に接続されている。連通管２０６は、第１気筒に対応する連通管２０６１、第２気筒に対応する連通管２０６２、第３気筒に対応する連通管２０６３及び第４気筒に対応する連通管２０６４からなり、夫々が相互に独立を保って各気筒に連通（厳密には、後述する吸気ポートに弁体が設置された吸気バルブ２０７の開弁時に連通）する構成となっている。吸気管２０４と４本ある連通管のうち一の連通管とは、後述するインパルス弁（図示「ＩＰＶ」参照）２２４の作用により、その内部において選択的に連通可能な構成となっている。
【００３７】
尚、これ以降の説明において、個々の連通管を区別する場合には、適宜連通管２０６ｘ（ｘ＝１，２，３，４のいずれか）と表現し、個々の連通管を区別することなく総称する場合には、適宜連通管２０６と表現することとする。
【００３８】
連通管２０６は、各気筒２０２に対応する吸気ポート（不図示）の各々に連通しており、吸気管２０４に導かれた吸入空気は、連通管２０６を介して、各気筒に対応する吸気ポートに導かれる構成となっている。尚、図１では省略されているが、以下の説明では適宜、第１気筒、第２気筒、第３気筒及び第４気筒に対応する吸気ポートを、夫々ＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３及びＩＰ４と称することとする。また、本実施形態では、各吸気ポートが連通管２０６に含まれない構成としたが、吸気ポートが連通管２０６に含まれる構成としてもよく、いずれにしたところで本発明の本質部分とは無関係である。
【００３９】
各吸気ポートには、燃料噴射用の不図示のインジェクタの噴射弁が露出しており、吸気ポートに燃料たるガソリンを噴射可能に構成されている。このインジェクタの駆動系は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００により上位に制御される。即ち、インジェクタは、ＥＣＵ１００によりその動作が制御される構成となっている。インジェクタを介して噴射された燃料は、吸気ポートにおいて吸入空気とある程度混合され、上述した混合気として吸気行程に気筒２０２内部へ吸入される。即ち、この混合気は、本発明に係る「吸気」の一例である。尚、吸入された混合気は、吸気行程及びそれに引き続く圧縮行程において更に混合が促進され、圧縮ＴＤＣ付近においてなされる点火装置２０３の点火制御（尚、ＥＣＵ１００により制御される）により点火及び着火する（即ち、爆発する）構成となっている。
【００４０】
本実施形態では、このようにインジェクタは所謂電子制御式のポートインジェクタであり、燃料は吸気ポートに噴射されるが、燃料の噴射形態は何ら限定されるものではなく、例えば、この種のポートインジェクタに代えて又は加えて、高温高圧の気筒２０２内部に直接燃料を噴射可能な、例えばコモンレールシステムやユニットインジェクタ等からなる筒内直噴システムが採用されてもよい。
【００４１】
吸気ポートと気筒２０２内部との連通状態は、各吸気ポートに設けられた吸気バルブ２０７により制御される。吸気バルブ２０７は、クランクシャフトに連動して回転する吸気カムシャフト２０８に固定された、吸気カムシャフト２０８の伸長方向と垂直な断面が楕円形状をなす吸気カム２０９のカムプロフィール（端的に言えば、形状）に応じてその開閉特性が規定されており、開弁時に吸気ポートと気筒２０２内部とを連通させることが可能に構成されている。
【００４２】
一方、燃焼した混合気或いは一部未燃の混合気は、吸気バルブ２０７の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１０の開弁時に、不図示の排気ポートを介して排気として排気マニホールド２１３に導かれる構成となっている。排気バルブ２１０は、クランクシャフトに連動して回転する排気カムシャフト２１１に固定された、排気カムシャフト２１１の伸長方向と垂直な断面が楕円形状をなす排気カム２１２のカムプロフィール（端的に言えば、形状）に応じてその開閉特性が規定されており、開弁時に排気ポートと気筒２０２内部とを連通させることが可能に構成されている。排気マニホールド２１３に集約された排気は、排気マニホールド２１３に連通する排気管２１４に供給される。
【００４３】
