JP2009108694A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気制御弁を備える内燃機関においてポンピングロスを効率的且つ効果的に低減する。
【解決手段】エンジン２００のポンピングロスを低減するため、ＥＣＵ１００は、ポンピングロス低減制御を実行する。当該制御において、スロットルバルブ２２２による吸気絞りが必要な運転条件である旨が判別され、且つインパルス弁２２４による吸気早閉じ制御の実行が不可能である旨が判別された場合、ＥＣＵ１００は、インパルス弁２２４の開閉により生じる吸気の脈動を利用してポンピングロスを低減するインパルス制御を実行する。インパルス制御では、インパルス弁２２４の開弁時期が、脈動波の谷が吸気バルブ２０７の閉弁時期と同期して現れるように制御され、また、圧縮行程初期における吸気の吹き返し効果を得るために、インパルス弁２２４の閉弁時期が、吸気バルブ２０７の閉弁時期と同期するように制御される。
【選択図】図５

Description

本発明は、ポンピングロスを低減するための内燃機関の制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、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弁（以下、「従来の技術」と称する）によれば、内燃機関の低回転領域において、吸気制御弁の開タイミングを各気筒の吸気弁の開タイミングより遅くし、且つ吸気制御弁の閉タイミングを吸気弁の閉タイミングより早くすることにより、バルブオーバラップ期間における排気の吸気への逆流が防止され、且つ吸気の導入を促進可能であると共に、吸気の吹き戻しを抑制することが可能であるとされている。

尚、吸気弁開弁前に吸気制御弁を開き、吸気弁閉弁前に吸気制御弁を全閉する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第２５５０５５０号公報 特開平５−１５６９５０号公報

吸気行程に要する時間は、内燃機関の機関回転速度の上昇に伴って短くなる。従って、従来の技術では、高回転領域において、必然的に吸気制御弁の開弁期間をより短縮化する必要が生じる。ところが、吸気制御弁の動作速度には限界があるから、従来の技術では、例えばこのような高回転領域において、吸気制御弁を吸気弁の閉弁以前に閉じる、所謂吸気早閉じの実行が困難となり易く、ポンピングロスを効果的に低減することが難しい。また、従来の技術では、各気筒に吸気制御弁が備わっており、装置構成の複雑化及びコストの増加が避け難い。一方で、そのような問題を解消すべく、複数の気筒で単一の吸気制御弁を共用する場合、当該複数の気筒相互間が連通する期間が生じ得るため、吸気制御弁の動作に供し得る期間はより短くなり、特に高回転領域或いは軽負荷領域等、吸気制御弁を短時間に開閉させる必要がある場合には、ポンピングロスの低減が困難となる。即ち、従来の技術には、ポンピングロスを効率的且つ効果的に低減することが困難であるという技術的な問題点がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ポンピングロスを効率的且つ効果的に低減することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の気筒と、該複数の気筒の各々に共有される吸気の通路と、該通路に設けられ、開閉状態に応じて前記吸気の脈動を生成可能な吸気制御弁とを備えてなる内燃機関の制御装置であって、前記各々の吸気行程において、前記吸気の脈動が生じるように、且つ該脈動に係る脈動波の谷が前記各々に備わる吸気弁の閉弁時期に同期するように前記吸気制御弁の開弁時期を決定する決定手段と、前記開弁時期が前記決定された開弁時期となるように前記吸気制御弁を制御する旨のポンピングロス低減制御を実行する制御手段とを具備することを特徴とする。

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、軽油或いは各種アルコール等の燃料、又は当該燃料を含む混合気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り、例えば２サイクル或いは４サイクルレシプロエンジン等を指す。また特に、本発明に係る内燃機関は、複数の気筒の各々に共有或いは共用される吸気通路を備えており、当該吸気通路に吸気制御弁を備えている。

ここで、吸気通路が共有される複数の気筒とは、本発明に係る内燃機関に備わる気筒の全てでなくともよく、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、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、気筒配列が所謂直列型と称される態様を有する場合には、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。

この吸気通路に備わる吸気制御弁は、二値的、段階的及び連続的を問わずその開閉状態に応じて、外界から導かれる吸入空気を含む吸気（本発明に係る「吸気」とは、気筒内に吸入される気体を指し、好適な一形態としては、吸入空気そのものであるが、例えばＥＧＲ装置等の排気還流装置が備わる場合等には、場合によりＥＧＲガス（即ち、排気）と吸入空気の混合体であってもよい）の脈動を少なくとも生成可能な、例えば弁体、或いは当該弁体に加え更に当該弁体を駆動する駆動装置等を適宜に含んでなる動弁機構又は動弁装置等の形態を有する手段である。この吸気制御弁は、内燃機関にスロットルバルブ等の所謂吸気絞り弁が備わる場合には、好適な一形態として、この吸気絞り弁の下流側（即ち、吸入空気の流れる方向を基準とする方向概念であって、この場合、気筒側）に設置される。

また、内燃機関に、例えばターボチャージャ等の過給器が備わる場合等には、好適な一形態として、吸気制御弁は、吸入空気を一時的に貯留するサージタンクの下流側に設置されてもよい。いずれにせよ、吸気制御弁は、吸気を脈動波として各気筒へ送り込むことを主たる目的としており（但し、例えばこの種の脈動の生成とは別に、例えばスロットルバルブ等の吸気絞り弁の開閉操作等により好適に行われ得る吸入空気の調量（吸気絞り）を実践上問題無い程度に実践し得る場合には、スロットルバルブ等の吸気絞り弁の作用を本発明に係る吸気制御弁にて代替させてもよい（言い換えれば、吸気絞り弁が本発明に係る吸気制御弁としての機能を代替してもよい））、好適な一形態として、吸気制御弁は、吸気制御弁から吸気通路を共有する各気筒の吸気弁までの距離（好適な一形態としては、吸気制御弁下流側における吸気通路の容積と一義的である）が、吸気制御弁の開閉により少なくとも実践上十分な程度の吸気の脈動を生じさせ得る程度に吸気弁に近接した位置に設置される。

