(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸に対して相対的に位相を変位可能なカム軸を有し、このカム軸の位相を所望に変更して吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを可変させる可変バルブタイミング機構と、
前記カム軸の回転に連動して駆動され、燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプと、
内燃機関の運転状態に応じて前記燃料噴射弁から噴射するべき要求噴射量を設定する設定手段と、
前記設定した要求噴射量と前記カム軸の位相とに基づいて前記燃料噴射弁から燃料を噴射するべき噴射期間を設定し、この設定に従って前記燃料噴射弁の作動を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関において、そのカム軸に連動する燃料ポンプの動作特性に合わせて正確な燃料噴射を行うための内燃機関の燃料噴射量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば実公平５−１５５２１号公報には、燃料を供給する燃料ポンプをカム軸の回転により駆動するカム軸構造に関する技術が記載されている。この公知のカム軸構造では、カム軸の一端にプランジャポンプの駆動軸を連結し、その駆動軸に形成したカムの回転によりプランジャを往復動させて燃料を圧送している。
【０００３】
このような駆動方式の燃料ポンプにあっては、その動作特性として燃料供給圧（燃圧）に脈動を生じることが不可避であり、その周期はカム軸の回転に同期したものとなる。一方、燃料ポンプから燃料噴射弁に供給される燃圧の脈動は、同一の噴射期間に対して噴射量の不均一化を招くことになる。このため、例えば特開平９−４２０９５号公報に記載された燃料ポンプの駆動方法では、燃圧脈動の周期を予め燃料の噴射タイミングに同期させておき、多気筒の内燃機関の場合は気筒毎に燃圧脈動の影響を一様に被らせるようにしている。この場合、予め燃料噴射タイミングにおける燃圧の変化が一様なものであることから、燃料噴射量の制御（空燃比制御）では、その噴射量の大小に応じて噴射期間（噴射パルス幅）を長短すればよいと考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関にあっては、上述のように燃料ポンプをカム軸の回転により駆動している場合、可変バルブタイミング機構の作動に伴いカム軸の位相が変位することにより、クランク角周期に対して燃圧脈動の周期に位相差が生じる場合がある。また、その位相差はバルブタイミングの進角または遅角量によって常に一定していないため、クランク角を基準とした同一の噴射タイミングであっても、そのときのバルブタイミングの進角または遅角量によって燃圧が異なる。このような状況にあっては、単に燃圧脈動の特性に合わせて噴射期間を設定しているだけでは、制御上で要求される噴射量に対して実際の噴射量に過不足を生じてしまう。
【０００５】
そこで、本発明では燃料ポンプの動作特性である燃圧脈動に加え、その位相変化にも対応して正確な燃料噴射を可能とする内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置（請求項１）は、制御上で設定された要求噴射量とカム軸の位相とに基づいて噴射期間を設定し、その設定に従って燃料噴射弁の作動を制御することで上記の課題を解決している。
具体的には、要求噴射量は例えば、内燃機関の運転状態（回転速度、負荷等）に応じて設定されるが、その要求噴射量に相当する燃料を正確に燃料噴射弁から噴射させるためには、燃圧の脈動に応じて適切な噴射期間を設定しなければならない。そこで、本発明では燃圧脈動の特性をカム軸の位相から読みとって、適切な噴射期間を設定することにより、要求噴射量に応じた正確な燃料噴射を実現している。なお好ましくは、上述した運転状態やカム軸の位相等は、本発明において適宜それらの検出手段を含むことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば、筒内噴射型内燃機関に適用した燃料噴射制御装置としての実施形態をとることができる。ただし、本発明の適用を当該筒内噴射型の内燃機関のみに限定するものではない。