排気管２１４には、タービンハウジング２１５に収容される形でタービン２１６が設置されている。タービン２１６は、排気管２１４に導かれた排気の圧力（即ち、排気圧）により所定の回転軸を中心として回転可能に構成された、セラミック製の回転翼車である。このタービン２１６の回転軸は、コンプレッサハウジング２１７に収容される形で吸気管２０４に設置されたコンプレッサ２１８と共有されており、タービン２１６が排気圧により回転すると、コンプレッサ２１８も当該回転軸を中心として回転する構成となっている。
【００４４】
コンプレッサ２１８は、不図示のエアクリーナを介して外界から吸気管２０４に吸入される吸入空気を、その回転に伴う圧力により下流側へ圧送供給することが可能に構成されており、このコンプレッサ２１８による吸入空気の圧送効果により、所謂過給が実現される構成となっている。即ち、エンジン２００では、タービン２１６とコンプレッサ２１８とにより、一種のターボチャージャが構成されている。尚、これ以降の説明において、タービン２１６及びコンプレッサ２１７を含む包括概念として、適宜「ターボチャージャ」なる言葉を使用することとする。
【００４５】
また、排気管２１４には、三元触媒２１９が設置されている。三元触媒２１９は、排気中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に或いは連続的に浄化することが可能に構成された触媒コンバータである。更に、気筒２０２を収容するシリンダブロック２０１には、水温センサ２２０が配設されている。シリンダブロック２０１内部には、気筒２０２を冷却するための冷却水流路たるウォータジャケットが張り巡らされており、当該ウォータジャケット内部において、冷却水としてのＬＬＣが不図示の循環系の作用により循環供給されている。水温センサ２２０は、このウォータジャケット内部に検出端子の一部が露出した構成を有しており、冷却水の温度を検出することが可能に構成されている。水温センサ２２０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された冷却水温は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で把握される構成となっている。
【００４６】
コンプレッサ２１８の上流側には、吸入空気の質量流量を検出可能なホットワイヤ式のエアフローメータ２２１が設置されている。エアフローメータ２２１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気量は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で把握される構成となっている。尚、本実施形態において、検出された吸入空気量は、気筒２０２に吸入される吸気の量（即ち、吸気量）と一義的な関係を有しており、エンジン２００の実負荷を規定する指標値として扱われる。
【００４７】
また、吸気管２０４において、コンプレッサ２１８の下流側、且つスロットルバルブ２０５の上流側には、インタークーラ２２２が設置されている。インタークーラ２２２は、その内部に熱交換壁を有しており、過給された吸入空気が（コンプレッサ２１８が実質的にみて有意に作用しない低回転領域においても同様である）通過する際に、係る熱交換壁を介した熱交換により吸入空気を冷却することが可能に構成されている。エンジン２００は、このインタークーラ２２２による冷却によって吸入空気の密度を増大させることが可能となるため、コンプレッサ２１８を介した過給がより効率的になされ得る構成となっている。
【００４８】
ここで、吸気管２０４における、スロットルバルブ２０５の下流側には、サージタンク２２３が設置されている。サージタンク２２３は、上述したターボチャージャの過給作用を適宜受けつつ供給される吸入空気の不規則な脈動を抑制し、且つ下流側（即ち、気筒２０２側）に安定して吸入空気を供給すると共に、後述する慣性過給の実行時において、負圧波の位相を反転させることが可能に構成された貯留手段であり、上述した連通管２０６は、このサージタンク２２３の下流側において吸気管２０４に接続されている。但し、吸入空気は基本的に大なり小なり脈動しつつ気筒２０２側へ供給されるため、サージタンク２２３を通過する吸入空気もまた、一種の脈動波である。尚、上述した連通管２０６は、このサージタンク２２３よりも下流側において吸気管２０４と接続されている。
【００４９】