一方、燃料消費率（以下、適宜「燃費」と略称する）等、内燃機関の経済性能を考えた場合、吸気行程におけるポンピングロスの低減が有功である。ポンピングロスの低減には、吸気行程において気筒内への吸気の流入を制限する制御（以下、適宜「吸気早閉じ制御」等と称する）が有効であり、例えば、吸気側にＶＶＴ（Variable Valve timing：可変動弁装置）等が備わる場合には、吸気弁の開閉時期を各気筒について個別に或いは各気筒共通に制御することにより、所望の時期に吸気の流入を遮断することができる。一方で、この種のＶＶＴの有無によらず、吸着制御弁が備わる場合には、吸気制御弁を例えば閉弁することにより気筒内への吸気の流入を遮断し得るから、例えば吸気制御弁の閉弁時期を基準となる閉弁時期に対し相対的に早めること等によって（無論、吸気制御弁の基準となる開閉時期は各種考えられ、元よりこのような吸気早閉じ制御の実行を目的として吸気制御弁が設けられていてもよく、その場合、基準となる閉弁時期そのものが吸気早閉じ制御に対応したものであってもよい）、このような吸気早閉じ制御の実現が可能である。

ところが、吸気制御弁が如何なる物理的、機械的、機構的又は電気的構成を有するにせよ、弁体の開閉動作或いはそれに準じる物理的な動作が伴う限りにおいて、吸気早閉じ制御の実行には、有限且つ無視し得ない時間が必要である。従って、例えば吸気行程に相当する時間が相対的に短くなる高回転領域では、吸気制御弁による吸気早閉じ制御の実行が困難となり易い。同様に、要求される吸気量（即ち、要求負荷）自体が相対的に小さい軽負荷領域では、少なくとも吸気制御弁上流側で何らかの手段（好適にはスロットルバルブ等の吸気絞り弁）により吸入空気量を絞ることなく、或いは吸入空気量の絞り量を有意に抑制しつつ吸気早閉じ制御を実行するには、吸気量に直結する吸気制御弁の開弁期間を短縮する必要があり、高回転領域の場合と同様、吸気制御弁の動作が間に合わなくなり易い。従って、内燃機関の運転領域の全域において、吸気制御弁による吸気早閉じ制御によりポンピングロスの低減を図ることは難しい。

そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、その動作時には、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る決定手段により、各気筒の吸気行程（好適な一形態としては、バルブオーバラップ期間を除けば吸気通路を共有する気筒相互間で重複しない）において、吸気の脈動が生じるように、且つその脈動波の谷が吸気弁の閉弁時期に同期するように、吸気制御弁の開弁時期が決定される。このような吸気制御弁の開弁時期が決定されると、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る制御手段により、ポンピングロス低減制御が実行され、吸気制御弁の開弁時期が、この決定された開弁時期となるように吸気制御弁が制御される。

吸気の脈動を生じさせる旨の吸気制御弁の開閉状態の制御態様は、無論吸気の脈動が生じ得る限りにおいて何ら限定されないが、好適な一形態として、吸気制御弁の開度を、全開及び全閉の間で二値的に制御することにより、或いは、送り込まれる吸気の量に実践上有意な差が生じる程度に段階的に制御することにより、この種の脈動が生成されてもよい。ここで、「脈動波の谷」とは、脈動波として気筒に送り込まれる吸気によって変化する各種の物理指標の波形の谷を包括する概念であり、好適な一形態として、例えば吸気量により変化する気筒内部の圧力（以下、適宜「筒内圧」と略称する）の波形の谷であってもよいし、吸気量そのものの波形の谷であってもよい趣旨である。また、「脈動波の谷が吸気弁の閉弁時期に同期するように」とは、脈動波の谷が吸気弁の閉弁時期と時系列上一致することのみに限定されず、少なくとも実践上何らかの不具合が生じない程度に当該閉弁時期と相前後した時系列上の位置に当該脈動波の谷が位置していればよい趣旨である。

吸気の脈動は、吸気制御弁の開弁時に相対的に大量の吸気が気筒内に流入すること等により生じるから、吸気弁の閉弁時期に脈動波の谷を同期させる場合、必然的に吸気弁の閉弁時期以前に脈動波の山が現れることになる。この脈動波の山により、大気圧未満の負圧領域であるにせよ大気圧以上の過給領域であるにせよ筒内圧は上昇し得、負の仕事であるポンピングロスが低減される。この際、脈動波の谷が吸気弁の閉弁時期に同期するよう制御されているため、ポンピングロス低減に係る理論的に、実質的に又は現実的に最大の、或いはそれに準じる高い効果を得ることが可能となる。

尚、脈動波の谷を吸気弁の閉弁時期に同期させるための吸気制御弁の開弁時期は、吸気制御弁の開度、内燃機関の運転条件或いは更に外界の条件等に応じて一義的に定まり得る。従って、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、これら各種条件と吸気制御弁の開弁時期との関係を特定することは可能であり、決定手段により決定される吸気制御弁の開弁時期は、例えば予めマップ化された状態で然るべき記憶手段に記憶され、その都度当該マップから選択的に取得されてもよいし、或いは特定された関係に相当する演算アルゴリズム等に基づいてその都度個別具体的に算出されてもよい。また、本発明に係る開弁時期に吸気制御弁が閉弁してしまえば、必然的に脈動波の谷が吸気弁の閉弁時期に同期して現れるため、開弁以降、吸気制御弁が実践上何らかの不具合を生じさせない範囲で開弁状態を継続しようが、また可及的に早期に閉弁しようが、少なくとも当該気筒のポンピングロスの大小に実践上の影響を与えない。即ち、ポンピングロス低減制御による吸気制御弁の制御は、少なくとも開弁時期についてのみ行われればよい。従って、内燃機関が高回転領域にあろうと、或いは軽負荷領域にあろうと、ポンピングロス低減制御の実行に支障が生じる可能性は低く、本発明に係るポンピングロス低減制御は、実践的にみて、内燃機関の広範な運転領域（例えば、全域）において実行可能である。

このように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、吸気の脈動波の谷が吸気弁の閉弁時期に同期するように吸気制御弁の開弁時期を制御する旨のポンピングロス低減制御により、内燃機関の運転条件に影響を受けることなくポンピングロスの低減が可能であり、とりわけ吸気制御弁を早期に閉弁することが困難であることに起因する問題が顕在化し易い高回転領域又は軽負荷領域等において顕著に有効である。また、本発明に係る内燃機関は、少なくとも複数の気筒で吸気通路及び吸気制御弁を共有している。従って、装置構成の複雑化及び肥大化並びにコストの増加を可及的に抑制しつつ、ポンピングロス低減に係る実践上の利益を享受することが可能である。即ち、効率的且つ効果的にポンピングロスを低減することが可能となるのである。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関は、前記吸気制御弁の上流側に、前記吸気の量を調節可能な吸気絞り弁を備える。

