(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼室内へ正確な量の燃料を供給し得る内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】吸気ポートから燃焼室への燃料噴射を燃料噴射弁であるインジェクタ１１ａ、１１ｂが開弁する期間により制御する内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０であって、インジェクタ１１ａ、１１ｂを開くタイミングを変化させることにより燃料噴射量を制御するとともに、インジェクタ１１ａ、１１ｂを閉じるタイミングを吸気バルブ１３ａ、１３ｂが閉じられるタイミング以降のタイミングで固定する。【選択図】図４
2015034515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートから燃焼室への燃料噴射を燃料噴射弁が開弁する期間により制御する内燃機関の制御装置であって、
燃料噴射弁を開くタイミングを変化させることにより燃料噴射量を制御するとともに、燃料噴射弁を閉じるタイミングを吸気バルブが閉じられるタイミング以降のタイミングで固定する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
吸気ポートから燃焼室への燃料噴射を燃料噴射弁が開弁する期間により制御する内燃機関の制御装置であって、
燃料噴射弁を閉じるタイミングで燃料噴射弁から噴射される燃料が燃焼室に到達する前に吸気バルブを閉じるように燃料噴射期間を設定する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、燃料噴射量を調節するための内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼室へ所望の量の燃料を噴射すべく、各吸気ポートを通過する吸入空気量に応じて当該吸気ポートに設けた燃料噴射弁から噴射する燃料量を決定するという技術か開示されている（例えば、特許文献１参照）。また通常、燃料噴射弁へは常に所定圧力で燃料が供給された状態にある。よって燃料噴射弁による燃料噴射量の調整は、開弁時間に依存する。
【０００３】
しかしながら、上記特許文献のように吸気ポート近傍に燃料噴射弁が配置されているものや吸気ポートそのものに燃料噴射弁が配置されているような、吸気バルブと燃料噴射弁との距離が近くなる構成を採用しているものについては特に、燃料噴射終了時に燃料噴射弁で発生する比較的大きな燃料粒子が霧化できないまま燃焼室に入り燃焼が行われるため排気ガス性能が悪化する、換言すれば混合気に局部的にリッチな部分が発生する傾向にある。さらに上記特許文献では、燃料噴射弁が開弁している時間を変更することで噴射量を変更するという態様を採用しているが、具体的に開弁タイミング、閉弁タイミングの変更度合いといった具体的な態様についてはなんら考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２０１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような不具合に着目したものであり、燃焼室内に良好な混合気を形成し排気ガス性能を改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００７】
すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気ポートから燃焼室への燃料噴射を燃料噴射弁が開弁する期間により制御する内燃機関の制御装置であって、燃料噴射弁を開くタイミングを変化させることにより燃料噴射量を制御するとともに、燃料噴射弁を閉じるタイミングを吸気バルブが閉じられるタイミング以降のタイミングで固定する。
【０００８】
ここで、「吸気バルブを閉じるタイミング以降のタイミング」とは勿論、吸気バルブが閉じられるタイミングと燃料噴射弁を閉じるタイミングとが等しい場合も含まれる。
【０００９】
このようなものであれば、吸気バルブが閉じた後、燃料噴射が終わるように設定することで燃料噴射終了時に現れる大きな燃料滴は吸気バルブでせき止められ、燃焼室へ到達することはない。その結果、燃焼室内に良好な混合気を形成し排気ガス性能をの悪化を防止することができる。
【００１０】
また本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気ポートから燃焼室への燃料噴射を燃料噴射弁が開弁する期間により制御する内燃機関の制御装置であって、燃料噴射弁を閉じるタイミングで燃料噴射弁から噴射される燃料が燃焼室に到達する前に吸気バルブを閉じるように燃料噴射期間を設定する内燃機関の制御装置。
【００１１】
ここで、「燃料噴射弁を閉じるタイミングで燃料噴射弁から噴射される燃料が燃焼室に到達する前に吸気バルブを閉じる」とは、燃料噴射弁から燃焼室への燃料の到達時間よりも短い時間であれば、吸気バルブが閉じるタイミングが燃料噴射弁を閉じるタイミングよりも遅い態様をも含まれる。換言すれば、吸気バルブが閉じるタイミングよりも燃料噴射弁が閉じるタイミングが早い態様も含まれる。
