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発明の名称 内燃機関の制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−16626(P2007−16626A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−196331(P2005−196331)
出願日 平成17年7月5日(2005.7.5)
代理人 【識別番号】100077481
【弁理士】
【氏名又は名称】谷 義一
発明者 森 純一
要約 課題
筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関において、要求される燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁に許容される最小噴射量を下回るときに、該内燃機関が適切に運転されるための内燃機関の制御装置を提供する。

解決手段
筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置であって、運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出結果の要求負荷に基づき、燃料噴射量および点火時期を決定する決定手段と、該決定手段で得られた燃料噴射量が、前記燃料噴射弁の最小噴射量を下回るとき、該燃料噴射量を該最小噴射量以上にまで増量補正する燃料量補正手段と、該燃料量補正手段による燃料の増量補正分に対応させて、吸入空気量調整手段を吸入空気量が多くなるように補正制御すると共に、前記決定手段で得られた点火時期を遅角補正する補正制御手段と、を備えることを特徴とする。
特許請求の範囲
【請求項1】
筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置であって、
運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段の検出結果の要求負荷に基づき、燃料噴射量および点火時期を決定する決定手段と、
該決定手段で得られた燃料噴射量が、前記燃料噴射弁の最小噴射量を下回るとき、該燃料噴射量を該最小噴射量以上にまで増量補正する燃料量補正手段と、
該燃料量補正手段による燃料の増量補正分に対応させて、吸入空気量調整手段を吸入空気量が多くなるように補正制御すると共に、前記決定手段で得られた点火時期を遅角補正する補正制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項2】
前記吸入空気量調整手段は、吸気通路に配置されたスロットルバルブであ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。
【請求項3】
前記吸入空気量調整手段は、吸気通路に開口して該吸気通路に空気を噴射するエアーインジェクタであ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。
【請求項4】
前記吸入空気量調整手段は、吸気バルブの開時期、閉時期、リフト量の少なくともいずれかを可変可能とする動弁機構であ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。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関においては、一般に、運転状態に応じて燃料噴射量が求められ、該燃料噴射量に対応する所定の期間開弁するように燃料噴射弁が制御されている。しかしながら、要求される燃料噴射量が少なくなると、燃料噴射量が燃料噴射弁において制御可能な最小噴射量を下回ることがあるので、このような場合には、該内燃機関が適切に運転されるべく、最小噴射量を下回らないように、燃料噴射量を調整することが行われる。
【0003】
例えば、特許文献1によれば、アイドル時に、燃料タンク等の燃料経路内に発生した蒸発燃料を捕獲して吸気系にパージし、そのパージ分を差し引いた燃料噴射量を吸気ポートに供給するポート噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関において、要求された燃料噴射量が最小噴射量を下回ることになった場合には、燃料噴射量を最小噴射量とし、これに対応して点火時期を最適点火時期から所定角遅角し、そして閉じられているスロットルバルブのバイパス通路の開度を大きくすることが提案されている。
【0004】
【特許文献1】特開平08−165973号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、一般に、筒内噴射用燃料噴射弁において制御可能な最小噴射量は、ポート噴射用燃料噴射弁において制御可能な最小噴射量よりも、筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力がポート噴射用燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力よりも高いが故に、大きくなる。それ故、例えば運転者からの要求負荷が低いとき、要求される燃料噴射量が最小噴射量を下回ることが想定されるが、このようなときには上記特許文献1に記載のものは対応していない。
【0006】
