JP2009052505A

JP2009052505A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2009052505A
Application number: JP2007221437A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ito; 泰志伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】インパルス過給を行うとき、ＥＧＲ通路を介して望まない量のＥＧＲガスが導入されることを防ぐ。
【解決手段】本発明の内燃機関１０は、吸気弁３２上流側の吸気通路１６に設けられた吸気制御弁３８と、インパルス過給を行うべく１吸気行程に関して１回開弁すると共に１回閉弁するように吸気制御弁３８を制御する吸気制御弁制御手段と、排気通路４２と吸気通路１６とを連通するＥＧＲ通路６２に設けられたＥＧＲ弁６６と、吸気制御弁制御手段がインパルス過給を行うべく吸気制御弁３８を制御しているとき、ＥＧＲ弁６６を閉弁制御するＥＧＲ弁制御手段とを備える。そして、吸気制御弁制御手段は、インパルス過給を行うべく吸気制御弁３８を制御しているとき、内部ＥＧＲガス量を調節すべく、吸気制御弁３８の閉弁タイミングを制御して、所望の量の内部ＥＧＲガスを導入可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気弁上流側の吸気通路に設けられた吸気制御弁を制御することでインパルス過給を実行可能に構成された内燃機関に関する。

内燃機関の吸気弁上流側の吸気通路に設けた吸気制御弁を制御することで、燃焼室への吸気の流れを制御することができる。この吸気制御弁を用いて内燃機関に過給することができ、その一例が特許文献１に開示されている。内燃機関に過給するべく、吸気制御弁は、吸気弁の開弁よりも遅く開弁するように、例えば吸気弁の開弁期間の後期に開弁するように制御される。その結果、吸気弁の開弁開始時期から吸気制御弁の開弁開始時期までの間に、吸気制御弁下流側の吸気通路に負圧が形成される。この後、吸気制御弁を瞬時に開弁することで、吸気制御弁上流側に位置する吸気通路内の吸気が一気に燃焼室内に流れ込み、一種の慣性過給効果により多量の吸気を燃焼室内に充填することができる。このようにして行われる内燃機関への過給は、インパルス過給と称される。なお、引用文献１の上記内燃機関には、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ装置が設けられていて、このＥＧＲ装置のＥＧＲ通路の下流側端部は、上記吸気制御弁上流側且つさらに上流側に配置されたスロットル弁下流側の吸気通路に連通されている。

また、特許文献２にも、インパルス過給を行うことができる内燃機関が開示されている。この内燃機関では、吸気弁上流側の吸気通路に設けられた吸気制御弁がインパルス過給あるいは内部ＥＧＲガス導入のために用いられる。具体的には、吸気制御弁は、高負荷運転域である過給領域においてはインパルス過給を行うために用いられ、他方、低負荷から中負荷の運転域においては、インパルス過給を生じさせるのではなく、内部ＥＧＲガスの導入制御のために用いられる。

特開２００６−２７５０３１号公報特開２００６−１１８３６９号公報

ＮＯｘ排出量の低減を図るのには、ＥＧＲガスを適量だけ燃焼室に導入して新気に混入させるのが有効であることが知られている。これは、運転状態が過給領域に属するときにも当てはまる。しかしながら、インパルス過給を行うときには吸気制御弁下流側の吸気通路に形成した負圧を解放して吸気通路に脈動を生じさせるのであるから、そのときに上記特許文献１に記載の如きＥＧＲ装置を用いることでは、容易に適量のＥＧＲガスを導入することができない。例えば、インパルス過給を行っているときに、ＥＧＲ弁を開いて、脈動が生じている吸気通路にＥＧＲ通路を連通させると、その脈動の影響により、所望量を超えた過剰な量のＥＧＲガスが導入されることがあり得る。過剰な量のＥＧＲガスの導入は、燃焼室での混合気の燃焼不良、失火をもたらし得るので、避けられなければならない。

他方、上記特許文献１には、インパルス過給を行うとき、ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁をどのように制御するのかが明記されていない。また、引用文献２にも、インパルス過給を行うときに、ＥＧＲガスをどのように導入するのか示されていない。

