(57)【要約】【課題】  吸気ポートに燃料を噴射するエンジンに適用されるエンジン制御装置に関し、冷態始動直後のＨＣ排出量を大幅に低減できるようにする。【解決手段】  エンジンの始動が判定されると吸気弁の閉弁時期が進角するように閉弁時期変更手段１６を制御するとともに、吸気弁の閉弁時期の進角にともない吸気ポートに取り付けられた燃料噴射弁６の燃料噴射時期を進角させるようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気ポートに取り付けられ、該吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
少なくとも吸気弁の閉弁時期を変更可能な閉弁時期変更手段と、
該エンジンの始動を判定又は検出する始動判定手段と、
該始動判定手段により該エンジンの始動が判定又は検出されると該吸気弁の閉弁時期が進角するように該閉弁時期変更手段を制御するとともに、該吸気弁の閉弁時期の進角にともない該燃料噴射弁の燃料噴射時期を進角させる制御手段とを有する
ことを特徴とする、エンジン制御装置。
【請求項２】
該制御手段は、
該始動判定手段により該エンジンの始動が判定又は検出されると該吸気弁の閉弁時期を吸気下死点よりも進角させる
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジン制御装置。
【請求項３】
該制御手段は、
該始動判定手段により該エンジンの始動が判定又は検出されると該吸気弁の閉弁時期が進角するように該閉弁時期変更手段を制御するとともに、該吸気弁の閉弁と略同時に該燃料噴射弁から燃料が噴射されるように該燃料噴射時期を進角させる
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジン制御装置。
【請求項４】
該制御手段は、
該始動判定手段により該エンジンの始動が判定又は検出されると該吸気弁の閉弁時期が進角するように該閉弁時期変更手段を制御するとともに、該燃料噴射弁から噴射された燃料が該吸気弁の閉弁時期と略同時に該吸気弁に到達するように、該燃料噴射時期を該吸気弁の閉弁時期よりも早期に進角させる
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジン制御装置。
【請求項５】
該エンジンが冷態状態であるか否かを検出する冷態状態検出手段を有し、
該制御手段は、該エンジンの始動が判定又は検出され、且つ、該冷態状態検出手段により該エンジンが冷態状態であることが検出されると、該閉弁時期変更手段及び該燃料噴射弁の進角制御を行う
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載のエンジン制御装置。
【請求項６】
該エンジンの始動後、所定行程経過すると該閉弁時期変更手段及び該燃料噴射弁の進角制御が終了する
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載のエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気ポートに燃料を噴射するエンジンに適用される、エンジン制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は一般的なポート噴射エンジンの構成を示す模式図であって、１はシリンダブロック、２はピストン、３は吸気弁、４は排気弁、５は吸気ポート、６はインジェクタである。インジェクタ６は、その先端を吸気弁３側に向けて吸気ポート５に取り付けられており、インジェクタ６からは所定のタイミングで燃料が噴射されるように構成されている。
また、このようなポート噴射式のエンジンでは、吸気弁３がまだ閉じているようなタイミング（具体的には例えば排気行程）で燃料噴射が実行されるのが一般的である。そして、このように予め吸気ポート５内に燃料を噴射を行うことで、吸気ポート５内において燃料噴霧の気化が促進されるとともに、燃料と吸気（新気）との混合が促進される。
そして、その後吸気弁３が開いてピストン２が下降すると吸気ポート５内の混合気が燃焼室内に取り込まれ、ピストン２が上昇に転じると吸気弁３が閉じられて混合気が圧縮される。そして、点火が行われて混合気が燃焼し、排気弁４を介して排気ガスが排出される。
【０００３】
ところで、一般にエンジンの冷態始動時には、排ガス中に含まれるＨＣが増大してしまう。このため、従来より冷態始動時のＨＣ排出量を低減する技術が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。
この特許技術１の技術では、冷態始動直後に、バルブオーバラップが上死点以降の吸気行程範囲を含むように可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ機構）の作動が制御され、その後上死点前の排気行程範囲のオーバラップを増大させるようにＶＶＴ機構の作動が制御される。