そこで、本発明は、筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関において、要求される燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁に許容される最小噴射量を下回るときに、該内燃機関が適切に運転されるための内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明による内燃機関の制御装置は、筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置であって、運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出結果の要求負荷に基づき、燃料噴射量および点火時期を決定する決定手段と、該決定手段で得られた燃料噴射量が、前記燃料噴射弁の最小噴射量を下回るとき、該燃料噴射量を該最小噴射量以上にまで増量補正する燃料量補正手段と、該燃料量補正手段による燃料の増量補正分に対応させて、吸入空気量調整手段を吸入空気量が多くなるように補正制御すると共に、前記決定手段で得られた点火時期を遅角補正する補正制御手段と、を備えることを特徴とする。
【0008】
上記構成によれば、燃料噴射量が最小噴射量を下回るとき、燃料噴射量が最小噴射量以上にまで増量補正される。これに伴い、燃料の増量補正分に対応させて、吸入空気量が多くなるように吸入空気量調整手段が補正制御されるので、空燃比の変動を小さくすることが可能になる。これにより、例えば所定の空燃比となれば、燃料の燃焼が適切に行われ、例えば不燃や不完全燃焼が生じてエミッション(炭化水素やすすなど)が大幅に生じるのが防止される。また、これと共に、燃料の増量補正分に対応させて、点火時期が遅角補正されるので、出力トルクの向上やエンジン回転数の上昇などが生じるのを防げて、要求負荷が達成されることになる。以上より、当該内燃機関は、要求される燃料噴射量が最小噴射量を下回っても、すなわち要求される燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁に許容されるものでなくても、該内燃機関が適切に運転されるようになる。
【0009】
また、前記吸入空気量調整手段は、吸気通路に配置されたスロットルバルブであることを特徴とすると好ましい。
【0010】
あるいは、前記吸入空気量調整手段は、吸気通路に開口して該吸気通路に空気を噴射するエアーインジェクタであることを特徴としても良い。
【0011】
さらにあるいは、前記吸入空気量調整手段は、吸気バルブの開時期、閉時期、リフト量の少なくともいずれかを可変可能とする動弁機構であることを特徴としても良い。
【発明の効果】
【0012】
上記本発明による内燃機関の制御装置によれば、筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関において、要求される燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁に許容される最小噴射量を下回っても、内燃機関の適切な運転が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明による内燃機関の制御装置を火花点火機関に応用した実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【0014】
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図1に示す。本実施形態におけるエンジン10は、燃料であるガソリンを燃料噴射弁12から燃焼室14内に直接噴射し、点火プラグ16によって着火させる筒内噴射型式のものであるが、アルコールやLPG(液化天然ガス)などを燃料として使用することも可能である。
【0015】
燃焼室14にそれぞれ臨む吸気ポート18および排気ポート20が形成されたシリンダヘッド22には、吸気ポート18を開閉する吸気バルブ24および排気ポート20を開閉する排気バルブ26を含む動弁機構28と、燃焼室14内の混合気を着火させる前述の点火プラグ16とが組み込まれ、さらにこの点火プラグ16に火花を発生させるイグニッションコイル30が搭載されている。
【0016】
吸気ポート18に連通するようにシリンダヘッド22に連結されて吸気ポート18と共に吸気通路32を区画形成する吸気管34の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路32に導くためのエアクリーナ36が設けられている。このエアクリーナ36よりも下流側に位置すると共に、サージタンク38よりも上流側に位置する吸気管34の部分には、運転者によって操作されるアクセルペダル40の踏み込み量に基づき、スロットルアクチュエータ42によって開度が調整されるスロットルバルブ44が組み込まれている。本実施形態では、アクセルペダル40の踏み込み動作と、スロットルバルブ44の開閉動作とを切り離して電気的に制御できるようにしている。
【0017】
排気ポート20に連通するようにシリンダヘッド22に連結されて排気ポート20と共に排気通路46を区画形成する排気管48の途中には、燃焼室14内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する三元触媒50が組み込まれている。
