JP4595884B2 - パルス過給機 - Google Patents

Description

この発明は、パルス過給機に係り、特に、内燃機関の過給機として用いるうえで好適なパルス過給機に関する。

従来、例えば特許文献１には、内燃機関のパルス過給機が開示されている。この従来のパルス過給機は、吸気通路の壁部にそれぞれ設けられた回転軸を中心に回転する一対のフラップ（弁体）を備えている。このパルス過給機は、その一対のフラップが上記の回転軸を中心に、吸気上流側に向けて回転することで、吸気通路を閉塞するように構成されている。

特開２０００−２４８９４６号公報 特開２００５−１３９９０６号公報 特開２００３−１９３８４５号公報

上述した従来のパルス過給機によれば、弁体（フラップ）の開弁時には、吸気流れに沿う方向への動作となるため、吸気負圧を利用した応答性の良い開弁動作が可能となる。しかしながら、弁体の閉弁時には、吸気流れに反する方向への動作となるため、流体抵抗に打ち勝ちつつ十分な応答性を確保するには、大きな駆動力が必要となる。

また、上記従来のパルス過給機によれば、弁体によって吸気通路を開放状態から閉塞状態にし、その後にまた開放状態とする一連の動作を行おうとした場合、弁体を高速で往復動作させることが要求される。この際、弁体の慣性力に打ち勝ちつつ高速に往復動作させるという点においても、非常に大きな駆動力が必要となる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸気流れを利用して、大きな駆動力を必要とすることなしに、弁体の開閉動作の応答性を良好に高めることのできるパルス過給機を提供することを目的とする。

第１の発明は、弁体と当該弁体の一端に固定された回転軸とを有し、吸気動作中においては前記弁体が前記回転軸を中心として吸気の流れ方向に沿って一方向に動作するように構成された吸気制御弁と、
前記吸気制御弁が配置され、前記弁体の回転動作中に当該弁体の他端が描く軌跡上に、前記弁体との間で流路を閉塞するように形成された閉弁部を少なくとも１つ備える吸気通路と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記吸気制御弁は、前記吸気通路の中央部に２本並行して配置された前記回転軸を有し、これら２つの前記回転軸に対応する前記弁体のそれぞれは、前記弁体の他端を吸気上流側に吸気の流れと平行するように向けた位置から、当該他端を吸気下流側に吸気の流れと平行するように向けた位置までを回転範囲としていることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、前記吸気制御弁は、前記吸気通路の壁部に近接して配置された前記回転軸を有し、当該回転軸に対応する前記弁体は、当該弁体の他端を吸気上流側に吸気の流れと平行するように向けた位置から、当該他端を吸気下流側に吸気の流れと平行するように向けた位置までを回転範囲としていることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、内燃機関のエンジン回転数が所定値以上である場合に、前記弁体を開弁位置に保持する弁保持手段を更に備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、前記吸気通路の前記閉弁部は、前記軌跡上の所定の範囲に及ぶように形成されていることを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、前記弁体が吸気の流れ方向に沿って一方向に動作する際に、前記所定の範囲の少なくとも一部の減衰区間において、前記弁体の回転動作に減衰力を与えるように構成された減衰力付与手段を更に備えることを特徴とする。

また、第７の発明は、第６の発明において、前記減衰力付与手段は、前記減衰力を発生させる減衰機構と、前記回転軸に固定され前記弁体が前記減衰区間内に位置しているときにのみ前記減衰機構と係合する部分歯車と、を備えることを特徴とする。

また、第８の発明は、第７の発明において、前記減衰力付与手段は、前記弁体が吸気の流れ方向と逆方向に動作する際には、前記弁体に対して前記減衰機構の前記減衰力を伝達させないようにするラチェット機構を、前記減衰機構と前記部分歯車との間に介在させたことを特徴とする。

また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、前記弁体の他端が吸気下流側を向いている場合に吸気流量が所定値以下となったときに、前記弁体を吸気上流側の開弁位置に復帰させる力を当該弁体に与える復帰力付与手段を更に備えることを特徴とする。

また、第１０の発明は、第９の発明において、前記復帰力付与手段は、吸気の流れ方向に沿った前記弁体の動作に抗する付勢力を発する弾性部材であることを特徴とする。

また、第１１の発明は、第１乃至第１０の発明の何れかにおいて、前記弁体の回転動作を、前記軌跡上の所定の位置で停止させる弁停止手段を更に備えることを特徴とする。

また、第１２の発明は、第１１の発明において、前記弁停止手段は、前記回転軸に固定された被制動部材と、当該被制動部材と対向して配置され当該被制動部材の回転を制動させる制動機構と、を備えることを特徴とする。

また、第１３の発明は、第１１の発明において、前記弁停止手段は、電磁ブレーキであることを特徴とする。

また、第１４の発明は、第１乃至第１３の発明の何れかにおいて、前記弁体が閉弁状態から開弁状態に移行する際の回転動作をアシストするアシスト機構を更に備えることを特徴とする。

また、第１５の発明は、第１４の発明において、前記アシスト機構は、前記回転軸に固定されたカムと、当該カムに当接するフォロワと、当該フォロワを前記カムに押し当てる付勢力を発するばねとを備え、前記弁体が閉弁状態から開弁状態に移行する際に、前記フォロワが前記カムの頂部を乗り越えるように構成されていることを特徴とする。

また、第１６の発明は、第１乃至第１５の発明の何れかにおいて、前記吸気通路は、前記弁体の吸気上流側の開弁位置に配置された第１弾性体と、前記弁体の吸気下流側の開弁位置に配置され前記第１弾性体に比して小さな減衰力を有する第２弾性体と、を備えることを特徴とする。

また、第１７の発明は、第１乃至第１６の発明の何れかにおいて、前記弁体の回転動作開始を促す弁体動作誘発手段を更に備えることを特徴とする。

また、第１８の発明は、第１７の発明において、前記弁体動作誘発手段は、吸気上流側の開弁位置にある前記弁体より上流側に配置された補助弁と、前記弁体が吸気上流側の開弁位置にあるときに前記弁体と前記補助弁と前記吸気通路の壁部とで囲まれる空間を形成する副室と、を前記吸気通路に備えることを特徴とする。

また、第１９の発明は、第１８の発明において、前記弁体動作誘発手段は、前記回転軸より上流に配置され前記弁体が吸気上流側の開弁位置にあるときに前記弁体に小さな変位を与えるアクチュエータであることを特徴とする。

また、第２０の発明は、第１、第３乃至第１９の発明の何れかにおいて、前記吸気通路は、前記回転軸が設けられた部位が内側となるように屈曲された屈曲部を備えることを特徴とする。

また、第２１の発明は、第２０の発明において、前記吸気通路における前記屈曲部の外側の部位が、前記吸気制御弁の下流側の前記吸気通路におけるスワール外周側の部位に接続されていることを特徴とする。

また、第２２の発明は、第１乃至第２１の発明の何れかにおいて、前記吸気通路における前記閉弁部近傍の部位は、その周辺部位に比して流路断面積が拡張されていることを特徴とする。

また、第２３の発明は、第１乃至第２２の発明の何れかにおいて、回転動作中の前記弁体の回転力を電力として回収する発電機を更に備えることを特徴とする。

また、第２４の発明は、第２３の発明において、回転動作中の前記弁体が前記閉弁部近傍に位置しているときに、前記発電機を作動させる電力回収実行手段を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、吸気制御弁の弁体の一連の動作を、弁体の回転方向が吸気流れの方向に逆らうようになることはなく、同一方向で完結される。このため、本発明によれば、吸気負圧による吸気の流れを有効に利用することができ、吸気制御弁の応答性を改善することができる。