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、インパルス過給を行うとき、ＥＧＲ通路を介して望まない量のＥＧＲガスが導入されることを防ぐことにある。

上記目的を達成するために、本発明の内燃機関は、吸気弁上流側の吸気通路に設けられた吸気制御弁と、インパルス過給を行うべく１吸気行程に関して１回開弁すると共に１回閉弁するように前記吸気制御弁を制御する吸気制御弁制御手段とを有する内燃機関において、排気通路と前記吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、前記吸気制御弁制御手段がインパルス過給を行うべく前記吸気制御弁を制御しているとき、前記ＥＧＲ弁を閉弁制御するＥＧＲ弁制御手段とを備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、吸気制御弁制御手段がインパルス過給を行うべく吸気制御弁を制御しているとき、ＥＧＲ弁制御手段によりＥＧＲ弁が閉弁制御されるので、ＥＧＲ通路を介してのＥＧＲガスの導入を防ぐことができる。したがって、インパルス過給を行うとき、ＥＧＲ通路を介して望まない量のＥＧＲガスが導入されることを防ぐことができる。

そして、前記吸気制御弁制御手段は、インパルス過給を行うべく前記吸気制御弁を制御しているとき、内部ＥＧＲガス量を調節すべく、前記吸気制御弁の閉弁タイミングを制御するとよい。こうすることで、インパルス過給を行うとき、内部ＥＧＲガス量を適切に調節することが可能になる。

また、上記内燃機関は、前記吸気弁および排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを可変とする可変動弁機構と、前記吸気制御弁制御手段がインパルス過給を行うべく前記吸気制御弁を制御しているとき、内部ＥＧＲガス量を調節すべく、前記可変動弁機構を制御する可変動弁機構制御手段とをさらに備えることができる。こうすることで、インパルス過給を行うとき、吸気弁および排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変えて、内部ＥＧＲガス量を適切に調節することが可能になる。

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、第１実施形態について説明する。

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念を図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に直接噴射することにより自然着火させる型式の機関、すなわちディーゼル機関である。なお、内燃機関１０は、４ストローク機関である。

この内燃機関１０の吸気通路１６は、互いに接続されたエアクリーナ１８、吸気管２０、サージタンク２２、吸気マニフォルド２４および吸気ポート２６により区画形成される。ここでは、吸気マニフォルド２４は、各気筒２８に対応してある吸気枝管３０の集合体である。図２に示すように内燃機関１０は直列４気筒機関であるので、吸気枝管３０を４つ有する。

吸気ポート２６の下流側端部である出口は吸気弁３２によって開閉される。吸気通路１６の内、エアクリーナ１８とサージタンク２２との間にはスロットル弁３４が設けられる。スロットル弁３４は、電動アクチュエータ３６によって駆動される。４つの吸気枝管３０の各々には個別に吸気制御弁３８が設けられる。４つの吸気制御弁３８の各々は、対応する電動アクチュエータ４０によって駆動される。吸気制御弁３８はバタフライ式弁であり、その閉弁時には吸気通路１６を概ね閉止することができる。なお、吸気制御弁３８は例えばシャッター弁等の他の形式の弁であってもよく、また、その全閉時に吸気通路１６を閉塞し、吸気通路１６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。

他方、内燃機関１０の排気通路４２は、互いに接続された排気ポート４４、排気マニフォルド４６、触媒４８および排気管５０によって区画形成される。排気ポート４４の上流側端部である入口は排気弁５２によって開閉される。

上記吸気弁３２および上記排気弁５２の駆動機構である動弁機構５４は、吸気弁３２および排気弁５２を、コンロッド５５を介してピストン５６が連結されているクランク軸５８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可変動弁機構である。具体的には、動弁機構５４は、吸気弁３２と排気弁５２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５４は、吸気弁３２と排気弁５２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、可変動弁機構として、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）を用いることもできる。

