JP3815345B2 - Internal combustion engine with variable valve mechanism - Google Patents

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JP3815345B2 JP2002047266A JP2002047266A JP3815345B2 JP 3815345 B2 JP3815345 B2 JP 3815345B2 JP 2002047266 A JP2002047266 A JP 2002047266A JP 2002047266 A JP2002047266 A JP 2002047266A JP 3815345 B2 JP3815345 B2 JP 3815345B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、吸気弁のリフト量あるいは作動角を可変制御する可変動弁機構を備えるとともに、この吸気弁の上流側に燃料噴射弁を備えた内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
吸気弁のリフト特性を変更可能な可変動弁機構を備えるとともに、吸気弁上流の吸気通路内へ燃料を噴射供給するようにした内燃機関において、可変動弁機構の制御状態に応じて燃料噴射時期を調整する技術が、特開2001−221083号公報に開示されている。
【0003】
この従来技術では、吸気弁が開く前に燃料噴射を終了させるようなタイミングでの噴射を前提とし、かつ吸気弁のリフト中心角位相を変更することでバルブオーバラップ量が大きくなったときに、燃料噴射時期を遅角補正している。
【0004】
また特開平8−260923号公報等によって、吸気弁のリフト量を連続的に可変制御する可変動弁機構が公知である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
吸気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の場合、可変動弁装置の制御状態によって吸気弁付近の吸気の流速が大幅に変化する。例えば、リフト量が小さいと、吸気弁の環状流路における流速が大となる。従って、この流速変化を有効に利用した燃料噴射を行うことが重要である。
【0006】
上記従来技術では、吸気弁のリフト量を変更する場合の燃料噴射時期制御について何ら検討がなされていない。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関は、その吸気弁のリフト量(最大リフト量)を可変制御する可変動弁機構を備えている。この可変動弁機構に、吸気弁のリフト中心角の位相を変更可能な第2の可変動弁機構をさらに組み合わせることもできる。
【0008】
燃料噴射弁は、吸気弁の上流側に配置され、吸気通路に燃料を噴射供給する。望ましくは、この燃料噴射弁は、円錐状の噴霧形態を有し、噴霧の外周部が吸気弁外周のシール部に重なるように構成されている。
【0009】
この燃料噴射弁の燃料噴射タイミングは、制御装置によって制御され、本発明では、吸気弁が開弁する前に燃料噴射を終了させる第1噴射時期と、吸気弁の開弁期間中に燃料噴射を行う第2噴射時期と、が上記可変動弁機構の制御状態に応じて選択されるようになっている。
【0010】
より具体的には、吸気弁のリフト量が所定リフト量より大きいときに上記第1噴射時期を選択し、吸気弁のリフト量が所定リフト量より小さいときに上記第2噴射時期を選択する。そして、上記所定リフト量の値が、内燃機関の回転速度の上昇に伴って増加する。
【0011】
リフト量が大きいときは、第1噴射時期として、吸気弁が開弁する前に燃料噴射を終了させる(以下、これを待ち時間噴射と呼ぶ)ことにより、吸気弁や吸気ポートの熱で燃料の気化を促進することができる。つまり燃料の二次微粒化が図れる。一方、リフト量が小さいときは、第2噴射時期として、吸気弁の開弁期間中に燃料噴射を行う(以下、これを吸気行程噴射と呼ぶ)ことにより、吸気ポートに対する燃料付着度合いのばらつき、ひいては、その影響による吸入空気量のばらつきを回避できる。つまり、リフト量が小さく開口部の流路面積が小さい状態では、燃料付着度合いが変化すると実質的な流路面積が大きく変化することになるが、吸気行程噴射とすることで、燃料付着度合いのサイクルばらつきが抑制される。
【0012】
なお、リフト量が大きいときには、燃料付着度合いのばらつきが生じても、これによる開口部の流路面積変化は全体の流路面積から見てわずかな比率であり、吸入空気量に対する影響は問題とならない。また、リフト量が小さいときには、吸気弁通過時の吸気流速が大きくなり、流れによって燃料が微粒化されるので、待ち時間噴射のような熱による二次微粒化作用が与えられなくても問題はない。
【0013】
【発明の効果】
この発明によれば、熱による二次微粒化が図れる待ち時間噴射と、燃料付着度合いのばらつきを抑制し得る吸気行程噴射と、を、吸気弁リフト量の可変制御に応じて最適なものとすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を、自動車用火花点火式ガソリン機関として構成した実施の形態について説明する。
【0015】
図1は、内燃機関の吸気弁側可変動弁装置の構成を示す構成説明図であり、この可変動弁装置は、可変動弁機構として、吸気弁のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構1と、そのリフトの中心角の位相(図示せぬクランクシャフトに対する位相)を進角もしくは遅角させる位相可変機構21(第2の可変動弁機構に相当する)と、を備えている。