第２の発明によれば、弁体が２分割とされたことで、個々の弁体の慣性モーメントを低減させることができ、これにより、更に吸気制御弁の応答性を改善することができる。

第３の発明によれば、応答性に優れた吸気制御弁を簡便な構成で実現することができる。

第４の発明によれば、弁体を駆動するアクチュエータを備えずに、所定の運転領域において、吸気の流れのみを利用して弁体を回転動作させられる構成を実現することが可能となる。

第５の発明によれば、吸気制御弁の機構の冗長性を拡大させることができ、また、吸気制御弁の制御機構の簡素化が可能となる。

第６の発明によれば、閉弁時に吸気負圧を有効に高めることができ、パルス過給による過給効果を高めることができる。

第７の発明によれば、弁体の回転動作の減衰が必要な区間でのみ、弁体に減衰力を与える構成を簡素に実現することができる。

第８の発明によれば、吸気の流れに沿って弁体が回転動作する方向でのみ、弁体に減衰力を与えることができる。

第９の発明によれば、弁体の確実かつ円滑な作動を確保することができる。

第１０の発明によれば、弾性部材を用いて、弁体の確実かつ円滑な作動を確保することができる。

第１１乃至第１３の発明によれば、弁体の閉弁期間の制御自由度を向上させることができ、また、経時変化に対するロバスト性を高めることができる。

第１４の発明によれば、吸気制御弁の応答性を更に高めることができる。

第１５の発明によれば、吸気負圧による力とカムの駆動反力とを利用して、吸気制御弁の応答性を更に高めることができる。

第１６の発明によれば、弁体を吸気上流側の開弁位置に確実に戻す構成を得ることができる。

第１７乃至第１９の発明によれば、弁体の回転動作を、大きな駆動力を必要とすることなく確実に開始させることができる。

第２０の発明によれば、流路の急激な断面積変化を無くすことができる。このため、吸気の乱れを抑制することができ、吸気抵抗の増大を効果的に回避することができる。

第２１の発明によれば、パルス過給の実行時に、スワール比を効果的に高めることができる。

第２２の発明によれば、閉弁部の前後において、弁体と吸気通路との間で、流路が急激に絞られる期間を少なくすることができる。このため、吸気抵抗の増大を効果的に回避することができる。

第２３の発明によれば、吸気制御弁の作動により生じた内燃機関のポンプ損失の一部を電力として回収することができるようになる。これにより、車両全体の効率（燃費）を改善することができる。

第２４の発明によれば、閉弁時に弁体に減衰力を与えることで、吸気負圧を有効に生じさせることができるようになるとともに、その間に要した仕事を電力として回収することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のパルス過給機が組み込まれた内燃機関を示す図である。図１に示す内燃機関１０は、燃焼室１２を備えている。燃焼室１２には、吸気通路１４が連通している。吸気通路１４の吸気ポート１４pには、燃焼室１２と吸気通路１４とを導通状態または遮断状態とするための吸気弁１６が設けられている。

吸気弁１６の上流には、吸気通路１４内に生ずる圧力差を利用して、内燃機関１０をパルス過給するためのパルス過給機１８が組み込まれている。パルス過給機１８は、内燃機関１０を制御するECU(Electronic Control Unit)２０と接続されており、必要に応じて、ECU２０からの指令を受けて制御されるように構成されている。

図２は、図１に示すパルス過給機１８の構成を概略的に示す図である。より具体的には、図２（Ａ）は、吸気制御弁２２の回転軸２２bの軸方向から見た図を、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における吸気上流方向から吸気制御弁２２を見た図を、それぞれ示している。図２（Ａ）に示すように、本実施形態のパルス過給機１８は、吸気通路１４の途中に、吸気の流れを制御する吸気制御弁（パルス過給弁）２２を備えている。吸気制御弁２２は、閉弁時に吸気の流れに対向する面が半円型となるように形成された弁体２２aを一対備えている。それぞれの弁体２２aの一端には、回転軸２２bがそれぞれ固定されている。それらの回転軸２２bは、吸気通路１４の中央部に、２本並行して配置されている。弁体２２aは、当該回転軸２２bを中心に自在に回転することができる。

吸気通路１４は、弁体２２aの回転動作中に弁体２２aの他端が描く軌跡（図２（Ａ）中の二点鎖線参照）上に、弁体２２aとの間で流路を閉塞するように形成された閉弁部１４aを備えている。閉弁部１４aは、各弁体２２aに対してそれぞれ１箇所に設けられている。また、それぞれの弁体２２aは、弁体２２aの他端を吸気上流側に吸気の流れと平行するように向けた位置から、当該他端を吸気下流側に吸気の流れと平行するように向けた位置までが回転範囲となるように構成されている。

図２（Ｂ）に示すように、一対の回転軸２２bは、それらが連動して動作できるように、それぞれの一端に設けられたギヤ２２cによって噛み合わされている。一方の回転軸２２bの他端には、従動ギヤ２２dが設けられている。従動ギヤ２２dは、一対の弁体２２aを駆動するアクチュエータ２４の出力ギヤ２４aと噛み合わされている。アクチュエータ２４としては、例えば、電動モータを使用することができる。このような構成によれば、ECU２０が必要に応じてアクチュエータ２４を通電させることにより、アクチュエータ２４を補助動力として利用して、一対の弁体２２aを連動して開閉動作させることができる。また、ECU２０がアクチュエータ２４を非通電状態とさせることにより、吸気流れを利用して弁体２２aが開閉される状態を実現することができる。

図３は、図２に示す弁体２２aの動作を説明するための図である。図２（Ａ）は、弁体２２aが吸気上流側に向けて位置している開弁状態（第１回開弁）を示している。ECU２０は、アクチュエータ２４を用いて、内燃機関１０の各サイクルにおける吸気行程の開始前には、弁体２２aが図２（Ａ）に示す状態となるように制御している。

図２（Ａ）に示す状態で吸気弁１６が開弁されると、図２（Ａ）中に示す吸気流れ方向に吸気の流れが生ずる。吸気行程の開始初期、すなわち、ピストンが上死点近傍に位置している期間で、弁体２２aが閉弁されると、弁体２２aの下流側は、過大な負圧状態となり、大きなポンプ損失が生ずることとなる。そこで、ECU２０は、吸気行程が比較的進行した後に、弁体２２aが閉じるように制御する。

図２（Ｂ）は、弁体２２aが閉弁した状態（第１回閉弁）を示している。ECU２０は、吸気行程の途中に、弁体２２aを閉じるべきタイミングが到来したと判断すると、弁体２２aに対して僅かな駆動力を与える。駆動力が与えられた弁体２２aは、図２（Ａ）に示す状態から図２（Ｂ）に示す状態に向けて回転し始める。この際、弁体２２aは、吸気上流側から吸気の流体抵抗を受け、この流体抵抗に助勢されて、閉弁状態に向けて動作する。

吸気行程の途中において、弁体２２aが図２（Ｂ）に示す閉弁状態とされると、弁体２２aを境に、吸気上流側と吸気下流側で圧力差が生ずることとなる。ECU２０は、そのような圧力差に抗して弁体２２aを閉弁状態に維持するために、アクチュエータ２４を駆動するようにしている。このような制御によれば、アクチュエータ２４の通電時間を制御することで、弁体２２aが閉弁状態にある期間を制御することができる。

弁体２２aを閉弁状態に保持されているときに、アクチュエータ２４が非通電状態に切り換えられると、弁体２２aの前後に生じた圧力差を原動力として、弁体２２aが図２（Ｃ）に示す開弁状態（第２回開弁）に向けて回転させられる。その結果、その圧力差の解放時に生ずる動圧によって、吸気を加速させた状態で充填（パルス過給）することができる。