また、内燃機関１０には、排気通路４２を流れる排気ガスの一部を吸気通路１６に導く排気ガス還流（ＥＧＲ）装置６０が設けられている。ＥＧＲ装置６０は、外部ＥＧＲを行うものであって、排気通路４２と吸気通路１６とを連通するＥＧＲ通路６２を区画形成するＥＧＲ管６４と、ＥＧＲ通路６２の連通状態調節用のＥＧＲ弁６６と、還流される排気ガス（ＥＧＲガス）冷却用のＥＧＲクーラ６８とを有している。ＥＧＲ通路６２は、吸気制御弁３８下流側且つ吸気弁３２上流側の吸気通路（弁間通路）Ｐに連通されている。ただし、ＥＧＲ通路６２は、例えば、吸気制御弁３８上流側の吸気通路、より具体的にはサージタンク２２下流側且つ吸気制御弁３８上流側の吸気通路に連通され得る。ＥＧＲ弁６６はＥＧＲクーラ６８下流側に設けられている。ここでは、電動アクチュエータ７０により駆動されるＥＧＲ弁６６は、ポペット式弁である。

内燃機関１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７６に、各種値などを検出（導出あるいは推定）するための信号を電気的に出力する各種センサ類を備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。吸入空気量を検出するためのエアフローメータ７８が吸気通路１６の途中に備えられている。また、エアフローメータ７８近傍に吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ８０が備えられている。また、吸気圧を検出するための圧力センサ８２も設けられている。また運転者によって操作されるアクセルペダル８４の踏み込み量に対応する位置、すなわちアクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ８６が備えられている。また、スロットル弁３４の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ８８も備えられている。また、ピストン５６が往復動するシリンダブロック９０には、クランク軸５８のクランク回転信号を検出するためのクランクポジションセンサ９２が取り付けられている。ここでは、このクランクポジションセンサ９２は機関回転数（機関回転速度）を検出するための機関回転数センサとしても利用される。さらに、内燃機関１０の冷却水温を検出するために水温センサ９４も備えられている。また、車速を検出するための車速センサ９６も設けられている。なお、ここでは吸気制御弁３８の開度を検出するためのセンサが設けられていないが、それがさらに備えられてもよい。ＥＧＲ弁６６に関しても、同様である。

ＥＣＵ７６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、上記各種センサ類が電気的に接続されている。これらからの出力信号に基づき、予め設定されたプログラムにしたがって円滑な内燃機関１０の運転がなされるように、ＥＣＵ７６は出力インタフェースから電気的に作動信号（駆動信号）を出力する。例えば、これら作動信号に基づいて燃料噴射弁１２、吸気弁３２、スロットル弁３４、吸気制御弁３８、排気弁５２の各々の作動は制御される。

なお、吸気制御弁制御手段は、ＥＣＵ７６の一部とアクチュエータ４０とを含んで構成される。また、ＥＧＲ弁制御手段は、ＥＣＵ７６の一部とアクチュエータ７０とを含んで構成される。

ＥＣＵ７６は、機関運転状態（運転状態）に基づいて燃料噴射弁１２からの燃料噴射を制御する。すなわち、ＥＣＵ７６は、主に、クランクポジションセンサ９２からの出力信号に基づいて導出される機関回転数と、エアフローメータ７８からの出力信号に基づいて導出される空気量あるいはアクセルポジションセンサ８６からの出力信号に基づいて導出されるアクセル開度に基づいて定まる機関負荷とから、予め記憶されたデータを検索する。そして、ＥＣＵ７６は燃料噴射弁１２における燃料（噴射）量や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。

また、運転状態に基づいてスロットル弁３４は制御される。スロットル弁３４は内燃機関１０の始動時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求められる各種値に基づいて、スロットル弁３４の開度は制御される。

また、運転状態に基づいてＥＧＲ弁６６は制御される。予め実験に基づいて定められたＥＧＲ弁６６の開度（ＥＧＲ開度）に関するデータがＲＯＭに記憶されていて、このデータを運転状態に基づいて検索することで運転状態に対応したＥＧＲ開度が導出される。こうして導出されたＥＧＲ開度になるようにＥＧＲ弁６６を駆動制御することで、概して、運転状態が高負荷側の運転領域に属するほどＥＧＲ通路６２を介して導入されるＥＧＲガス量は減少する。具体的には、運転状態がインパルス過給域、例えば低回転高負荷域および中回転高負荷域に属するときには全閉のＥＧＲ開度が導出され、他方、運転状態がそれ以外の運転領域に属するときには運転状態に対応したＥＧＲ開度が導出される。