【0018】
従って、エアクリーナ36を通って吸気管34から燃焼室14内に供給される空気は、燃料噴射弁12から燃焼室14内に噴射される燃料と混合気を形成し、点火プラグ16の火花により着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが三元触媒50を通って排気管48から大気中に排出される。
【0019】
本実施形態では、エンジン10およびこのエンジン10が搭載される車両の運転状態を把握して制御装置52が燃料噴射弁12からの燃料の噴射量および噴射時期、イグニッションコイル30を介した点火プラグ16の点火時期、スロットルアクチュエータ42の作動などを制御するため、以下に記すような各種センサ類を具えている。すなわち、吸気管34内の空気の圧力、すなわち吸気圧を検出してこれを制御装置52に出力する吸気圧センサ54を備えている。また運転者によって操作されるアクセルペダル40の踏み込み量を検出してこれを制御装置52に出力するアクセル開度センサ56を備えている。また、ピストン58が往復動するシリンダブロック60には、連接棒62を介してピストン58が連結されるクランク軸64の回転位相、つまりクランク角を検出してこれを制御装置52に出力するクランク角センサ66が取り付けられている。本実施形態においては、このクランク角センサ66をエンジン回転数センサとしても利用している。
【0020】
本実施形態における制御装置52は、上記各種センサを含む運転状態検出手段の検出結果の要求負荷に基づき、燃料噴射量および点火時期を決定する決定手段と、該決定手段で得られた燃料噴射量が、前記燃料噴射弁の最小噴射量を下回るとき、該燃料噴射量を該最小噴射量以上にまで増量補正する燃料量補正手段と、該燃料量補正手段による燃料の増量補正分に対応させて、吸入空気量調整手段を吸入空気量が多くなるように補正制御すると共に、前記決定手段で得られた点火時期を遅角補正する補正制御手段と、を含んでいる。
【0021】
具体的には、制御装置52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、センサ54、56、66などが電気的に接続されている。これらのセンサ54、56、66などからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン10の運転がなされるように、制御装置52は出力インタフェースから電気的に信号を出力して、燃料噴射弁12、イグニッションコイル30、スロットルアクチュエータ42などの作動を制御するようになっている。
【0022】
本実施形態のエンジン10は、通常、吸気圧センサ54からの出力値に基づく吸気圧や、クランク角センサ66からの出力値に基づくエンジン回転数など、すなわちエンジン負荷及びエンジン回転数などからなる運転状態に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等が設定される。その際、必要に応じて、アクセル開度センサ56からの出力値に基づくアクセルペダル40の踏み込み量等、すなわち要求負荷に応じてそれらの補正がなされる。これらの燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期に基づいて、燃料噴射弁12や点火プラグ16等の作動が制御され、例えば定常走行時には理論空燃比で適切に運転が行われるように制御される。
【0023】
ところで、一般に、筒内噴射用燃料噴射弁において制御可能な最小噴射量は、ポート噴射用燃料噴射弁において制御可能な最小噴射量よりも、筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力がポート噴射用燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力よりも高いが故に、大きな量となる。従って、走行状態等によっては、例えば運転者からの要求負荷が低いとき、燃料噴射量が最小噴射量を下回ることが想定される。なお、この最小噴射量は、燃料噴射弁12からの燃料の噴射圧力と、燃料噴射量に対応する燃料噴射弁12の開弁期間とから自ずと求められる。
【0024】
しかしながら、そのように燃料噴射量が最小噴射量を下回る状態で、燃料噴射弁12の制御が行われると、燃料噴射圧が高いため、噴射される燃料量が不安定になり、所定量の燃料が燃焼室14に適切に噴射されないことが生じる。これでは、運転状態に応じた出力トルクやエンジン回転数が得られず、運転者等に不快感を与え、適切な運転がなされない可能性がある。
【0025】
そこで、本実施形態では、要求負荷等に応じて求められた燃料噴射量が最小噴射量を下回るとき、すなわち燃料噴射時間が最小噴射時間を下回るときには、燃料噴射時間を最小噴射時間に補正することとしている。しかしながら、単に燃料噴射時間を補正して長くしただけでは、吸入空気量に対して燃料噴射量が増加し、すなわち空燃比が低下して、噴射された燃料が適切に燃焼されなくなる虞がある。具体的には、燃料の不燃や不完全燃焼が生じてエミッション(炭化水素やすすなど)が大幅に生じるなどの問題が生じ得る。そこで、本実施形態では、図2に示すフローチャートに従って、燃料噴射時間、吸入空気量、点火時期をそれぞれ補正することとしている。
【0026】