尚、インパルス弁２２４及び連通管２０６により、本発明に係る「内燃機関の吸気システム」の一例が構成されている。
【００５０】
サージタンク２２３の下流側における、吸気管２０４と連通管２０６との間には、インパルス弁２２４が設けられている。インパルス弁２２４は、吸気管２０４と各連通管とを選択的に連通する弁体位置と、吸気管２０４と連通管２０６との連通を遮断する弁体位置とを採ることが可能に構成された、本発明に係る「吸気制御弁」の一例たる回転弁である。
【００５１】
インパルス弁２２４の近傍には、インパルス弁２２４に対し、上述した弁体位置の変化に供される駆動力を付与可能なアクチュエータ２２５が設置されている。アクチュエータ２２５は、駆動モータ、モータ駆動回路及び回転角センサ（いずれも不図示）を備える。
【００５２】
駆動モータは、インパルス弁２２４の弁体の回転軸に連結され且つ永久磁石が付設されてなる、回転子たる不図示のロータと、固定子であるステータとを備えるＤＣブラシレスモータであり、駆動回路を介したステータへの通電により駆動モータ内に形成される回転磁界の作用によってロータが回転することにより、その回転方向に駆動力を発生する構成となっている。
【００５３】
モータ駆動回路は、ステータへの通電を介して駆動モータ内部に形成される磁界の状態を制御することが可能に構成された、インバータを含む電流制御回路である。モータ駆動回路は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によりその動作が上位に制御される構成となっている。駆動モータは、ＤＣブラシレスモータであり、その駆動電圧は、直流電圧たる駆動電圧Ｖｄｃであるが、その駆動電流は、モータ駆動回路内のインバータにより生成される、ｕ相、ｖ相及びｗ相に対応する三相交流電流として制御される構成となっている。
【００５４】
回転角センサは、駆動モータにおけるロータの２相コイルから出力される電圧の位相が変化することを利用してロータの回転角を検出することが可能に構成された、所謂レゾルバである。既に述べたように、ロータはインパルス弁２２４の弁体の回転軸と連結されており、回転角センサにより検出されるロータ回転角は、インパルス弁２２４の開度と一義的な関係にある。回転角センサは、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたロータ回転角は、インパルス弁２２４の開度を表す指標値として、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で把握される構成となっている。尚、インパルス弁２２４の開度を検出する手段は、レゾルバに限定されず、例えば、ホールセンサやロータリエンコーダ等であってもよい。
【００５５】
尚、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、本発明に係る「内燃機関」の一例として、ガソリンエンジンたるエンジン２００が採用されているが、本発明に係る内燃機関とはガソリンエンジンのみを指すものではなく、無論ディーゼルエンジンや、アルコール混合燃料を使用するエンジン等であってもよい。また、説明の煩雑化を防ぐ目的から、本実施形態に係るエンジン２００には、ＥＧＲ装置等の排気再循環装置が装着されないが、無論好適な一形態としてエンジン２００に排気再循環装置が装着されていてもよい。ここで、排気再循環装置が装着されない構成に鑑みれば、本実施形態におけるエンジン２００において、各気筒２０２に吸気ポートを介して吸入される吸気は、インジェクタによる噴射燃料を除けば、吸気管２０４を介して導かれる吸入空気のみにより構成される。
【００５６】
尚、エンジン２００の要求負荷は、不図示のアクセルペダルの操作量（即ち、ドライバによる操作量）たるアクセル開度Ｔａに応じて決定される。アクセル開度Ｔａは、アクセル開度センサ１１により検出され、アクセル開度センサ１１と電気的に接続されたＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で把握される構成となっている。総体的には、アクセル開度が小さい程要求負荷は小さく、アクセル開度が大きい程要求負荷は大きくなる。要求負荷の大小とは、要求出力の大小と相関するから、エンジンシステム１０において、エンジン要求出力は、アクセル開度Ｔａに応じて変化する。
【００５７】