図１は、その実施形態の好ましい一例を示している。筒内噴射型内燃機関であるエンジン１は、例えば直列４気筒のシリンダレイアウトを有しており、その個々の気筒毎に燃焼室２内にて直接燃料を噴射する燃料噴射弁４を備えている。
【０００８】
また、エンジン１はその動弁系に可変バルブタイミング機構６を装備しており、この可変バルブタイミング機構６は例えば吸気バルブ８側について設けられている。ただし、本発明において当該可変バルブタイミング機構６の設置を排気バルブ１０側について除外する意図ではない。
本実施形態の可変バルブタイミング機構６では、吸気側のカム軸１２を駆動するタイミングプーリに油圧式アクチュエータ（何れも図示されていない）が内蔵されており、カム軸１２とタイミングプーリとが互いに相対回転できる構造を有している。油圧式アクチュエータはカム軸１２の一端に接続されており、その動作ストロークの範囲内でカム軸１２の位相を変位させる。具体的には、油圧式アクチュエータにはオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）１４を通じて作動油圧を給排することができ、その給排量に応じてカム軸１２の位相をクランク角に対して所望に進角または遅角させることができる。ＯＣＶ１４の入力ポートには図示しない油圧ポンプから作動油圧が供給されており、また、油圧式アクチュエータから排出された圧油はドレンポートを通じて回収されるようになっている。
【０００９】
ＯＣＶ１４は、例えばスプールバルブを用いて作動油圧の流れ方向を切り換える切換弁からなり、その切換作動は電子制御ユニット（ＥＣＵ）１６により制御されている。ＥＣＵ１６はＯＣＶ１４に対する制御信号としてデューティ率を出力することができ、ＯＣＶ１４はそのデューティ率に応じてソレノイドを駆動させ、スプールバルブの位置を自在に切り換える。
【００１０】
また、上述したカム軸１２の他端には燃料ポンプ２０が連結されており、この燃料ポンプ２０はカム軸１２の回転に連動して駆動される。燃料ポンプ２０は図示しない燃料タンクから燃料を引き込んで、高圧（例えば５ＭＰａ程度）の状態で燃料噴射弁４に圧送供給することができる。燃料ポンプ２０の駆動軸２２はカム軸１２と一体的に回転することができ、例えば、その外周に形成されたカムによりプランジャ（ともに図示していない）を駆動する。なお、燃料ポンプはシングルプランジャタイプでもよいし、マルチプランジャタイプの何れであってもよい。
【００１１】
ここでＥＣＵ１６には、エンジン１の運転状態を検出するための情報が各種のセンサ類から収集されるようになっており、これらセンサ類には例えば、エンジン１のクランク角センサ２４や図示しないスロットル開度センサ（ＴＰＳ）、エアフローメータ等が含まれる。ＥＣＵ１６には、これらセンサ類からクランク軸の回転に同期したクランク角パルスやスロットル開度信号、吸入空気量等の情報等が収集される。
【００１２】
また、ＥＣＵ１６はエンジン１の運転状態に応じて各種の制御を実行する機能を有しており、例えば、上述したＯＣＶ１４に対するデューティ率の出力は、可変バルブタイミング機構６の作動を制御する目的で行われる。より具体的には、ＥＣＵ１６にはエンジン１の運転状態に応じて吸気バルブ８のバルブタイミングを変更し、そのバルブオーバラップ量を最適に設定する制御プログラムが組み込まれている。具体的には、その制御プログラムに従ってバルブオーバラップ量を拡大するときはカム軸１２の位相を進角させ、一方、オーバラップ量を縮小するときは遅角させる。この場合のエンジン１の運転状態としては例えば、クランク角パルスから求めたエンジン１の回転速度Ｎｅや、更にＴＰＳ信号および後述する噴射パルス幅から求めた平均有効圧Ｐｅ等の情報を用いることができる。一方、カム軸１２には、その位相角を検出するための位相角センサ２６が設置されており、この位相角センサ２６から得られる実位相角の情報は、例えば上述した制御デューティ率の設定に関するフィードバック信号として使用することができる。
【００１３】