吸気制御弁のみにて脈動波の生成に加えて吸気の調量を行おうとする場合、実践的にみて吸気の調量精度が担保され難い場合がある。また制御系の負荷が増大する可能性もある。この態様によれば、吸気制御弁の上流側に例えばスロットルバルブ等の吸気絞り弁が備わるため、吸気の調量は吸気絞り弁の開度を例えば段階的に又は連続的に制御することにより実現可能であり、吸気制御弁の物理的、機械的、機構的又は電気的構成を簡素化することができる。より具体的に言えば、この場合、吸気制御弁の開閉状態は、開き側（例えば、全開）と閉じ側（例えば、全閉）の二値状態を採るだけでもよく、コストの増加を抑制することが可能である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記決定手段は、前記吸気弁の開弁後に開弁するように前記開弁時期を決定する。

この態様によれば、吸気弁の開弁後に吸気制御弁が開弁するように吸気制御弁の開弁時期が決定されるため、吸気行程中に吸気の脈動が効果的に生成され、且つ吸気弁の閉弁時期に脈動波の谷を好適に同期させることができる。従って、ポンピングロスを効果的に低減することができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記決定手段は更に、前記吸気弁の閉弁時期に同期するように前記吸気制御弁の閉弁時期を決定し、前記制御手段は、前記ポンピングロス低減制御において、前記吸気制御弁の閉弁時期が前記決定された閉弁時期となるように前記吸気制御弁を制御する。

吸気弁の閉弁時期は、通常ＢＤＣ（Bottom Death Center：下死点）よりも進角側（即ち、ＴＤＣ（Top Death Center：上死点）側）に設定される。この場合、圧縮行程初期において未だ開弁している吸気弁を介して吸気が吐き出され、吸気の体積効率（即ち、充填効率）が減少することによってポンピングロスの低減がより効果的になされ得るが、吸気弁の閉弁以前に吸気制御弁が閉弁していると、この吸気の吐き出し作用が阻害され、ポンピングロスの低減を効率的に行えなくなる可能性がある。一方で、吸気弁が圧縮行程初期において開弁している場合、吸気弁の閉弁時期において他の気筒の吸気行程は既に開始されており、吸気弁の閉弁以降、吸気制御弁を閉弁しないと、他の気筒について吸気の脈動波を生成し難くなる。また、脈動波を生成し得たとして当該脈動波の谷を吸気弁の閉弁時期に同期させ難くなる。

この態様によれば、決定手段により、吸気弁の閉弁時期に同期するように吸気制御弁の閉弁時期が決定され、制御手段による吸気制御弁の開閉制御に供される。このため、吸気弁を介した吸気の吐き出しが十分に行われ、ポンピングロスが可及的に高効率に低減される。尚、「吸気弁の閉弁時期に同期するように」とは、吸気制御弁の閉弁時期が吸気弁の閉弁時期と時系列上一致することのみに限定されず、少なくとも実践上何らかの不具合が生じない（即ち、少なくとも実践上十分な吸気吐き出し効果が得られる、或いは他の気筒に対応する制御のために少なくとも実践上十分な時間的余裕をもって吸気制御弁の開閉を行い得る（言い換えれば、ポンピングロス低減制御に係る吸気制御弁の開閉制御を、各気筒について同一のタイミングで行い得る）程度に当該吸気弁の閉弁時期と相前後した時系列上のタイミングで吸気制御弁の閉弁がなされればよい趣旨である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記内燃機関の運転領域が、所定の軽負荷領域及び所定の高回転領域のうち少なくとも一方に該当する場合に、前記ポンピングロス低減制御を実行する。

上述したように、内燃機関が高回転領域或いは軽負荷領域にある場合には、吸気制御弁による吸気早閉じ制御が実行され難い。従って、内燃機関の運転領域が高回転領域又は軽負荷領域或いは高回転軽負荷領域にある場合等において、本発明に係るポンピングロス低減制御は顕著に有効である。一方、吸気早閉じ制御は、本発明に係るポンピングロス低減制御と較べて、ＮＶ（Noise and Vibration：騒音と振動）性能の面で有利である場合があり、吸気早閉じ制御の実行が可能である旨の実践上の判断を下し得る場合等には、ポンピングロス低減制御に優先する形で吸気早閉じ制御がなされてもよい。

尚、「所定の軽負荷領域」及び「所定の高回転領域」とは、少なくとも本発明に係るポンピングロス低減制御に係る吸気制御弁の制御の方が、吸気早閉じ制御に係る吸気制御弁の制御と比較して実践上生じる不利益が少ないと判断され得る程度に軽負荷又は高回転の領域を指す。従って、この種の軽負荷領域及び高回転領域とは、内燃機関、特に吸気通路及び吸気制御弁の物理的、機械的、機構的又は電気的な構成に応じて事前に適合された、例えば機関回転速度、アクセル開度或いは吸入空気量等によって、内燃機関毎に適宜規定されてよい趣旨である。

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。

＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。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。

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、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。

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、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、後述するポンピングロス低減制御を実行することが可能に構成されている。

尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「決定手段」及び「制御手段」として機能する一体の電子制御ユニットであるが、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成は、これに限定されるものではなく、例えば複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。

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本のシリンダ２０２が並列して配置された構成を有している。そして、各シリンダ内における圧縮行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。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、個々のシリンダ２０２の構成は相互に等しいため、ここでは一のシリンダ２０２についてのみ説明することとする。但し、各シリンダを区別して表す場合には、これら４本のシリンダの各々を適宜「第１シリンダ」、「第２シリンダ」、「第３シリンダ」及び「第４シリンダ」と表現することにする。

図１において、外界から導かれる空気たる吸入空気は、吸気管２０４を介して供給される。吸気管２０４には、サージタンク２０５が設置されており、その内部において吸気管２０４と連通している。サージタンク２０５は、吸入空気を安定してシリンダ２０２側に供給するための貯留手段であり、吸気管２０４内を流れる吸入空気は、サージタンク２０５に一時的に貯留され、その不規則な脈動等が抑制される構成となっている。