以上説明した構成によれば、１回の吸気行程中に、第１回開弁→第２回閉弁→第２回開弁となるように弁体２２aを動作させることができる。そして、本実施形態の構成によれば、そのような弁体２２aの一連の動作を、弁体２２aの回転方向が吸気流れの方向に逆らうようになることはなく、同一方向とすることができる。このため、弁体２２aの上記一連の動作に対して、吸気流れを有効に利用させることができ、アクチュエータ２４による駆動力を小さくて済むようにすることができる。

また、従来知られている吸気制御弁とは異なり、上記の第１回開弁→第１回閉弁→第２回開弁という動作を行う間に、弁体２２aを往復動作させていないため、弁体２２aの応答性を確保するうえで弁体２２aの慣性力が問題となることもない。また、吸気制御弁２２を一対の弁体２２aによって２分割で構成しているため、個々の弁体２２aの慣性モーメントを減少させることができ、これによっても吸気制御弁２２の応答性の改善を図ることができる。

また、パルス過給を行う際、吸気行程初期の吸気負圧が過大となる期間は弁体２２aを閉じず、吸気行程が比較的進行した後に弁体２２aを閉じることによって負圧を生成し、そして、吸気行程の終盤で再び弁体２２aを開くこととすれば、ポンプ損失をできるだけ抑えつつ、吸入空気量を高めることができる。また、スワール比を効果的に高めることができる。以上説明した通り、本実施形態の構成によれば、そのようなパルス過給の効果を、吸気流れを有効に利用して高い応答性を有する吸気制御弁２２によって良好に実現することが可能となる。

実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図４は、本実施の形態２のパルス過給機３０の構成を概略的に示す図である。より具体的には、図４（Ａ）は、吸気制御弁３２の回転軸３２bの軸方向から見た図を、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）における吸気上流方向から吸気制御弁３２を見た図を、それぞれ示している。

図４に示すように、本実施形態の吸気通路３４は、弁体３２aが設けられる部位では、半円型の断面形状を有するように構成されている。そのような断面形状を有する吸気通路３４に対応して、半円型の外形を有する１つの弁体３２aが吸気通路３４内に配置されている。吸気通路３４は、弁体３２aの回転動作中に弁体３２aの他端が描く軌跡上に、弁体３２aとの間で流路を閉塞するように形成された閉弁部３４aを有している。また、吸気通路３４の一部は、弁体３２aの可動範囲において、凹状に形成されている。弁体３２aの回転軸３２bは、吸気通路３４の壁部に近接した位置に、より具体的には、その吸気通路３４の凹状部３４bの内部に配置されている。

上記の構成によれば、弁体３２aが開弁状態にあるときに、弁体３２aおよび回転軸３２bが吸気通路３４の流路に突出しないようにすることができ、これらの弁体３２aおよび回転軸３２bが流路抵抗にならないようにすることができる。弁体３２aの開閉を制御するアクチュエータは、上述した実施の形態１と同様に構成することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。

以上の構成によれば、図４（Ａ）に示す状態によって開弁状態（第１回開弁）が実現され、図４（Ａ）に示す状態から弁体３２aが図４（Ａ）における反時計周り方向に弁体３２aが９０°回転した状態によって閉弁状態（第１回閉弁）が実現される。そして、更に同一方向に弁体３２aが９０°回転した状態によって再び開弁状態（第２回開弁）が実現される。また、図４（Ａ）に示す状態から弁体３２aを動き始めさせるために必要な力、弁体３２aを閉弁状態に保持する力、および、吸気行程の終了後に弁体３２aを図４（Ａ）に示す状態に戻す力は、それぞれアクチュエータによって実現される。このため、本実施形態の構成によれば、実施の形態１に比して簡素化された構成を用いて、弁体３２aの一連の動作中の回転方向を吸気流れの方向と同一にすることができ、吸気流れを有効に利用して弁体３２aの高い応答性を得ることができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、弁体３２aが配置される部位の吸気通路３４の形状、および弁体３２aの外形形状が半円型であるものについて説明したが、それらの形状は、半円型に限定されるものではなく、例えば、矩形であってもよく、或いはD字状に形成されたもの等であってもよい。

実施の形態３．
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
図５は、本発明の実施の形態３のパルス過給機４０の構成を示す図である。尚、図５において、上述した図４に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

本実施形態のパルス過給機４０は、弁体３２aに駆動力を与えるアクチュエータを備えることなく、専ら負圧による吸気流れのみを利用して、弁体３２aの一連の開閉動作を繰り返し行うものであることを特徴としている。そして、そのような機能を他への弊害なく実現するために、エンジン回転数NEが所定値α以上となったときに、弁体３２aを閉弁位置に保持することで開閉動作の実行を制限するためのロック機構（弁保持手段）４２を備えている。

ロック機構４２は、吸気制御弁３２の回転軸３２bの一端に設けられた凹部４２aと、凹部４２aに係合可能なピン４２bと、ピン４２bを油圧駆動する油圧制御機構４２cとを備えている。凹部４２aは、回転軸３２b上において、弁体３２aが吸気上流側を向いた開弁状態にあるときに、ピン４２bと係合可能な位置に設けられている。このような構成によれば、エンジン回転数NEが上記の所定値αに達すると、油圧制御機構４２cがピン４２bに与える油圧が高められ、その結果、ピン４２bが飛び出し、弁体３２aの凹部４２aに係合される。一方、油圧がそれほど高められていないときは、ピン４２bと凹部４２aとは非係合状態となるので、弁体３２aの開閉動作が確保される。

図６は、吸気制御弁３２の回転軸３２bの周辺の構造を説明するための図である。本実施形態の吸気制御弁３２は、エンジン回転数NEが上記所定値α以下のときに、すなわち、弁体３２aが開閉動作可能であるときに、円滑な弁体３２aの開閉動作が可能となるように、弁体３２aの慣性力および弁体３２aの回転動作の減衰力が適切に調整されている。具体的には、弁体３２aの慣性力は、弁体３２aの質量および表面積の調整によって行われている。また、減衰力は、図６に示すように、回転軸３２bの軸受部３２cを潤滑する油の粘度の調整によって行われている。尚、減衰力の調整は、上記の油の粘度調整に限らず、回転軸と軸受部との間の摩擦力を一定にするための樹脂軸受の交換で行うようにしてもよい。

図７は、内燃機関１０のトルクTとエンジン回転数NEとの関係を表した図である。図７中に実線で示す波形は、パルス過給を行わない場合のトルクカーブを示している。そして、図７において、ハッチングを付した領域がパルス過給によってトルクが増大される領域を示している。吸気の流速は、エンジン回転数NEに比例して変化する。このような吸気の流速の変化は、吸気流れを利用する弁体３２aの動作に影響を与える。そこで、本実施形態では、上記のように、エンジン回転数NEが所定値α以上になったときに、弁体３２aの動作を制限するロック機構４２を備えるようにした。また、弁体３２aの慣性力や、弁体３２aの回転動作の減衰力は、上記のように、パルス過給によって効果的にトルクの増大を見込める低エンジン回転数NE領域において、良好な弁体３２aの作動を確保するように調整されている。このため、本実施形態の構成によれば、弁体３２aに駆動力を与えるアクチュエータを備えなくても、パルス過給が要求される領域において、吸気流れのみを利用した弁体３２aの確実な作動を可能とする構成を実現することができる。

実施の形態４．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
図８は、本発明の実施の形態４のパルス過給機５０の構成を示す図である。尚、図８において、上述した図４に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図８に示すように、本実施形態のパルス過給機５０は、弁体３２aの可動範囲に対応する部位の吸気通路５４の形状に特徴を有している。すなわち、吸気通路５４は、弁体３２aの回転範囲のうちの一定の範囲で閉弁状態が維持されるような閉弁部５４aを有している。言い換えれば、閉弁部５４aは、弁体３２aの回転動作中に弁体３２aの他端が描く軌跡上の所定の範囲に及ぶように形成されている。