また、ＥＣＵ７６は、運転状態に基づいて吸気弁３２および排気弁５２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５４を制御する。ただし、運転状態がインパルス過給域に属するときの吸気弁３２の開閉タイミングやリフト量は、吸気制御弁３８の開閉タイミングや開度に関連付けて設定されている。なお、運転状態がインパルス過給域に属するときの排気弁５２の開閉タイミングやリフト量も吸気制御弁３８の開閉タイミングや開度に関連付けられて設定されている。

上記吸気制御弁３８駆動用のアクチュエータ４０は高速で作動可能であり、応答性が高く、その弁体を例えば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３８を吸気弁３２の開閉と同期して開閉することができる。吸気制御弁３８は、ＥＣＵ７６からアクチュエータ４０に出力される作動信号に基づいて、全開から全閉まで制御される。つまり、アクチュエータ４０は、吸気制御弁３８を、全開、全閉および全開と全閉との間の任意の開度に駆動することができる。なお、個々の気筒２８を単位として各吸気制御弁３８は制御される。

ＥＣＵ７６は運転状態に基づいて吸気制御弁３８を制御する。吸気制御弁３８は、運転状態が上記インパルス過給域に属するとき、すなわち過給が求められる運転状態のとき、インパルス過給が生じるように制御される。インパルス過給用の吸気制御弁３８の開閉タイミングは、そのときの機関負荷および機関回転数を用いて予め実験により求められてＲＯＭに記憶されているデータを検索することで導出される。他方、運転状態がインパルス過給域以外の運転領域に属するとき、吸気制御弁３８は、所定開度ここでは全開の開状態に保持される。

ただし、運転状態がアイドル状態のとき、吸気制御弁３８はアイドル弁開度の開状態に保持される。そのアイドル弁開度は、クランクポジションセンサ９２からの出力信号に基づいて導出される機関回転数、水温センサ９４からの出力信号に基づいて導出される冷却水温、車速センサ９６からの出力信号に基づいて導出さ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、全開などの固定弁開度であってもよい。なお、ＥＣＵ７６は、運転状態がアイドル状態か否かを、アクセルポジションセンサ９２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％か否かなどで判断する。ただし、アクセルペダル８４が踏まれることでＯＮから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か否かによって運転状態がアイドル状態か否かが判断されてもよい。

次に、インパルス過給のための吸気制御弁３８の制御に関して詳述する。インパルス過給について、任意の１つの気筒２８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３８は、吸気弁３２の開弁開始時には実質的に閉弁状態にあり、吸気弁３２の開弁よりも遅く開弁するように、例えば吸気弁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３２の開弁開始時期から吸気制御弁３８の開弁開始時期までの間に、吸気制御弁３８下流側の吸気通路に負圧が形成される。この後、吸気制御弁３８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の下流側端部の開口部で、それを開放端として、正圧波に転化（反転）される。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３８を超えてより下流側に至ることで、例えば吸気制御弁３８の開弁時にその上流側にあった空気といった気体は一気に燃焼室１４内に流れ込む。この吸気の流れ込むタイミングに合わせて吸気弁３２は閉弁される。したがって一種の慣性過給効果により多量の気体を燃焼室１４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３８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１６の内、サージタンク２２下流側端部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。

このようなインパルス過給は、吸気制御弁３８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８４の踏み込みと同時あるいはその直後に開始される。したがって、タービンの立ち上りを待つターボ過給器を用いての過給よりも、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。

このようにして吸気弁３２の開閉に同期して吸気制御弁３８を制御することでインパルス過給を行うが、インパルス過給を行うときにも、ＥＧＲガスの導入が図られる。インパルス過給を行うときにもＥＧＲガスを導入するのは、他のときと同様に、燃焼室１４の混合気の酸素濃度を低くし、かつ、気筒２８内の燃焼を緩やかにして燃焼温度を下げ、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を低減させるためである。そして、インパルス過給を行うときのＥＧＲガス導入は、上記ＥＧＲ装置６０を用いて行われるのではなく、排気ガスを気筒２８内に残留させるあるいは引き込むことで、すなわち内部ＥＧＲガスの導入により達成される。すなわち、上記ＥＧＲ弁６６は、インパルス過給を行うべく吸気制御弁３８が制御されているとき、閉状態に維持されるように閉弁制御される。