まず、制御装置52は、ステップS210で、運転状態を知るべく、クランク角センサ66からエンジン回転数、エンジン負荷として吸気圧センサ54から吸気圧、要求負荷としてアクセル開度センサ56からアクセル開度を検出する。そして、ステップS220で、検出されたこれらの値に基づいて不図示のマップを検索することで点火時期SAdおよび吸入空気量Ldが導出され決定される。次いで、ステップS230で、理論空燃比とすべく、吸入空気量Ldに対応する燃料噴射量Qdが導出され、ステップS240で燃料噴射量Qdに対応する燃料噴射時間taudが導出される。なお、燃料噴射量Qdおよび燃料噴射時間taudはそれぞれ不図示のマップから導き出される。
【0027】
なお、燃料供給系としては上述の如く燃料噴射弁12のみを図示しているが、本実施形態では、燃料タンクに貯留されている燃料が燃料ポンプにより圧送され、この圧送された燃料が燃料噴射弁12を通じて所定の圧力で燃焼室14に噴射されるように設定されている。
【0028】
このようにして求められた燃料噴射時間taudは、ステップS250で最小噴射時間tauminと比較され、燃料噴射時間taudが最小噴射時間taumin以上のときには、上記値を用いてエンジン10の運転がなされるべく該ルーチンは終了される。なお、このとき、このように求められた燃料噴射時間taud、点火時期SAdに基づき、エンジン10の制御が行われる。
【0029】
一方、ステップS250で燃料噴射時間taudが、最小噴射時間tauminより短い、すなわち下回ると判断されたときには、ステップS260へ進み、最小噴射時間tauminを燃料噴射時間tauとして設定する。すなわち、燃料噴射時間tauが、最小噴射時間tauminとの時間差Δtau(最小噴射時間taumin−燃料噴射時間taud)分、長く補正されて、燃料噴射量が最小噴射量まで増量補正されることになる。なお、燃料噴射時間taudが、最小噴射時間tauminを下回るときは、例えば、運転者からの要求負荷が低いときであり、より具体的には、減速指示がアクセル開度の変化に表れているときである。
【0030】
そして、燃料噴射時間tauが補正されて長くなると、次いで、ステップS270で、吸入空気量Lが吸入空気量Ldから増量補正される。増量される補正量ΔLは、不図示のマップを、燃料噴射時間tauにおける時間差Δtauやエンジン回転数などの運転状態に基づいて検索することで求められ、その補正量ΔLは理論空燃比を実現すべく定められる。本実施形態では、吸入空気量Lの補正は、吸入空気量調整手段であるスロットルバルブ44を補正制御すること、すなわちスロットル開度を大きくすることでなされるように設定されているので、別途、補正量ΔLに対応するスロットル開度の開角度の補正量が、予め実験によって求められたマップ(不図示)を補正量ΔLなどに基づいて検索することで求められ、この得られた値に基づく出力信号が制御装置52からスロットルアクチュエータ42に出力されることになる。
【0031】
さらに、ステップS280で、点火時期SAが点火時期SAdから遅角補正される。遅角される補正量ΔSAは、不図示のマップを、燃料噴射時間tauにおける時間差分Δtauやエンジン回転数などの運転状態に基づいて検索することで求められ、その補正量ΔSAは、運転者からの要求負荷を実現すべく定められる。より具体的には燃料噴射時間の延長および吸入空気量の増量に対応して機関出力が増すところ、この機関出力を、アクセルペダル40のアクセル開度に表れる要求負荷に対応するところに抑制するべく定められる。
【0032】
従って、本実施形態では、このように燃料噴射時間taudが、筒内噴射用燃料噴射弁12に許容される燃料の最小噴射時間tauminを下回るとき、燃料噴射時間tauが最小噴射時間tauminにまで補正されて長くされ、この補正分Δtauに対応させて、所定の空燃比に維持すべく吸入空気量Lが多くなるように吸入空気量調整手段であるスロットルバルブ44の開度が補正制御されるので、燃料噴射量に合わせて空気の充填効率が上昇し、燃料の燃焼が適切に行われることになり、例えば不燃や不完全燃焼が生じてエミッション(炭化水素やすすなど)が大幅に生じるのが防止される。また、燃料噴射時間tauを長くして、吸入空気量Lを増やすことに対応して、要求負荷に対応させるべく、点火時期SAが遅角補正されるので、出力トルクの向上やエンジン回転数の上昇などが生じるのが防がれて、あたかも運転手が要求したようにエンジンが運転される。それ故、運転者が、車両の走行感に違和感を感じることが低減されることになる。
【0033】
以上、本発明を上記実施形態に従って説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、燃料噴射時間が最小噴射時間を下回るか否かを判定したが、燃料噴射量が最小噴射量を下回るか否かで判定をして、下回るときには燃料噴射量を最小噴射量まで演算上増量補正して、それに対応する燃料噴射時間を求めるようにしても良い。または、燃料噴射圧を可変可能な燃料噴射機構を有する場合には、要求された燃料噴射量が最小噴射量を下回るとき、燃料噴射弁12からの燃料噴射圧を高く補正することで、燃料噴射量を増量補正しても良い。なお、燃料噴射量の補正に基づく吸入空気量の補正や点火時期の補正は、上記実施形態の順番に制限されない。
【0034】
また、上記実施形態では、吸入空気量を増量補正することを、スロットルバルブ44を補正制御することで行うこととしたが、他に例えば吸気通路32に空気を噴射するエアーインジェクタを吸気通路32に開口を有するように設けて、該エアーインジェクタを開弁させる制御を行うことで、該エアーインジェクタから吸気通路32に所定の量の空気を導入し、実質的に吸入空気量を多くすることも可能である。