サージタンク２０５の下流側（即ちこの場合、シリンダ２０２側）において、吸気管２０４は吸気枝管２０６に連通している。吸気枝管２０６は、各シリンダ２０２の吸気ポート（不図示）の各々に連通しており、吸気管２０４を流れる吸入空気は、吸気枝管２０６を介して、各シリンダに対応する不図示の吸気ポートに導かれる構成となっている。吸気ポートは、一のシリンダ２０２について二個ずつ備わっており、夫々がシリンダ２０２内部に連通可能に構成されている。吸気ポートとシリンダ２０２内部との連通状態は、各吸気ポートに対し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シリンダ２０２内部とを連通させることが可能に構成されている。このように、エンジン２００では、吸気管２０４及び吸気枝管２０６が４本のシリンダ２０２に共有されており、本発明に係る「吸気通路」の一例をなしている。

吸気ポートには、不図示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シリンダ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。

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、高温高圧のシリンダ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。

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シリンダ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。

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。

コンプレッサ２１８は、エアクリーナ２１９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上述したサージタンク２０５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２１８を含む過給器の総称として適宜「ターボチャージャ」なる言葉を使用することとする。

エアクリーナ２１９とコンプレッサ２１８との間には、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２２０が設置されている。エアフローメータ２２０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気量Ｇａ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Ｇａは、シリンダ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。

コンプレッサ２１８とサージタンク２０５との間には、インタークーラ２２１が設置され、過給された吸入空気を冷却することによって過給効率の向上が図られる構成となっている。また、インタークーラ２２１とサージタンク２０５との間には、サージタンク２０５へ供給される吸入空気の量を（即ち、一義的に吸気量を）調節可能なスロットルバルブ２２２が配設されている。このスロットルバルブ２２２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２２３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２２２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２２２及びスロットルバルブモータ２２３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。

スロットルバルブ２２２の開度たるスロットル開度は、不図示のアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Ａｃｃに応じて制御される。アクセル開度Ａｃｃ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スロットル開度は小さく（即ち、吸入空気量が絞られる方向に制御され）、アクセル開度が大きい程スロットル開度が大きく（即ち、吸入空気量が絞られない方向に制御され）なるように、ＥＣＵ１００により、検出されたアクセル開度Ａｃｃに応じてスロットルバルブモータ２２３が制御される。ここで特に、スロットル開度が、吸入空気量に影響を与える指標である（即ち、スロットル開度の大小は、吸入空気量の大小に夫々対応する）ことに鑑みれば、本実施形態において、内燃機関の負荷状態は結局アクセル開度Ａｃｃにより規定される。

一方、サージタンク２０５と吸気バルブ２０７との間、より具体的には、吸気管２０４と各吸気ポートに連通する吸気枝管２０６との接続部位近傍には、インパルス弁２２４が設けられている。インパルス弁２２４は、サージタンク２０５と吸気枝管２０６との連通を遮断する全閉状態と、サージタンク２０５と吸気枝管２０６とをほぼ全面的に連通させる全開状態との二値的な開閉状態を採るように構成された、本発明に係る「吸気制御弁」の一例たる電磁制御弁である。インパルス弁２２４を駆動する不図示の駆動系は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、インパルス弁２２４の開閉状態は、ＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。このように、スロットルバルブ２２２よりも下流側においてインパルス弁２２４を備えることにより、エンジン２００では、各シリンダ２０２への吸入空気の供給の有無が、インパルス弁２２４の開閉状態に応じて制御される。

インパルス弁２２４は、このように二値的な開閉状態を採り得るため、例えば開閉動作を繰り返すことによって、サージタンク２０５から供給される吸入空気を脈動させつつ吸気枝管２０６に供給することが可能である。既に述べたように、吸入空気は吸気を構成する要素（本実施形態では、噴霧状態の燃料が混合される点を除けば、吸入空気と等しい）であり、吸入空気が脈動波として供給され得ることに鑑みれば、吸気もまた脈動波としてシリンダ２０２内部へ吸入される。尚、吸気を脈動させるためのインパルス弁２２４の動作は、このような開閉動作の繰り返しに限定されず、インパルス弁２２４上下流の圧力が相違すれば、例えば一回の開閉動作によっても、吸気の脈動は好適に生成される。

＜実施形態の動作＞
以下、適宜図面を参照し、本実施形態の動作として、エンジンシステム１０においてエンジン２００のポンピングロスを低減すべくＥＣＵ１００により実行されるポンピングロス低減制御について説明する。

始めに、図２を参照し、ポンピングロス低減制御の流れについて説明する。ここに、図２は、ポンピングロス低減制御のフローチャートである。

図２において、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の運転条件を取得する（ステップＳ１０１）。本実施形態では、係る運転条件として、機関回転速度ＮＥ及び上述したアクセル開度Ａｃｃが取得される。この際、機関回転速度ＮＥは、クランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサ（図１においては不図示）の検出信号を時間処理することによって、ＥＣＵ１００自身が演算結果として把握しており、アクセル開度Ａｃｃは、アクセル開度センサ１１により検出され、ＥＣＵ１００により電気信号として取得される。

運転条件が取得されると、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の運転条件が吸気絞り領域に該当するか否かを判別する（ステップＳ１０２）。ここで、「吸気絞り領域」とは、スロットルバルブ２２２の開度を絞ることによって、サージタンク２０５から吸気枝管２０６への吸入空気の供給を制限すべき領域を指し、言い換えれば、ターボチャージャによる過給を必要としない領域を指す。このような吸気絞り領域とは、即ち、典型的には軽負荷或いは更に一部中負荷の領域であり、本実施形態では、ステップＳ１０１に係る処理において取得されたアクセル開度Ａｃｃが所定の基準値未満（或いは、以下）であるか否かに基づいてステップＳ１０２に係る判別処理が実行される。

判別の結果、エンジン２００の運転領域が吸気絞り領域に該当しない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、処理はステップＳ１０１に戻され、ポンピングロスの低減が図られることなく一連の処理が繰り返される。補足すれば、吸気絞り領域では、スロットル開度が絞られることにより、吸入空気の供給が制限されることになり、吸気行程における筒内圧が大気圧未満の負圧となり易く、実践上看過し難いポンピングロスが生じ易い。反対に、過給領域では、スロットルバルブ２２２はほぼ全開付近に制御されるため、ポンピングロスは、吸気絞り領域と較べて明らかに小さくなる。即ち、実践上ポンピングロスの低減が必要とされないのである。

