JP2010164000A - 内燃機関の吸気制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の吸気制御装置において、吸気制御弁の動作をより適切に開始することを可能とする。
【解決手段】内燃機関の吸気制御装置（１００等）は、吸気を気筒に導くための吸気通路（２０４等）と、吸気通路に設けられ、開閉状態に応じて吸気の流れの脈動を生成可能な吸気制御弁（２２４等）と、吸気制御弁を駆動し、開閉状態を時間軸上、変化させる駆動手段（２２４Ｄや２２４Ｅ等）と、吸気制御弁の動作が停止している停止状態から吸気制御弁の駆動を開始する場合、吸気制御弁の動作加速度が発生するタイミングを、基準タイミングより早めにさせつつ、吸気制御弁を駆動するように駆動手段を制御する制御手段（１００）とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸気流量を制御する内燃機関の吸気制御装置及び方法の技術分野に関する。

この種の装置として、特許文献１や特許文献２等には、内燃機関の運転状態に応じて吸気制御弁の開閉タイミングを変化させつつ、吸気制御弁を制御することで、内燃機関の有効吸気期間を変化させる技術について開示されている。

特許文献３等には、慣性過給を利用しつつ吸気制御弁を制御する技術について開示されている。

特開２００６−４６２９３号公報 特開平１１−１３４９３号公報 特開２００５−６１２８５号公報

しかしながら、上述した特許文献１等によれば、吸気制御弁が停止している状態から吸気制御弁の動作を開始する場合、目標となる開度に一致させるために消費電力が増大してしまうという技術的な問題点が生じる。

そこで、本発明は、例えば上記の問題点に鑑みなされたものであり、吸気制御弁の動作をより適切に開始することが可能な内燃機関の吸気制御装置及び方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置は、吸気を気筒に導くための吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、開閉状態に応じて前記吸気の流れの脈動を生成可能な吸気制御弁と、前記吸気制御弁を駆動し、前記開閉状態を変化させる駆動手段と、前記吸気制御弁の動作が停止している停止状態（例えば動作速度がゼロである停止状態）から前記吸気制御弁の駆動を開始する場合、前記吸気制御弁の動作加速度が発生するタイミングを、内燃機関の運転状態に応じて決定される基準タイミングより早めにさせつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御する制御手段とを備える。

本発明に係る「内燃機関」とは、一又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。また、この種の内燃機関に係る「内燃機関の吸気制御装置」とは、気筒内部に対する、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）の供給に供される装置である。

本発明に係る内燃機関の吸気装置における「吸気通路」とは、即ち、吸気の通路であって、好適な一形態として、例えばエアクリーナ、エアフローメータ、スロットルバルブ（即ち、吸気絞り弁）及び吸気ポート等を相互に且つ適宜に連結又は連通せしめ得る、例えば単一又は複数の管状部材の形態を採る。特に、本発明に係る内燃機関の吸気装置は、この吸気通路に、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）が備わっており、更にその下流側（尚、「下流」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、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る。吸気冷却手段は、過給器を介して供給される（過給器による過給が実践上有意に行われているか否かとは無関係であってもよい）吸気を冷却可能な物理的、機械的、機構的、電気的、磁気的又は化学的態様を有する手段であって、少なくとも幾らかなり且つ相対的に吸気が冷却されることによって、吸気の密度は相対的に上昇し、吸気の充填効率は向上し得る。

一方、本発明に係る内燃機関の吸気制御装置は、典型的には、吸気通路における吸気冷却手段の下流側に吸気制御弁を備える。この吸気制御弁は、例えば二値的に、段階的に或いは連続的に制御され得る開閉状態に応じて、吸気の脈動を少なくとも生成可能な、且つ当該吸気の量たる吸気量を調整可能な、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採り得る手段である。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に設置される。

例えば駆動回路や駆動モータ等を備えて構成される駆動手段は、吸気制御弁を駆動し、開閉状態を時間軸上、変化させる。例えばプロセッサやメモリ等を備えて構成される制御手段の制御下で、駆動手段は、吸気制御弁の動作が停止している停止状態から吸気制御弁の駆動を開始する場合、吸気制御弁の動作加速度が発生するタイミングを、基準タイミングより早めにさせつつ、吸気制御弁を駆動する。ここに、本発明に係る「停止状態」とは、典型的には、吸気制御弁の動作速度がゼロである状態が、所定の時間、継続し、吸気制御弁が運動エネルギーを殆ど又は完全に有しない状態を意味する。また、本発明に係る「基準タイミング」とは、内燃機関の運転状態に応じて、吸気制御弁が連続的に動作を継続し、ある程度の運動エネルギーを有している動作状態の下で定義される吸気制御弁の動作タイミングを意味する。

このように、基準タイミングよりも早いタイミングで、駆動手段によって、動作加速度が吸気制御弁に対して付与されることにより、吸気制御弁が駆動を開始する際の、吸気制御弁における実際の開度が所望となる目標開度と一致するまでの動作加速時間を長く確保することができる。これにより、吸気制御弁の実際の開度が所望となる目標開度と一致するまでの動作加速度を急激に上昇させる必要性を殆ど又は完全になくすことができる。これにより、吸気制御弁の実際の開度が所望となる目標開度と一致するまでの吸気制御弁の動作速度の変動を低減させることができる。

この結果、吸気制御弁が動作を開始する際の駆動電力若しくは駆動力をより効率的に使用することができるので、吸気制御弁が動作を開始する際の省電力化を実現可能である。以上の結果、駆動手段において、制御回路等の構成の簡素化若しくは小型化を図ることが出来、車両への搭載性の向上及び質量の低減を実現することができる。

本発明の内燃機関の吸気制御装置の一の態様は、前記制御手段は、前記動作加速度が発生するタイミングを、前記基準タイミングより所定時間だけ早めにさせつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御する。

ここに、本発明に係る所定時間は、実験的、理論的、経験的、又はシミュレーション等によって、吸気制御弁における実際の開度が所望の開度と一致するまでの動作速度の変動量をより小さくするように、個別具体的に定義されてよい。