ＥＧＲには、排気通路４２の排気ガスを吸気通路１６に供給するいわゆる外部ＥＧＲと、排気通路４２の排気ガスを燃焼室１４内に直接戻すいわゆる内部ＥＧＲとがある。外部ＥＧＲは、上記の如き構成を有するＥＧＲ装置６０で実現されるのに対して、内部ＥＧＲは、内燃機関１０の燃焼室１４と排気通路４２との間に配置された排気弁５２が開いている時期に、燃焼室１４と吸気通路１６との間に配置された吸気弁３２を開いて、排気弁５２の開弁期間の一部と吸気弁３２の開弁期間の一部とをオーバーラップさせることで、実現され得る。したがって、ここでは、内部ＥＧＲを生じさせるに際して、吸気側および排気側の差圧を調節することによって、燃焼室１４に残留される残留排気ガス量すなわち内部ＥＧＲガス量の制御が行われる。以下で述べるように、より具体的には、弁間通路Ｐの圧力を調節することで、吸気側および排気側の差圧が調節され、内部ＥＧＲ量が調節される。

ここでは、インパルス過給を行うとき、吸排気弁３２、５２の開閉タイミングを固定としてすなわちそれらのオーバーラップ量を固定として、そして吸気側と排気側との差圧を調節するべく吸気制御弁３８の閉弁タイミングを制御することで、内部ＥＧＲガス量の調節が行われる。この内部ＥＧＲガス量の調節に関して図３に基づいて説明する。ただし、内部ＥＧＲガス量の調節は、基本的に、吸気制御弁３８、吸気弁３２の順に閉弁しつつ、吸気制御弁３８の閉弁タイミングを制御することで実行される。なお、図３の各曲線は、インパルス過給を行っているときの任意の１つの気筒２８の任意の１つの４サイクルに関するものであるので、インパルス過給を行っているときそれらの曲線は繰り返され得る。

図３では、任意の１つの気筒２８の吸気行程に関する、吸気制御弁３８のリフトカーブ（図３（ａ））、吸排気弁３２、５２のリフトカーブ（図３（ｂ））、弁間通路Ｐの圧力変化（図３（ｃ））、筒内圧変化（図３（ｄ））が概念的に同一時間軸上に表されている。図３（ａ）、（ｃ）、（ｄ）には、異なる閉弁タイミングで吸気制御弁３８を閉弁させた場合の２つの、弁と圧力変化との関係が重ねて表されていて、吸気制御弁３８が相対的に早閉じされた場合について実線で表され、吸気制御弁３８が相対的に遅閉じされた場合について点線で表されている。ただし、図３（ｂ）において、排気弁５２のリフトカーブにはＥＸと付し、吸気弁３２のリフトカーブにはＩＮと付す。また、オーバーラップを白抜き矢印で表す。なお、図３（ｄ）には、吸気行程前後の筒内圧変化のみが表されている。

まず、吸気弁３２の閉弁時期よりも早い時期であって且つ相対的に早い時期に吸気制御弁３８が閉じられた、早閉じの場合について説明する。ただし、吸気弁３２を概ねピストン５６が吸気下死点に位置する時期ｔａに閉弁した。この場合、吸気制御弁３８を下流側に向けて超えた正圧波の助けによってインパルス過給が行われるが、吸気制御弁３８の閉弁後にある程度の長さの時間が経過してから吸気弁３２が閉弁されるので、弁間通路Ｐの圧力は大気圧よりも高いがそれほど高くない圧力になる。そして、弁間通路Ｐがこの圧力状態に実質的に保たれたまま、次の吸気行程に関して吸気弁３２が開弁される。その結果、弁間通路Ｐのその圧力が筒内圧すなわち燃焼室１４内の圧力に作用する。したがって、オーバーラップ中に、弁間通路Ｐの圧力に応じた量の内部ＥＧＲガスを導入することが可能になる。