【0035】
また他の代替的なものとしては、吸気バルブ24の開閉タイミングなどを調整するべく、吸気バルブ24を制御、すなわち吸気バルブ24を含む動弁機構を制御することで行っても良い。例えば、吸気バルブ24の作用角を可変させることができる動弁機構を備える場合には、吸気バルブ24の作用角を大きくすることで、すなわち吸気バルブ24の開弁期間を長くすることで行っても良い。あるいは、吸気バルブ24の位相角を可変させることができる動弁機構を備える場合には、吸気バルブ24の開時期や閉時期を調整して、例えば慣性過給効果を生かして、吸入空気量を増量することとしても良い。さらにあるいは、吸気バルブ24のリフト量を調整することができる動弁機構を備える場合には、そのリフト量を大きくして吸入空気量を増量することとしても良い。
【0036】
例えば、吸入空気量を増量するためには、吸気バルブ24の開いている期間と排気バルブ26の開いている期間が重ならないように、すなわちオーバーラップが生じないようにすると共に、吸気行程において、クランク角が上死点(TDC)と下死点(BDC)との間に、吸気バルブ24が開弁して閉弁するようにすると良い。これは、上死点前に吸気バルブ24の開時期があると、オーバーラップが生じ、排気ガスが排気通路から逆流する可能性があり、排気ガスの逆流により燃焼室14内の新気の量が減少して吸入空気量の実質的な増加を望めない可能性があるためである。また、下死点後に吸気バルブ24の閉時期があると、ピストン58が上昇して一旦吸入された空気が燃焼室14から押し出されることにつながる可能性があるからである。
【0037】
ここで、吸気バルブ24の動きの一例を横軸にクランク角を、縦軸に吸気バルブ24のリフト量をとった図3のグラフ上に示す。例えば図3に示すように、吸気バルブ24の開閉タイミングとリフト量が曲線C1に示すような場合には、リフト量を大きくして開弁期間を長くし、且つ開閉タイミングをずらして、例えば曲線C2に示すように制御することで吸入空気量を増量することが可能になる。しかしながら、曲線C2の場合から吸入空気量を増やすときには、同様にリフト量を大きくして開弁期間を長くすると、曲線C3のように開時期が上死点前に至ることがあり、好ましくない。そのような場合には、曲線C4として示すように、吸気バルブ24の位相角を下死点側にずらして上死点と下死点との間に開弁期間を調整するようにするのが望ましい。
【0038】
このようなことを実現する機構としては、吸気バルブ24の開閉タイミングのみを、開閉タイミングとリフト量とを、あるいはリフト量のみを可変とした可変バルブタイミング(VVT)システムがある。例えば、吸気カムシャフトにベーン式VVTコントローラを設け、そのカムの位相を連続的に可変させるものがある。これは、例えばカムシャフトに固定されたベーン部と油圧室を設けたハウジング部などからなり、制御装置からの出力信号によりオイルコントロールバルブのスプール弁の位置を制御して、ハウジング部の進角室あるいは遅角室にオイルを供給して、吸気カムの位相を可変させるものである。なお、油圧にかえて磁力で吸気カムの位相を可変制御することとしても良い。
【0039】
他には、特開2003−343228号公報に記載の可変動弁機構が例えばあげられる。これは、この機構を吸気バルブの動弁機構として備えた内燃機関において、内燃機関に対して要求される吸入空気量に応じて、リフト可変手段にてバルブリフトを調整することを可能にするものである。以下に、特開2003−343228号公報に記載のこの可変動弁機構の一例を説明する。
【0040】
概略的に記述すると、これは、回転カムと吸気バルブ(以下、単にバルブと称し得る。)に連動するローラとの間に介在させた仲介駆動機構を用いることでバルブリフトを可変とする可変動弁機構であって、この仲介駆動機構は、回転カムにより駆動される入力部及びこの入力部に連動することでローラを介してバルブを駆動する出力部を有する中間カムと、ローラの回転軸周りでの、中間カムの公転位相位置を調整することでバルブリフトを可変とするリフト可変手段と、を備えるものである。そしてこれは、中間カムが、中間カム自身の回転中心を中心軸とする円筒状外周面を備えたベース部を有し、出力部をベース部から突出して設けたことにより、円筒状外周面に連続する出力部カム面を形成し、ローラは円筒状外周面に接触して配置されていることにより、入力部が回転カムにより駆動された時には円筒状外周面に連続する出力部カム面にローラが接触することでバルブのリフトが実行されるとともに、リフト可変手段による中間カムの公転位相位置の調整により出力部カム面によるローラの駆動開始タイミングが変更されることでバルブリフトが可変とされることを特徴とする。さらには、リフト可変手段は、主軸部及びピン部がクランク状に組み合わされて形成された回動シャフトと、主軸部を回転する回転駆動手段とを備え、主軸部から径方向に離れたピン部に中間カムのベース部を回転可能に配置し、主軸部をローラの回転軸上に配置することにより、回転駆動手段の回転にて、中間カムを、ローラの回転軸を公転軸として公転させるよう構成したことを特徴とするものである。なお、前記ローラは、ローラロッカーアームに設けられているものであるか、バルブリフタに設けられているものである。
【0041】