一方、エンジン２００の運転領域が吸気絞り領域に該当する場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、吸気早閉じ制御の実行が可能であるか否かを判別する（ステップＳ１０３）。吸気早閉じ制御の詳細については後述するが、吸気早閉じ制御は、エンジン２００の運転条件が高回転領域又は軽負荷領域に該当する場合には、実行が困難となる制御であり、ステップＳ１０３に係る処理では、ステップＳ１０１に係る処理で取得された機関回転速度ＮＥが機関回転速度の基準値と比較され、また、アクセル開度Ａｃｃがアクセル開度の基準値（この基準値は、上述した吸気絞り領域であるか否かを規定する基準値以下の値である）と比較される。この際、機関回転速度ＮＥが基準値より大きいか（或いは以上か）、又はアクセル開度Ａｃｃが基準値未満（或いは以下）である場合に、吸気早閉じ制御の実行が不可能である（この場合の不可能とは、少なくとも実践上何らの問題も生じさせることなく吸気早閉じ制御を行うことが理論的に、実質的に又は現実的に困難である旨を指す）と判別される。

吸気早閉じ制御の実行が可能である場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、吸気早閉じ制御を実行し（ステップＳ１０４）、吸気早閉じ制御に対応する開閉タイミングでインパルス弁２２４が開閉するように、インパルス弁２２４の開閉状態を制御する。一方、吸気早閉じ制御の実行が不可能である場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、インパルス制御を実行し（ステップＳ１０５）、インパルス制御に対応する開閉タイミングでインパルス弁２２４が開閉するように、インパルス弁２２４の開閉状態を制御する。尚、インパルス制御の詳細については後述する。吸気早閉じ制御又はインパルス制御が実行されると、処理はステップＳ１０１に戻され、一連の処理が繰り返される。このように、ポンピングロス低減制御においては、ポンピングロスを低減すべき場合に、吸気早閉じ制御又はインパルス制御が実行される。

次に、図３を参照し、吸気早閉じ制御の詳細について説明する。ここに、図３は、吸気早閉じ制御に対応するインパルス弁２２４の開閉時期を表すタイミングチャートである。

図３において、横軸には時刻が表されており、縦軸には、上段から順に、第１シリンダ（図示♯１）、第２シリンダ（図示♯２）、第３シリンダ（図示♯３）及び第４シリンダ（図示♯４）における吸気バルブ２０７の開閉状態、並びにインパルス弁２２４の開閉状態が表される。尚、エンジン２００では、吸気バルブ２０７及びインパルス弁２２４の動作が、クランク角により制御される。従って、クランク角は、角度概念であると同時に、時間概念として扱うことが可能である。また、図３では、経過時刻とクランク角との相対的な位置関係を維持するために、機関回転速度ＮＥが一定であるとする。

図３において、第１シリンダを例に採って説明すると、時刻Ｔ１、Ｔ４、Ｔ７、Ｔ１０及びＴ１３は、夫々圧縮ＴＤＣ（圧縮行程におけるＴＤＣであり、膨張行程の開始時期である）、膨張ＢＤＣ（膨張行程におけるＢＤＣであり、排気行程の開始時期である）、排気ＴＤＣ（排気行程におけるＴＤＣであり、吸気行程の開始時期である）、吸気ＢＤＣ（吸気行程におけるＢＤＣであり、圧縮行程の開始時期である）及び圧縮ＴＤＣに相当する時刻である。尚、エンジン２００では、第１シリンダ、第３シリンダ、第４シリンダ及び第２シリンダの順に（表現は一例であり、一の行程が相前後して行われるシリンダが等しい限りにおいて、どのように表現されてもよい。例えば第４シリンダ、第２シリンダ、第１シリンダ及び第３シリンダの順と表現してもよい）膨張行程を迎えるように爆発順序が規定されている。

エンジン２００では、吸気バルブ２０７は、排気ＴＤＣにおいて開弁し、吸気ＢＤＣよりも進角側（即ち、圧縮行程初期である）において閉弁する（そのように、吸気カム２０９のカムプロフィールが決定されている）。図示網掛け領域は、一のシリンダの吸気バルブ２０７と他のシリンダの吸気バルブ２０７とが同時に開弁しているバルブオーバラップ区間に相当している。第１シリンダを例に採れば、吸気ＢＤＣに相当する時刻Ｔ１０から相応の時間が経過した時刻Ｔ１１において吸気バルブ２０７が閉弁するため、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１に相当する時間は、第１シリンダ及び第３シリンダの吸気バルブ２０７が開弁している。

ポンピングロスの低減を図る場合、吸気バルブ２０７を吸気行程が終了する以前に（即ち、第１シリンダを例に採れば、時刻Ｔ８から時刻Ｔ１１の間の時刻に）閉じてやればよい。これは、言わばバルブタイミングによる吸気早閉じ制御であるが、例えばＶＶＴ（Variable Valve Timing）等の可変動弁装置を有さないエンジン２００では、吸気バルブ２０７のバルブタイミングは吸気カム２０９のカムプロフィールにより一義的に規定されてしまうためその実行が実質的に不可能である。そこで、本実施形態では、インパルス弁２２４を利用した吸気早閉じ制御（即ち、図２ステップＳ１０４に係る吸気早閉じ制御である）が実行される。

本実施形態に係る吸気早閉じ制御では、インパルス弁２２４が、吸気行程途中（第１シリンダを例に採れば、吸気バルブ２０７のリフト量が最大となる時刻Ｔ９）において閉弁される。インパルス弁２２４が閉弁されることにより、サージタンク２０５からの吸入空気の供給が遮断されるため、吸気枝管２０６を介した各シリンダ内への吸気の吸入は、吸気バルブ２０７の開閉状態によらず実質的に終了する。尚、実際には、吸気枝管２０６は、上流部分において相互に連通しており、吸気枝管２０６の容積に相当する量の吸入空気は、各シリンダ内部へ、その吸入され易さは別として吸入され得るが、インパルス弁２２４の開弁時と較べればその量は僅かであり、ここではその影響を無視することとする。このような吸気早閉じ制御がなされた結果、インパルス弁２２４の閉弁以降では、シリンダ２０２内部に吸入される吸気の量（即ち、吸気量）が増加することのないまま吸気行程がなされ、ポンピングロスが低減される。

尚、インパルス弁２２４を全閉状態に制御することにより吸気量を抑制することが可能であることに鑑みれば、スロットルバルブ２２２の開度たるスロットル開度は、理想的には不変となり得る。スロットル開度を不変とし得る場合、言い換えれば吸気絞り領域であるにもかかわらず吸気絞りが不要である場合、筒内圧の変化はより抑制されてポンピングロスの低減に係るより高い効果が奏される。但し、実践上は、スロットル開度を不変としつつインパルス弁２２４の開閉（吸気早閉じ）のみによりエンジン２００の運転領域全域で吸気の調量を行うことは難しいため、吸気早閉じ制御の実行に際し、スロットル開度も幾らかなり変化し得る。