ここで、図２を参照し、インパルス弁２２４周囲の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、図１と同方向から見た場合の、インパルス弁２２４付近の模式的な断面図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には、同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００５８】
図２において、インパルス弁２２４は、ケース２２４Ａ、弁体２２４Ｂ及び回転軸２２４Ｃを備える。
【００５９】
ケース２２４Ａは、弁体２２４Ｂを収容する金属製の筐体である。ケース２２４Ａの壁体部分における、連通管各々との接続位置及び吸気管２０４との接続位置には、適宜開口部が設けられており、この開口部を介して弁体２２４Ｂと吸気管２０４及び各連通管とが連通する構成となっている。
【００６０】
弁体２２４Ｂは、回転軸２２４Ｃを中心として図示回転方向に回転可能に構成された金属製の部材である。弁体２２４Ｂには、曲折した空洞状の連通部２２４Ｂ１が形成されており、弁体２２４Ｂが図示回転方向に回転するのに伴って、連通部２２４Ｂ１も同方向に回転する構成となっている。この際、連通部２２４Ｂ１の一方の端部は、上述した吸気管２０４側の開口部を介して常に吸気管２０４に連通する構成となっており、他方の端部がケース２２４Ａ内を回転する構成となっている。図２では、連通部２２４Ｂ１が、ケース２２４Ａに設けられた第４気筒側の開口部を介して、第４気筒に対応する連通管２０６４と連通した状態が示されている。
【００６１】
回転軸２２４Ｃは、弁体２２４Ｂの回転中心となる、本発明に係る「所定の軸」の一例且つ本発明に係る「軸に沿って規定される回転軸」の一例たる軸体であり、上述したアクチュエータ２２５における駆動モータのロータに接続されている。即ち、本実施形態では、「回転軸」が「軸」に沿って規定される一例として、これらが相互に重なり合っている）
尚、連通管２０６４について言えば、ケース２２４Ａに設けられた開口部と対向する開口部が、本発明に係る「第２の開口部」の一例たる開口部２０６４Ａをなしており、第１気筒及び第３気筒についても、同様に開口部２０６１Ａ及び開口部２０６３Ａが規定される。第２気筒については、図中裏側に相当するため不図示であるが、連通管２０６３の開口部２０６３Ａの真裏側に、開口部２０６２Ａ（不図示）が設けられている。即ち、各連通管に形成された開口部の各々は、弁体２２４Ｂの回転軸２２４Ｃ回りに等間隔（ここでは、９０°である）で配列した構成となっている。また、図示回転方向と、インパルス弁２２４に対する各連通管の接続態様を見れば明らかなように、各連通管に形成された開口部の各々は、吸気行程を迎える順に配列した構成となっている。即ち、弁体２２４Ｂの連通部２２４Ｂ１は、図示位置を基準として言えば、弁体２２４Ｂの回転に伴って第４気筒、第２気筒、第１気筒及び第３気筒の順に順次各気筒と連通する構成となっている。
【００６２】
ここで、図３を参照し、インパルス弁２２４の詳細な構成について更に説明する。ここに、図３は、図２における模式的なＡ−Ａ’線視断面図である。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００６３】
図３において、インパルス弁２２４は、断面視円形状をなしており、総体的には円筒形状を有している。従って、弁体２２４Ｂもまた断面視円形状に形成されており、ケース２２４Ａ内を摺動しつつ回転方向に回転する構成となっている。また、図示する通り、各気筒へ連通する連通管２０６１、２０６２、２０６３及び２０６４は、インパルス弁２２４を介して吸気管２０４から放射状に分岐する構成となっている。このため、エンジン２００では、連通管２０６１、２０６２、２０６３及び２０６４の管路長を所望の長さに形成することが比較的容易となっており、本実施形態において、連通管２０６１、２０６２、２０６３及び２０６４の管路長は、概略等しくなっている。尚、「概略等しい」旨については後述する。
【００６４】
ここで、弁体２２４Ｂの連通部２２４Ｂ１（図示太破線参照）の位置（以下、適宜「インパルス弁開度Ａｉｐ」と称する）の基準値を、吸気管２０４が第４気筒と連通した状態に相当する図示０°とすると、吸気管２０４は、Ａｉｐ＝９０°で第２気筒と、Ａｉｐ＝１８０°で第１気筒と、またＡｉｐ＝２７０°で第３気筒と、夫々連通する。一方、Ａｉｐ＝４５°、１３５°、２２５°及び３１５°に相当する位置では、弁体２２４Ｂの連通部２２４Ｂ１は、いずれの気筒とも連通しない遮断状態となる。
