(57)【要約】【課題】  ノッキング抑制のためにバルブオーバラップ期間を大きくした場合でも、エミッションの悪化を生じないエンジンの燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】  少なくとも筒内燃料噴射弁３３と、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方の開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構ＶＴＴと、過給機２２とを備えるエンジンにおいて、所定時に可変バルブタイミング機構を作動させ、バルブオーバラップを大とすることによりノッキング発生を抑制するノッキング発生抑制手段と、ノッキング検出手段によりノッキングが検出され、ノッキング発生抑制手段が作動されたとき、筒内噴射弁３３から供給される燃料噴射量を、ノッキング発生抑制手段の作動前の吸入空気量に対する燃料噴射量に補正する補正手段とを備える。【選択図】  図１
2005188334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも筒内燃料噴射弁と、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方の開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構と、過給機とを備えるエンジンにおいて、
所定時に前記可変バルブタイミング機構を作動させ、バルブオーバラップを大とすることによりノッキング発生を抑制するノッキング発生抑制手段と、
ノッキング検出手段によりノッキングが検出され、前記ノッキング発生抑制手段が作動されたとき、前記筒内燃料噴射弁から供給される燃料噴射量を、前記ノッキング発生抑制手段の作動前の吸入空気量に対する燃料噴射量に補正する補正手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記エンジンはさらにポート燃料噴射弁を備え、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出され、前記ノッキング発生抑制手段が作動されたとき、前記ポート燃料噴射弁に対する前記筒内燃料噴射弁からの燃料噴射割合を増大させる燃料噴射割合変更手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射割合変更手段は、前記筒内燃料噴射弁からの燃料噴射割合を１００％とすることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃料噴射制御装置、特に、少なくとも筒内燃料噴射弁と、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方の開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構と、過給機とを備えるエンジンにおける燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可変バルブタイミング機構と過給機とを備えるエンジンにおいて、エンジンの運転状態が低回転且つ高負荷状態にあるときに、オーバラップ期間を大きくするバルブオーバラップ制御手段を備え、これにより、気筒内の掃気を促進して筒内温度を低下させ、過給に伴うノッキングの発生を抑えるようにしたものが、例えば、特許文献１により知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−５９９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この特許文献１に記載のような技術を、少なくとも筒内燃料噴射弁を備え、空気のみを気筒内に吸入させ、この気筒内に吸入された空気に対して、直接に筒内燃料噴射弁から燃料を噴射して供給する運転領域を有するようなエンジンに適用すると、以下のような問題が生ずることになる。すなわち、バルブオーバラップ期間を大きくすると、上述のように掃気が促進されるが、これは同時に新気の吹き抜けが増大することを意味する。燃料噴射量は気筒内に吸入される空気量に対応させて決定されるので、結果として、所望の空燃比から外れてエミッションが悪化するのである。
【０００５】