【０００４】
したがって、燃料の気化が促進されない冷態始動時には、吸気ポート内に噴射された燃料が閉弁期間中にバルブシート付近に液状となって溜まるが、この液状燃料はそのまま排気ポートに排出されることなく、始動直後の吸気行程範囲のオーバラップ中にピストンの下降に伴って筒内に流入して確実に燃焼される。又、その後に排気行程範囲のオーバラップが増加されると、例えば、一旦排気側に排出された排ガスが吸気ポート内に逆流して、液状燃料の排出防止作用が奏されたり、或いは、排気バルブの早期開弁による後燃え効果で、触媒の昇温作用が奏されたりする。
【特許文献１】特開２００２−１５５７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１の技術は、吸気弁と排気弁とのオーバラップ期間に未燃ガスが吸気ポートから排気ポートへ抜けていくのを防止しているに過ぎず、燃焼室内で混合気の燃焼効率を高めて燃焼ガス中のＨＣ自体を低減するようなものではなった。
ところで、冷態始動直後にＨＣが増大するのは、インジェクタから噴射された燃料が十分に気化していないのが主な原因であり、ＨＣ排出量を低減するためには燃料気化時間を十分長くするのが好ましい。
【０００６】
このように燃料気化時間を長く取るには、できるだけ早く燃料を噴射するのが好ましいが、図５に示すように、一般的なポート噴射エンジンにおいては最も早く燃料を噴射できるタイミングは吸気弁の閉弁直後、即ち吸気下死点後であり、これ以上は噴射時期を早めることはできない。このため、冷態始動時における燃料の気化時間を十分長く取れず、冷態始動直後のＨＣ低減効果が十分得られなかった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、冷態始動直後のＨＣ排出量を大幅に低減できるようにした、エンジン制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、請求項１記載の本発明のエンジン制御装置は、エンジンの吸気ポートに取り付けられ、該吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、少なくとも吸気弁の閉弁時期を変更可能な閉弁時期変更手段と、該エンジンの始動を判定又は検出する始動判定手段と、該始動判定手段により該エンジンの始動が判定又は検出されると該吸気弁の閉弁時期が進角するように該閉弁時期変更手段を制御するとともに、該吸気弁の閉弁時期の進角にともない該燃料噴射弁の燃料噴射時期を進角させる制御手段とを有することを特徴としてる。
【０００９】
また、請求項２記載の本発明のエンジン制御装置は、該制御手段は、該始動判定手段により該エンジンの始動が判定又は検出されると該吸気弁の閉弁時期を吸気下死点よりも進角させることを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明のエンジン制御装置は、該制御手段は、該始動判定手段により該エンジンの始動が判定又は検出されると該吸気弁の閉弁時期が進角するように該閉弁時期変更手段を制御するとともに、該吸気弁の閉弁と略同時に該燃料噴射弁から燃料が噴射されるように該燃料噴射時期を進角させることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の本発明のエンジン制御装置は、該制御手段は、該始動判定手段により該エンジンの始動が判定又は検出されると該吸気弁の閉弁時期が進角するように該閉弁時期変更手段を制御するとともに、該燃料噴射弁から噴射された燃料が該吸気弁の閉弁時期と略同時に該吸気弁に到達するように、該燃料噴射時期を該吸気弁の閉弁時期よりも早期に進角させることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５記載の本発明のエンジン制御装置は、該エンジンが冷態状態であるか否かを検出する冷態状態検出手段を有し、該制御手段は、該エンジンの始動が判定又は検出され、且つ、該冷態状態検出手段により該エンジンが冷態状態であることが検出されると、該閉弁時期変更手段及び該燃料噴射弁の進角制御を行うことを特徴としている。
また、請求項６記載の本発明のエンジン制御装置は、該エンジンの始動後、所定行程経過すると該閉弁時期変更手段及び該燃料噴射弁の進角制御が終了することを特徴としている。
【００１２】
なお、該閉弁時期変更手段及び該燃料噴射弁の進角制御終了後は、該燃料噴射時期を該吸気弁の閉弁終了後の排気行程時に設定するのが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のエンジン制御装置によれば、エンジン始動後は吸気弁の閉弁時期を進角させるとともに燃料噴射時期を進角させるので、気化時間を十分長く取ることができ、エンジン始動直後のＨＣ排出量を大幅に低減することができる。