【００６５】
＜実施形態の動作＞
続いて、本実施形態の動作について説明する。
【００６６】
始めに、図４を参照し、ＥＣＵ１００により実行される基本駆動制御の詳細について説明する。ここに、図４は、基本駆動制御のフローチャートである。
【００６７】
図４において、ＥＣＵ１００は、車両の運転条件を取得する（ステップＳ１０１）。尚、本実施形態では、係る運転条件として機関回転速度Ｎｅ及びアクセル開度Ｔａが取得される。機関回転速度Ｎｅ及びアクセル開度Ｔａが取得されると、取得された運転条件が慣性過給領域に該当するか否かが判別される（ステップＳ１０２）。
【００６８】
ここで、図５を参照し、慣性過給領域について説明する。ここに、図５は、慣性過給領域の模式図である。
【００６９】
図５において、慣性過給領域は、縦軸及び横軸に夫々アクセル開度Ｔａ及び機関回転速度Ｎｅを配してなる二次元座標系において、図示ハッチング領域に相当する領域である。より具体的には、エンジン２００の採り得る機関回転速度の範囲を、最低回転速度ＮｅＬ（自立回転可能な最低回転速度である）以上、且つ最高回転速度ＮｅＨ（所謂レブリミットである）以下であるとし、アクセル開度Ｔａが０％（即ち、全閉）から１００％（即ち、全開）まで変化するとした場合、慣性過給領域は、ＮｅＬ≦Ｎｅ≦Ｎｅｔｈ（Ｎｅｔｈ＜ＮｅＨ）、且つＴａｔｈ≦Ｔａ≦１００となる領域であり、定性的に言えば低回転高負荷領域となる。尚、ここでは、アクセル開度Ｔａにより表される負荷が参照されたが、車両の運転条件としては、アクセル開度Ｔａに代えて又は加えて燃料噴射量等が参照されてもよい。
【００７０】
尚、最低回転速度ＮｅＬは、例えば８００ｒｐｍ程度の値であり、Ｎｅｔｈは判断基準値であり、例えば２０００ｒｐｍ程度の値である。また、Ｔａｔｈはアクセル開度の基準値であり、要求負荷の点から慣性過給が必要である旨の判断を下し得る値である。別言すれば、基準値Ｔａｔｈ未満の低負荷領域においては、元より吸気の充填量を増大させる必要がないため、慣性過給制御の実行が必要とされないのである。
【００７１】
図４に戻り、取得した運転条件が慣性過給領域に該当しない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、非慣性過給処理を実行する（ステップＳ１０４）。一方、取得した運転条件が慣性過給領域に該当する場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、慣性過給処理を実行する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３又はステップＳ１０４に係る処理が実行されると、処理はステップＳ１０１に戻され、一連の処理が繰り返される。
【００７２】
ここで、「慣性過給処理」とは、インパルス弁２２４の開度の制御により吸気の脈動を生成し、吸気の充填効率を向上させる一連の制御を指し、その概要は概ね以下のようになる。
【００７３】
即ち、一の気筒２０２（例えば、第１気筒）について、吸気行程の開始前に（即ち、好適には他気筒（例えば、第２気筒）の吸気行程終期において）、或いは吸気行程初期において、当該気筒と吸気管２０４との連通を遮断すると（例えば、インパルス弁開度Ａｉｐが３１５°となるようにアクチュエータ２２５を制御すると）、吸気管２０４との連通が遮断されているため、当該気筒におけるピストンの下降に従って、連通管２０６（第１気筒であれば、連通管２０６１）の管内圧は負圧となり、大気圧又は過給により大気圧以上に維持される吸気管２０４の管内圧との圧力差が拡大する。このように連通管２０６内部に十分に負圧が形成された状態において当該気筒と吸気管２０４とを連通させる（例えば、インパルス弁開度Ａｉｐが０°となるようにアクチュエータ２２５を制御する）と、吸気管２０４と該当する気筒２０２の内部とが連通し、インパルス弁２２４の弁体２２４Ｂに形成された連通部２２４Ｂ１、連通管２０６及び吸気ポートを介して、吸入空気が吸気として一気に気筒２０２内部の燃焼室に流入することとなる。
【００７４】