この態様によれば、吸気制御弁の駆動を開始する際に、吸気制御弁をより高精度に駆動することができる。この結果、吸気制御弁が動作を開始する際の駆動電力若しくは駆動力をより効率的に使用することができるので、吸気制御弁が動作を開始する際の省電力化を実現可能である。

本発明の内燃機関の吸気制御装置の他の態様は、前記制御手段は、前記停止状態としての、前記吸気制御弁の運動エネルギーがゼロである状態から前記吸気制御弁の駆動を開始する場合、前記動作加速度が発生するタイミングを、前記基準タイミングより所定時間だけ早めにさせつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御する。

この態様によれば、吸気制御弁の駆動を開始する際に、吸気制御弁をより適切なタイミングで駆動することができる。この結果、吸気制御弁が動作を開始する際の駆動電力若しくは駆動力をより効率的に使用することができるので、吸気制御弁が動作を開始する際の省電力化を実現可能である。

本発明の内燃機関の吸気制御装置の他の態様は、前記制御手段は、前記停止状態としての、前記吸気制御弁の開度が全開であり、且つ前記吸気制御弁の動作速度がゼロである全開状態から前記吸気制御弁の駆動を開始する場合、前記動作加速度が発生するタイミングを、前記基準タイミングより早めにさせつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御する。

この態様によれば、全開状態の吸気制御弁の駆動を開始する際に、吸気制御弁をより適切なタイミングで駆動することができる。この結果、吸気制御弁が動作を開始する際の駆動電力若しくは駆動力をより効率的に使用することができるので、吸気制御弁が動作を開始する際の省電力化を実現可能である。

本発明の内燃機関の吸気制御装置の他の態様は、前記吸気制御弁は、前記吸気通路に設けられた弁体を弁軸の回りに回転させることにより前記開閉状態を変化させて前記吸気の流量を変化させるバタフライ弁であり、前記駆動手段は、前記バタフライ弁を回転駆動し、前記バタフライ弁の開度を時間軸上、変化させ、前記制御手段は、前記バタフライ弁の開度が全開であり、且つ回転速度がゼロである前記停止状態から前記バタフライ弁の回転を開始する場合、前記バタフライ弁の回転加速度が発生するタイミングを、前記基準タイミングより早めにさせつつ、前記バタフライ弁を回転駆動するように前記駆動手段を制御する。

この態様によれば、停止状態のバタフライ弁の駆動を開始する際に、バタフライ弁をより適切なタイミングで回転駆動することができる。この結果、バタフライ弁が回転駆動を開始する際の駆動電力若しくは駆動力をより効率的に使用することができるので、バタフライ弁が回転駆動を開始する際の省電力化を実現可能である。

本発明の内燃機関の吸気制御装置の他の態様は、前記吸気制御弁は、弁軸に回動可能に支持される弁体を、所定の角度範囲で、一の方向又は他の方向に回転させることにより前記開閉状態を変化させて前記吸気の流量を変化させるインパルス弁であり、前記駆動手段は、前記インパルス弁を回転駆動し、前記インパルス弁の開度を時間軸上、変化させ、前記制御手段は、前記インパルス弁の開度が全開であり、且つ回転速度がゼロである前記停止状態から前記インパルス弁の回転を開始する場合、前記インパルス弁の回転加速度が発生するタイミングを、前記基準タイミングより早めにさせつつ、前記インパルス弁を回転駆動させるように前記駆動手段を制御する。

この態様によれば、停止状態のインパルス弁の駆動を開始する際に、インパルス弁をより適切なタイミングで回転駆動することができる。この結果、インパルス弁が回転駆動を開始する際の駆動電力若しくは駆動力をより効率的に使用することができるので、バタフライ弁が回転駆動を開始する際の省電力化を実現可能である。

上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の吸気制御方法は、吸気を気筒に導くための吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、開閉状態に応じて前記吸気の流れの脈動を生成可能な吸気制御弁と、前記吸気制御弁を駆動し、前記開閉状態を変化させる駆動手段とを備えた内燃機関の吸気制御装置における内燃機関の吸気制御方法であって、前記吸気制御弁の動作が停止している停止状態（例えば、動作速度がゼロである停止状態）から前記吸気制御弁の駆動を開始する場合、前記吸気制御弁の動作加速度が発生するタイミングを、内燃機関の運転状態に応じて決定される基準タイミングより早めにさせつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御する制御工程とを備える。

本発明に係る内燃機関の吸気制御方法によれば、上述した本発明に係る内燃機関の吸気制御装置が有する各種利益を享受することが可能となる。

尚、上述した本発明に係る内燃機関の吸気制御装置が有する各種態様に対応して、本発明に係る内燃機関の吸気制御方法も各種態様を採ることが可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。

（第１実施形態）
（基本構成）
始めに、図１を参照して、本発明の第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、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム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る。

エンジン２００は、軽油を燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列４気筒ディーゼルエンジンである。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行程において、当該圧縮行程或いは吸気行程に気筒内に直接噴射される燃料と吸入空気との混合気が圧縮され、自発的に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。特に、クランクシャフトの回転状態は、時間軸上のクランク角度の変化によって特定される。

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「吸気通路」の一例たる吸気管２０４を介して、その内部が吸気管２０４と連通してなるサージタンク２０５へ供給される構成となっている。

サージタンク２０５の下流側（即ち、気筒２０２側）において、下流側管路２０４ｂは連通管２０６に接続され、その内部において連通管２０６と連通する構成となっている。連通管２０６は、各気筒２０２の吸気ポート（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。吸気ポートは、一の気筒２０２について夫々二個ずつ備わっており、夫々が気筒２０２内部に連通可能に構成されている。

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。このように、エンジン２００では、連通管２０６が、個々の気筒２０２（より具体的には吸気ポート）に対応する部分の上流側において集約され、下流側管路２０４ｂを介してサージタンク２０５と接続される構成となっており、連通管２０６は、吸気管２０４と共に本発明に係る「吸気通路」の一例を構成している。