また、ＥＣＵ１６は燃料噴射弁４の作動を制御する機能を有しており、具体的には、ＥＣＵ１６は燃料噴射弁４を作動させるための制御信号として噴射パルスを出力し、その時間的なパルス幅の長さに応じて具体的な噴射量をコントロールしている。
以上はＥＣＵ１６による燃料噴射量制御の基本的な内容であるが、本実施形態では更に、燃料ポンプ２０から供給される燃圧の脈動に合わせて燃料噴射弁４に出力するべき噴射パルス幅の適正化を行っている。
【００１４】
【実施例】
以下に、その具体的な実施例を挙げて本発明の燃料噴射量制御装置における燃料噴射量制御の内容を説明する。
ＥＣＵ１６は、エンジン１の運転状態として、例えば回転速度Ｎｅおよび要求出力を求め、これらの情報に基づいて目標とする図示平均有効圧Ｐｅを求める。そして、ＥＣＵ１６は目標平均有効圧Ｐｅから目標空燃比Ａ／Ｆ、スロットル開度および点火噴射タイミング等の必要な情報をそれぞれ決定すると、目標空燃比Ａ／Ｆおよび吸入空気量から必要な燃料噴射量、つまり、要求噴射量Ｑを設定する（設定手段）。
【００１５】
なお、要求噴射量Ｑの設定は例えば、予め用意された噴射量制御マップを用いて行うこともでき、具体的には、回転速度Ｎｅや目標平均有効圧Ｐｅ等のパラメータを制御マップに入力すると、適切な要求噴射量Ｑの値をマップ検索して設定することができる。
ＥＣＵ１６は要求噴射量Ｑを設定すると、これに所定のインジェクタゲインを乗じて燃料噴射弁４に対する基本的な噴射パルスの出力時間、つまり、基本パルス幅Ｐｗを求める。
【００１６】
ここで、既に述べたように燃料ポンプ２０はカム軸１２の回転に連動しているため、その動作特性としてカム軸１２の回転に同期した燃圧脈動を生じる。カム軸１２の回転周期は通常、クランク軸周期の２倍であるから、クランク角ＣＡを基準とすると、例えばシングルプランジャポンプの場合、７２０゜ＣＡ中に気筒数（４気筒）分の脈動を生じる設計となる。従って本実施例の場合、燃圧脈動の周期は１８０゜ＣＡとなる。このため、クランク角ＣＡを基準として燃料噴射タイミングを設定した場合、通常ならば、その噴射タイミングに対応する燃圧は脈動波形の特性から明らかとなるはずである。しかしながら、本実施例では可変バルブタイミング機構６の作動に伴い、カム軸１２の位相がクランク軸に対して変位するため、燃圧脈動の位相もまたクランク角に対してずれる場合がある。
【００１７】
そこで、本実施例ではカム軸１２の位相を基準として燃圧脈動を考慮し、以下のように燃料噴射量制御に適用している。具体的には、ＥＣＵ１６は燃圧脈動に基づいて上述した基本パルス幅Ｐｗを補正することにより、燃料噴射弁４から燃料を噴射するべき噴射期間を増減補正する。
図２は、噴射中心時期に対応した脈動補正係数のマップを示しており、ＥＣＵ１６はこのマップを用いて基本パルス幅Ｐｗの補正を行う。ここで、噴射中心時期とは、上述した噴射期間における燃料の噴射開始時期と噴射終了時期の中間を表しており、具体的には、噴射終了時期と基本パルス幅Ｐｗ、そして、回転速度Ｎｅから噴射開始時期を演算して求めることができる。本実施例の燃料噴射量制御に噴射中心時期を用いているのは、すなわち、所定の噴射終了時期に対する同一の基本パルス幅Ｐｗであっても、エンジン１の回転速度Ｎｅ、体積効率、冷却水温等の条件によって実際に噴射される燃料量が異なる傾向を示すからである。これに対し、噴射中心時期に対する同一の基本パルス幅Ｐｗでは、噴射される燃料量の傾向が上記の条件に関わらず略一定の傾向を示すので、より正確な噴射量制御が可能となる。
【００１８】
図２の脈動補正係数マップは、上述の噴射中心時期に対応して表されており、そのマップ特性は、燃圧脈動の波形をその平均燃圧の写像に平準化させて燃圧の高低変動分を補償するものである。
ここで、図２中の横軸に示されるカム角（゜Ｂ）のスケールは、カム軸１２の位相をクランク軸に合致させたときの圧縮上死点を基準位置（＝０゜）として、その手前側に噴射中心時期を割り当てたものである。この横軸にクランク角のスケールを並列に表すと、カム軸１２の位相変化に応じてクランク角のスケールはカム角に対して相対的にずれることになる。図２では、例えばカム軸１２が位相βだけ進角している場合、クランク角はカム角に対して位相βだけ相対的に遅角した位置にある。
【００１９】