一方、燃焼室との連通部位において吸気ポートは所謂開放端となっており、燃焼室への吸入空気の流入に惹起された正圧波は、燃焼室で反射することによって、位相が反転した負圧波となる。この負圧波は、連通管２０６及び吸気管２０４を順次介してサージタンク２２３に到達し、サージタンク２２３と吸気管２０４との連通部位において開放端反射して位相が反転した正圧波として再び燃焼室に到達する。この正圧波のピークが燃焼室に（或いは吸気バルブ２０３に）到達した時点で（必ずしも、当該時点のみに限定されるものではなく、吸気の充填効率を幾らかなり向上させ得る限りにおいて当該時点を含む一定又は不定の期間であってよい）吸気バルブ２０３を閉弁することにより、或いは、吸気バルブ２０３が閉弁するタイミングで、この正圧波が燃焼室に到達するようにインパルス弁２２４の開度を切り替える時期を制御することにより、燃焼室内の圧力は上昇し、吸気の充填効率が向上する。インパルス弁２２４を利用した慣性過給は、このように実行される。
【００７５】
一方、「非慣性過給処理」とは、このような慣性過給を行わない処理であり、即ち、通常の駆動制御である。非慣性過給処理では、インパルス弁２２４は、各気筒の吸気行程の開始時期に同期して弁体２２４Ｂが回転するように、機関回転速度Ｎｅに応じて制御される。即ち、第１気筒、第３気筒、第４気筒及び第２気筒が吸気行程にある場合に、インパルス弁解度Ａｉｐが夫々１８０°、２７０°、０°及び９０°となるように、アクチュエータ２２５が制御される。
【００７６】
ここで、図２及び図３を再び参照して、本実施形態の効果について説明する。
【００７７】
本実施形態によれば、連通管２０６１、２０６２、２０６３及び２０６４が、インパルス弁２２４の作用により選択的に吸気管２０４と接続される。即ち、一の気筒が吸気管２０４と連通している状態では、他の気筒と吸気管２０４との連通は遮断されている。このため、先に述べた負圧を形成する期間において、負圧の形成が極めて効果的に助長され、相対的に大きな負圧を形成することが可能となる。このため、慣性過給による吸気の充填量又は充填効率の向上に係る実践上の利益が大となる。
【００７８】
例えば、比較例として、連通管２０６が各気筒で共有され（吸気バルブの開閉を無視すれば、少なくとも気筒相互間の連通が遮断されない）、この連通管と吸気管との連通状態を開閉弁たる吸気制御弁の開閉状態に応じて制御しようとした場合、インパルス弁の閉弁時における連通管の容積（デッドボリューム）は、本実施形態のそれと較べて明らかに大きくなる。従って、吸気制御弁の閉弁期間に形成される負圧は総体的に小さくなり、慣性過給による吸気の充填量又は充填効率向上に係る効果が低下する。一方、他の比較例として、サージタンクから各気筒へ相互に独立した吸気マニホールドを設置し、各吸気マニホールドに吸気制御弁を設置する場合、負圧の形成は助長されても、各種コストの増加が回避できない。その点、本実施形態に係る単一のインパルス弁２２４によれば、各気筒に個別に吸気制御弁が設けられているのと同等の効果を低コストで実現することが可能となるため、これら比較例に対し明らかに有利である。
【００７９】
また、本実施形態によれば、上述したように個々の連通管がインパルス弁２２４を介して吸気管２０４から放射状に分岐する構成となっており、個々の連通管相互間の管路長を、設置性及び搭載性への影響を憂慮することなく調整することが可能である。ここで、既に述べたように、本実施形態において、個々の連通管の管路長は、概略等しく構成されている。このため、吸気量の気筒間偏差がゼロ、或いはゼロとみなし得る程度に抑制されており、エンジン２００の発生トルクのばらつきに起因する、ドライバビリティの低下、エミッションの悪化及び燃費の悪化が好適に抑制されている。
【００８０】
ここで、「概略等しい」とは、吸気量の気筒間偏差が、実践上何らの不具合も生じない程度の、或いは生じたとしてそれが許容され得る程度の範囲に収まり得るように個々の連通管の管路長が決定されていることを意味する。無論、吸気量の気筒間偏差は基本的に管路長に影響されるから、吸気量の気筒間偏差を抑制する観点からは、基本的には管路長を全く等しくすることが望ましいが、実際には、許容される気筒間偏差がゼロ或いは限りなくゼロに近いとしたところで、管路長に許容されるばらつきは、必ずしもゼロ（即ち、厳密に管路長が等しい旨に相当する）とは限らず、たとえ狭小であれ有限の範囲を有し得る。このような範囲内であれば、管路長にばらつきがあったところで実質的な影響はなく、管路長がこのような範囲内にあるにもかかわらず殊更厳密に管路長を等しくすることは、発明の本質部分とは無関係なのである。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態に係るエンジン２００によれば、インパルス弁２２４及び連通管２０６を備えることによって、好適に負圧を生成し、且つ吸気の充填量の気筒間偏差を抑制することが可能である。