上記可変動弁機構の具体例を、図4から図7に基づいて説明する。これは上記本発明に係る実施形態の内燃機関の制御装置に適用され得るものであり、上記実施形態における構成要素と同じものには同様の符号を付すものとする。なお、図4から図7に基づく説明においては、エンジン10が4バルブエンジンであるとして説明する。
【0042】
図4は、上記可変動弁機構を、エンジン10の吸気ポート18を開閉する吸気バルブ24の動弁機構に適用したところを示す吸気バルブ24周辺の縦断面図である。そして、図5から図7は、仲介駆動機構200の動作に対する吸気バルブ24の動作を説明するための説明図である。なお、図4において、燃料噴射弁12を省略してある。
吸気バルブ24のリフト量及び作用角の調整は、吸気カムシャフト148に設けられた吸気カム150(「回転カム」に相当)とローラロッカーアーム152との間に存在する仲介駆動機構200の駆動により行われる。
【0043】
制御装置52は、アクセル開度センサ56、クランク角センサ66、吸気圧センサ54、シリンダブロック60に設けられたバルブリフト調整用電動モータ(不図示)に組み込まれた回転位相センサ、などからの各種信号を用いた演算結果に基づいて、燃料噴射弁12から制御上要求されるタイミングで制御上要求される量の燃料を噴射し、イグニッションコイル30による点火制御を実行する。また、制御装置52は、後述するごとくバルブリフト調整用電動モータを回転させて、吸気バルブ24のバルブリフトを調整することで吸入空気量を制御する。
【0044】
ここで可変動弁機構について説明する。可変動弁機構は、吸気カム150を含む吸気カムシャフト148、仲介駆動機構200、及びローラロッカーアーム152にて構成されている。仲介駆動機構200は、各気筒毎に1つの中間カム202が、クランク状に形成された回動シャフト204(不図示)にて連結されて構成されている。
【0045】
中間カム202は、円筒状のベース部206、入力部208及び出力部210から構成されている。ベース部206の中心部分には、円筒状外周面206aと同軸に形成された軸孔が形成されていて、この軸孔に回動シャフト204のピン部204bが挿入されることで、中間カム202は回動シャフト204に取り付けられているが、中間カム202はピン部204bに対しては回転可能となっている。
【0046】
入力部208は、ベース部206の円筒状外周面206aの軸方向中央付近から突出する2つのアーム、これらアームの先端にベース部206の軸方向と平行に掛け渡されているシャフト、及びこのシャフトに回転可能に取り付けられたローラ208cとから構成されている。出力部210は、入力部208の軸方向両側において設けられ、ベース部206の円筒状外周面206aから突出する略三角形状に形成されている。この出力部210の一辺はわずかに凹状に湾曲するカム面210aを形成している。
【0047】
回動シャフト204は、主軸部204a、ピン部204b、及びプレート部204cから構成されている。シリンダヘッド22に取り付けられたサーボモータなどのバルブリフト調整用電動モータにより、主軸部204aが回転されることにより回動シャフト204全体が回転されるように構成されている。尚、この主軸部204aの回転位相は、前述した回転位相センサにより検出されている。
【0048】
回動シャフト204がシリンダヘッド22に取り付けられた状態では、主軸部204aは、シリンダヘッド22上の軸受け部にベアリングキャップにより回転可能に配置されている。尚、このベアリングキャップは吸気カムシャフト148用のベアリングキャップと一体化されている。そしてこの各ベアリングキャップ214にプレート部204cが隣接するようにされている。
【0049】
このプレート部204cの内で、主軸部204aに取り付けられている基端側とは反対の先端側においては、ピン部204bがプレート部204c間を接続するように設けられている。そしてこのピン部204bには前述したごとく中間カム202が回転(自転)可能に取り付けられている。したがってバルブリフト調整用電動モータにより主軸部204aが回転されると、プレート部204cの先端側が主軸部204aを中心として振られる。このためピン部204bと共に中間カム202も主軸部204aを中心に回転、すなわち公転することになる。
【0050】
主軸部204aの回転軸は、ローラロッカーアーム152のローラ152aの回転軸Ar上に配置されている。そしてこの配置状態にて、ベース部206の円筒状外周面206aは、ローラロッカーアーム152のローラ152aに接触するように、ベース部206の直径が形成されている。このため回動シャフト204の主軸部204aが回転すると、中間カム202のベース部206は、常に円筒状外周面206aがローラ152aと接触した状態を維持して公転することになる。
【0051】
尚、図示しないが、回動シャフト204のプレート部204cには、中間カム202のベース部206の端部に設けられた一方の段差部206cに対抗して、スプリング受け部204dが形成されている。このスプリング受け部204dには圧縮スプリング213の一端が挿入されて取り付けられる穴部が形成されている。したがって中間カム202が回動シャフト204に組み込まれて、ローラロッカーアーム152と吸気カム150との間に配置された状態では、中間カム202は、ピン部204bに対して相対的に回転する付勢力を圧縮スプリング213から受ける。このため、入力部208が吸気カム150の方向に持ち上げられて、入力部208のローラ208cは常に吸気カム150に当接するようになる。