パルス過給を行うために、吸気に有効な圧力差を生じさせるには、弁体３２aの閉弁状態を一定時間に渡って維持したいという要求がある。そのような要求を上述した図４に示す構成で実現させようとすると、弁体３２aを閉弁位置に精密に位置決めする機構や制御が必要となり、パルス過給機の構成の簡素化を十分に達成できなくなる。これに対し、本実施形態の構成によれば、吸気通路５４に上記の閉弁部５４aを設けることで、弁体３２aの動作の過程で、比較的長い範囲で閉弁状態を容易に持続させることができるようになる。このため、吸気制御弁の機構の冗長性を拡大させることができ、また、吸気制御弁の制御機構の簡素化が可能となる。

実施の形態５．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
図９は、本発明の実施の形態５のパルス過給機６０の構成を示す図である。尚、図９において、上述した図８に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図９に示すように、本実施形態のパルス過給機６０は、弁体３２aに対して最も大きな吸気負圧による力が作用する吸気通路５４の閉弁部５４aでのみ、弁体３２aに対して減衰力を回転動作の逆方向に作用させる構成（減衰力付与手段）を備えた点を特徴としている。具体的には、回転軸３２bの一端に固定された部分歯車６２と、この部分歯車６２に噛み合わされるギヤを有する回転減衰機構６４とが備えられている。部分歯車６２は、閉弁部５４aによって弁体３２aが閉弁状態に維持される期間（減衰区間）に弁体３２aが位置しているときにのみ回転減衰機構６４と係合するように構成されている。回転減衰機構６４は、ここでは、その図示を省略するが、部分歯車６２と噛み合わされるギヤの回転軸とその軸受との間に供給される油の粘度によって、所望の減衰力を発揮できるように構成されているものとする。

以上の構成によれば、閉弁部５４a以外の区間に弁体３２aが位置しているときは、弁体３２aは減衰力を受けることがないため、弁体３２aの円滑な動作が確保される。一方、閉弁部５４aでは、部分歯車６２と回転減衰機構６４とが係合されることで、弁体３２aに適切な減衰力が与えられる。このため、本実施形態の構成によれば、閉弁時に吸気負圧を高めるための時間を、減衰力の適切な調整によって確保することができ、これにより、パルス過給による過給効果を高めることができる。また、閉弁時以外の期間では、弁体３２aを迅速に動作させることができ、これにより、吸気抵抗の増加を防止することができる。

実施の形態６．
次に、図１０を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。
図１０は、本発明の実施の形態６のパルス過給機７０の構成を示す図である。より具体的には、図１０（Ａ）は、吸気制御弁３２の回転軸３２bの軸方向から見た図を、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）における矢視Ｂの方向から見た図を、それぞれ示している。尚、図１０において、上述した図８に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１０に示すように、本実施形態のパルス過給機７０は、吸気流れと同一方向に弁体３２aが回転するときにのみ減衰力を発生させる回転減衰機構７２と、復帰用ばね７４とを備える点を除き、上述した図９に示すパルス過給機６０と同様に構成されている。具体的には、図１０（Ｂ）に示すように、回転減衰機構７２は、部分歯車６２に噛み合わされるギヤ７２aと、ギヤ７２aの回転軸に減衰力を生じさせる減衰力発生部７２bと、ギヤ７２aと減衰力発生部７２bとの間に配置されたラチェット機構７２cとを備えている。

ラチェット機構７２cは、ギヤ７２aと減衰力発生部７２bとの機械的な連結を一方向だけに制限する機構である。より具体的には、ラチェット機構７２cは、弁体３２aが吸気流れと同一方向に動作する際には、ギヤ７２aの回転を減衰力発生部７２bに伝達させ、その逆方向に弁体３２aが動作する際には、ギヤ７２aの回転を減衰力発生部７２bに伝達させないように構成されている。このようなラチェット機構７２cを介在させる回転減衰機構７２によれば、弁体３２aが吸気流れと同一方向に動作する場合にのみ、弁体３２aに減衰力を与えることができる。

また、図１０（Ａ）に示すように、復帰用ばね（弾性部材）７４は、弁体３２aの他端が吸気下流側を向いている場合に吸気流量が所定値以下となったときに、弁体３２aを吸気上流側の開弁位置に復帰させる力を弁体３２aに与えるための復帰力付与手段である。復帰用ばね７４は、ここではねじりばねが用いられている。復帰用ばね７４の一端は、吸気制御弁３２の回転軸３２bの一端に掛け留められている。復帰用ばね７４の他端は、図示を簡略化する吸気系の部品によって位置が規制されている。また、復帰用ばね７４は、弁体３２aが吸気上流側を向いた位置で開弁状態にあるときに、ばね荷重を受けないように組み付けられている。このような復帰用ばね７４によれば、吸気の流れ方向に沿った弁体３２aの動作に抗する付勢力を発生させることができる。

以上の構成によれば、吸気行程の終了後に、弁体３２aが吸気下流側を向いた開弁状態から当該弁体３２aを吸気上流側に向いた開弁状態に戻す動作を、回転減衰機構７２による減衰力を働かせないようにしたことと、復帰用ばね７４が発するばね力による弾性復元機能を有するようにしたこととにより、確実かつ円滑に行うようにすることができる。このような構成は、吸気負圧による吸気流れのみを利用して吸気制御弁の開閉を行う機構を実現するうえで好適なものである。

実施の形態７．
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態７について説明する。
図１１は、本発明の実施の形態７のパルス過給機８０の構成を示す図である。より具体的には、図１１（Ａ）はブレーキ装置８２の非作動状態を、図１１（Ｂ）はブレーキ装置８２の作動状態を、図１１（Ｃ）はブレーキ装置８２の概略構成を、それぞれ示している。尚、図１１において、上述した図９に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１１に示すように、本実施形態のパルス過給機８０は、回転減衰機構６４に代え、弁体３２aの回転動作を制動するブレーキ装置（弁停止手段）８２を備えた点を除き、上述した実施の形態５におけるパルス過給機６０と同様に構成されている。ブレーキ装置８２は、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すように、吸気制御弁３２の回転軸３２bの一端に設けられたブレーキドラム（被制動部材）８４と、ブレーキドラム８４と対向する一対のブレーキシュー（制動機構）８６と、ブレーキシュー８６を駆動するブレーキ駆動機構（制動機構）８８とを備えている。このようなブレーキ装置８２によれば、弁体３２aの回転動作中に当該弁体３２aの他端が描く軌跡上における所望の位置で、弁体３２aの回転動作を停止させることができる。

ブレーキ駆動機構８８は、電磁力を利用する機構である。図１１（Ｃ）に示すように、ブレーキ駆動機構８８は、ブレーキシュー８６と同軸上に設けられたアーマチャ９０と、アーマチャ９０と対向する位置に設けられた電磁石９２と、アーマチャ９０を電磁石９２から離れる方向に付勢するコイルばね９４とを備えている。電磁石９２は、ECU２０によって通電および非通電の制御が行われている。

ECU２０は、弁体３２aの開閉動作を許容する場合には、電磁石９２を非通電状態とする。電磁石９２が非通電状態とされると、図１１（Ａ）に示す状態、すなわち、コイルばね９４の付勢力によって、ブレーキシュー８６がブレーキドラム８４から開放された状態となる。一方、ECU２０は、弁体３２aの開閉動作を制動する場合には、電磁石９２を通電状態とする。電磁石９２が通電状態とされると、図１１（Ｂ）に示す状態、すなわち、コイルばね９４の付勢力に打ち勝ってアーマチャ９０を電磁石９２に引き寄せた状態となる。その結果、ブレーキシュー８６をブレーキドラム８４に押し付けて、弁体３２aの動作を制動させることができる。