【００１２】
このようなものであっても上記同様、燃料噴射終了時に現れる大きな燃料滴は吸気バルブでせき止められ、燃焼室へ到達することはない。しかも吸気ポートでせき止められる燃料量をより少なくなり、デポジット発生の抑制や燃料のさらなる霧化促進が期待できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃焼室内へ正確な量の燃料を供給し得る内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の正面側から見た概略構成図。
【図２】同実施形態の一の気筒における燃料噴射を示す模式的な平面図。
【図３】同内燃機関を背面側から見た可変バルブタイミング機構の説明図。
【図４】同実施形態に係るタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１、図２及び図３に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。
【００１６】
本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち最も正面側に位置付けた一つの気筒を図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射する対をなす燃料噴射弁たるインジェクタ１１ａ、１１ｂを設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部中央には点火プラグ１２が取り付けられるとともに、各気筒１の排気ポート１６には排気バルブ１４が、そして本実施形態では対をなして設けられた吸気ポート１５ａ、１５ｂには吸気バルブ１３ａ、１３ｂがそれぞれ取り付けられている。
【００１７】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４ａ、３４ｂを、上流からこの順序に配置している。
【００１８】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１９】
図２では一の気筒１及びその近傍における吸気系３の天井部分を模式的に平面視している。同図に示すように、本実施形態では独立して対をなす吸気ポート１５ａ、１５ｂを具備している。そして各吸気ポートには１個ずつのインジェクタ１１ａ、１１ｂを持ち、そのうち一方の吸気ポート１５ｂにはスワールコントロールバルブ１７が取り付けられている。斯かる構成により、気筒１内にスワール流ＳＷを発生させるべく各吸気ポート１５ａ、１５ｂからの吸入流量をスワールコントロールバルブ１７で制御する。併せて前記吸入流量に応じて２個のインジェクタ１１ａ、１１ｂの燃料噴射量を独立に適正化することで、燃焼室内の混合気分布を最適にする。具体的に本実施形態では冷間始動時やアイドリングストップからの再始動時において、スワールコントロールバルブ１７を絞ることに起因する吸気ポート１５ｂからの吸入空気量の相対的な現象に併せて、インジェクタ１１ｂの噴射量を減少させて同図のようなスワール流の発生を促すことにより燃料の混合度合いを良くし、混合燃焼を実現する。逆に、成層燃焼を実現する場合は、インジェクタ１１ｂの燃料を増加させる。但し、燃料の成層化が起こる場所、程度は、吸気ポート１５ａ、１５ｂ、燃焼室の形状、燃料噴射タイミングに依存する。なお本実施形態では次に説明する可変バルブタイミング機構６も設けており、当該可変バルブタイミング機構により、吸気のタイミングも吸気行程の範囲内で可変可能である。
【００２０】
すなわち図３に示すように、本実施形態における内燃機関では、クランクスプロケット７１、吸気側スプロケット７２及び排気側スプロケット７３にタイミングチェーン７４を巻き掛け、このタイミングチェーン７４により、クランクシャフトからもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット７２を介して吸気カムシャフトに、排気側スプロケット７３を介して排気カムシャフトに、それぞれ伝達している。
【００２１】
その上で、吸気側スプロケット７２と吸気カムシャフトとの間に、可変バルブタイミング機構６を介設している。本実施形態における可変バルブタイミング機構６は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相を変化させることにより吸気バルブの開閉タイミングを変化させるものである。
【００２２】
可変バルブタイミング機構６のハウジング６１は、吸気側スプロケット７２に固着しており、吸気側スプロケット７２とハウジング６１とは一体となってクランクシャフトに同期して回転する。これに対し、吸気カムシャフトの一端部に固着したロータ６２は、ハウジング６１内に収納され、吸気側スプロケット７２及びハウジング６１に対して相対的に回動することが可能である。ハウジング６１の内部には、作動液が流出入する複数の流体室が形成され、各流体室は、ロータ６２の外周部に成形されたベーン６２１によって進角室６１２と遅角室６１１とに区画されている。