本発明の目的は、かかる従来技術の問題を解消し、ノッキング抑制のためにバルブオーバラップ期間を大きくした場合でも、エミッションの悪化を生じないエンジンの燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の一形態に係るエンジンの燃料噴射制御装置は、少なくとも筒内燃料噴射弁と、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方の開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構と、過給機とを備えるエンジンにおいて、所定時に前記可変バルブタイミング機構を作動させ、バルブオーバラップを大とすることによりノッキング発生を抑制するノッキング発生抑制手段と、ノッキング検出手段によりノッキングが検出され、前記ノッキング発生抑制手段が作動されたとき、前記筒内燃料噴射弁から供給される燃料噴射量を、前記ノッキング発生抑制手段の作動前の吸入空気量に対する燃料噴射量に補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記エンジンはさらにポート燃料噴射弁を備え、前記ノッキング検出手段によりノッキングが検出され、前記ノッキング発生抑制手段が作動されたとき、前記ポート燃料噴射弁に対する前記筒内燃料噴射弁からの燃料噴射割合を増大させる燃料噴射割合変更手段を備えるものであってもよい。
【０００８】
なお、前記燃料噴射割合変更手段は、前記筒内燃料噴射弁からの燃料噴射割合を１００％とすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上記形態になる本発明によれば、ノッキング検出手段によりノッキングが検出され、ノッキング発生抑制手段が作動されると、可変バルブタイミング機構が作動され、バルブオーバラップが大とされる。このとき、筒内噴射弁から供給される燃料噴射量は、補正手段によって、ノッキング発生抑制手段の作動前の吸入空気量に対する燃料噴射量に補正されるので、喩え新規の吹き抜けにより気筒内の実質空気量が吸入空気量より減少したとしても空燃比が大きく変化することはなく、エミッションの悪化を生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング機構及び過給機付エンジンの全体構成を示す概略構成図である。
【００１１】
先ず、本発明が適用される可変バルブタイミング機構及び過給機付エンジンの全体構成について、図１を用いて説明する。同図において、符号１０は、可変バルブタイミング機構及び過給機付のエンジン（以下、単に「エンジン」と称する）であり、図においては、ポート燃料噴射弁と筒内燃料噴射弁とを備えたガソリンエンジンを示す。このエンジン１０のシリンダブロック１１には、シリンダヘッド１２が設けられ、シリンダヘッド１２に気筒毎に吸気ポート１３と排気ポート１４とが形成されている。
【００１２】
エンジン１０の吸気系として、各吸気ポート１３に吸気マニホルド１５が連通され、この吸気マニホルド１５に各気筒の吸気通路が集合するサージタンク１６を介してスロットル弁１７が介装されたスロットルチャンバ１８が連通されている。スロットル弁１７はスロットルモータ１９によって駆動される。そして、このスロットルチャンバ１８の上流にインタークーラ２０が介装され、インタークーラ２０が吸気管２１を介して過給機の一例としてのターボチャージャ２２のコンプレッサ２２Ｃに連通され、更に、エアクリーナ２３に連通されている。
【００１３】
吸気マニホルド１５の各気筒の吸気ポート１３の直上流には、ポート燃料噴射弁としてのポートインジェクタ３１が配設され、また、シリンダヘッド１２には、シリンダブロック１１における各気筒の燃焼室内に直接に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁としての筒内インジェクタ３３が配置されている。この筒内インジェクタ３３は各々、高圧燃料ポンプ３４から高圧の燃料が供給される燃料デリバリパイプ３５に連通されている。更に、シリンダヘッド１２の気筒毎に点火プラグ３６が配設されている。
【００１４】
一方、エンジン１０の排気系としては、シリンダヘッド１２の各排気ポート１４に連通する排気マニホルド２５により排気が合流され、排気マニホルド２５に排気管２６が接続されている。そして、排気管２６にターボチャージャ２２のタービン２２Ｔが介装され、その下流に、触媒、マフラ等が配設されて大気に開放される。ターボチャージャ２２は、タービン２２Ｔに導入する排気のエネルギーによりコンプレッサ２２Ｃが回転駆動され、空気を吸入、加圧して過給するものであり、タービン２２Ｔ側には、ダイヤフラム式アクチュエータからなるウェストゲート弁作動用アクチュエータ２７を備えたウェストゲート弁２８が設けられている。
【００１５】
ウェストゲート弁作動用アクチュエータ２７は、ダイヤフラムにより２室に仕切られ、一方が過給圧制御用ソレノイド弁２９に連通する圧力室を形成し、他方がウェストゲート弁２８を閉方向に付勢するスプリングを収納すると共にダイヤフラムとウェストゲート弁２８とを連設するロッドが延出されるスプリング室を形成しており、スプリング室が大気に解放されている。
【００１６】
また、過給圧制御用ソレノイド弁２９は、ウェストゲート弁作動用アクチュエータ２７の圧力室、及びターボチャージャ２２のコンプレッサ２２Ｃ下流のサージタンク１６に連通するポートを有し、後述する電子制御装置（以下、ＥＣＵと称す）１００から出力される制御信号のデューティ比に応じて、ウェストゲート弁２８の開度が調節されて過給圧が制御される。