気筒２０２の内部には、筒内噴射型のインジェクタ２０３の一部としての燃料噴射弁が露出しており、高温高圧の気筒内部に燃料たる軽油を直接噴射することが可能に構成されている。ここで、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されている。この燃料タンクに貯留される燃料は、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して不図示の高圧ポンプに圧送される構成となっている。この高圧ポンプは、コモンレール２０３Ａに対し、燃料を供給することが可能に構成されている。尚、高圧ポンプは、公知の各種態様を採り得、ここでは、その詳細については省略することとする。

コモンレール２０３Ａは、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、上流側（即ち、高圧ポンプ側）から供給される高圧燃料をＥＣＵ１００により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。尚、コモンレール２０３Ａには、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設されるが、ここではその図示を省略することとする。インジェクタ２０３は、気筒２０２各々について搭載されており、夫々が高圧デリバリ２０３Ｂを介してコモンレール２０３Ａに接続されている。

ここで、インジェクタ２０３の構成について補足すると、インジェクタ２０３は、ＥＣＵ１００から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル（いずれも不図示）とを備える。当該電磁弁は、コモンレール２０３Ａの高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御することが可能に構成されており、通電時に当該加圧室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該加圧室と低圧通路とを相互に遮断する。

一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向（噴孔を閉じる方向）に付勢している。従って、電磁弁への通電により加圧室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する（噴孔を開く）ことにより、コモンレール２０３Ａより供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能に構成される。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。尚、このような構成は一例であり、例えば、燃料噴射プロセスそのものが電子制御化（即ち、圧力を媒体とすることなく燃料を噴射する）されていてもよい。

ここで、インジェクタ２０３によれば、燃料の噴射量を精細に制御することが可能であり、エンジン２００では、個々のシリンダ２０２において、インジェクタ２０３を介し、目標噴射量に相当する燃料が、燃料と吸気との予混合を促進するための（無論、燃焼室内の急激な温度上昇を防止する目的もある）一又は複数回のパイロット噴射と、目標噴射量とパイロット噴射量との差分に相当するメイン噴射とに分割して噴射される構成となっている。

尚、高圧ポンプ、コモンレール２０３Ａ、高圧デリバリ２０３Ｂ、及びインジェクタ２０３は、一体のコモンレールシステムとして構成されていてもよい。また、高温高圧の気筒内部に燃料を噴射するための態様は、ここに例示するものに限定されず、公知の各種態様を採ってよい。

いずれにせよ気筒２０２内部で形成される混合気は、圧縮行程において自着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、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。

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下流側へ圧送供給することが可能に構成された、所謂、「過給器」の一例たる圧送手段である。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。

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、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。

吸気管２０４において、コンプレッサ２１８の下流側、且つサージタンク２０５の上流側には、インタークーラ２２１が設置されている。インタークーラ２２１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（無論、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た、所謂、「吸気冷却手段」の一例である。エンジン２００では、このインタークーラ２２１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２１７を介した過給がより効率的になされ得る。

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調節可能なディーゼルスロットルバルブ２２２が配設されている。このディーゼルスロットルバルブ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、ディーゼルスロットルバルブ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、ディーゼルスロットルバルブ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。

尚、エンジン２００は、典型的には、ディーゼルエンジンであり、その出力は、ガソリン等を燃料とするエンジンにおける空燃比制御（吸気量を基準とした燃料噴射制御）と異なり、噴射量の増減制御を介してコントロールされる。従って、ディーゼルスロットルバルブ２２２を介して吸入される吸入空気の量には、少なくともその上限側に実質的な制限はなく、ディーゼルスロットルバルブ２２２は、エンジン２００の動作期間の大部分の領域において、基本的に全開位置に制御される。

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Ａｃｃに応じて決定される。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Ａｃｃに応じて変化する。

一方、連通管２０６の集約部分（即ち、個々の気筒２０２に分岐する分岐部分よりも上流側（サージタンク２０５側）の部分であって、下流側管路２０４ｂとの接続部分）には、単一のインパルス弁２２４が設けられている。インパルス弁２２４は、後述する弁体２２４Ａの位置に応じて規定される開度が、下流側管路２０４ｂ（一義的にサージタンク２０５）と連通管２０６との連通を遮断する全閉開度と、下流側管路２０４ｂ（一義的にサージタンク２０５）と連通管２０６とをほぼ全面的に連通させる全開開度との間で連続的に変化す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。尚、インパルス弁２２４は、下流側管路２０４ｂに設けられていてもよい。

（インパルス弁の構成）
ここで、図２を参照し、インパルス弁２２４の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、第１実施形態に係るインパルス弁２２４の周辺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。

図２において、インパルス弁２２４は、弁体２２４Ａ、ハウジング２２４Ｂ、回転軸２２４Ｃ、駆動モータ２２４Ｄ及び駆動回路２２４Ｅを備えた弁装置として構成されている。

弁体２２４Ａは、図示断面における面内で回転可能に構成された回転体である。

ハウジング２２４Ｂは、吸気通路２０４上に設けられ、内部に弁体２２４Ａが挿入されることで典型的な弁を構成する、所謂バルブハウジングである。ハウジング２２４Ｂは、その内部において弁体２２４Ａが図示断面における面内で回転可能に支持され、該弁体２２４Ａが回転することによって、インパルス弁２２４の開度の調整が行われる。

回転軸２２４Ｃは、弁体２２４Ａの回転中心を規定する軸体であり、駆動モータ２２４Ｄの回転軸に連結されている。

駆動モータ２２４Ｄは、三相交流型の電動機であり、その回転軸には上述した回転軸２２４Ｃが連結されている。駆動モータ２２４Ｄは、当該回転軸に連結され且つ永久磁石が付設されてなる不図示のロータが、駆動回路２２４Ｅにより駆動モータ２２４Ｄ内に形成される磁界の作用によって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。

駆動回路２２４Ｅは、駆動モータ２２４Ｄ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電力制御回路である。駆動回路２２４Ｅ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。

詳細には、駆動回路２２４Ｅ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。駆動回路２２４Ｅ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。上述した駆動モータ２２４Ｄ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、駆動回路２２４Ｅ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。

詳細には、図２において、インパルス弁２２４は、吸気管２０４内において、図示する面内で回動可能に構成されている。尚、図示された白抜き矢線は、吸入空気の流れ方向を示している。