【0052】
このように構成された仲介駆動機構200は、バルブリフト調整用電動モータにより回動シャフト204の主軸部204aを回転させることで中間カム202を主軸部204aに対して公転させ、同時にローラロッカーアーム152のローラ152aに対して公転させることができる。このことによりローラ152aに対する中間カム202の回転位相位置を調整でき、吸気バルブ24のバルブリフトを調整することが可能となる。以下、バルブリフト調整用電動モータによる中間カム202の公転と、吸気バルブ24のバルブリフトの変化について説明する。
【0053】
まず、吸気カム150が回転しても吸気バルブ24が全く開かない駆動状態を図5に基づいて説明する。図5(A)の状態は、バルブリフト調整用電動モータにより、ローラロッカーアーム152のローラ152aの回転軸Arに対して図示における反時計回りの限界位相位置Lまで、中間カム202の回転軸Asを公転させた状態を示している。この限界位相位置Lに中間カム202の回転軸Asを配置した状態で、吸気カムシャフト148の回転により吸気カム150のノーズ150aにより最大に入力部208のローラ208cが押し下げられた状態を図5(B)に示す。
【0054】
このようにノーズ150aにより入力部208のローラ208cが駆動されることにより、中間カム202全体は回動シャフト204のピン部204bを軸として反時計回りに自転する。この時、ベース部206の円筒状外周面206aがローラロッカーアーム152のローラ152aに接触した状態で中間カム202が自転する。この自転に連動して出力部210のカム面210aがローラロッカーアーム152のローラ152aに近づくが、図5(B)の状態となっても、ローラロッカーアーム152のローラ152aは、ベース部206の円筒状外周面206aと出力部210のカム面210aとの境界部分に到達するのみである。したがって、ローラロッカーアーム152のローラ152aは、出力部210のカム面210aに乗り上げることはなく、ローラロッカーアーム152には、アジャスタ216の先端支持部分を中心にした回転は生じず、吸気バルブ24のステムエンド24aを押し下げることはない。
【0055】
このようにして吸気カムシャフト148の回転にもかかわらず、吸気バルブ24を閉じたままにしておくことができる。次に、吸気カム150が回転することにより吸気バルブ24が中程度に開く駆動状態を図6に基づいて説明する。図6(A)の状態は、バルブリフト調整用電動モータにより、ローラロッカーアーム152のローラ152aの回転軸Arに対して反時計回りの限界位相位置Lと時計回りの限界位相位置Hとの間の中間の位相位置に、中間カム202の回転軸Asを公転させた状態を示している。この状態では、図5(A)に比較して入力部208のローラ208cは、吸気カム150のベース円部150bの内で、ローラロッカーアーム152のローラ152aに近い位置に接触している。このため中間カム202全体は、ローラロッカーアーム152のローラ152aを基準にすると、少し反時計回りに自転した位相位置に存在する。すなわち出力部210のカム面210aは、図5(A)に比較してローラロッカーアーム152のローラ152aに近い位置に存在する。
【0056】
この状態で、吸気カムシャフト148の回転により吸気カム150のノーズ150aにより最大に入力部208のローラ208cが押し下げられた状態を図6(B)に示す。この時、ノーズ150aにより中間カム202全体が反時計回りに自転する。この自転においては、途中まではベース部206の円筒状外周面206aがローラロッカーアーム152のローラ152aに接触した状態を維持する。そして途中からはローラロッカーアーム152のローラ152aは出力部210のカム面210aに乗り上げる。このことによりローラロッカーアーム152は出力部210のカム面210aにより押し下げられるようにして駆動し、アジャスタ216の先端支持部分を中心として回転して、ステムエンド24aを押し下げて、吸気バルブ24を図6(B)の状態まで押し開く。
【0057】
そして、更に吸気カムシャフト148が回転すると、ノーズ150aが入力部208のローラ208cから離れてゆくことにより、図6(B)の状態から図6(A)の状態に戻ってゆく。このようにして吸気バルブ24を中程度に開くことができる。
【0058】
次に、吸気カム150が回転することにより吸気バルブ24が最大に開く駆動状態を図7に基づいて説明する。図7(A)の状態は、バルブリフト調整用電動モータ212により、ローラロッカーアーム152のローラ152aの回転軸Arに対して時計回りの限界位相位置Hに中間カム202の回転軸Asを公転させた状態を示している。この状態では、図6(A)に比較して入力部208のローラ208cは、ローラロッカーアーム152のローラ152aに更に近い位置にて吸気カム150のベース円部150bに接触している。このため中間カム202全体は、ローラロッカーアーム152のローラ152aを基準にして、更に反時計回りに自転した位相位置に存在する。この時、出力部210のカム面210aは、図6(A)に比較してローラロッカーアーム152のローラ152aに更に近い位置に存在する。
【0059】