ここで、図４を参照し、吸気早閉じ制御によるポンピングロス低減の効果について説明する。ここに、図４は、エンジン２００の模式的なＰＶ線図である。

図４において、縦軸はシリンダ２０２内の圧力たる筒内圧Ｐｃｙであり、横軸は、シリンダ２０２内壁とピストン上面とによって規定される体積（即ち、上死点では燃焼室の体積に相当する）Ｖとが表される。シリンダ２０２内の一サイクル（吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程により構成されるサイクル）におけるエンジン２００のＰＶ特性は、図４において実線で示される。このＰＶ特性線のうち、図示白丸ｍ１から白丸ｍ２に至る経路が排気行程に相当しており、筒内圧Ｐｃｙは、概ね排気マニホールド２１３の圧力Ｐｅｘ付近で維持されたまま、体積Ｖが減少する。

また、本実施形態に係る吸気早閉じ制御がなされない場合（以下、適宜「比較例」と称する）の吸気行程は、図示するＰＶ特性線のうち、図示白丸ｍ２から白丸ｍ５に至る経路（ｍ３及びｍ４を通過する経路）に相当する部分として表される。即ち、この場合、吸気絞り領域であるが故にスロットル開度を減少側に制御、即ち絞る必要があり、筒内圧Ｐｃｙは、ほぼ大気圧に相当する上述したＰｅｘよりも低い負圧領域のＰｉｎまで低下し、概ねＰｉｎを維持したまま推移する。一方、吸気行程では、ピストンがシリンダ内を下降するのに応じて体積Ｖが増加する。吸気行程に引き続いて行われる圧縮行程では、再び体積Ｖが減少するが、シリンダ２０２内部には吸気が充填されており、圧縮の進行と共に筒内圧Ｐｃｙは上昇する。従って、この場合、エンジン２００のポンピングロスは、図示するＰＶ特性線のうち、図示白丸ｍ７から白丸ｍ２、ｍ３、ｍ４及びｍ５を順次介して白丸ｍ７へ戻る部分によって囲まれた領域に相当する。

一方、本実施形態における吸気早閉じ制御がなされた場合、吸気行程の途中で吸気の吸入が実質的に停止されるので、スロットル開度の絞り量は少なくとも比較例と較べて少なくて済み、筒内圧Ｐｃｙは、上述したＰｉｎまで減少せずに図示Ｐ１（Ｐｅｘ＞Ｐ１＞Ｐｉｎ）で安定する。その結果、吸気行程に相当するＰＶ特性線は、図示白丸ｍ２からｍ３及びｍ６に至る経路となり、ポンピングロスは、白丸ｍ７から白丸ｍ２、ｍ３及びｍ６を順次介して白丸ｍ７へ戻るＰＶ特性線に囲まれた領域となる。従って、本実施形態に係る吸気早閉じ制御がなされる場合となされない場合とのポンピングロスには、図示ポンピングロス偏差ΔＰＰＬ（斜線部分に相当）に相当する差が生じる。即ち、吸気早閉じ制御によって、ポンピングロス偏差ΔＰＰＬに相当する量のポンピングロス低減効果を得ることができるのである。

ここで、図４に示す如きポンピングロス低減効果は、インパルス弁２２４を閉弁することにより、一のシリンダ２０２内部に吸気を閉じ込めることによって得られるものである。このため、図３において網掛け表示されるバルブオーバラップ区間においては、インパルス弁２２４は閉弁されている必要がある。この区間においてインパルス弁２２４が開弁されていると、他のシリンダ２０２における吸気バルブ２０７の閉弁期間に吸気がシリンダ２０２から漏出してポンピングロスが増加してしまうためである。また、インパルス弁２２４を全閉状態から全開状態を経て再び全閉状態に制御する（即ち、一の開閉動作）には、インパルス弁２２４毎に物理的、機械的、機構的又は電気的な構成上定まる時間が少なくとも必要となる。

そのような事情に鑑みると、吸気早閉じ制御を行うためには、第１シリンダを例に採れば、少なくとも「Ｔ８−Ｔ７」に相当する時間に当該時間を加算した時間（以下、適宜「最小時間Ｔｍｉｎ」と称する）が必要となる。即ち、吸気行程が係る最小時間Ｔｍｉｎ以下となる機関回転速度ＮＥの領域では、吸気早閉じ制御の実行が実質的に不可能となる。図２のステップＳ１０３に係る判別処理において参照される機関回転速度ＮＥの基準値とは、吸気行程が係る最小時間Ｔｍｉｎとなる機関回転速度ＮＥの値である。

このような機関回転速度ＮＥによる制約と共に、吸気早閉じ制御は、エンジン２００の負荷条件によっても制約される。即ち、吸気早閉じ制御は、スロットル開度の絞り量を抑制し得ることにより効果を奏するものであり、要求される吸気量が過度に小さく、実践上ポンピングロスを無視し難い程度に増大させるまでスロットル開度を絞る必要が生じる場合には、実践上十分なポンピングロス低減効果が得られ難い。シリンダ２０２における吸気量の最小値は、一のスロットル開度に対し、最小時間Ｔｍｉｎによって一義に規定される。図２のステップＳ１０３に係る判別処理において参照されるアクセル開度の基準値とは、スロットル開度の絞り量を許容範囲に収め得る最小のアクセル開度（言い換えれば、スロットル開度の絞り量を許容範囲に抑えた状態で、上述した吸気量の最小値が要求値を超えないアクセル開度）である。即ち、アクセル開度が基準値未満（或いは、以下）となる領域では、インパルス制御を実行した方が、実践上の利益が高い旨の判断が下される。このように、インパルス弁２２４による吸気早閉じ制御の実行には、機関回転速度ＮＥ及びアクセル開度Ａｃｃによる制約があり、例えばポンピングロス低減による燃費改善効果が顕著に要求される高回転軽負荷領域等において、その実行が困難となり易い。そのような場合に、本実施形態では、インパルス制御が実行される。

ここで、図５を参照し、インパルス制御の詳細について説明する。ここに、図５は、インパルス制御に対応するインパルス弁２２４の開閉時期を表すタイミングチャートである。尚、同図において、図３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。