なお、この場合、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点より進角させれば、噴射時期の進角による燃料の気化時間を十分に且つ確実に確保することができる。また、吸気弁の閉弁と同時に燃料噴射を実行することで、１つ前の吸気行程で燃料が吸入されるような事態を確実に回避しながら燃料の気化時間を十分長く取ることができる利点がある。また、噴射された燃料が吸気弁に到達するまでの時間を考慮して、吸気弁の閉弁時期よりも該考慮した時間だけ早く燃料を噴射することで、さらに燃料の気化時間を長く設定できＨＣ排出量のさらなる低減を図ることができる。
【００１４】
また、ＨＣ排出量が比較的多いエンジンの冷態始動時にのみ、吸気弁の閉弁時期及び燃料噴射時期の進角制御を行うことで、エンジンの状態に応じた適切な制御を行うことができる。
また、エンジンの始動後、所定行程経過すると閉弁時期変更手段及び燃料噴射弁の進角制御が終了するので、その後は、エンジンの運転状態に応じた燃料噴射開始時期及び吸気弁の開閉時期を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面により、本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置について説明すると、図１はその要部構成を模式的に示すブロック図、図２はその作用を説明するためのタイムチャート、図３はその作用を説明するためのフローチャートである。
さて、本発明が適用されるエンジンは、背景技術の欄で図４を用いて説明したのものと同様に構成されている。具体的には、エンジンの吸気ポート５にはインジェクタ（燃料噴射弁）６が取り付けられており、このインジェクタ６から吸気ポート５内に燃料が噴射されるように構成されている。なお、以下では図４で用いた符号を一部引用して説明する。
【００１６】
また、図１に示すように、このエンジンには、吸排気弁のバルブ開閉タイミングを変更可能なＶＶＴ機構（可変バルブタイミング機構）１５が設けられている。ここで、ＶＶＴ機構１５は、吸気弁側ＶＶＴ機構（閉弁時期変更手段）１６と排気弁側ＶＶＴ機構１７とから構成されており、これらの各ＶＶＴ機構１６，１７はそれぞれ独立して個別に制御可能に構成されている。
【００１７】
ところで、このようなＶＶＴ機構１６，１７は種々の公知の技術を適用可能であるが、本実施形態においては、エンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更することで、吸排気弁３，４の開弁タイミング及び閉弁タイミングを変更するようにしたものが適用されている。このような構成のＶＶＴ機構１６，１７では、開弁タイミング（開弁時期）及び閉弁タイミング（閉弁時期）を変更することで、吸気弁３や排気弁４の開弁期間を変更することなく、バルブリフトカーブを全体的に進角させたり遅角させたりするように構成されている。
【００１８】
なお、本発明では、この吸気弁側ＶＶＴ機構１６は少なくとも吸気弁３の閉弁タイミングを変更可能なものであれば良く、開弁タイミングを変更できないようなものでも適用可能である。また、排気弁側ＶＶＴ機構１７については、省略可能である。
また、これらのＶＶＴ機構１６，１７には、それぞれ吸気側ＶＶＴ機構１６を作動させるアクチュエータ１８及び排気側ＶＶＴ機構１７を作動させるアクチュエータ１９が設けられている。これらのアクチュエータ（以下、ＶＶＴアクチュエータという）１８，１９は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を進角させたり遅角させたりするものであり、例えば電気モータや油圧回路に配設された電磁弁である。
【００１９】
また、上述したインジェクタ６及びＶＶＴアクチュエータ１８，１９は図１に示すＥＣＵ（制御手段）１３からの制御信号に基づいてその作動状態が制御されるようになっている。
図１に示すように、このＥＣＵ１３には、キースイッチ１１、水温センサ（冷態状態検出手段又は水温検出手段）１２が接続されており、ＥＣＵ１３ではこれらキースイッチ１１及び水温センサ１２からの情報に基づいて、インジェクタ及びＶＶＴアクチュエータ１８，１９に対する制御信号を設定するようになっている。
【００２０】
次に、本装置の具体的な制御内容について説明すると、ＥＣＵ１３内にはキースイッチ１１からの情報に基づいてエンジンの始動を判定する始動判定手段１４が設けられている。この始動判定手段では例えばキースイッチの位置がＯＮ位置からスタート位置に切り替えられるとエンジンの始動を判定するものである。なお、エンジン始動判定手段は上述のようなものに限定されず、例えば図示しないスタータモータへの通電を検出してエンジン始動を検出又は判定するものでも良い。
【００２１】