特に、本実施形態では、一端部分Ａ１を有する弁体２２４Ａが、回転軸２２４Ｃを軸として図２中の基準位置Ａ０から回転する回転角度θ（以下、適宜、「インパルス弁の角度θ」と称す）によって、インパルス弁２２４における開度等の回動状態を規定する指標値の一例が構成されている。ここで、インパルス弁の角度θ＝０°の場合（太破線で示されるインパルス弁の位置に相当する開度）が、全開位置ＯＰに相当しており、インパルス弁の角度θ＝９０°の場合（一点砂線で示されるインパルス弁の位置に相当する開度）が、全閉位置ＣＬに相当している。

一方、インパルス弁２２４の動作範囲のうち、インパルス弁の角度θが、「θｔｈ ≦θ≦ １８０−θｔｈ」に相当する領域は、不感帯領域となっている。ここで、不感帯領域について説明すると、不感帯領域において、吸気管２０４は若干拡幅されており、インパルス弁２２４が回動した場合に、吸気管２０４の内壁部分とインパルス弁２２４の端部との間隙が、概略一定に維持される構成となっている。このため、不感帯領域では、インパルス弁２２４がどの位置にあっても、吸入空気の流れは実質的に遮断される。即ち、図中でインパルス弁２２４を境にして右側の領域への吸入空気の流れが遮断される構成となっている。

特に、ＥＣＵ１００の制御下で、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄは、弁体２２４Ａの一端部分Ａ１が、図２に示されたインパルス弁２２４の目標開度に相当する目標回転角度θｔｇｔが示す方向を追従するように、弁体２２４Ａを回転させる。具体的には、図２中の点線の矢印が示す弁体２２４Ａの回転軸２２４Ｃから一端部分Ａ１へ向かう方向が、目標回転角度θｔｇｔが示す方向を追従するように、弁体２２４Ａは回転される。即ち、駆動回路２２４Ｅからの電力の供給を受け、駆動モータ２２４Ｄ内には、駆動モータ２２４Ｄのロータを当該目標回転角度θｔｇｔに相当する位置に回転させるための、或いは当該目標回転角度に相当する位置に保持するための磁界が形成され、当該ロータに間接的に固定された弁体２２４Ａの一端部分Ａ１が、目標回転角度θｔｇｔが示す方向と殆ど又は完全に一致するようにして、目標回転角度θｔｇｔが示す方向を追従する。尚、上述した開角の制御範囲内において、弁体２２４Ａは、時計回り方向にも反時計回り方向にも回転可能でよい。このように、エンジン２００では、ディーゼルスロットルバルブ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、各気筒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構成となっている。

一般的に、上述した目標回転角度θｔｇｔは、定常時の目標回転角度θｔｇｔを意味し、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａが、車両の運転状態に応じて、連続的に回転が継続している回転状態の下で、定義される目標回転角度を意味する。

詳細には、本願発明者による研究によれば、弁体２２４Ａが連続的に回転を継続している回転状態の下では、弁体２２４Ａは運動エネルギー（例えば回転運動エネルギー）を有しているので、ＥＣＵ１００の制御下で、弁体２２４Ａの回転を行うために必要な駆動モータ２２４Ｄ及び駆動回路２２４Ｅにおける電力消費量は、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの回転を開始する場合と比較して小さいことが判明している。

具体的には、定常時の目標回転角度θｔｇｔは、次の式（１）に示されるように、時間変数ｔ、エンジン回転数Ｎｅ、及びエンジンに要求される出力トルクｔｒｑを入力情報とする所定関数ｆ（ｔ，Ｎｅ，ｔｒｑ）に基づいて定義される回転角度を意味する。
θｔｇｔ ＝ ｆ（ｔ，Ｎｅ，ｔｒｑ） ・・・・・ （１）
但し、ｔ：時間変数
Ｎｅ：エンジン回転数
ｔｒｑ：エンジンの出力トルク 。

図１に戻り、連通管２０６におけるインパルス弁２２４の近傍には、回転角センサ２２５が設置されている。回転角センサ２２５は、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回転角度を検出することが可能な、所謂、レゾルバであり、インパルス弁２２４の開度（即ち、一義的に弁体２２４Ａの位置）を検出することが可能に構成されている。また、回転角センサ２２５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたインパルス弁２２４の開度は、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、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ない。

排気管２１４には、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２２６が設置されている。ＤＰＦ２２６は、エンジン２００から排出されるＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集可能且つ浄化可能に構成されている。また、気筒２０２を収容するシリンダブロック２０１には、水温センサ２２７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（例えば、ＬＬＣ）の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２２７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２２７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。

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、ディーゼル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ディーゼルエンジンのみを指すものではなく、無論ガソリンエンジンや、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、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。

このように、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、吸気管２０４（上流側管路２０４ａ及び下流側管路２０４ｂを含む）、コンプレッサ２１８、インタークーラ２２１、サージタンク２０５、連通管２０６及びインパルス弁２２４を含む吸気系が、所謂、内燃機関の吸気装置の一例をなしており、特に、サージタンク２０５の下流側に位置するインパルス弁２２４の下流側において連通管２０６が各気筒に対し分岐する、所謂一弁式のインマニレス吸気系として構成されている。但し、本発明に係る内燃機関は、例えばサージタンク２０５に対し相互に独立した吸気マニホールドが接続され、個々の吸気マニホールドを介して各気筒２０２へ吸入空気が導かれる構成を有していてもよい。この場合、複数の吸気マニホールドの一部にインパルス弁が設置されていてもよいし、各吸気マニホールドにインパルス弁が設置されていてもよい。