この状態で吸気カムシャフト148の回転により吸気カム150のノーズ150aにより最大に入力部208のローラ208cが押し下げられた状態を図7(B)に示す。この時、ノーズ150aにより中間カム202全体が反時計回りに自転する。この自転においては、初期からあるいは早期にローラロッカーアーム152のローラ152aは出力部210のカム面210aに乗り上げる。このことによりローラロッカーアーム152は出力部210のカム面210aにより押し下げられるようにして駆動し、アジャスタ216の先端支持部分を中心として回転して、ステムエンド24aを押し下げて、吸気バルブ24を図7(B)の状態まで押し開く。
【0060】
そして、更に吸気カムシャフト148が回転すると、ノーズ150aが入力部208のローラ208cから離れてゆくことにより、図7(B)の状態から図7(A)の状態に戻ってゆく。このようにして吸気バルブ24を最大限度に開くことができる。
【0061】
このようにして、バルブリフト調整用電動モータによって中間カム202の公転における位相位置を調整することにより、吸気バルブ24のリフト量及び作用角は無断階で連続的に可変とすることができる。
【0062】
尚、吸入空気量を多くするべく、スロットルバルブの開度を調整すること、エアーインジェクタを用いること、および吸気バルブのバルブタイミングを調整することを上述の如く例示した。本発明は、これらの内、少なくとも二つの組合せにより、吸入空気量を多くすることを含むものである。
【0063】
ところで、本発明は、上記の如く筒内噴射用燃料噴射弁が燃料噴射手段として一つ設けられている内燃機関に適用が限定されるものではなく、筒内噴射用燃料噴射弁を少なくとも一つ備える内燃機関に適用されるものである。例えば、ポート噴射用の燃料噴射弁と、筒内噴射用の燃料噴射弁とを両方有するデュアル噴射型の内燃機関にも適用可能である。特に、本発明をデュアル噴射型の内燃機関に適用することに意義がある。そこで、デュアル噴射型の内燃機関に本発明を適用したときについて以下に述べるが、その際、ポート噴射用燃料噴射弁を「ポート噴射弁」と、筒内噴射用燃料噴射弁を「筒内噴射弁」と称する。なお、上記実施形態における構成と、デュアル噴射型の内燃機関の構成は、ポート噴射弁を除き、概ね同じであり、図1を参照して以下に説明する。但し、ポート噴射弁を符号「12A」で表すことにする。
【0064】
一般に、このようなデュアル噴射型の内燃機関では、筒内噴射弁と、ポート噴射弁とを備え、運転状態に応じて所定の噴き分け率で燃料噴射するようにして、燃費特性や出力特性の改善が図られている。
【0065】
ところで、このようなデュアル噴射型の内燃機関において、運転状態に応じて所定の噴き分け率で燃料噴射を行なわせるようにした場合、運転状況によっては筒内噴射弁12からの要求噴射量がその最小噴射量を下回るときがある。このように要求噴射量が最小噴射量を下回ると、開弁時間で設定されている燃料噴射量の制御が不安定となる虞がある。そこで、最小噴射時間を維持したまま要求噴射量を満たすために、上記実施形態の如く制御を行うと良い。なお、この制御については、上記実施形態の制御を参照して省略する。
【0066】
例えば、デュアル噴射型の内燃機関では、噴き分け率(筒内噴射弁からの燃料噴射量/全燃料噴射量)が例えば「0.5」に設定されているときには、筒内噴射弁12とポート噴射弁12Aの燃料噴射時間の各々をそれぞれの最小噴射時間にすると、上記実施形態の制御(図2参照)を参照して、吸入空気量を倍増する増量補正をする必要性が生じる場合があり得る。
【0067】
このような吸入空気量の補正量が非常に大きくなり得るため、上記第一実施形態の内燃機関においてよりも、デュアル噴射型の内燃機関ではさらに本発明の意義が感じられる。それ故に、デュアル噴射型の内燃機関では、本発明を適用することが特に重要であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【0068】
【図1】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した、ガソリンエンジンの概略構成図である。
【図2】本実施形態の制御のフローチャートである。
【図3】吸気バルブの動作を説明するためのグラフである。
【図4】可変動弁機構の、吸気バルブ周辺の縦断面図である。
【図5】図4に示した可変動弁機構における仲介駆動機構の動作を説明するための説明図である。
【図6】図4に示した可変動弁機構における仲介駆動機構の動作を説明するための説明図である。
【図7】図4に示した可変動弁機構における仲介駆動機構の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【0069】
10 エンジン
12 燃料噴射弁
14 燃焼室
16 点火プラグ
18 吸気ポート
20 排気ポート
22 シリンダヘッド
24 吸気バルブ
26 排気バルブ
28 動弁機構
30 イグニッションコイル
32 吸気通路
34 吸気管
36 エアクリーナ
38 サージタンク
40 アクセルペダル
42 スロットルアクチュエータ
44 スロットルバルブ
46 排気通路
48 排気管
50 三元触媒
52 制御装置
54 吸気圧センサ
56 アクセル開度センサ
58 ピストン
60 シリンダブロック
62 連接棒
64 クランク軸
66 クランク角センサ




 

 


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