(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の閉時期を吸気下死点前に制御することにより吸入空気量を制御するミラーサイクル運転を所定の低負荷領域で行うエンジンにおいて、
前記ミラーサイクル運転を行う所定の低負荷領域において燃料圧力を基本圧よりも高く制御することを特徴とするエンジンの燃圧制御装置。
【請求項２】
前記ミラーサイクル運転を行う所定の低負荷領域において燃料圧力を基本圧よりも高く制御すると共に、所定の高負荷領域で前記基本圧よりも燃料圧力を高く制御し、所定の中負荷領域で燃料圧力を前記基本圧に制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃圧制御装置。
【請求項３】
所定の高負荷領域での吸・排気弁のオーバーラップ期間において排気系の圧力が負圧になるようにバルブタイミングを制御するよう構成され、前記所定の高負荷領域において、燃料噴射の開始タイミングを遅らせるように構成されると共に、前記燃料圧力を基本圧よりも高く制御するよう構成されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの燃圧制御装置に関し、詳しくは、吸気弁の閉時期の制御によって吸入空気量を制御するよう構成されたエンジンにおいて、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力（以下、燃料圧力という）を制御するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電磁動弁機構等の吸・排気弁の開閉時期を広範囲かつ任意に制御できる動弁機構を備え、該動弁機構を用いて吸気弁の閉時期を早める方向に連続的に制御することでエンジンの吸入空気量を制御するよう構成され、吸気弁の閉時期を吸気下死点前とする低負荷領域で所謂早閉じミラーサイクル運転が行われる構成のエンジンが開発されている（特願平１０−０２５９６４号等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記低負荷領域で行われるミラーサイクル運転においては、有効圧縮比（実圧縮比）が低下するため、燃焼が遅くなり、これによって排気性状の悪化やトルクの低下が発生することがあった。
【０００４】
また、高負荷領域において吸・排気弁のオーバーラップ期間で排気系の圧力が負圧になるようにバルブタイミング（排気弁の開時期）を制御して圧力差により掃気を行わせることで、充填効率の向上を図ることができるが、かかる構成とした場合、吸気弁の開時期前に吸気弁上流側に噴射された燃料が、掃気が行われるオーバーラップ期間中に排気側へ吹き抜けてしまう可能性があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸・排気弁の開閉時期を広範囲に制御できる動弁機構を備え、吸気弁の閉時期を早める方向に連続的に制御することでエンジンの吸入空気量を制御する構成のエンジンにおいて、ミラーサイクル運転領域での燃焼悪化を抑制できる燃圧制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、上記構成のエンジンにおいて、高負荷領域の充填効率の向上を図りつつ、燃料の吹き抜けを防止して必要量の燃料を噴射させることができる燃圧制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に係る発明は、吸気弁の閉時期を吸気下死点前に制御することにより吸入空気量を制御するミラーサイクル運転を所定の低負荷領域で行うエンジンにおいて、前記ミラーサイクル運転を行う所定の低負荷領域において燃料圧力を基本圧よりも高く制御するよう構成した。
【０００８】
かかる構成によると、ミラーサイクル運転が行われ、有効圧縮比（実圧縮比）が低いために燃焼が遅くなって燃焼が悪化する低負荷領域において、燃料圧力を高めることで燃料の霧化を向上させ、有効圧縮比の低下による燃焼の悪化を抑制する。
【０００９】
請求項２記載の発明では、ミラーサイクル運転を行う所定の低負荷領域において燃料圧力を基本圧よりも高く制御すると共に、所定の高負荷領域で前記基本圧よりも燃料圧力を高く制御し、所定の中負荷領域で燃料圧力を前記基本圧に制御する構成とした。
【００１０】