図５において、インパルス弁２２４は、吸気バルブ２０７の開弁期間中期（第１シリンダを例にとれば、吸気バルブ２０７のリフト量が最大となる時刻Ｔ９）に開弁し（程なく全開状態となる）、吸気バルブ２０７の閉弁時期（第１シリンダを例にとれば、即ち時刻Ｔ１１）に閉弁する（程なく全閉状態となる）ように、ＥＣＵ１００により制御される。

ここで、図６を参照し、インパルス弁２２４の開閉時期の詳細について説明する。ここに、図６は、インパルス制御におけるシリンダ２０２の筒内圧Ｐｃｙの特性を表す模式図である。尚、同図において、図５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。

図６において、筒内圧Ｐｃｙの時間特性は、図示ＰＲＦ＿Ｐｃｙとして表される。図示するように、インパルス弁２２４の一の開閉動作により、吸気の脈動が生成され、筒内圧Ｐｃｙは吸気バルブ２０７の開弁期間において激しく変化する。この際、筒内圧Ｐｃｙの脈動波の波形には、山に相当する部分（即ち、時刻Ｔ１６）と、谷に相当する部分（即ち、時刻Ｔ１１）が現れる。ここで、インパルス制御では、この脈動波の谷が、吸気バルブ２０７の閉弁時期（即ち、時刻Ｔ１１）に同期するように、インパルス弁２２４の開弁時期（即ち、時刻Ｔ９）が決定される。この際、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭから、予め機関回転速度ＮＥに当該開弁時期を対応付けて設定してなる開弁時期マップを取得し、その時点の機関回転速度ＮＥに対応する一の開弁時期を選択的に取得することにより、インパルス弁２２４の開弁時期を決定する。但し、インパルス弁２２４の開弁時期の設定態様は、これに限定されない。例えば、マップ化されるにせよ機関回転速度ＮＥに代えて或いは加えて他の指標値が使用されてもよいし、開弁時期はマップ化されることなく、然るべきパラメータ（例えば、機関回転速度ＮＥ等）及び然るべきアルゴリズムに従ったＥＣＵ１００による数値演算又は論理演算によりその都度個別具体的に導出されてもよい。

ここで、比較例として、上述した比較例と同等な吸気絞り制御における筒内圧ＰｃｙをＰＲＦ＿Ｃｍｐ（破線参照）として表すと、インパルス制御における筒内圧Ｐｃｙは、吸気行程初期から中期にかけて低下し、開弁する時刻Ｔ９付近において一時的に比較例以下となるが、インパルス弁２２４の開弁に伴う吸気の脈動により上昇し始め、脈動効果により相対的に大量の吸気が吸入される時刻Ｔ１６付近において比較例の筒内圧を大きく上回り、再び低下する。この際、脈動波の谷が吸気バルブ２０７の閉弁時期に同期しており、時刻Ｔ１２付近における筒内圧の盛り上がり分が、ポンピングロスの低減に効果的に影響する。

ここで、図７を参照し、インパルス制御によるポンピングロス低減の効果について説明する。ここに、図７は、エンジン２００の他の模式的なＰＶ線図である。尚、同図において、図４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。また、図７は特に、シリンダ２０２における吸排気行程に対応するＰＶ特性線を主として表したものである。

図７において、図７（ａ）は、比較例に係るＰＶ線図であり、図７（ｂ）は、インパルス制御に係るＰＶ線図である。

図７（ａ）では、膨張行程（図示矢線ｘ１参照）が終了した段階で、排気行程（図示矢線ｘ２及びｘ３参照）及び吸気行程（図示矢線ｘ４及びｘ５参照）が行われ、それに引き続いて圧縮行程（図示矢線ｘ６参照）が実行される。この際、ポンピングロスは、吸排気行程に対応するＰＶ線（即ち、図示矢線ｘ２、ｘ３、ｘ４及びｘ５）に囲まれた図示ポンピングロスＰＰＬ１（斜線部分参照）となる。

一方、図７（ｂ）では、図７（ａ）と同様に各行程が行われるものの、吸気行程（即ち、図示矢線ｘ４及びｘ５）が、図６で述べた筒内圧Ｐｃｙの変化により二次曲線状となり、ポンピングロスは、図示ポンピングロスＰＰＬ２（斜線部分参照）となる。ポンピングロスＰＰＬ２と、ポンピングロスＰＰＬ１とを比較すれば明らかなように、脈動波の山に相当する筒内圧の盛り上がりによるポンピングロスの減少は、一時的な筒内圧の低下によるポンピングロスの増加を大きく上回り、且つ脈動波の谷が吸気バルブ２０７の閉弁時期に同期せしめられることにより、その利益が保持される。このように、本実施形態に係るインパルス制御によれば、ポンピングロスを効果的に低減することが可能となる。

ここで、図５に戻り、インパルス制御によるポンピングロス低減効果は、吸気の脈動波の谷が吸気バルブ２０７の閉弁時期に同期していればよい。吸気の脈動波の谷が吸気バルブ２０７の閉弁時期に同期していれば、必然的にそれより以前に脈動波の山が現れるからである。一方、このように、吸気バルブ２０７の閉弁時期に脈動波の谷が同期していればよいことに鑑みれば、インパルス弁２２４の閉弁時期は、次シリンダに対応する動作に支障をきたさぬ限りにおいて特に限定されない。例えば、第１シリンダに対応するインパルス制御において、インパルス弁２２４は、時刻Ｔ９に開弁するが、この時点で時刻Ｔ１１に脈動波の谷が現れることは決定しており、時刻Ｔ１１以前にインパルス弁２２４が閉弁されるにせよ、時刻Ｔ１１以降にインパルス弁２２４の開弁状態が維持されるにせよ、上述したポンピングロス低減効果は変わらず得ることができる。即ち、インパルス制御の実行は、機関回転速度ＮＥによる制限を理想的には受けずに済み、実践的にみた所で明らかに吸気早閉じ制御よりも高回転領域において実行可能な制御である。

また、負荷領域の制限でみた場合、インパルス弁２２４の動作速度の限界を考えれば、吸気バルブ２０７の閉弁時に脈動波の谷を同期させるべくインパルス弁２２４の開弁時期は規定されてしまうから、吸気早閉じ制御の場合と同様に、スロットルバルブ２２２による吸気絞りは幾らかなり必要となり得る。然るに、このように吸気絞りを行ったとしても、脈動波の状態には影響しないから、図６に示すような筒内圧Ｐｃｙの波形は問題なく得ることができる。従って、インパルス制御には、負荷領域の制限も実質的に存在しない。このように、本実施形態に係るインパルス制御によれば、機関回転速度及び負荷領域による影響を可及的に排除しつつ、ポンピングロスを最大限に低減することが可能である。