他方、吸気弁３２の閉弁時期と概ね同じ時期に吸気制御弁３８が閉じられた、遅閉じの場合について説明する。ただし、吸気弁３２を、吸気制御弁３８の閉弁後であって、且つ、概ねピストン５６が吸気下死点に位置する時期ｔａに閉弁した。この場合、上記の如くインパルス過給が行われ、吸気制御弁３８が吸気弁３２の閉弁時期まで概ね開いているので、インパルス過給により吸入された空気量は、上記の如く吸気制御弁３８が早閉じされた場合のそれよりも多い。したがって、吸気弁３２閉弁時に、こうして形成された弁間通路Ｐの圧力（点線参照）は、図３（ｃ）に示すように、上記の如く吸気制御弁３８が早閉じされた場合の圧力（実線参照）よりも高くなる。そして、弁間通路Ｐがこの圧力での圧力状態に保たれたまま、次の吸気行程に関して吸気弁３２が開弁される。その結果、弁間通路Ｐの圧力が筒内圧に作用するので、オーバーラップ中に、燃焼室１４内の排気ガスは、吸気制御弁３８が早閉じされた場合の弁間通路Ｐの圧力よりも高い圧力によって、吸気系から排気系によりいっそう押し出される。したがって、吸気制御弁３８が早閉じされた場合よりも、遅閉じされた場合の方が、燃焼室１４に残留されて取り込まれる排気ガス量は少なくなる。すなわち、内部ＥＧＲガス量が少なくなる。

このように、インパルス過給を行うときに、吸気制御弁３８をインパルス過給が生じるように制御すると共にその閉弁タイミングを早くしたり遅くしたりすることで、インパルス過給を生じさせつつ、運転状態に基づいて定まり且つ制御上目標とされる、目標ＥＧＲガス量の内部ＥＧＲガスを適切に確保することができる。したがって、機関出力トルク増大とＮＯｘ低減との両立を適切に図ることができる。

なお、上記第１実施形態では、図３に基づいて説明したように吸気制御弁３８を遅閉じするよりも早閉じした方が内部ＥＧＲガス量を多くできた。しかしながら、吸気制御弁３８を同じ閉弁タイミングに閉弁しても、弁間通路Ｐの長さ、サージタンク２２下流側の吸気通路の長さ、それら通路の形状や容積、吸気弁３２の開閉タイミング、弁間通路Ｐに形成される負圧によって、吸気制御弁３８閉弁時の弁間通路Ｐの圧力は変化する。それ故、上記例に限定されず、それらの設計条件を考慮して吸気制御弁３８の閉弁タイミングを適切に制御することで、内部ＥＧＲガス量を多くしたりあるいは少なくしたり任意に調節することが可能である。すなわち、上記第１実施形態は一例であり、例えば、吸気制御弁３８を相対的に遅閉じすることで、それを相対的に早閉じした場合よりも、内部ＥＧＲガス量を多くできる場合がある。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、インパルス過給を行うときの内部ＥＧＲガス量の制御が異なるが、他は概ね上記第１実施形態と同じである。そこで、以下では、上記第１実施形態で説明したのと同一（あるいは同様）の構成要素には上記第１実施形態で用いたのと同じ符号を付してそれらの説明を省略し、その相違点に関して主として説明する。

図４では、任意の１つの気筒２８の吸気行程に関する、インパルス過給用の吸気制御弁３８のリフトカーブ（図４（ａ））、排気弁５２の閉弁タイミングを相対的に早くした場合の吸排気弁３２、５２のリフトカーブ（図４（ｂ））、排気弁５２の閉弁タイミングを相対的に遅くした場合の吸排気弁３２、５２のリフトカーブ（図４（ｃ））が同一時間軸上に概念的に表されている。ただし、排気弁５２のリフトカーブにはＥＸと付し、吸気弁３２のリフトカーブにはＩＮと付す。また、負のオーバーラップを黒塗りの矢印で、正のオーバーラップを白抜き矢印で示す。なお、図４（ｂ）、（ｃ）に、基準例としての排気弁５２のリフトカーブを点線で表し、また、排気弁５２がそれに基づいて作動された場合の基準例としてのオーバーラップを点線の矢印で表す。