【００１７】
ここで、エンジン１０の可変バルブタイミング機構について説明する。エンジン１０のクランクシャフト５１の回転は、周知の如く、シリンダヘッド１２内にそれぞれ配設された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトに、クランクシャフト５１に固設されたクランクプーリ、タイミングベルト、吸気カムプーリ、排気カムプーリ等を介して伝達され、クランクシャフト５１とカムシャフトとが２対１の回転角度となるよう設定されている。そして、吸気カムシャフトに設けられた吸気カム及び排気カムシャフトに設けられた排気カム（いずれも図示せず）は、それぞれクランクシャフト５１と２対１の回転角度に維持される各カムシャフトの回転に基づいて、吸気バルブ４０、排気バルブ４１を開閉駆動する。
【００１８】
吸気カムシャフトと吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カムシャフトとを相対回動させてクランクシャフト５１に対する吸気カムシャフトの回転位相（変位角）を連続的に変更する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構ＩｎＶＶＴが配設されている。この可変バルブタイミング機構ＩｎＶＶＴは、周知のように、リニアソレノイド弁或いはデューティソレノイド弁等からなるオイルコントロールバルブ４２によって油圧が切換えられるものであり、後述のエンジン制御用のＥＣＵ１００からの駆動信号により作動する。
【００１９】
同様に、排気カムシャフトと排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カムシャフトとを相対回動させてクランクシャフト５１に対する排気カムシャフトの回転位相（変位角）を連続的に変更する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構ＥｘＶＶＴが配設されている。この可変バルブタイミング機構ＥｘＶＶＴは、吸気側の可変バルブタイミング機構ＩｎＶＶＴと同様に、オイルコントロールバルブ４３によって油圧が切換えられるものであり、後述のエンジン制御用のＥＣＵ１００からの駆動信号により作動する。
【００２０】
次に、エンジン運転状態を検出するための各種センサについて説明する。吸気管２１のエアクリーナ２３の直下流には、エアフローメータ１０１が、及びインタークーラ２０の直下流には、温度センサ１０２介装されている。また、スロットルチャンバ１８に配設されたスロットル弁１７に関しスロットルポジションセンサ１０３が連設され、サージタンク１６に吸気管圧力センサ１０４が設けられている。更に、燃料デリバリパイプ３５に燃料圧力を検出する燃圧センサ１０５が、エンジン１０のシリンダブロック１１にはノッキングセンサ１０６が取付けられ、シリンダブロック１１に冷却水温センサ１０７が設けられている。また、排気マニホルド２５が合流する合流部下流に背圧センサ１０８が配設されている。
【００２１】
上述の吸気側の可変バルブタイミング機構ＩｎＶＶＴ及び排気側の可変バルブタイミング機構ＥｘＩｎＶＶＴには、その作動位置を検出するセンサとして、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトに固設されて同期回転するカムロータの外周に形成された等角度毎の複数の突起を検出し、カム位置を表すカム位置パルスを出力する吸気側のカムポジションセンサ１０９及び排気側のカムポジションセンサ１１０がそれぞれ設けられている。また、クランクシャフト５１に軸着されて同期回転するクランクロータ５２の外周に形成された所定クランク角毎の突起を検出し、クランク角を表すクランクパルスを出力するクランクポジションセンサ１１１が設けられている。
【００２２】
そして、図１において、１００は電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」と称す）であり、上述の各種センサ類からの信号を処理して各種アクチュエータ類に対する制御量を演算し、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転数制御、過給圧制御、吸気バルブおよび排気バルブに対するバルブタイミング制御等を行うものである。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、カウンタ・タイマ群、Ｉ／Ｏインターフェースがバスラインを介して接続されるマイクロコンピュータを中心として構成され、各部に安定化電源を供給する定電圧回路、Ｉ／Ｏインターフェースに接続される駆動回路、Ａ／Ｄ変換器等の周辺回路が内蔵されている。また、Ｉ／Ｏインターフェースの入力ポートには、エアフローメータ１０１、温度センサ１０２、スロットルポジションセンサ１０３、吸気管圧力センサ１０４、燃圧センサ１０５、ノッキングセンサ１０６、冷却水温センサ１０７、背圧センサ１０８、カムポジションセンサ１０９，１１０、クランクポジションセンサ１１１、車速を検出するための車速センサ等が接続されている。