本実施形態では、以上の構成を用いて、弁体３２aを回転動作させない期間、および弁体３２aを閉弁状態に維持させたい期間において、電磁石９２を通電状態とする。以上説明した本実施形態の構成によれば、上述した実施の形態５および６のような機械的な構成を用いて、弁体３２aの閉弁期間を制御する構成に比して、弁体３２aの閉弁期間の制御自由度を向上させることができ、また、経時変化に対するロバスト性を高めることができる。以上のように、本実施形態のシステムによれば、パルス過給による過給性能を向上させることができ、また、ポンプ損失の改善に寄与するシステムを得ることができる。

ところで、上述した実施の形態７においては、電磁力を利用したブレーキ装置８２を備えるようにしているが、本発明のブレーキ装置８２はこれに限定されるものではなく、例えば、上述した図２に示すような電動モータを利用したアクチュエータ２４を備える場合には、そのようなアクチュエータ２４を用いた電磁ブレーキであってもよい。また、図１１に示す構成に、上述した図１０における復帰用ばね７４を組み合わせるようにしてもよい。

実施の形態８．
次に、図１２を参照して、本発明の実施の形態８について説明する。
図１２は、本発明の実施の形態８のパルス過給機１００の構成を示す図である。尚、図１２において、上述した図１０に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１２に示すように、本実施形態のパルス過給機１００は、回転減衰機構６４に代え、弁体３２aの回転動作に制動力を与えるカム機構１０２を備えた点を除き、上述した実施の形態５におけるパルス過給機６０と同様に構成されている。具体的には、カム機構１０２は、吸気制御弁３２の回転軸３２bの一端に固定されたカム１０４を備えている。カム１０４は、ベース円部１０４aとノーズ部１０４bとを備えている。カム１０４の外周には、フォロワ１０６が当接されている。フォロワ１０６は、一端が静止状態にある吸気系部品に固定された反力生成用ばね１０８によって、カム１０４に向けて付勢されている。

カム１０４とフォロワ１０６との関係は、図１２（Ｂ）に示す状態において、すなわち、弁体３２aが閉弁部５４aに差し掛かった状態において、ノーズ部１０４bがフォロワ１０６と接触し始めるように構成されている。また、図１２（Ｃ）に示す状態において、すなわち、弁体３２aが閉弁部５４aの終了時点に差し掛かった状態において、フォロワ１０６がノーズ部１０４bの頂部を乗り越えるように構成されている。

次に、吸気行程中の弁体３２aの開閉動作について説明する。先ず、図１２（Ａ）に示す状態において、アクチュエータ２４（図２参照）によって弁体３２aに駆動力が与えられると、弁体３２aが回転動作をし始める。弁体３２aが閉弁部５４aに達するまでの間は、フォロワ１０６は、ベース円部１０４aと接しているため、弁体３２aには、フォロワ１０６からの力は入力されない。次いで、図１２（Ｂ）に示す状態となると、フォロワ１０６はノーズ部１０４bと接触し始める。この際、ノーズ部１０４bがフォロワ１０６を押すことで、反力生成用ばね１０８が圧縮される。この圧縮力は、弁体３２aの回転に対する反力となるため、弁体３２aが減速させられる。その結果、閉弁時に、弁体３２aの前後に生ずる圧力差を効果的に高めることができる。すなわち、本実施形態では、カム機構１０２は、減衰力付与手段としての機能をも発揮している。

次に、図１２（Ｃ）に示す状態となり、フォロワ１０６がノーズ部１０４bを乗り越えると、反力生成用ばね１０８の反発力によって、カム１０４の回転が加速させられる。その結果、弁体３２aの開弁動作を加速させることができ、閉弁時に生じた弁体３２a前後の圧力差の開放をより迅速に行うことができる。図１２（Ｄ）は、その後に弁体３２aが吸気下流側の開弁位置に達した状態を示している。このように、本実施形態の構成によれば、吸気負圧による力とカムの駆動反力とを利用して、パルス過給の効果を高めることができる。すなわち、本実施形態のカム機構１０２は、弁体３２aが閉弁状態から開弁状態に移行する際の回転動作をアシストするアシスト機構として機能している。

実施の形態９．
次に、図１３を参照して、本発明の実施の形態９について説明する。
図１３は、本発明の実施の形態９のパルス過給機１１０の構成を示す図である。尚、図１３において、上述した図１２に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１３に示すように、本実施形態のパルス過給機１１０は、上記図１２に示す構成に加え、吸気上流側および吸気下流側における弁体３２aの停止位置に、それぞれ弾性部材１１２、１１４を備えている点に特徴を有している。より具体的には、吸気下流側における弁体３２aの停止位置には、減衰力の小さく反発性に優れた弾性部材（第１弾性体）１１２が配置されている。一方、吸気上流側における弁体３２aの停止位置には、弾性部材１１２に比して減衰力の大きな弾性部材（第２弾性体）１１４が配置されている。これらの弾性部材１１２、１１４としては、例えば、ゴムや樹脂に用いることができる。

パルス過給機１１０の構成において、吸気下流側の開弁位置にある弁体３２aを再び吸気上流側の開弁位置に確実に復帰させる際には、反力生成用ばね１０８を再度圧縮させる力が必要となる。そのためには、復帰用ばね７４のばね力を十分に高めておくことが必要となる。しかしながら、復帰用ばね７４のばね力を過大に高めると、弁体３２aを吸気上流側のおける停止位置から吸気負圧を利用して始動させることが困難となる。

これに対し、以上説明した構成によれば、弁体３２aが第１回開弁→第１回閉弁→第２回開弁という一連の動作を完了させた際に、弁体３２aと弾性部材１１２とが衝突することになる。そして、その衝突の際に生じた弾性部材１１２の反発力を、反力生成用ばね１０８を圧縮させるために利用できるようになる。このため、復帰用ばね７４のばね力を過大に高める必要なしに、弁体３２aを吸気上流側の開弁位置に戻すことが可能となる。また、吸気上流側の開弁位置に弁体３２aが戻る際、弁体３２aは、弾性部材１１２に比して減衰力の高い弾性部材１１４によって衝突時の衝撃を抑えつつ、速やかに当該開弁位置に停止することができる。また、その衝突時の騒音の発生をも効果的に防ぐことができる。

実施の形態１０．
次に、図１４を参照して、本発明の実施の形態１０について説明する。
図１４は、本発明の実施の形態１０のパルス過給機１２０の構成を示す図である。尚、図１４において、上述した図８に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、図１４に示す構成に対しても、アクチュエータ２４、回転減衰機構６４、および復帰用ばね７４等の既述した構成を適宜組み合わせることができる。

図１２に示すように、本実施形態のパルス過給機１２０は、吸気上流側の開弁位置からの弁体３２aの始動を促すための構成（弁体動作誘発手段）を備えている点に特徴を有している。具体的には、パルス過給機１２０は、弁体３２aに近接した位置に、バタフライ式のパイロット弁（補助弁）１２２を備えている。パイロット弁１２２は、弁体３２aが吸気上流側の開弁位置にあるときに、弁体３２aと同一面上に位置するように設けられている。また、吸気通路１２４には、弁体３２aおよびパイロット弁１２２を介して、流路の反対側の部位に、弁体３２aおよびパイロット弁１２２と吸気壁部５４bとで囲まれる副室１２６が形成されている。パイロット弁１２２は、ECU２０によって開閉動作が制御される。