【００２３】
可変バルブタイミング機構６の液圧（特に、油圧）回路には、オイルパン８１内に蓄えられた作動液が液圧ポンプ８２より供給される。液圧ポンプ８２は、内燃機関からの動力で駆動される。液圧ポンプ８２と可変バルブタイミング機構６との間には、切換制御弁であるＯＣＶ（Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ）９を設けている。作動液の流量及び方向をこのＯＣＶ９を介して操作することで、オイルパン８１から汲み上げた作動液を進角室６１２または遅角室６１１に選択的に供給することができる。さすれば、ハウジング６１がロータ６２に対して相対回動し、吸気バルブの開閉タイミングを進角または遅角させることができる。
【００２４】
ＯＣＶ９は、いわゆる電磁式の四方向スプール弁である。図４に示すように、ＯＣＶ９は、液圧ポンプ８２の吐出口と接続する供給ポート９１、ハウジング６１の進角室６１２と接続するＡポート９２、ハウジング６１の遅角室６１１と接続するＢポート９３、並びにオイルパン８１と接続するドレインポート９４、９５を有している。ＯＣＶ９のスプールは、進退動作により内部粒体経路を切り換えて、Ａポート９２及びＢポート９３をそれぞれ供給ポート９１、ドレインポート９４、９５の何れかに連通させる。また、スプール９６が中立位置をとるときには内部流体経路が断絶し、Ａポート９２及びＢポート９３を供給ポート９１にもドレインポート９４、９５にも連通させない。図４では、スプール９６が中立位置にある状態を示している。
【００２５】
スプール９６はソレノイド９７によって駆動する。即ち、制御信号ｍとしてソレノイド９７に入力するパルス電流（または、電圧）のデューティ比に応じて、スプール９６の進退の距離が変化する。制御信号ｍのデューティ比が比較的大きい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＡポート９２を通じて進角室６１２に供給される一方、既に遅角室６１１に貯留していた作動液がＢポート９３を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、進角室６１２の容積が拡大、遅角室６１１の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフトの回転位相、換言すれば吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が進角して、吸気バルブのバルブタイミングが進角化する。
【００２６】
逆に、制御信号ｍのデューティ比が比較的小さい場合には、液圧ポンプ８２から吐出される作動液圧がＢポート９３を通じて遅角室６１１に供給される一方、既に進角室６１２に貯留していた作動液がＡポート９２を通じてオイルパン８１に向けて流下することとなり、遅角室６１１の容積が拡大、進角室６１２の容積が縮小するようにベーン６２１及びロータ６２が回動する。結果、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する変位角が遅角して、吸気バルブのバルブタイミングが遅角化する。
【００２７】
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２８】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ等が入力される。
【００２９】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１ａ、１１ｂに対して燃料噴射信号ｊａ、ｊｂ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＯＣＶ９に対して制御信号ｍ、スワールコントロールバルブ３５に対して開度操作信号ｎ等を出力する。
【００３０】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊａ、ｊｂ、ｋ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００３１】
しかして本実施形態のＥＣＵ０は、吸気ポートから燃焼室への燃料噴射を燃料噴射弁が開弁する期間により制御するものであって、燃料噴射弁たるインジェクタ１１ａ、１１ｂを開くタイミングを変化させることにより燃料噴射量を制御するとともに、インジェクタ１１ａ、１１ｂを閉じるタイミングを吸気バルブが閉じられるタイミング以降のタイミングで固定するようにしている。また斯かる制御は、インジェクタ１１ａ、１１ｂを閉じるタイミングでインジェクタ１１ａ、１１ｂから噴射される燃料が燃焼室に到達する前に吸気バルブ１３ａ、１３ｂを閉じるように燃料噴射期間を設定している。
【００３２】