かかる構成によると、低負荷及び高負荷領域では燃料圧力を高くして、燃料霧化の向上や噴射率の増大を図る一方、中負荷領域では燃料圧力を低くして燃料噴霧の貫通力が過剰となることがないようにする。
【００１２】
請求項３記載の発明では、所定の高負荷領域での吸・排気弁のオーバーラップ期間において排気系の圧力が負圧になるようにバルブタイミングを制御するよう構成され、前記所定の高負荷領域において、燃料噴射の開始タイミングを遅らせるように構成されると共に、前記燃料圧力を基本圧よりも高く制御するよう構成した。
【００１３】
かかる構成によると、バルブオーバーラップ期間において排気系の圧力が負圧になるようにバルブタイミングを制御すれば、圧力差によって掃気が行われることになるが、このときに燃料噴射の開始タイミングを遅らせると共に、燃料圧力を高くして噴射率を高め、必要燃料量を遅れたタイミングで短時間に噴射させるようにする。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、有効圧縮比（実圧縮比）が低くなって燃焼が悪化する、ミラーサイクル運転が行われる低負荷領域において、燃料圧力を高めて霧化を向上させることで、燃焼悪化を抑制でき、以って、排気性状の悪化及びトルクの低下を抑制できるという効果がある。
【００１５】
請求項２記載の発明では、ミラーサイクル運転が行われる低負荷領域で燃料の霧化を向上させて燃焼悪化を抑制でき、また、噴射期間が制約される高負荷領域で噴射率を高めて必要燃料量を短時間に噴射させることができ、更に、中負荷領域では燃料圧力を低くして燃料噴霧の貫通力が過剰となって排気性状が悪化することを防止できるという効果がある。
【００１７】
請求項３記載の発明によると、高負荷領域において圧力差による掃気を行わせて充填効率を向上させつつ、遅らせた噴射タイミングにおいて必要量を確実に噴射させることができ、以て、燃料の吹き抜けを防止して排気性状，空燃比制御精度の悪化を防止できるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態の全体構成を示す図１において、ガソリンエンジン１には、電磁動弁機構２により開閉時期が電子制御される吸気弁３及び排気弁４が各気筒に装着されている。
【００１９】
各気筒の吸気弁３上流側の吸気ポート５には、燃料噴射弁６が装着され、燃焼室７には点火栓８が装着されている。また、前記点火栓８毎に点火コイル９が設けられている。
【００２０】
エンジン１の本体には、各気筒の基準クランク角で基準信号を出力すると共に、単位クランク角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ１０、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１、冷却水温度を検出する水温センサ１２が装着される。この他、図示しない車両のアクセルペダルの開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ１３や車速センサ１４等が配設されている。
【００２１】
前記各種センサ類の検出信号はコントロールユニット１５に出力され、コントロールユニット１５は、これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁６に噴射パルス信号を出力して噴射量・噴射時期の制御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火時期の制御を行い、更に、前記電磁動弁機構２に弁駆動信号を出力して吸気弁３及び排気弁４の開閉時期を制御する。
【００２２】
前記電磁動弁機構２の構成を図２に示す。
図２において電磁動弁機構２は、シリンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング２１と、吸気弁３（又は排気弁４、以下吸気弁３で代表する）  のステム３１に一体に設けられてハウジング２１内に移動自由に収納されるアーマチュア２２と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を閉弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の上面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される閉弁用電磁石２３と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の下面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される開弁用電磁石２４と、吸気弁３の閉弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する閉弁側戻しバネ２５と、吸気弁３の開弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する開弁側戻しバネ２６と、を備えて構成される。