本実施形態では、図１４（Ａ）に示すように、弁体３２aの非作動時には、弁体３２aと平行になるように、パイロット弁１２２の開度が制御される。このため、パイロット弁１２２の存在によって吸気抵抗が増大するのを抑制することができるとともに、弁体３２aが不用意に動作し始めるのを防止することができる。

また、本実施形態では、吸気行程中に、弁体３２aを始動させるべき所定のタイミングが到来すると、図１４（Ｂ）に示すように、パイロット弁１２２が動作させられる。その結果、副室１２６内に吸気が導入される。副室１２６内に吸気が導入されると、弁体３２aの下面に作用する動圧を高めることができ、これにより、弁体３２aが持ち上がられる。このため、パイロット弁１２２の開度を制御することによって、弁体３２aの回転動作を確実に開始させることができる。

実施の形態１１．
次に、図１５を参照して、本発明の実施の形態１１について説明する。
図１５は、本発明の実施の形態１１のパルス過給機１３０の構成を示す図である。尚、図１５において、上述した図８に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、図１５に示す構成に対しても、アクチュエータ２４、回転減衰機構６４、および復帰用ばね７４等の既述した構成を適宜組み合わせることができる。

図１５に示すように、本実施形態のパルス過給機１３０は、吸気上流側の開弁位置からの弁体３２aの始動を促すための構成として、弁体３２aに小さな変位を与えるための小変位アクチュエータ１３２を備えている。小変位アクチュエータ１３２は、直線方向に往復運動をすることのできる出力軸１３２aを有している。出力軸１３２aは、例えば、電磁力や油圧によって駆動されるものとすることができる。

本実施形態では、弁体３２aを回転動作させるべき所定のタイミングが到来すると、図１５（Ａ）に示す停止状態にある弁体３２aに対して、図１５（Ｂ）に示すように、小変位アクチュエータ１３２によって僅かな変位が与えられる。その結果、弁体３２aの下面に吸気が導入されることで、弁体３２aが持ち上がられる。このため、小変位アクチュエータ１３２の動作を制御することによって、弁体３２aの回転動作を確実に開始させることができる。

実施の形態１２．
次に、図１６を参照して、本発明の実施の形態１２について説明する。
図１６は、本発明の実施の形態１２のパルス過給機１４０の構成を示す図である。尚、図１６に示す構成においても、アクチュエータ２４や復帰用ばね７４等の既述した構成を適宜組み合わせることができる。

図１６に示す構成は、吸気通路１４４の形状に特徴を有している。すなわち、吸気通路１４４は、弁体３２aの先端部が回転時に描く軌跡上において、流路を閉塞する閉弁部１４４aを２箇所に備えている。より具体的には、これらの閉弁部１４４aは、弁体３２aの回転位置が吸気流れに対して垂直となる状態（図１６（Ｃ）に示す状態）に前後する位置に設けられている。

以上の構成によれば、弁体３２aが一方向に回転動作する間に、次のような機能を得ることができる。すなわち、先ず、吸気行程の開始時においては、図１６（Ａ）に示すように、弁体３２aは、吸気上流側の開弁位置に位置している。この状態にある弁体３２aに力が与えられると、吸気負圧を利用して、弁体３２aが回転し始める。

弁体３２aが図１６（Ｂ）に示す閉弁部１４４aの位置にまで回転すると、流路が閉塞される（第１回閉弁）。弁体３２aが更に回転することで、２つの閉弁部１４４aの間に弁体３２aが位置するようになると、再び流路は開放状態となる（第２回開弁）。

その後、弁体３２aがもう一方の閉弁部１４４aの位置にまで回転すると、流路は再び閉塞される（第２回閉弁）。そして、弁体３２aが更に回転すると、流路は再び開放され、その後、弁体３２aは吸気下流側の開弁位置（第３回開弁）に達する。

以上説明した通り、本実施形態の構成によれば、弁体３２aが一方向に回転動作する間に、第１回開弁→第１回閉弁→第２回開弁→第２回閉弁→第３回開弁という一連の動作を実現することができる。そして、本実施形態の構成によれば、そのような弁体３２aの一連の動作を、弁体３２aの回転方向が吸気流れの方向に逆らうようになることはなく、同一方向とすることができる。このため、弁体３２aの上記一連の動作に対して、吸気流れを有効に利用させることができ、大きな駆動力を必要とすることなく、パルス過給弁の応答性の改善を図ることができる。

また、以上の構成は、以下のような制御を応答性良く行うのに適している。すなわち、例えば、以上の構成を用いて、吸気行程中に、第１回開弁→第１回閉弁→第２回開弁→第２回閉弁という一連の動作を行わせるようにした場合には、先ず、第１回閉弁によって弁体３２aの前後に生成された圧力差を利用して、第２回開弁時にパルス過給を行うことができる。そして、その後に第２回閉弁を実行することとすれば、吸気弁１６の閉弁タイミングに関係なく、吸気ポート１４pに吸気が吹き返されるのを有効に防ぐことができる。

更に、以上の構成を用いて、吸気行程中に、第１回開弁→第１回閉弁→第２回開弁→第２回閉弁→第３回開弁という一連の動作を行わせるようにした場合には、第１回閉弁と第２回開弁との組み合わせと、第２回閉弁と第３回開弁との組み合わせとによって、１回の吸気行程中に、パルス過給を２回に分割して行うことができるようになる。このような手法によれば、ポンプ損失を過大に生じさせることなく、パルス過給を行うことが可能となる。

ところで、上述した実施の形態１２においては、閉弁部１４４aを２箇所に設けることとしているが、このような閉弁部１４４aのそれぞれを、上記図８に示すような閉弁部５４aのような一定の閉弁区間を有するものとしてもよい。

実施の形態１３．
次に、図１７を参照して、本発明の実施の形態１３について説明する。
図１７は、本発明の実施の形態１３のパルス過給機１５０の構成を示す図である。尚、図１７に示す構成においても、アクチュエータ２４や復帰用ばね７４等の既述した構成を適宜組み合わせることができる。

図１７に示す構成は、吸気通路１５４の形状に特徴を有している。すなわち、吸気通路１５４は、上述した図１６に示す構成と同様に、弁体３２aの先端部が回転時に描く軌跡上において、流路を閉塞する閉弁部１５４aを２箇所に備えている。本実施形態の場合は、図１６に示す構成と異なり、弁体３２aの可動角度が１８０°より大きくなるように設定されている。そして、吸気通路１５４は、吸気制御弁３２の回転軸３２bが配置された部位が内側となるように大きく屈曲された屈曲部１５４bを備えている。

図１７（Ａ）乃至図１７（Ｅ）の各図は、順に、第１回開弁、第１回閉弁、第２回開弁、第２回閉弁、および第３回開弁に対応している。弁体３２aの回転時の動作は、基本的に上記図１６に示す構成の場合と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

上述した図１６に示す構成の場合には、第２回開弁時には、弁体３２aが吸気の流れ方向に対して垂直方向を向くようになり、流路を弁体３２aが遮るようになってしまう。その結果、吸気抵抗の増大が懸念される。これに対し、本実施形態の構成によれば、回転軸３２bが設けられた部位が内側となるように滑らかに屈曲された吸気通路１５４を有している。このため、図１７（Ｃ）に示す状態においても、吸気の流れ方向と弁体３２aとの角度を浅くすることができ、吸気が弁体３２aを大きく回り込ませるようにすることができる。また、流路の急激な断面積変化を無くすことができる。このため、吸気の乱れを抑制することができ、吸気抵抗の増大を効果的に回避することができる。

実施の形態１４．
次に、図１８を参照して、本発明の実施の形態１４について説明する。
図１８は、本発明の実施の形態１４のパルス過給機１６０の構成を示す図である。尚、図１８に示す構成においても、アクチュエータ２４や復帰用ばね７４等の既述した構成を適宜組み合わせることができる。