そして、この始動判定手段１４によりエンジンの始動が判定されると、ＥＣＵ１３では水温センサ１２から得られる水温情報に基づいて、冷態始動時であるか否かを判定するようになっている。なお、本実施形態では、検出された水温が所定温度（例えば７０℃）以下であると冷態始動時であると判定するようになっている。
そして、ＥＣＵ１３により冷態始動が判定されると、インジェクタ６及びＶＶＴアクチュエータ１８に対して制御信号を発して、吸気弁３の閉弁タイミングが進角するように吸気弁側ＶＶＴ機構１６を制御するとともに、吸気弁３の閉弁時期の進角にともないインジェクタ６の燃料噴射開始タイミングを進角させるようになっている。
【００２２】
具体的には、冷態始動時には、吸気弁側ＶＶＴ機構１６により吸気弁３の閉弁タイミングを吸気下死点よりも前で可能な限り進角させるとともに、インジェクタ６の燃料噴射開始タイミングを吸気弁３の閉弁タイミングよりも早い時期に進角させるようになっている。なお、燃料噴射開始タイミングは噴射された燃料噴霧が吸気弁に到達するまでの時間ｔ１（図２参照）を考慮したものであって、燃料噴射開始タイミングは閉弁タイミングよりも上記の時間ｔ１だけ進角させるようになっている。換言すると、インジェクタ６から噴射された燃料が吸気弁３の閉弁時期と同時又は略同時に吸気弁３に到達するように、燃料噴射時期を吸気弁３の閉弁タイミングよりも早期に進角させるようになっているのである。
【００２３】
このような制御を行うのは、冷態始動時におけるＨＣ排出量の低減を図るためである。すなわち、冷態始動直後にはエンジンが十分温まっていないため、インジェクタ６から噴射された燃料が十分に気化されず、これに起因してＨＣ排出量が増大する。したがって、冷態始動時にＨＣ排出量を低減するためには燃料気化時間を十分長く設定する必要がある。燃料気化時間を長く取るには、吸気行程が始まる前にできるだけ早く燃料を噴射すればよいが、ポート噴射エンジンにおいては最も早く燃料を噴射できるタイミングは吸気弁３の閉弁直後であり、これ以上は早く噴射することはできない。
【００２４】
そこで、本実施形態では、エンジンの冷態始動時には吸気弁３の閉弁タイミングを吸気下死点よりもさらに進角させるとともに、インジェクタ６の燃料噴射時期をこれに合わせて進角させているのである。
また、ＥＣＵ１３では、冷態始動後に所定行程（例えば２行程）カウントすると、上述したようなインジェクタ６の燃料噴射タイミング及び吸気弁３の閉弁タイミングの進角制御を終了して、エンジンの運転状態に応じた通常の燃料噴射タイミングの制御及びＶＶＴ機構１５の制御に徐々に移行するようになっている。
【００２５】
本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置は上述のように構成されているので、その作用について図２に示すタイムチャート及び図３に示すフローチャートを用いて説明すると以下のようになる。
まず、キースイッチ１１がオンとなると図２に示すフローチャートがスタートする。ここで、本実施形態では吸気弁側ＶＶＴ機構１６は、構造上、エンジン停止時には吸気弁３の開弁タイミング及び閉弁タイミングが最遅角となるように構成されているため、キースイッチ１１のオン直後も当然ながら閉弁タイミングが最遅角となっている（ステップＳ１）。
【００２６】
次に、エンジン水温に基づいて、冷態始動であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで冷態始動でなければステップＳ９に進み、通常の噴射タイミング（排気行程）で燃料噴射が開始される（図２のｅ参照）。また、冷態始動時と判定されると、ＥＣＵ１３では吸気弁３の閉弁タイミングを最進角させ、吸気弁の閉弁タイミングを吸気下死点よりも前にに設定される（ステップＳ３）。ここで、本実施形態では、吸気弁側ＶＶＴ機構１６としてカムシャフトの位相を変更することで吸気弁３の開閉タイミングを変更するような機構が適用されているので、図２に示すように、閉弁タイミングを進角させることにより吸気弁３の開弁期間が全体的に進角する。
【００２７】
また、このような吸気弁３の閉弁タイミングの進角後（或いはほぼ同時に）、インジェクタ６の燃料噴射開始タイミングを進角させる（ステップＳ４）。この場合、燃料噴射の開始時期を、吸気弁の閉じるタイミング（図２のｂ参照）よりも早いタイミング（図２のｃ参照）に進角させる。これにより、吸気弁３を進角制御しないときの吸気弁の閉じるタイミング（図２のａ参照）よりも燃料噴射を大幅に早いタイミングで開始でき、燃料の気化が促進される。なお、この場合の燃料噴射開始タイミング（図２のｃ）は、噴射された燃料噴霧が吸気弁３に実際に到達するまでの時間ｔ１を考慮したものであるため、このようなタイミングで燃料噴射を開始しても燃料が１つ前の吸気行程で燃焼室に取り込まれるようなことはない。また、燃料噴霧が吸気弁３に到達するまでの時間ｔ１は予め実験又は試験等により求めた値を用いても良いし、ＥＣＵ１３内にマップ化して記憶させておき、エンジン水温等のパラメータに応じて設定するようにしても良い。