【００２３】
一方、Ｉ／Ｏインターフェースの出力ポートには、スロットルモータ１９、過給圧制御用ソレノイド弁２９、ポートインジェクタ３１、筒内インジェクタ３３、高圧燃料ポンプ３４、点火コイル３６、オイルコントロールバルブ４２および４３等が駆動回路を介して接続されている。
【００２４】
ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従って、Ｉ／０インターフェースを介して入力されるセンサ類からの検出信号等を処理し、ＲＡＭに格納される各種データ、及びバックアップＲＡＭに格納されている各種学習値データ，ＲＯＭに記憶されている制御マップ等の固定データ等に基づき、燃料噴射量及び時期制御、点火時期制御、過給圧制御、バルブタイミング制御等のエンジン運転制御を行う。
【００２５】
ここで、上記構成になるエンジンの制御ルーチンの一形態を図２のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、この制御ルーチンは、エンジン負荷とエンジン回転数とに主に基づいて燃料噴射量と時期とが求められる燃料噴射制御、可変バルブタイミング機構ＩｎＶＶＴおよびＥｘＶＶＴを介したバルブタイミング制御により吸気バルブと排気バルブとが共に開弁状態となるバルブオーバラップ量制御、及び、ターボチャージャ２２を介した過給圧制御等のエンジンを最適な状態に制御する通常の制御ルーチンの一部として、クランクシャフト５１の１８０度回転毎に実行されるものである。
【００２６】
そこで、先ず、ステップＳ２０１で、ノッキングが発生したか否かが判断される。ノッキングが発生していないときには、ステップＳ２０２へ進み、ＶＶＴ進角量がマップ値であるか否かが判断される。
【００２７】
ここで、ＶＶＴ進角量とは、吸気カムシャフト側の可変バルブタイミング機構ＩｎＶＶＴを進角させることにより、オーバラップを大とするための進角量であり、排気カムシャフト側の可変バルブタイミング機構ＥｘＶＶＴによりオーバラップを大とする場合にはＶＶＴ遅角量ということになる。吸気カムシャフト側の可変バルブタイミング機構ＩｎＶＶＴを進角させるか、排気カムシャフト側の可変バルブタイミング機構ＥｘＶＶＴを遅角させるかのいずれによっても、または両者を同時に行わせることによっても、本発明の意図するオーバラップを大とすることが可能であるが、説明の簡明化を図るために、以下では、吸気カムシャフト側の可変バルブタイミング機構ＩｎＶＶＴを作動させることによってのみ、オーバラップ量を制御する形態について説明する。
【００２８】
また、ＶＶＴ進角量がマップ値とは、ノッキングが発生していない通常の運転状態におけるＶＶＴ進角量の値である。これは、上述のようにエンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて予め適切なＶＶＴ進角量がテーブル内にマップの形態で記憶されている。このステップＳ２０２において、ＶＶＴ進角量がマップ値であるか否かを判断するのは、後述するように、ノッキング抑制制御の結果としてノッキングが発生しなくなった場合に、急激にＶＶＴ進角量を元に戻すことによるサージの発生を避ける「なまし」制御のためである。
【００２９】
そこで、ステップＳ２０２において、ＶＶＴ進角量がマップ値である、すなわち「Ｙｅｓ」の場合には、ステップＳ２０３に進み、通常の燃料噴射制御が行われる。すなわち、エアフローメータ１０１による空気量の検出によるエンジン負荷とエンジン回転数とによるエンジンの運転状態に基づいて、燃料噴射量がマップ値により求められる。そして、同時に、このエンジンの運転状態によっては、ポートインジェクタ３１からの燃料噴射量と筒内インジェクタ３３からの燃料噴射量との割合が決定される。
【００３０】
一方、ステップＳ２０１でノッキングが発生していると判断されたときには、ステップＳ２０４に進み、吸気圧が背圧よりも大きいか否かが判断される。すなわち、吸気管圧力センサ１０４と背圧センサ１０８との検出値に基づいて判断され、吸気圧（過給圧）が背圧よりも高いとき、すなわち「Ｙｅｓ」のときは、ステップＳ２０５に進みオーバラップを拡大するＶＶＴ進角制御を行う。これは、オイルコントロールバルブ４２を制御することにより、上述のように、吸気カムシャフト側の可変バルブタイミング機構ＩｎＶＶＴを所定の角度進角させるものである。
【００３１】
そして、所定の角度、進角させてオーバラップを拡大した後は、ステップＳ２０８に進み、燃料噴射量補正制御を行う。
【００３２】
この燃料噴射量補正制御は、ノッキング発生抑制手段としての吸気カムシャフト側可変バルブタイミング機構ＩｎＶＶＴが作動を開始する前の吸入空気量に対する燃料噴射量となるように補正する。従って、オーバラップを拡大した結果、新気の吹き抜けにより気筒内の実質空気量がエアフローメータ１０２で計測される吸入空気量より減少したとしても空燃比が大きく変化することが防止される。