すなわち本実施形態では、例えばアイドリングストップからの再始動時を含む始動時のような吸入空気量が小さい運転状態において、図２に示すような燃料噴射を実現すべく、図４に斯かるタイミングチャートに沿った制御を行っている。同図では、吸気バルブ１３ａ、１３ｂを通過して燃焼室に導かれる吸入空気量、そして両吸気バルブ１３ａ、１３ｂに対応する対をなす燃料噴射弁であるインジェクタ１１ａ、１１ｂの開弁時間を示す作動フラグを示している。
【００３３】
吸気バルブ１３ａ、１３ｂは本実施形態では同じタイミング及び開度で開閉動作を行うが、吸気バルブ１３ｂ側すなわち吸気ポート１５ｂにはスワールコントロールバルブ１７が設けられ、当該スワールコントロールバルブ１７の開度が小さく制御されている。これにより吸気バルブ１３ａ側に比べて吸入空気量は少ない挙動を示している。そして本実施形態では、両吸気バルブ１３ａ、１３ｂを通過する吸入空気量の差に応じてインジェクタ１１ｂの作動開始すなわち燃料噴射開始タイミングを遅らせることにより、インジェクタ１１ｂから噴射される燃料量が少なくなるように制御している。
【００３４】
そして本実施形態では両インジェクタ１１ａ、１１ｂを閉じるタイミングを、吸気バルブ１３ａ、１３ｂが閉じられるタイミングに等しく設定している。これにより吸気バルブ１３ａ、１３ｂが閉じられるタイミング以降のタイミングで両インジェクタ１１ａ、１１ｂによる燃料噴射が終了する。これは換言すれば、両インジェクタ１１ａ、１１ｂの閉弁時にもしも大きな燃料滴が発生してしまったとしても。燃焼室に到達する前に両吸気バルブ１３ａ、１３ｂで阻むようことができる。また本実施形態では両インジェクタ１１ａ、１１ｂの閉弁タイミングと両吸気バルブ１３ａ、１３ｂが閉じられるタイミングとを等しくしているので、吸気バルブ１３ａ、１３ｂが阻む燃料量、換言すれば吸気バルブ１３ａ、１３ｂに付着する燃料の液量は最小限に抑えられるので、その後の霧化が促進され、デポジット化してしまうことを有効に抑制せしめている。
【００３５】
以上のような構成とすることにより、インジェクタ１１ａ、１１ｂを閉じるタイミングを吸気バルブ１３ａ、１３ｂが閉じられるタイミング以降のタイミングで固定しているので、吸気バルブ１３ａ、１３ｂが閉じた後、燃料噴射が終わるように設定することで燃料噴射終了時に現れる大きな燃料滴は吸気バルブ１３ａ、１３ｂでせき止められ、燃焼室へ到達することはない。その結果、所望の量の燃料を燃焼室へ噴射することで、燃焼室内へ導入される混合気の空燃比制御をより正確なものとしている。
【００３６】
また本実施形態では、インジェクタ１１ａ、１１ｂを閉じるタイミングで燃料噴射弁から噴射される燃料が燃焼室に到達する前に吸気バルブ１３ａ、１３ｂを閉じるようにしているので、燃料噴射終了時に現れる大きな燃料滴は吸気バルブ１３ａ、１３ｂでせき止められ、燃焼室へ到達することが回避されている。加えて吸気ポート１５ａ、１５ｂでせき止められる燃料量を少なくすることで、デポジット発生の抑制や燃料のさらなる霧化促進を実現している。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００３８】
例えば、上記実施形態では燃料噴射弁及び吸気バルブを同じタイミングで閉じる態様を開示しているが、本発明は「燃料噴射弁を閉じるタイミングで燃料噴射弁から噴射される燃料が燃焼室に到達する前に吸気バルブを閉じる」ものである。すなわち、燃料噴射弁から燃焼室への燃料の到達時間よりも短い時間であれば、吸気バルブが閉じるタイミングが燃料噴射弁を閉じるタイミングよりも遅い態様をも含まれる。換言すれば、吸気バルブが閉じるタイミングよりも燃料噴射弁が閉じるタイミングが早い態様も含まれる。
【００３９】
また上記実施形態では、可変バルブタイミング機構によりバルブタイミングを制御する態様を開示したが、勿論、当該可変バルブタイミング機構がバルブリフト量をも制御し得るようにしたものであってもよい。斯かる場合スワールコントロールバルブを設けなくとも吸気ポート毎の吸入空気量を制御し得る。また勿論、可変バルブタイミング機構によるバルブリフト量の制御とスワールコントロールバルブの制御とを併用してもよい。また点火時期や吸入空気量の制御などの具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。
【００４０】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は燃料噴射量を調節するための内燃機関の制御装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
０…内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）
１１ａ、１１ｂ…燃料噴射弁（インジェクタ）
１３ａ、１３ｂ…吸気バルブ
１５ａ、１５ｂ…吸気ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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