ＥＣＵ１６は、上述した基本パルス幅Ｐｗの補正にあたり、カム角を基準として燃圧脈動補正を行う機能を有している。具体的には、図２に実線で示される曲線Ｃ1はカム角を基準とした噴射中心時期に対応して示されており、ＥＣＵ１６は、設定した噴射タイミングの終了時期と基本パルス幅Ｐｗに基き、カム角を基準とした噴射中心時期を求める。
【００２０】
例えば、噴射中心時期がカム角γ（゜Ｂ）として求められたとき、ＥＣＵ１６は図２のマップからカム角γに対応する脈動補正係数Ｋ2を選択する。そして、ＥＣＵ１６は補正係数Ｋ2を用いて基本パルス幅Ｐｗを補正し、その補正したパルス幅Ｐｗａを燃料噴射弁４に対して出力する。従って、燃料噴射弁４の作動は補正パルス幅Ｐｗａの設定に基づいて制御される（制御手段）。
【００２１】
なお、図２にはクランク角を基準とした脈動補正係数の曲線Ｃ2が破線にて示されており、この曲線Ｃ2はカム軸を基準とした曲線Ｃ1に対して位相βだけ遅れていることがわかる。ＥＣＵ１６は、上述のようにカム角を基準とした補正とは別に、クランク角を基準とした曲線Ｃ2を用いて補正を行うこともできる。以下に、その第２実施例を説明する。
【００２２】
この場合、ＥＣＵ１６はクランク角を基準として噴射中心時期αを求めると、図２のマップ上では噴射中心時期αに補正係数Ｋ1が対応することになるが、このときＥＣＵ１６は、噴射中心時期αに対してカム位相角βだけ遅角した時期を噴射中心時期と仮想して、図２のマップ上で補正係数Ｋ2を検索する。この場合、曲線Ｃ2をカム位相βだけ進角側にシフトさせて曲線Ｃ1に重ね合わせた結果と同じ効果が得られる。なお、カム位相が遅角されている場合、ＥＣＵ１６はその位相だけ進角した時期を噴射中心時期として仮想する。
【００２３】
上述のように、ＥＣＵ１６はエンジン１の運転状態に応じて設定した要求噴射量Ｑに対し、その要求噴射量Ｑから求めた基本パルス幅Ｐｗを更にカム位相に基づいて補正しているので、カム軸１２の回転に同期した燃圧脈動を適正に補正することができる。
なお、筒内噴射型内燃機関であるエンジン１は、運転状態に応じて運転モードの切り換えを行うことができ、その運転モードの選択に応じて噴射タイミングが大幅に変更される。例えば、前期リーンモードでは吸気行程の前半、吸気ストイキモードでは吸気行程中、そして、後期リーンモードでは圧縮行程の後半にそれぞれ噴射タイミングが設定される。これら運転モードの切り換えにより噴射タイミングが変更となる場合、ＥＣＵ１６は変更された噴射タイミングの噴射終了時期と基本パルス幅Ｐｗから噴射中心時期を求めて、この噴射中心時期に基づいて上述した脈動補正を行うことができる。
【００２４】
本発明は上述した各実施例に制約されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、ＥＣＵ１６にて判断するべきエンジン１の運転状態は、その回転速度Ｎｅや平均有効圧Ｐｅの情報に限られず、その他のパラメータであってもよい。また、一実施例では燃料ポンプ２０をシングルプランジャタイプとしているが、マルチプランジャタイプを適用する場合は、その燃圧脈動の特性に合わせて適宜、図２のマップの形態を変更すればよい。
【００２５】
その他、図１の実施形態は一例として挙げたものであり、その具体的な構成は適宜に変更可能であることはいうまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置（請求項１）は、可変バルブタイミング機構の作動に合わせて燃圧脈動補正を正確に行い、適正な燃料噴射および適正な空燃比の実現を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】一例として筒内噴射型内燃機関に本発明の燃料噴射量制御装置を適用した場合の実施形態を表す概略図である。
【図２】噴射中心時期に対応した脈動補正係数のマップである。
【符号の説明】
１  エンジン
４  燃料噴射弁
６  可変バルブタイミング機構
１２  カム軸
１４  ＯＣＶ
１６  ＥＣＵ（設定手段、制御手段）
２０  燃料ポンプ
２４  クランク角センサ
２６  位相角センサ
【図１】
0003812633.tif 000002
【図２】
0003812633.tif 000003