（動作原理）
次に、図３及び図４を参照して、本発明の第１実施形態に係る吸気制御弁の制御装置の吸気制御弁の始動時の動作原理について説明する。ここに、図３は、本発明の第１実施形態に係るインパルス弁の制御装置を統括制御するＥＣＵにおける、インパルス弁の始動時の制御処理の流れを示したフローチャートである。図４は、本発明の第１実施形態に係るインパルス弁の回転角度、角速度及び角加速度の変化をクランク角度の変化に応じて示したグラフである。図５は、第１実施形態に係るインパルス弁の定常時の目標角度の変化を時間軸上、示したグラフ（図５（ａ））及び第１実施形態に係るインパルス弁の始動時の目標角度の変化を時間軸上、示したグラフ（図５（ｂ））である。尚、図３で示された制御処理は、ＥＣＵ１００によって、所定周期で繰り返し実行される。また、図４中の横軸は、時間の流れに沿ったクランク角度の変化を１周期、即ち、７２０度の範囲で示し、図４中の縦軸は、回転角度（以下、適宜、「角度」と称す）、角速度及び角加速度の大きさを、単位として、（度）、（度／秒）及び（度／秒／秒）で夫々示す。また、図４中の点線で囲まれた部分は、インパルス弁の始動時における角度、角速度及び角加速度の変化の概略を示している。

図３に示されるように、先ず、ＥＣＵ１００の制御下で、インパルス弁２２４の回転（又は回動）が要求されているか否かが判定される（ステップＳ１０１）。

次に、ＥＣＵ１００の制御下で、全開状態で停止しているインパルス弁２２４の最初の回転（又は回動）であるか否かが判定される、言い換えると、全開状態で停止しているインパルス弁２２４の回転（又は回動）を開始するか否かが判定される（ステップＳ１０２）。即ち、ＥＣＵ１００は、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの一端部分Ａ１が、インパルス弁の角度θが「θ＝０°」である全開位置ＯＰにおいて固定された状態から、最初の回転を開始するか否かが判定される。ここで、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの最初の回転を開始する場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１００の制御下で、目標回転角度が、始動時の目標回転角度θｔｇｔｓｔに基づいて算出される（ステップＳ１０３）。

ここに、本実施形態に係る「始動時の目標回転角度θｔｇｔｓｔ」とは、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの回転運動エネルギーがゼロであり、且つ、インパルス弁が全開位置ＯＰにある状態から、インパルス弁２２４の回転を開始する場合において、目標となるインパルス弁の目標回転角度を意味する。

具体的には、目標回転角度が、次の式（３ａ）、式（３ｂ）及び式（３ｃ）に示される、時間変数ｔ、所定時間Δｔ、エンジン回転数Ｎｅ、及びエンジンに要求される出力トルクｔｒｑを入力情報とする所定関数である、始動時の目標回転角度θｔｇｔｓｔに基づいて算出される。
（ｔ ＜ Ｔ１ − Δｔ）の場合、
θｔｇｔｓｔ ＝０（ゼロ） ・・・・・ （３ａ）
（Ｔ１ − Δｔ ＜ ｔ ≦ ｔ’）の場合、
θｔｇｔｓｔ ＝ｇ（ｔ，Ｎｅ，ｔｒｑ） ・・・・・ （３ｂ）
（ｔ’ ＜ ｔ）の場合、
θｔｇｔｓｔ ＝ｇ（ｔ，Ｎｅ，ｔｒｑ） ＝ｆ（ｔ，Ｎｅ，ｔｒｑ）・・・（３ｃ）
但し、ｔ：時間変数
Ｎｅ：エンジン回転数
ｔｒｑ：エンジンの出力トルク
Δｔ：所定時間
Ｔ１：定常時に目標バルブ角が「０（全開）」となる時刻
ｔ’：所定範囲（Ｔ１＜ｔ≦Ｔ２）に含まれる時刻
Ｔ２：定常時に目標バルブ角が「θｔｈ（閉じる：不感帯に突入）」となる時刻。

ここに、本実施形態に係る所定時間Δｔは、インパルス弁２２４の駆動回路２２４Ｅに電流を印加する印加タイミングを、上述の定常時の目標回転角度θｔｇｔと比較して、少し早めるために予め設定された時間間隔を意味する。この所定時間Δｔは、実験的、理論的、経験的、又はシミュレーション等によって、インパルス弁２２４における実際の角度θが、所望の回転角度と一致するまでの弁体２２４Ａの角速度の変動量をより小さくするように個別具体的に定義されてよい。

典型的には、図５（ｂ）に示されるように、時間変数ｔが、条件（ｔ ＜ Ｔ１ − Δｔ）を満たす場合、始動時の目標回転角度θｔｇｔｓｔの値は０（ゼロ）である。そして、時間変数ｔが、条件（Ｔ１ − Δｔ ＜ ｔ ≦ ｔ’）を満たす場合、始動時の目標回転角度θｔｇｔｓｔの値は、図５（ａ）に示される定常時の目標回転角度θｔｇｔと比較して傾斜の小さい所定関数ｇ（ｔ，Ｎｅ，ｔｒｑ）で定義される。そして、時間変数ｔが、条件（ｔ’ ＜ ｔ）を満たす場合、始動時の目標回転角度θｔｇｔｓｔの値は、図５（ａ）及び上述の式（１）によって示される定常時の目標回転角度θｔｇｔと同じ値となるように定義される。

次に、ＥＣＵ１００の制御下で、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄは、インパルス弁の角度θが、算出された目標回転角度と実際に一致するように、駆動される。言い換えると、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄは、弁体２２４Ａの一端部分Ａ１が、算出された目標回転角度が示す方向を追従するように、駆動される（ステップＳ１０４）。

典型的には、図４に示されるように、車両の運転状態に応じて決定される、クランク角度が、例えば１３５度となるタイミングｔｉｍｅ１と比較して、上述した所定時間Δｔの大きさだけ早いタイミングで、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄの駆動が実際に開始され、弁体２２４Ａの一端部分Ａ１が、始動時の目標回転角度θｔｇｔｓｔが示す方向を追従するようにインパルス弁２２４が回転される。尚、図４中でのΔａは所定時間Δｔに相当する微小なクランク角度を示す。また、この例えば１３５度となるタイミングｔｉｍｅ１によって、本発明に係る「基準タイミング」の一例が構成されている。