図１８に示す構成は、吸気通路１６４に設けられた２箇所の閉弁部１６４aのそれぞれの近傍に、その周辺の部位に比して流路断面積を拡張された拡張部１６４cが設けられている点を除き、上述した図１７に示す構成と同様の構成を有している。

以上の構成によれば、閉弁部１６４aの前後において、弁体３２aと吸気通路１６４との間で、流路が急激に絞られる期間を少なくすることができる。このため、吸気抵抗の増大を効果的に回避することができる。

実施の形態１５．
次に、図１９を参照して、本発明の実施の形態１５について説明する。
図１９は、本発明の実施の形態１５の構成を示す図である。尚、図１９において、上述した図１７に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１９に示すように、本実施形態の構成は、パルス過給機１５０内の流路と、その下流の吸気通路１５４（吸気ポート１５４p）との接続の仕方に特徴を有している。具体的には、吸気通路１５４の屈曲部１５４bに弁体３２aが配置されているパルス過給機１５０において、吸気通路１５４における当該屈曲部１５４bの外側の部位が吸気ポート１５４pにおけるスワール外周部１７２と接続されるように構成されている。

以上の構成によれば、屈曲部１５４bの外側を通過する際に流速が増加した吸気の成分を、吸気ポート１５４pのスワール外周側（シリンダの外周側）に導くことができる。このため、パルス過給の実行時に、スワール比を効果的に高めることができる。

実施の形態１６．
次に、図２０および図２１を参照して、本発明の実施の形態１６について説明する。
図２０は、本実施形態の吸気制御弁３２の開閉を制御するアクチュエータ１８０の構成を、吸気制御弁３２の回転軸３２bの軸方向から見た図である。図２０に示すアクチュエータ１８０は、上述したアクチュエータ２４と同様に、電動モータが用いられているものとする。アクチュエータ１８０の出力ギヤ２４aは、従動ギヤ２２dと噛み合わされている。従動ギヤ２２dは、吸気制御弁３２の回転軸３２bの一端に固定されている。尚、アクチュエータ１８０は電動モータに限らず、例えば、電磁アクチュエータであってもよい。

また、図２０に示すように、アクチュエータ１８０は、ECU２０によって制御される負荷制御回路１８２を備えている。負荷制御回路１８２は、負荷抵抗１８２aと、当該負荷制御回路１８２を開閉するスイッチ１８２bとを備えている。このような構成によれば、ECU２０が必要に応じて、スイッチ１８２bをON状態とすることで、アクチュエータ（電動モータ）１８０を、回転動作中の弁体３２aの回転力を電力として回収する発電機として機能させることができる。この状態（ここでは、「電力回収状態」と称する）では、アクチュエータ１８０は、弁体３２aに減衰力を与えることができる。

図２１は、弁体３２aが開閉動作を行う際に実行されるアクチュエータ１８０の制御を説明するための図である。尚、ここでは、パルス過給機の全体的な構成自体は、上述した図１７に示すパルス過給機１５０を利用して説明している。しかしながら、ここで説明される制御は、上述した他の実施の形態の構成に対しても適用可能なものである。

ECU２０は、図２１（Ａ）に示す第１回開弁を開始させるべき所定のタイミングt0が到来すると、弁体３２aの開き動作をアシストするために、アクチュエータ１８０を駆動させる。その後、ECU２０は、弁体３２aが図２１（Ｂ）に示す第１回閉弁位置に達する前の所定のタイミングt1で、弁体３２aの回転動作を減衰させるために、アクチュエータ１８０の制御状態を、駆動状態から電力回収状態に切り換える。この場合の電力回収状態は、弁体３２aが第１回閉弁位置を通過した後の第２回開弁動作（図２１（Ｃ）参照）中の所定のタイミングt2まで実行される。

弁体３２aが上記のタイミングt2に達すると、ECU２０は、弁体３２aの回転動作をアシストするために、アクチュエータ１８０の制御状態を、再び電力回収状態から駆動状態に切り換える。この場合の駆動状態は、弁体３２aが図２１（Ｄ）に示す第２回閉弁位置に達する前の所定のタイミングt3まで実行される。

弁体３２aが上記のタイミングt3に達すると、ECU２０は、弁体３２aの回転動作を減衰させるために、アクチュエータ１８０の制御状態を、再び駆動状態から電力回収状態に切り換える。この場合の電力回収状態は、弁体３２aが第２回閉弁位置を通過した後の第３回開弁動作（図２１（Ｅ）参照）中の所定のタイミングt4まで実行される。

弁体３２aが上記のタイミングt4に達すると、ECU２０は、弁体３２aの回転動作をアシストするために、第３回開弁動作が終了するタイミングt5まで、アクチュエータ１８０の制御状態を、再び電力回収状態から駆動状態に切り換える。

以上説明した制御によれば、アクチュエータ１８０の駆動力を補助動力として使用することによって、弁体３２aの開閉動作を適切なタイミングで行うようにすることができる。また、第１回閉弁動作時および第２回閉弁動作時において、アクチュエータ１８０が電磁ブレーキとして使用されることで、弁体３２aの回転動作が減衰される。その結果、パルス過給を行うために有効な吸気負圧を生じさせることができる。そして、上記の電力回収状態では、弁体３２aの前後に生じた吸気の差圧と弁体３２aの慣性力とを利用した発電を行うことができ、これにより、アクチュエータ１８０の電力収支を改善することができる。

以上のように、本実施形態の制御によれば、アクチュエータ１８０を発電機として機能させることにより、吸気制御弁３２の作動により生じた内燃機関１０のポンプ損失の一部を電力として回収することができるようになる。これにより、車両全体の効率（燃費）を改善することができる。

ところで、上述した実施の形態１６においては、弁体３２aに第１回開弁→第１回閉弁→第２回開弁→第２回閉弁→第３回開弁という一連の動作を行わせる場合を例にとって説明を行ったが、本実施形態の制御は、このような開閉パターンに限らず、第１回開弁→第１回閉弁→第２回開弁→第２回閉弁という一連の動作を行う場合、第１回開弁→第１回閉弁→第２回開弁という一連の動作を行う場合、或いは、閉弁→開弁という一連の動作を行う場合に対しても適用することができる。

また、第１回開弁→第１回閉弁→第２回開弁→第２回閉弁という一連の動作を行う場合において、第２回閉弁状態では、弁体３２aより下流側の吸気ポート１４pの圧力が正圧になることがある。そのような正圧が生じている状況下において、当該正圧によって弁体３２aを吸気上流側に回転させようとする力が弁体３２aの慣性力よりも強い場合には、弁体３２aに対して何らの力が与えられていないと、弁体３２aが吸気上流側に回転させられてしまう。このような状況となった場合に、既に、吸気弁１６が閉弁されている場合には、筒内の空気充填量が減少することはないため、弁体３２aを電力回収状態として、弁体３２aが吸気上流側に押し戻される力を利用して発電するようにしてもよい。一方、このような状況となった場合に、未だ吸気弁１６が閉弁されていないようなバルブタイミングが採用されている運転状態では、弁体３２aが開くことによって筒内に充填された空気が吸気上流側に逆流するのを確実に防止するために、弁体３２aを電力回収状態ではなく駆動状態としてもよい。