ここで特に、インパルス弁２２４の閉弁時期は、吸気バルブ２０７の閉弁時期に脈動波の谷が同期している限りにおいて許容範囲が広い旨を上述したが、本実施形態では、インパルス弁２２４の閉弁時期が、吸気バルブ２０７の閉弁時期に同期するようインパルス弁２２４が制御されている。吸気バルブ２０７は、既に述べたように、吸気ＢＤＣを過ぎた圧縮行程初期においても開弁しており、吸気ＢＤＣ以降閉弁するまでの期間においては、一旦吸入された吸気はピストンに押し戻されるように吸気バルブ２０７を介して吸気枝管２０６に吹き返される。この吸気の吹き返しに係る吹き返し量が多い程、シリンダ２０２内部の吸気の充填効率が低下して、ポンピングロスが低減される。即ち、吸気の吹き返しによるポンピングロスの更なる低減効果を得ようとした場合、インパルス弁２２４は、吸気バルブ２０７の閉弁以前に閉弁しない方がよい。インパルス弁２２４が閉弁している状態では、吸気バルブ２０７が開弁いたとしても、吸気が効率的にシリンダ２０２から流出しないからである。一方、吸気バルブ２０７の閉弁以降であれば、吸気の吹き返し効果は最大限に享受され、ポンピングロスの低減に係る利益は担保される。然るに、吸気バルブ２０７の閉弁以降インパルス弁２２４の開弁を継続すると、次シリンダにおけるインパルス弁２２４の開弁時期を迎えてしまう。吸気の脈動を十分に生成しようとした場合、インパルス弁２２４の閉弁時期と開弁時期との間には、ある程度のインタバルが必要であり、その点に鑑みれば、インパルス弁２２４は、吸気バルブ２０７の閉弁時期に同期して閉弁するのが望ましい形態となる。このような理由から、本実施形態では、吸気バルブ２０７の閉弁時期とインパルス弁２２４の閉弁時期とが同期するようになっており、インパルス弁２２４の動作を時間的余裕をもって行わせつつ、ポンピングロスを最大限低減し得るといった、実践上の高い利益が提供されている。

尚、本実施形態においては、吸気の脈動波の谷が吸気バルブ２０７の閉弁時期と、またインパルス弁２２４の閉弁時期が吸気バルブ２０７の閉弁時期と、夫々同期するようにインパルス弁２２４が制御されており、各図に図示するように、これらは時系列上一致した時刻になされている。然るに、本発明に係る「同期」とは、このような時系列上で一致するようになされるものに限定されることはなく、実践的に許容し得る範囲において、相互に相前後したタイミングでおこなわれてよい趣旨である。即ち、インパルス弁２２４の開弁時期は、吸気の脈動波の谷が吸気バルブ２０７の閉弁時期に相前後して現れるように制御されてもよいし、インパルス弁２２４の閉弁時期は吸気バルブ２０７の閉弁時期に相前後するように制御されてもよい。この場合の許容範囲は、例えば、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得られる相互間のズレ量とポンピングロス低減効果の減少量との関係に基づいて、ポンピングロス低減効果が実践上十分とみなし得る程度に得られるよう設定されていてもよい。

尚、本実施形態において、エンジン２００は、直列４気筒エンジンであり、４本のシリンダが即ち、本発明に係る「複数の気筒」の一例となっているが、同様に直列４気筒エンジンであるとして、例えば第１及び第２シリンダから構成されるシリンダ群と、第３及び第４シリンダからなるシリンダ群とのように、複数のシリンダ群が設定され、夫々において独立して吸気通路（吸気管２０４の一部及び吸気枝管２０６）が共有される場合、エンジン２００全体としては、インパルス弁２２４が２個設置されていてもよい。或いは、Ｖ型のシリンダ配列を有するＶ型エンジンであれば、始めからシリンダは複数のシリンダ群に分割され各々バンクを構成し得る。このような場合には、各バンクにインパルス弁２２４に相当する吸気制御弁が設けられていてもよい。いずれにせよ、本発明に係るポンピングロス低減効果は問題なく享受される。

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制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

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１のエンジンシステムにおいて実行されるポンピングロス低減制御のフローチャートである。 図２の制御において選択的に実行される吸気早閉じ制御に対応するインパルス弁の開閉時期を表すタイミングチャートである。 図１のエンジンの模式的なＰＶ線図である。 図２の制御において選択的に実行されるインパルス制御に対応するインパルス弁の開閉時期を表すタイミングチャートである。 インパルス制御におけるシリンダの筒内圧の特性を表す模式図である。 エンジン２００の他の模式的なＰＶ線図である。

符号の説明

１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２…シリンダ、２０４…吸気管、２０５…サージタンク、２０６…吸気枝管、２０７…吸気バルブ、２２２…スロットルバルブ、２２４…インパルス弁。

Claims (5)

1. 複数の気筒と、該複数の気筒の各々に共有される吸気の通路と、該通路に設けられ、開閉状態に応じて前記吸気の脈動を生成可能な吸気制御弁とを備えてなる内燃機関の制御装置であって、
   前記各々の吸気行程において、前記吸気の脈動が生じるように、且つ該脈動に係る脈動波の谷が前記各々に備わる吸気弁の閉弁時期に同期するように前記吸気制御弁の開弁時期を決定する決定手段と、
   前記開弁時期が前記決定された開弁時期となるように前記吸気制御弁を制御する旨のポンピングロス低減制御を実行する制御手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関は、前記吸気制御弁の上流側に、前記吸気の量を調節可能な吸気絞り弁を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記決定手段は、前記吸気弁の開弁後に開弁するように前記開弁時期を決定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記決定手段は更に、前記吸気弁の閉弁時期に同期するように前記吸気制御弁の閉弁時期を決定し、
   前記制御手段は、前記ポンピングロス低減制御において、前記吸気制御弁の閉弁時期が前記決定された閉弁時期となるように前記吸気制御弁を制御する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記内燃機関の運転領域が、所定の軽負荷領域及び所定の高回転領域のうち少なくとも一方に該当する場合に、前記ポンピングロス低減制御を実行する
   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制御装置。

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