【００８２】
尚、本実施形態によれば、インパルス弁２２４の構成及び連通管２０６の接続態様により、上述した利益に加えて、慣性過給領域を拡大する旨の利益が享受される。既に述べたように、連通管２０６１、２０６２、２０６３及び２０６４は、軸回りに吸気行程の順で配列しており、上述した慣性過給処理において、慣性過給の対象気筒を切り替える際のインパルス弁開度の変化量は９０°となる。
【００８３】
一方、一の連通管についてみれば、インパルス弁開度Ａｉｐが、自身と吸気管２０４とが連通せしめられる値以外を採る場合については、その状態に何ら変化がない。具体的に、第１気筒を例に採れば、連通管２０６１に負圧を形成するに際して、インパルス弁解度Ａｉｐは１８０°を中心とした所定範囲（弁体２２４Ｂの連通部２２４Ｂ１と連通管２０６１の開口部２０６１Ａとが重複する範囲）外であればよい。
【００８４】
このため、第２気筒の吸気バルブ２０７が閉弁してから次気筒たる第１気筒を吸気管２０４との連通に供するまでの期間について、インパルス弁開度Ａｉｐをある程度進角（この場合の進角とは、単に回転方向に進めることを意味する）させておくことが可能である。より具体的には、既に述べたように、インパルス弁開度Ａｉｐが４５°、１３５°、２２５°及び３１５°を採る場合には、いずれの気筒も吸気管２０４との連通に供されないから、第２気筒から第１気筒へ慣性過給の対象気筒が切り替わる場合、インパルス弁２２４の弁体２２４Ｂを、準備段階としてＡｉｐ＝１３５°に相当する位置まで進角させておいてよい。このため、実質的には、インパルス弁２２４の一の動作タイミングにおける駆動範囲は４５°で済むことになる。
【００８５】
上述した比較例を再び考えた場合、インパルス弁を幾らかなりとも開弁すれば、インパルス弁下流側の負圧の形成が阻害されることは明らかであり、インパルス弁は、一回につき９０°進角させる必要がある。従って、アクチュエータの性能を同等とすれば、本実施形態に係るインパルス弁２２４は、比較例の２倍（無論、開度と時間がリニアである場合）の動作速度を有しており、少なくとも幾らかなりその応答時間が短いことが自明である。翻って、図５に例示される慣性過給領域の、機関回転速度により規定される上限は、機関回転速度の上昇に伴ってインパルス弁２２４の応答速度を機関回転に追従させることが困難になることに起因して設定され得るものであり、このように応答速度の向上を図り得る点に鑑みれば、本実施形態に係るインパルス弁２２４及び連通管２０６の構成により、慣性過給領域の拡大を図ることも容易にして可能である。
【００８６】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の吸気システムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおけるインパルス弁付近の模式的な断面図である。
【図３】図１における模式的なＡ−Ａ’線視断面図である。
【図４】図１におけるエンジンシステムにおいて実行される基本駆動制御のフローチャートである。
【図５】図４の基本駆動制御において参照される慣性過給領域の模式図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２…気筒、２０４…吸気管、２０５…スロットルバルブ、２０６、２０６１、２０６２、２０６３、２０６４…連通管、２０７…吸気バルブ、２１６…タービン、２１８…コンプレッサ、２２２…インタークーラ、２２３…サージタンク、２２４…インパルス弁、２２４Ｂ…弁体、２２４Ｂ１…連通部、２２５…アクチュエータ。
【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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