そして、閉弁用電磁石２３と開弁用電磁石２４とを共に消磁したときに、吸気弁３は全開位置と閉弁位置との間の略中央位置にあるように、閉弁側戻しバネ２５と開弁側戻しバネ２６とのバネ力が設定され、閉弁用電磁石２３のみを励磁したときに吸気弁３は閉弁し、開弁用電磁石２４のみを励磁したときに吸気弁３は開弁するように駆動される。
【００２３】
前記電磁動弁機構２による吸気弁３及び排気弁４の開閉時期は、エンジン１の運転条件に基づいて設定された目標開閉時期となるように制御されるが、特に、吸気弁３の閉時期ＩＶＣを、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅ、或いはこれらに基づいて設定された目標のシリンダ吸入空気量（目標トルク）に基づいて早閉じ方向に広範囲に可変制御してシリンダ吸入空気量を各気筒毎に制御するようになっており、これにより、前記閉時期ＩＶＣが吸気下死点前となる低負荷領域では所謂早閉じミラーサイクル運転が行われることになる。
【００２４】
尚、前記吸気弁３の閉時期ＩＶＣの制御による空気量制御は、吸気圧を大気圧状態（スロットル弁を全開）として行われることを基本とするが、吸気弁３の閉時期ＩＶＣを最大限に早めて最小作動角に制御しても目標トルクに制御できない領域において、スロットル弁を閉じて空気量を絞る構成としても良い。
【００２５】
また、所定の高負荷領域では、前記排気弁４の開時期ＥＶＯの制御によって排気脈動の位相を調整し、吸・排気弁のバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）期間において排気側の圧力が負圧になるようにして、吸気側と排気側との圧力差によって掃気を行わせるようになっている（図３参照）。
【００２６】
一方、前記燃料噴射弁６には、燃料ポンプ１６によって燃料タンク１７から吸引された燃料が圧送されるようになっており、燃料圧力は、プレッシャレギュレータ１８から燃料タンク１７内に戻される燃料量（リターン燃料量）によって調整されるようになっている。前記プレッシャレギュレータ１８からのリターン燃料量は前記コントロールユニット１５によって制御されるようになっており、コントロールユニット１５は、燃圧センサ１９で検出される実際の燃料圧力と目標燃料圧力との差に基づいて前記リターン燃料量を制御して、実際の燃料圧力を前記目標燃料圧力にフィードバック制御する。
【００２７】
尚、燃料ポンプ１６及びプレッシャレギュレータ１８は、燃料タンク１７に内設されている。
ここで、前記コントロールユニット１５による燃料圧力制御の詳細を、図４のフローチャートに従って説明する。
【００２８】
まず、Ｓ１では、エンジン回転数（ｒｐｍ）及びトルクの情報を読み込む。
また、Ｓ２では、エンジン回転数（ｒｐｍ）とトルクとに応じて予め３領域Ａ，Ｂ，Ｃに分けられている運転領域を参照する。
【００２９】
図４のＳ２に示すＡ領域は、吸気弁３の閉時期ＩＶＣが吸気下死点前となって所謂早閉じミラーサイクル運転が行われる領域と略一致する低負荷領域であり、Ｂ領域は、バルブオーバーラップ期間において排気側の圧力が負圧になるようにして掃気を行わせる高負荷領域であり、残る中負荷領域をＣ領域としてある。尚、Ａ領域よりも高負荷側では、吸気弁３の閉時期ＩＶＣを吸気下死点後の制御範囲内で制御してエンジン１の吸入空気量が制御される。
【００３０】
Ｓ３では、前記３領域Ａ，Ｂ，Ｃのうちのいずれに該当するかを判別する。
前記Ｓ３で、前記Ｃ領域であると判別されたときには、Ｓ４へ進み、前記目標燃料圧力として基本圧を設定する。前記基本圧としては、一般的にスロットル弁で空気量制御を行うオットーサイクルの４サイクルエンジンで、かつ、各吸気ポート部に燃料噴射弁を備えてなるマルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）方式の電子制御燃料噴射装置における燃料圧力に相当する圧力とする。
【００３１】