図４（ａ）、（ｂ）に基づいて、排気弁５２の閉弁タイミングを相対的に早めて、排気弁５２の開弁期間と吸気弁３２の開弁期間とが重ならないようにして、負のオーバーラップを生じさせた場合について説明する。ただし、排気弁５２をピストン５６が排気上死点に位置するような時期ｔｂ前に閉じた。図４（ｂ）に示すように負のオーバーラップを生じさせることで、排気行程で燃焼室１４に排気ガスを残留させることができる。残留排気ガスである内部ＥＧＲガスは、負のオーバーラップが生じているので、弁間通路Ｐの圧力に影響されることなく、燃焼室１４に適切に導入される。なお、この場合、排気弁５２の閉弁タイミングを早めるほど、原則として、内部ＥＧＲガス量は多くなる。ピストン５６が排気上死点に至る前に排気弁５２が閉じられ、排気弁５２の閉弁タイミングを早めるほど、燃焼室１４内の燃焼ガスの排出過程のより早い段階で排気弁５２が閉じられるからである。

図４（ａ）、（ｃ）に基づいて、排気弁５２の閉弁タイミングを相対的に遅らせて、排気弁５２の開弁期間と吸気弁３２の開弁期間との重なりが大きくなるようにして、正のオーバーラップを拡大させた場合について説明する。このように正のオーバーラップを拡大させることで、排気行程で排出された排気ガスの内のより多くを、ピストン５６が吸気下死点に向けて下降することで燃焼室１４に生じる負圧により、燃焼室１４に引き込むあるいは取り込むことができる。このようにして燃焼室１４に、内部ＥＧＲガスを導入することができる。なお、正のオーバーラップ量が大きくなるほど、原則として、内部ＥＧＲガス量は多くなる。この場合、正のオーバーラップ量が大きくなるほど、ピストン５６の下降運動で燃焼室１４に生じる負圧により一旦排気通路４２に排出された排気ガスを引き戻すことができる期間が長くなるからである。

このように、運転状態がインパルス過給域に属するときに、吸気制御弁３８をインパルス過給が生じるように制御すると共に排気弁５２の閉弁タイミングを早めたり遅らせたりすることで、インパルス過給を生じさせつつ、目標ＥＧＲガス量の内部ＥＧＲガスを適切に確保することができる。したがって、機関出力トルク増大とＮＯｘ低減との両立を図ることができる。

なお、上記第２実施形態では、図４に基づいて説明したように、排気弁５２の閉弁タイミングを制御することで、内部ＥＧＲガス量を調節した。しかしながら、吸気弁３２の開弁タイミングを制御することで、内部ＥＧＲガス量を調節してもよい。あるいは、排気弁５２の閉弁タイミングおよび吸気弁３２の開弁タイミングを共に制御することで、内部ＥＧＲガス量を調節してもよい。なお、本第２実施形態では、可変動弁機構制御手段は、ＥＣＵ７６の一部を含んで構成された。

以上、第１および第２実施形態に基づいて本発明を説明したが、それらの実施形態に本発明は限定されない。例えば、第１および第２実施形態の複合形態が許容される。つまり、インパルス過給を行うとき、吸気制御弁３８の閉弁タイミングを制御すると共に吸排気弁３２、５２の少なくとも一方のバルブタイミングを制御することで、内部ＥＧＲ量を調節することもできる。

また、上記両実施形態では、図２から明らかなように、各気筒２８に関する各吸気枝管３０によって区画形成される吸気通路は、単独で直接的にサージタンク２２に連通した。しかしながら、例えば図５に概念図を示すように、各気筒２８に関する吸気通路が複数個、上流側で集合して共通の吸気通路ＰＣを形成し、そして複数の気筒２８に共通の吸気通路ＰＣがさらに上流側のサージタンク２２に連通してもよい。さらに、この場合、図６に示すように、共通の吸気通路ＰＣに共通の吸気制御弁３８がただ１つ設けられてもよい。なお、各気筒２８に対して個別にある吸気通路（図６のＰＩ参照）と、複数の気筒２８に対して共通の吸気通路ＰＣと、それらの境界部分（図６のＰＳ参照）との内のいずれの箇所に、吸気制御弁３８が設けられてもよい。ただし、各気筒２８に関する吸気通路には、ただ１つの吸気制御弁３８が配置される。