尚、上述した実施の形態１６においては、弁体３２aが閉弁部５４aの近傍に位置しているときに、ECU２０がアクチュエータ１８０を発電機として機能させることにより前記第２４の発明における「電力回収実行手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１のパルス過給機が組み込まれた内燃機関を示す図である。 図１に示すパルス過給機の構成を概略的に示す図である。 図２に示す弁体の動作を説明するための図である。 本実施の形態２のパルス過給機の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態３のパルス過給機の構成を示す図である。 吸気制御弁の回転軸の周辺の構造を説明するための図である。 内燃機関のトルクTとエンジン回転数NEとの関係を表した図である。 本発明の実施の形態４のパルス過給機の構成を示す図である 本発明の実施の形態５のパルス過給機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態６のパルス過給機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態７のパルス過給機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態８のパルス過給機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態９のパルス過給機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１０のパルス過給機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１１のパルス過給機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１２のパルス過給機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１３のパルス過給機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１４のパルス過給機の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１５の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１６の吸気制御弁の開閉を制御するアクチュエータの構成を、吸気制御弁の回転軸の軸方向から見た図である。 弁体が開閉動作を行う際に実行されるアクチュエータの制御を説明するための図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１４、３４、５４、１２４、１４４、１５４、１６４ 吸気通路
１４a、３４a、５４a、１４４a、１５４a、１６４a 閉弁部
１４p、１５４p 吸気ポート
１６ 吸気弁
１８、３０、４０、５０、６０、７０、８０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０ パルス過給機
２０ ECU(Electronic Control Unit)
２２、３２ 吸気制御弁
２２a、３２a 弁体
２２b、３２b 回転軸
２４、１８０ アクチュエータ
４２ ロック機構
６２ 部分歯車
６４、７２ 回転減衰機構
７２c ラチェット機構
７４ 復帰用ばね
８２ ブレーキ装置
８４ ブレーキドラム
８６ ブレーキシュー
８８ ブレーキ駆動機構
１０２ カム機構
１０４ カム
１０４a ベース円部
１０４b ノーズ部
１０６ フォロワ
１０８ 反力生成用ばね
１１２、１１４ 弾性部材
１２２ パイロット弁
１２６ 副室
１３２ 小変位アクチュエータ
１５４b、１６４b 屈曲部
１６４c 拡張部
１７２ スワール外周部
１８２ 負荷制御回路

Claims (24)

1. 弁体と当該弁体の一端に固定された回転軸とを有し、吸気動作中においては前記弁体が前記回転軸を中心として吸気の流れ方向に沿って一方向に動作するように構成された吸気制御弁と、
   前記吸気制御弁が配置され、前記弁体の回転動作中に当該弁体の他端が描く軌跡上に、前記弁体との間で流路を閉塞するように形成された閉弁部を少なくとも１つ備える吸気通路と、
   を備えることを特徴とするパルス過給機。
2. 前記吸気制御弁は、前記吸気通路の中央部に２本並行して配置された前記回転軸を有し、これら２つの前記回転軸に対応する前記弁体のそれぞれは、前記弁体の他端を吸気上流側に吸気の流れと平行するように向けた位置から、当該他端を吸気下流側に吸気の流れと平行するように向けた位置までを回転範囲としていることを特徴とする請求項１記載のパルス過給機。
3. 前記吸気制御弁は、前記吸気通路の壁部に近接して配置された前記回転軸を有し、当該回転軸に対応する前記弁体は、当該弁体の他端を吸気上流側に吸気の流れと平行するように向けた位置から、当該他端を吸気下流側に吸気の流れと平行するように向けた位置までを回転範囲としていることを特徴とする請求項１記載のパルス過給機。
4. 内燃機関のエンジン回転数が所定値以上である場合に、前記弁体を開弁位置に保持する弁保持手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のパルス過給機。
5. 前記吸気通路の前記閉弁部は、前記軌跡上の所定の範囲に及ぶように形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のパルス過給機。
6. 前記弁体が吸気の流れ方向に沿って一方向に動作する際に、前記所定の範囲の少なくとも一部の減衰区間において、前記弁体の回転動作に減衰力を与えるように構成された減衰力付与手段を更に備えることを特徴とする請求項５記載のパルス過給機。
7. 前記減衰力付与手段は、前記減衰力を発生させる減衰機構と、前記回転軸に固定され前記弁体が前記減衰区間内に位置しているときにのみ前記減衰機構と係合する部分歯車と、を備えることを特徴とする請求項６記載のパルス過給機。
8. 前記減衰力付与手段は、前記弁体が吸気の流れ方向と逆方向に動作する際には、前記弁体に対して前記減衰機構の前記減衰力を伝達させないようにするラチェット機構を、前記減衰機構と前記部分歯車との間に介在させたことを特徴とする請求項７記載のパルス過給機。
9. 前記弁体の他端が吸気下流側を向いている場合に吸気流量が所定値以下となったときに、前記弁体を吸気上流側の開弁位置に復帰させる力を当該弁体に与える復帰力付与手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載のパルス過給機。
10. 前記復帰力付与手段は、吸気の流れ方向に沿った前記弁体の動作に抗する付勢力を発する弾性部材であることを特徴とする請求項９記載のパルス過給機。
11. 前記弁体の回転動作を、前記軌跡上の所定の位置で停止させる弁停止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載のパルス過給機。
12. 前記弁停止手段は、前記回転軸に固定された被制動部材と、当該被制動部材と対向して配置され当該被制動部材の回転を制動させる制動機構と、を備えることを特徴とする請求項１１記載のパルス過給機。
13. 前記弁停止手段は、電磁ブレーキであることを特徴とする請求項１１記載のパルス過給機。
14. 前記弁体が閉弁状態から開弁状態に移行する際の回転動作をアシストするアシスト機構を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項記載のパルス過給機。
15. 前記アシスト機構は、前記回転軸に固定されたカムと、当該カムに当接するフォロワと、当該フォロワを前記カムに押し当てる付勢力を発するばねとを備え、前記弁体が閉弁状態から開弁状態に移行する際に、前記フォロワが前記カムの頂部を乗り越えるように構成されていることを特徴とする請求項１４記載のパルス過給機。
16. 前記吸気通路は、前記弁体の吸気上流側の開弁位置に配置された第１弾性体と、前記弁体の吸気下流側の開弁位置に配置され前記第１弾性体に比して小さな減衰力を有する第２弾性体と、を備えることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項記載のパルス過給機。
17. 前記弁体の回転動作開始を促す弁体動作誘発手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項記載のパルス過給機。
18. 前記弁体動作誘発手段は、吸気上流側の開弁位置にある前記弁体より上流側に配置された補助弁と、前記弁体が吸気上流側の開弁位置にあるときに前記弁体と前記補助弁と前記吸気通路の壁部とで囲まれる空間を形成する副室と、を前記吸気通路に備えることを特徴とする請求項１７記載のパルス過給機。
19. 前記弁体動作誘発手段は、前記回転軸より上流に配置され前記弁体が吸気上流側の開弁位置にあるときに前記弁体に小さな変位を与えるアクチュエータであることを特徴とする請求項１７記載のパルス過給機。
20. 前記吸気通路は、前記回転軸が設けられた部位が内側となるように屈曲された屈曲部を備えることを特徴とする請求項１、または３乃至１９の何れか１項記載のパルス過給機。
21. 前記吸気通路における前記屈曲部の外側の部位が、前記吸気制御弁の下流側の前記吸気通路におけるスワール外周側の部位に接続されていることを特徴とする請求項２０記載のパルス過給機。
22. 前記吸気通路における前記閉弁部近傍の部位は、その周辺部位に比して流路断面積が拡張されていることを特徴とする請求項１乃至２１の何れか１項記載のパルス過給機。
23. 回転動作中の前記弁体の回転力を電力として回収する発電機を更に備えることを特徴とする請求項１乃至２２の何れか１項記載のパルス過給機。
24. 回転動作中の前記弁体が前記閉弁部近傍に位置しているときに、前記発電機を作動させる電力回収実行手段を更に備えることを特徴とする請求項２３記載のパルス過給機。

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