このように、本実施形態では、インパルス弁２２４の駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄに電流を印加する印加タイミングを、上述した定常時の目標回転角度θｔｇｔによって規定される電流の印加タイミングと比較して、所定時間Δｔだけ早くさせる。これにより、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａが回転を開始する際の、インパルス弁２２４における実際の回転角度が所望となる目標回転角度と一致するまでの加速時間を長く確保することができる。具体的には、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａにおける実際の回転角度である角速度の時間積分が、所望となる目標回転角度の大きさと一致するまでのインパルス弁２２４の弁体２２４Ａの角速度の変動を低減させることができる。これにより、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａが回転を開始する際の駆動電力をより効率的に使用することができるので、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａが回転を開始する際の省電力化を実現可能である。これにより、駆動回路２２４Ｅにおいては、制御回路の簡素化を実現できると共に、駆動モータ２２４Ｄにおいては、コイル或いはモータ自体の小型化を図ることが出来、車両への搭載性の向上及び質量の低減を実現することができる。

仮に、上述した始動時の目標回転角度θｔｇｔｓｔの代わりに、上述した定常時の目標回転角度θｔｇｔを用いて、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄを駆動した場合、インパルス弁２２４における実際の回転角度は、上述の定常時の目標回転角度θｔｇｔにおける目標回転角度を追従する際に、消費電力が増大してしまうという技術的な問題点が生じる。

何故ならば、上述した常時の目標回転角度θｔｇｔは、弁体２２４Ａが連続的に回転を継続している回転状態の下であることを想定している、言い換えると、弁体２２４Ａが回転運動エネルギーをある程度、有している回転状態の下で、所望となる目標回転角度を追従することを想定している。このため、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａが回転を開始する場合、弁体２２４Ａの回転運動エネルギーがゼロであるため、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄによって発生させる弁体２２４Ａに対する回転力だけでは、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａにおける実際の回転角度が所望となる目標回転角度と一致するために、弁体２２４Ａの角速度を急激に上昇させなくてはならないため、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄは多大な電力を必要とするからである。

他方、上述したステップＳ１０２の判定の結果、ＥＣＵ１００の制御下で、全開状態で停止しているインパルス弁２２４の最初の回転（又は回動）でないと判定される場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、目標回転角度が、上述の式（１）で示した定常時の目標回転角度θｔｇｔに基づいて算出される。

また、他方、上述したステップＳ１０１の判定の結果、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの回転が要求されていない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ１００の制御下で、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの一端部分Ａ１が、インパルス弁の角度θが「θ＝０°」である全開位置ＯＰにおいて固定された状態が継続される（ステップＳ１０７）。

そして、図４の上側のグラフに示されるように、本実施形態に係るインパルス弁の始動時の制御処理が終了後は、車両の運転状態に応じて、全開状態と全閉状態との間で、回転角度、角速度（又は回転角速度）、角加速度（又は回転角加速度）は変化する。具体的には、インパルス弁２２４の回転角度は連続的に変化する。即ち、クランク角度が１８０度の時に回転角度は、θｔｈ（度）であり、クランク角度が２７０度の時に回転角度は、「１８０−θｔｈ」（度）であり、・・・、クランク角度が４５０度の時に回転角度は、「−θｔｈ」（度）であるように連続的に変化する。また、インパルス弁２２４の角速度、及び、インパルス弁２２４の角加速度は、インパルス弁２２４の回転角度を実現するように、夫々変化する。

（本実施形態に係る作用と効果との検討）
次に、図６及び図７を参照して、本実施形態に係る作用と効果について検討する。ここに、図６は、本実施形態に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度及びインパルス弁の角加速度と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ））である。図７は、比較例に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度及びインパルス弁の角加速度と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ））である。

上述したように、本実施形態では、インパルス弁２２４の駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄに電流を印加する印加タイミングを、定常時の目標回転角度θｔｇｔによって規定される電流の印加タイミングと比較して、所定時間Δｔだけ早くさせて、所望となる目標回転角度の追従の開始を早める。

具体的には、図６（ｃ）に示されるように、上述の式（３）中の所定時間Δｔに相当するクランク角度の変化量Δθだけ、例えば１３５度等の所定のクランク角度から時間軸上を遡って変化したクランク角度Ａｓ（即ち、「Ａｓ ＝ １３５°−Δθ」）において、角加速度がインパルス弁２２４の弁体２２４Ａに対して付与される。このように、所定時間Δｔに相当するクランク角度の変化量Δθの分だけ、通常よりも早いタイミングで、角加速度がインパルス弁２２４の弁体２２４Ａに対して付与されることにより、図６（ａ）に示される、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａが回転を開始する際の、インパルス弁２２４における実際の回転角度が所望となる目標回転角度と一致するまでの加速時間を長く確保することができる。即ち、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａに対して付与される角加速度については、加速時間を長く確保できるため、図６（ｃ）の２点鎖線で示された比較例に係る角加速度と比較して、実際の回転角度が所望となる目標回転角度と一致するまでの角加速度を急激に上昇させる必要性を殆ど又は完全になくすことができる。

また、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａに対して付与される角速度については、図６（ｂ）に示されるように、インパルス弁の弁体２２４Ａの角速度を、時間が微小時間だけ経過すると共に、クランク角度が大きくなるに従って、線形的に一様に上昇させるだけで十二分に、実際の回転角度が所望となる目標回転角度と一致させることができる（図６（ｂ）中の点Ｐｓと点Ｐ１とを結ぶ直線の正の傾きを参照）。

詳細には、インパルス弁における実際の回転角度である角速度の時間積分の大きさ（即ち、「図６（ｂ）中の点Ｐｓ、点Ｐ１、点Ｐｅ及び点Ｐ２で囲まれた斜線部分」を参照）が、所望となる目標角速度の時間積分の大きさ（即ち、「図６（ｂ）中の点Ｐｓ’、点Ｐ１’、点Ｐｅ及び点Ｐ２で囲まれた斜線部分」を参照）と一致するまでのインパルス弁の弁体２２４Ａの角速度の変動を低減させることができる。

これにより、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａが回転を開始する際の駆動電力をより効率的に使用することができるので、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａが回転を開始する際の省電力化を実現可能である。これにより、駆動回路２２４Ｅにおいては、制御回路の簡素化を実現できると共に、駆動モータ２２４Ｄにおいては、コイル或いはモータ自体の小型化を図ることが出来、車両への搭載性の向上及び質量の低減を実現することができる。