【００２８】
その後吸気行程において吸気弁３が開くと、負圧により吸気ポート６内の燃料と新気（空気）とが燃焼室に取り込まれる。このときには、燃料が十分気化しているので、燃焼室内では燃料と新気との混合が促進される。そして、所定のタイミングで点火が行われ（図２のｄ参照）、効率よく混合気が燃焼する。
次に、このような燃料噴射タイミング及び吸気弁の閉弁タイミングの進角制御を所定行程実行したか否かを判定し、所定行程経過したと判定すると（ステップＳ５）、その後吸気弁３の閉弁時期をエンジン運転状態に応じたタイミングに徐々に変化させるとともに（ステップＳ６）、この閉弁時期に応じて燃料噴射開始タイミングも徐々に変化させる（ステップＳ７）。
【００２９】
そして、吸気弁３の閉弁タイミングがエンジンの運転状態に応じたタイミングに一致すると、今度は燃料噴射開始タイミングを徐々に（又は一気）に通常運転時の噴射タイミング（排気行程噴射）に変更する（ステップＳ８）。そして、排気行程噴射に移行すると（ステップＳ９）、本制御を終了する。
以上のように、本実施形態に係るエンジン制御装置によれば、エンジン始動後は吸気弁３の閉弁タイミングを進角させるとともに燃料噴射開始タイミングを進角させるので、燃料の気化時間を十分長く取ることができ、エンジン始動直後のＨＣ排出量を大幅に低減することができるという利点がある。また、噴射された燃料が吸気弁３に到達するまでの時間を考慮して、吸気弁３の閉弁時期よりも上記考慮した時間だけ早く燃料を噴射することで、さらに燃料の気化時間を長く設定できＨＣ排出量のさらなる低減を図ることができる。
【００３０】
また、ＨＣ排出量が比較的多いエンジンの冷態始動時にのみ、吸気弁３の閉弁時期及び燃料噴射開始タイミングの進角制御を行なうので、エンジンの状態に応じた適切な制御を行うことができる。
また、エンジンの始動後、所定行程経過すると閉弁時期変更手段及び燃料噴射弁の進角制御が終了するので、その後はエンジンの運転状態に応じた燃料噴射タイミング及び吸気弁３の開閉タイミングを設定することができる。
【００３１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記の実施形態では、冷態始動時にのみ吸気弁３の閉弁タイミング及びインジェクタ６の燃料噴射開始タイミングを進角させているが、エンジン始動時には水温に関係なく上述した制御を実行するように構成してもよい。また、上述の実施形態では吸気弁３の閉弁タイミングを吸気下死点よりも前に進角させたが、吸気下死点あるいは吸気下死点直後まで進角させるようにしても良い。
【００３２】
また、上述の実施形態では、インジェクタ６から噴射された燃料が吸気弁３の閉弁時期と同時に吸気弁３に到達するように、燃料噴射開始タイミングを吸気弁３の閉弁タイミングよりも早期に進角させているが、吸気弁３の閉弁タイミングと燃料噴射開始タイミングとを同時としてもよい。この場合には、１つ前の吸気行程で燃料が吸入されるような事態が確実に回避される。
【００３３】
また、上述の実施形態では、エンジンの始動後、所定行程経過すると吸気弁３の閉弁タイミング及びインジェクタ６の燃料噴射開始タイミングの進角制御が終了するように構成されているが、本制御の終了のトリガは上記以外にも種々設定可能である。例えばエンジンの始動後所定時間経過したか、エンジンの始動後水温が所定以上になったか、等の判定結果に基づいて本制御を終了するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態にかかるエンジン制御装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるエンジン制御装置の作用を説明するためのタイムチャートである。
【図３】本発明の一実施形態にかかるエンジン制御装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図４】一般的なポート噴射エンジンの構成を示す模式図である。
【図５】一般的なポート噴射エンジンの動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
３  吸気弁
５  吸気ポート
６  インジェクタ（燃料噴射弁）
１２  水温センサ（水温検出手段）
１３  ＥＣＵ（制御手段）
１４  始動判定手段
１６  吸気弁側ＶＶＴ機構（閉弁時期変更手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006009724.tif 000005
【図４】
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【図５】
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