【００３３】
なお、この燃料噴射量補正制御は、気筒内に存在する実際の空気量を演算により求め、これに対する燃料噴射量として補正することでもよい。すなわち、「筒内空気量」＝「エアフローメータ計測空気量」-「吹き抜け空気量」であり、「吹き抜け空気量」＝（吸気圧-背圧）×（オーバラップ時間）であるから、これにより気筒内に存在する実際の空気量を求め、この空気量に対する燃料噴射量として補正するのである。
【００３４】
なお、上述のステップＳ２０４において、背圧が吸気圧より大きい、すなわち「Ｎｏ」の場合には、ステップＳ２０６に進み、点火時期遅角、ＥＧＲ増量、過給圧低下等の通常のノック制御やＶＶＴ制御を行い、前述のステップＳ２０３に進む。一方、上述のステップＳ２０２において、ＶＶＴ進角量がマップ値でない、すなわち「Ｎｏ」の場合には、ステップＳ２０７に進み、上述のオーバラップ量を段階的に減ずる「なまし」制御を行う。例えば、現在のＶＶＴ進角量をＶＶＴｎ、マップ値をＶＶＴマップ値としたとき、新たなＶＶＴ進角量であるＶＶＴ（ｎ+１）は、Ｎをノッキング抑制制御の結果としてノッキングの発生がなくなったとステップＳ２０１において判断された以後の制御ルーチンサイクル数とすると、次式で表される。
ＶＶＴ（ｎ+１）＝（ＶＶＴマップ値  -  ＶＶＴｎ）／Ｎ  ＋  ＶＶＴｎ
【００３５】
なお、ステップＳ２０７において、所定の角度ずつオーバラップ量を減少させた後は、ステップＳ２０８に進み、前述の燃料噴射量補正制御を行う。
【００３６】
上述のステップＳ２０３において決定された燃料噴射量は、運転状態に応じて設定されている燃料噴射モードに対応してエンジン１に噴射供給される。図１に示したポートインジェクタ３１と筒内インジェクタ３３との両者を備える形式のエンジン１においては、ポートインジェクタ３１と筒内インジェクタ３３とを運転領域に応じて切換えて使用して、均質混合気燃焼や成層混合気燃焼を実現したり、両者を同時に使用することも可能である。このようなポートインジェクタ３１と筒内インジェクタ３３とを同時に使用する形態のエンジンにおいては、上述のステップＳ２０８において決定された補正燃料噴射量を供給するに際し、ノッキングが発生していない通常時におけるポートインジェクタ３１からの燃料噴射量と筒内インジェクタ３３からの燃料噴射量との割合に対して、ポートインジェクタ３１よりも筒内インジェクタ３３からの燃料噴射量の割合が大きくなるように変更される。これは、ポートインジェクタ３１から噴射された燃料の一部がノッキングの抑制のためのオーバラップ量の拡大により吹き抜ける可能性を極力低減するためである。従って、この観点から、上述のポートインジェクタ３１と筒内インジェクタ３３からの燃料噴射割合を変更する際は、ポートインジェクタ３１からの噴射は停止し、筒内インジェクタ３３からの燃料噴射割合を１００％とすることが好ましい。
【００３７】
なお、本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、吸気カムシャフト側および排気カムシャフト側の両方に可変バルブタイミング機構を配設したエンジンに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されず、可変バルブタイミング機構を吸気カムシャフトと排気カムシャフトとの少なくとも一方に配設したものであれば良い。また、可変バルブタイミング機構は、連続的に切換えるものに限定されず、低速カムと高速カムとを選択的に切換えること等により、段階的にバルブタイミングを変えるものであってもよい。
【００３８】
さらに、上述の実施の形態においては、ポートインジェクタ３１と筒内インジェクタ３３の両者を備えるエンジンに適用した例につき説明したが、他の実施の形態として少なくとも筒内インジェクタを備えるエンジンであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング機構及び過給機付エンジンの全体構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る制御ルーチンの一形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１    可変バルブタイミング機構及び過給機付のエンジン
２２  ターボチャージャ（過給機）
３１  ポートインジェクタ
３３  筒内インジェクタ
ＩｎＶＶＴ    吸気側可変バルブタイミング機構
ＥｘＶＶＴ    排気側可変バルブタイミング機構
１００    ＥＣＵ
１０６    ノッキングセンサ
１０９    吸気側カムポジションセンサ
１１０    排気側カムポジションセンサ
【図１】
2005188334.tif 000003
【図２】
2005188334.tif 000004