仮に、比較例に係る図７（ｃ）に示されるように、上述の式（１）で示された定常時の目標回転角度θｔｇｔに基づいて、例えば１３５度等の所定のクランク角度において、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの回転が開始された場合、インパルス弁２２４における実際の回転角度が所望となる目標回転角度と一致するまでの加速時間が本実施形態と比較して短くなってしまう。このため、図７（ａ）に示された、インパルス弁２２４における実際の回転角度は、上述の定常時の目標回転角度θｔｇｔにおける目標回転角度を追従する際に、消費電力が増大してしまうという技術的な問題点が生じる。

何故ならば、上述した定常時の目標回転角度θｔｇｔは、弁体２２４Ａが連続的に回転を継続している回転状態の下であることを想定している、言い換えると、弁体２２４Ａが回転運動エネルギーをある程度、有している回転状態の下で、所望となる目標回転角度を追従することを想定している。このため、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａが回転を開始する場合、弁体２２４Ａの運動エネルギー（例えば回転運動エネルギー）がゼロであるため、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄによって、弁体２２４Ａに対して付与される回転力だけでは、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａにおける実際の回転角度が所望となる目標回転角度と一致するために、弁体２２４Ａの角加速度及び角速度を急激に上昇させなくてはならないため、駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄは多大な電力を必要とするからである。

即ち、図７（ｂ）に示されるように、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの角速度は、クランク角度が大きくなるに従って、急激に上昇させる必要性が生じる（図７（ｂ）中の点Ｐｓ’と点Ｐｘとを結ぶ直線の急峻な正の傾きを参照）。このため、図７（ｃ）中のプラス側の角加速度において、無駄な正の角加速度、即ち、実際の回転角度が上述した所望となる目標角度を大きく超えてしまうという、必要の無い正の加速度が生じてしまう。

このことに加えて、図７（ｂ）に示されるように、無駄な正の角加速度に起因して急激に上昇したインパルス弁２２４の弁体２２４Ａの角速度を、今度は、急激に低減させる必要性が生じてしまう（図７（ｂ）中の点Ｐｘと点Ｐｅとを結ぶ直線の急峻な負の傾きを参照）。このため、図７（ｃ）中のマイナス側の角加速度において、無駄な負の角加速度、即ち、上述した所望となる目標角度を大きく超えてしまった実際の回転角度を、今度は、所望となる目標回転角度に近づかせるまで、急激に低減させるための負の加速度が生じさせる必要が生じてしまう。

詳細には、インパルス弁における実際の回転角度である角速度の時間積分の大きさ（即ち、「図７（ｂ）中の点Ｐｓ’、点Ｐｘ、点Ｐｅ及び点Ｐ２で囲まれた斜線部分」）が、所望となる目標角速度の時間積分の大きさ（即ち、「図７（ｂ）中の点Ｐｓ’、点Ｐ１’、点Ｐｅ及び点Ｐ２で囲まれた斜線部分」）と一致するまでのインパルス弁の弁体２２４Ａの角速度及び角加速度が、短時間に急激に変化してしまう。

このため、比較例では、実際の回転角度が所望となる目標回転角度と一致させる際に、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの回転を開始する際の駆動電力の利用効率が顕著に低下しまう。このため、インパルス弁２２４の弁体２２４Ａの回転を開始する際に、消費電力が増大してしまうという技術的な問題点が生じる。

（第２実施形態）
（インパルス弁の構成）
次に、図８及び図９を参照して、第２実施形態に係るインパルス弁２２４’の構成について、その作用及び効果を含めて説明する。ここに、図８は、第２実施形態に係るインパルス弁２２４’の周辺の模式的な断面図である。尚、同図において、上述した図１及び図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。また、図９は、第２実施形態に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度及びインパルス弁の角加速度と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ））である。

図８において、インパルス弁２２４’は、吸気管２０４内において、図示する面内で所定の角度範囲において、時計回り又は反時計回りに回転可能（若しくは回動可能）に構成されている。典型的には、この所定の角度範囲は、０度から９０度であってよい。尚、図示された白抜き矢線は、吸入空気の流れ方向を示している。

特に、第２実施形態では、インパルス弁２２４’の一端部分Ａ１を有する弁体２２４Ａが、回転軸２２４Ｃを軸として、インパルス弁の角度θにおける所定の角度範囲において、時計回り又は反時計回りに回転可能（若しくは回動可能）に構成されている。

即ち、インパルス弁の角度θ＝０°の場合（太破線で示されるインパルス弁の位置に相当する開度）が、全開位置ＯＰに相当しており、インパルス弁の角度θ＝９０°の場合（一点砂線で示されるインパルス弁の位置に相当する開度）が、全閉位置ＣＬに相当している。そして、このインパルス弁の角度θは０°から９０°へ連続的に変化した後、今度は、９０°から０°へ連続的に変化する。

一方、インパルス弁２２４’の動作範囲のうち、インパルス弁の角度θが、「θｔｈ≦ θ ≦９０°」に相当する領域は、上述した第１実施形態と概ね同様な不感帯領域となっている。

尚、第２実施形態では、弁体２２４Ａが、当該弁体２２４Ａの中心付近に位置する回転軸２２４Ｃを軸として回転可能に構成されているが、この限りではない。即ち、弁体２２４Ａが、当該弁体２２４Ａの一端部（又は根元部）付近に位置する回転軸を軸として回転可能に構成され、吸気管２０４の流路面積を変化可能なように構成されてよい。

そして、第２実施形態では、上述した第１実施形態と概ね同様にして、インパルス弁２２４’の駆動回路２２４Ｅ及び駆動モータ２２４Ｄに電流を印加する印加タイミングを、定常時の目標回転角度θｔｇｔによって規定される電流の印加タイミングと比較して、所定時間Δｔだけ早くさせて、所望となる目標回転角度の追従の開始を早める。