一方、Ｓ３で、前記Ａ領域であると判別されたときには、Ｓ５へ進み、前記目標燃料圧力を前記基本圧よりも高い所定圧に設定する。
前記Ａ領域は前述のようにミラーサイクル運転が行われる領域であって、有効圧縮比（実圧縮比）が低いために燃焼が遅くなって燃焼が悪化する領域であるので、燃料圧力を高めることで燃料の霧化を向上させ、有効圧縮比の低下による燃焼の悪化を抑制する。
【００３２】
また、Ｓ３で、前記Ｂ領域であると判別されたときには、Ｓ６へ進み、やはり前記目標燃料圧力を前記基本圧よりも高い所定圧に設定すると共に、燃料噴射弁６による噴射開始タイミングをＡ，Ｃ領域に比べて遅延させる設定を行う。
【００３３】
即ち、前記Ｂ領域では、図３に示すように、吸・排気弁のバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）期間において吸気側と排気側との圧力差を利用して掃気を行わせるが、早い時期に燃料噴射が行われていると、前記掃気が行われるときに、燃料が排気側に吹き抜けてしまう。
【００３４】
このため、図３に示すように、掃気による吹き抜けを回避すべく、Ａ，Ｃ領域では吸気弁３の開時期ＩＶＯよりも前に噴射が略完了するような噴射開始タイミングで噴射させるのに対し、Ｂ領域では、燃料の輸送時間を考慮して排気弁４の閉時期ＥＶＣよりも少し前を噴射開始タイミングとすべく、噴射開始タイミングの遅延設定を行う。
【００３５】
但し、噴射開始タイミングの遅延に伴って噴射の終了時期がそのまま後ろにずれ込むと、吸気弁３の閉時期に間に合わずに吸気弁３の上流側に滞留することになる燃料が発生する可能性があり、噴射可能な期間が短くなってしまう（図３参照）。そこで、燃料圧力を高めて単位時間当たりの噴射量（噴射率）を増大させ、同じ噴射量をより短い時間で噴射できるようにして、噴射開始タイミングを遅延させても、必要燃料量を確実にシリンダ内に供給できるようにするものである。
【００３６】
上記のように、Ａ，Ｂ領域では基本圧よりも高い圧力に燃料圧力が制御されるのに対し、Ｃ領域では他の領域に比して低い基本圧に制御されることになるが、Ｃ領域で燃料圧力を比較的低く抑制することで、燃料噴霧が過剰な貫通力を有することで、排気性状が悪化することを回避できる。
【００３７】
尚、高負荷領域で、排気弁４の開時期ＥＶＯの制御によって排気脈動の位相を調整し、吸・排気弁のバルブオーバーラップ期間において排気側の圧力が負圧になるようにして、吸気側と排気側との圧力差によって掃気を行わせるよう構成し、かつ、該高負荷領域で噴射開始タイミングを遅らせる一方、燃料圧力を高める制御は、吸気弁の閉時期の制御によって吸入空気量を制御する方式のエンジンに限定されるものではなく、通常にスロットル弁の開閉で吸入空気量を調整する構成のエンジンにも適用できる。
【００３８】
また、高負荷領域で前述の掃気を行わない構成であっても良く、その場合には、Ｂ，Ｃ領域共に基本圧に制御し、Ａ領域のみにおいて燃圧を高めるようにすれば良い。
【００３９】
更に、上記実施の形態では、電磁動弁機構を用いたが、吸・排気弁の開閉時期を任意に制御できる構成であれば良く、例えば油圧を用いて吸・排気弁を駆動する構成などであっても良い。
【００４０】
また、燃料圧力の調整は、前述のようなリターン燃料量の調整によって行う方式の他、燃料ポンプ１６の吐出量を制御して行う方式などであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図２】同上実施の形態における電磁動弁機構の構成を示す断面図。
【図３】同上実施の形態における高負荷領域の掃気の様子を説明するための線図。
【図４】同上実施の形態における燃圧制御の様子を示すフローチャート。
【符号の説明】
１      エンジン
２      電磁動弁機構
３      吸気弁
４      排気弁
６      燃料噴射弁
７      燃焼室
１０      クランク角センサ
１１      エアフローメータ
１２      水温センサ
１３      アクセル開度センサ
１５      コントロールユニット
１６      燃料ポンプ
１７      燃料タンク
１８      プレッシャレギュレータ
１９      燃圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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