また、ＥＧＲ通路は、上記両実施形態に限定されず、吸気制御弁３８上流側且つサージタンク２２下流側の吸気通路に連通され得るが、さらに各気筒２８に対して個別にある吸気通路（図６のＰＩ参照）と、複数の気筒２８に対して共通の吸気通路（図５のＰＣ参照）とのいずれの箇所に連通されてもよい。

また、上記両実施形態では吸気通路１６にスロットル弁３４を設けたが、スロットル弁３４は設けられなくてもよい。スロットル弁３４を備えていない場合、種々の運転状態に適した吸入空気量を適切に達成するように、吸気制御弁３８は種々のタイミングでおよび／あるいは種々の開度に駆動される。例えば、上記両実施形態では吸気制御弁３８はインパルス過給を生じさせるときだけ、１吸気行程に関して１回開弁すると共に１回閉弁するようにアクチュエータ４０により開閉駆動されたが、インパルス過給を生じさせるとき以外にも、運転状態に応じた吸入空気量の実現を図るように、吸気制御弁３８は１吸気行程に関して１回開弁すると共に１回閉弁するように駆動制御されてもよい。ただし、インパルス過給を生じさせるとき以外の吸気制御弁３８の開閉タイミングは、インパルス過給用の開閉タイミングとは異なる。

なお、上記種々の実施形態では、ターボ過給器を設けなかったが、ターボ過給器は設けられてもよい。ターボ過給機を用いた過給とインパルス過給とを併用することもできる。

なお、上述した各実施形態はディーゼル機関に関するものであったが、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いうまでもない。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。

なお、上記では、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。

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。第１実施形態が適用された車両の内燃機関システムの図１とは異なる概略図である。第１実施形態の制御下での複数の弁の作動関係および各値の変化を表した図であり、任意の１つの気筒の吸気行程に関する、インパルス過給用の吸気制御弁のリフトカーブ（ａ）、吸排気弁のリフトカーブ（ｂ）、弁間通路の圧力変化（ｃ）、筒内圧変化（ｄ）を概念的に同一時間軸上に表したグラフである。第２実施形態の制御下での複数の弁の作動関係を表した図であり、任意の１つの気筒の吸気行程に関する、インパルス過給用の吸気制御弁のリフトカーブ（ａ）、排気弁の閉弁タイミングを相対的に早くした場合の吸排気弁のリフトカーブ（ｂ）、排気弁の閉弁タイミングを相対的に遅くした場合の吸排気弁のリフトカーブ（ｃ）を概念的に同一時間軸上に表したグラフである。本発明が適用され得る他の内燃機関システムの、図２に対応した概略図である。本発明が適用され得るさらに他の内燃機関システムの、図２に対応した概略図である。

符号の説明

１６吸気通路
２２サージタンク
３２吸気弁
３８吸気制御弁
５２排気弁
６６ＥＧＲ弁
Ｐ弁間通路

Claims

吸気弁上流側の吸気通路に設けられた吸気制御弁と、インパルス過給を行うべく１吸気行程に関して１回開弁すると共に１回閉弁するように前記吸気制御弁を制御する吸気制御弁制御手段とを有する内燃機関において、
排気通路と前記吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
前記吸気制御弁制御手段がインパルス過給を行うべく前記吸気制御弁を制御しているとき、前記ＥＧＲ弁を閉弁制御するＥＧＲ弁制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関。
前記吸気制御弁制御手段は、インパルス過給を行うべく前記吸気制御弁を制御しているとき、内部ＥＧＲガス量を調節すべく、前記吸気制御弁の閉弁タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記吸気弁および排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを可変とする可変動弁機構と、
前記吸気制御弁制御手段がインパルス過給を行うべく前記吸気制御弁を制御しているとき、内部ＥＧＲガス量を調節すべく、前記可変動弁機構を制御する可変動弁機構制御手段と
をさらに備え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。