具体的には、図９（ｃ）に示されるように、上述の式（３）中の所定時間Δｔに相当するクランク角度の変化量Δθだけ、例えば１３５度等の所定のクランク角度から時間軸を遡って変化したクランク角度Ａｓ（即ち、「Ａｓ ＝ １３５°−Δθ」）において、角加速度がインパルス弁２２４’の弁体２２４Ａに対して付与される。このように、所定時間Δｔに相当するクランク角度の変化量Δθの分だけ、通常よりも早いタイミングで、角加速度がインパルス弁２２４の弁体２２４Ａに対して付与されることにより、図９（ａ）に示される、インパルス弁２２４’の弁体２２４Ａが回転を開始する際の、インパルス弁２２４’における実際の回転角度が所望となる目標回転角度と一致するまでの加速時間を長く確保することができる。即ち、インパルス弁２２４’の弁体２２４Ａに対して付与される角加速度については、加速時間を長く確保できるため、図９（ｃ）の２点鎖線で示された比較例に係る角加速度と比較して、実際の回転角度が所望となる目標回転角度と一致するまでの角加速度を急激に上昇させる必要性を殆ど又は完全になくすことができる。

これにより、インパルス弁２２４’の弁体２２４Ａが回転を開始する際の駆動電力をより効率的に使用することができるので、インパルス弁２２４’の弁体２２４Ａが回転を開始する際の省電力化を実現可能である。これにより、駆動回路２２４Ｅにおいては、制御回路の簡素化を実現できると共に、駆動モータ２２４Ｄにおいては、コイル或いはモータ自体の小型化を図ることが出来、車両への搭載性の向上及び質量の低減を実現することができる。

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吸気制御装置及び方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 第１実施形態に係るインパルス弁２２４の周辺の模式的な断面図である。 第１実施形態に係るインパルス弁の制御装置を統括制御するＥＣＵにおける、インパルス弁の始動時の制御処理の流れを示したフローチャートである。 第１実施形態に係るインパルス弁の角度、角速度及び角加速度の変化をクランク角度の変化に応じて示したグラフである。 第１実施形態に係るインパルス弁の定常時の目標角度の変化を時間軸上、示したグラフ（図５（ａ））及び第１実施形態に係るインパルス弁の始動時の目標角度の変化を時間軸上、示したグラフ（図５（ｂ））である。 本実施形態に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度及びインパルス弁の角加速度と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ））である。 比較例に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度及びインパルス弁の角加速度と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ））である。 第２実施形態に係るインパルス弁２２４’の周辺の模式的な断面図である。 第２実施形態に係るインパルス弁の角度θ、インパルス弁の角速度及びインパルス弁の角加速度と、時間の流れを示すクランク角度との関係を夫々示したグラフ（図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ））である。

１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２…気筒、２０４…吸気通路、２０５…サージタンク、２０６…連通管、２０７…吸気バルブ、２１６…タービン、２１８…コンプレッサ、２２１…インタークーラ、２２２…スロットルバルブ、２２４、２２４’…インパルス弁、２２４Ａ…弁体、２２４Ｂ…ハウジング、２２４Ｃ…回転軸、２２４Ｄ…駆動モータ、２２４Ｅ…駆動回路。

Claims (7)

1. 吸気を気筒に導くための吸気通路と、
   前記吸気通路に設けられ、開閉状態に応じて前記吸気の流れの脈動を生成可能な吸気制御弁と、
   前記吸気制御弁を駆動し、前記開閉状態を変化させる駆動手段と、
   前記吸気制御弁の動作が停止している停止状態から前記吸気制御弁の駆動を開始する場合、前記吸気制御弁の動作加速度が発生するタイミングを、内燃機関の運転状態に応じて決定される基準タイミングより早めにさせつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
2. 前記制御手段は、前記動作加速度が発生するタイミングを、前記基準タイミングより所定時間だけ早めにさせつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
3. 前記制御手段は、前記停止状態としての、前記吸気制御弁の運動エネルギーがゼロである状態から前記吸気制御弁の駆動を開始する場合、前記動作加速度が発生するタイミングを、前記基準タイミングより所定時間だけ早めにさせつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
4. 前記制御手段は、前記停止状態としての、前記吸気制御弁の開度が全開であり、且つ前記吸気制御弁の動作速度がゼロである全開状態から前記吸気制御弁の駆動を開始する場合、前記動作加速度が発生するタイミングを、前記基準タイミングより早めにさせつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
5. 前記吸気制御弁は、前記吸気通路に設けられた弁体を弁軸の回りに回転させることにより前記開閉状態を変化させて前記吸気の流量を変化させるバタフライ弁であり、
   前記駆動手段は、前記バタフライ弁を回転駆動し、前記バタフライ弁の開度を時間軸上、変化させ、
   前記制御手段は、前記バタフライ弁の開度が全開であり、且つ回転速度がゼロである前記停止状態から前記バタフライ弁の回転を開始する場合、前記バタフライ弁の回転加速度が発生するタイミングを、前記基準タイミングより早めにさせつつ、前記バタフライ弁を回転駆動するように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
6. 前記吸気制御弁は、弁軸に回動可能に支持される弁体を、所定の角度範囲で、一の方向又は他の方向に回転させることにより前記開閉状態を変化させて前記吸気の流量を変化させるインパルス弁であり、
   前記駆動手段は、前記インパルス弁を回転駆動し、前記インパルス弁の開度を時間軸上、変化させ、
   前記制御手段は、前記インパルス弁の開度が全開であり、且つ回転速度がゼロである前記停止状態から前記インパルス弁の回転を開始する場合、前記インパルス弁の回転加速度が発生するタイミングを、前記基準タイミングより早めにさせつつ、前記インパルス弁を回転駆動させるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の内燃機関の吸気制御装置。
7. 吸気を気筒に導くための吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、開閉状態に応じて前記吸気の流れの脈動を生成可能な吸気制御弁と、前記吸気制御弁を駆動し、前記開閉状態を変化させる駆動手段とを備えた内燃機関の吸気制御装置における内燃機関の吸気制御方法であって、
   前記吸気制御弁の動作が停止している停止状態から前記吸気制御弁の駆動を開始する場合、前記吸気制御弁の動作加速度が発生するタイミングを、内燃機関の運転状態に応じて決定される基準タイミングより早めにさせつつ、前記吸気制御弁を駆動するように前記駆動手段を制御する制御工程と
   を備えることを特徴とする内燃機関の吸気制御方法。