【0016】
まず、リフト・作動角可変機構1を説明する。なお、このリフト・作動角可変機構1は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平11−107725号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【0017】
リフト・作動角可変機構1は、シリンダヘッド(図示せず)に摺動自在に設けられた吸気弁11と、シリンダヘッド上部のカムブラケット(図示せず)に回転自在に支持された駆動軸2と、この駆動軸2に、圧入等により固定された偏心カム3と、上記駆動軸2の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸2と平行に配置された制御軸12と、この制御軸12の偏心カム部18に揺動自在に支持されたロッカアーム6と、各吸気弁11の上端部に配置されたタペット10に当接する揺動カム9と、を備えている。上記偏心カム3とロッカアーム6とはリンクアーム4によって連係されており、ロッカアーム6と揺動カム9とは、リンク部材8によって連係されている。
【0018】
上記駆動軸2は、後述するように、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。
【0019】
上記偏心カム3は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸2の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム4の環状部が回転可能に嵌合している。
【0020】
上記ロッカアーム6は、略中央部が上記偏心カム部18によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン5を介して上記リンクアーム4のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン7を介して上記リンク部材8の上端部が連係している。上記偏心カム部18は、制御軸12の軸心から偏心しており、従って、制御軸12の角度位置に応じてロッカアーム6の揺動中心は変化する。
【0021】
上記揺動カム9は、駆動軸2の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン17を介して上記リンク部材8の下端部が連係している。この揺動カム9の下面には、駆動軸2と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム9の揺動位置に応じてタペット10の上面に当接するようになっている。
【0022】
すなわち、上記基円面はベースサークル区間として、リフト量が0となる区間であり、揺動カム9が揺動してカム面がタペット10に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【0023】
上記制御軸12は、図1に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ13によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ13は、例えばウォームギア15を介して制御軸12を駆動するサーボモータ等からなり、エンジンコントロールユニット19(制御装置)からの制御信号によって制御されている。ここで、制御軸12の回転角度は、アナログセンサからなる制御軸センサ14によって検出され、この検出した実際の制御状態に基づいて上記アクチュエータ13がクローズドループ制御される。
【0024】
このリフト・作動角可変機構1の作用を説明すると、駆動軸2が回転すると、偏心カム3のカム作用によってリンクアーム4が上下動し、これに伴ってロッカアーム6が揺動する。このロッカアーム6の揺動は、リンク部材8を介して揺動カム9へ伝達され、該揺動カム9が揺動する。この揺動カム9のカム作用によって、タペット10が押圧され、吸気弁11がリフトする。
【0025】
ここで、リフト・作動角制御用アクチュエータ13を介して制御軸12の角度が変化すると、ロッカアーム6の揺動運動の中心位置が動いて該ロッカアーム6の初期位置が変化し、ひいては揺動カム9の初期揺動位置が変化する。
【0026】
例えば偏心カム部18が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム6は全体として上方へ位置し、揺動カム9の連結ピン17側の端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム9の初期位置は、そのカム面がタペット10から離れる方向に傾く。従って、駆動軸2の回転に伴って揺動カム9が揺動した際に、基円面が長くタペット10に接触し続け、カム面がタペット10に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
【0027】
逆に、偏心カム部18が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム6は全体として下方へ位置し、揺動カム9の連結ピン17側の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム9の初期位置は、そのカム面がタペット10に近付く方向に傾く。従って、駆動軸2の回転に伴って揺動カム9が揺動した際に、タペット10と接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
【0028】
上記の偏心カム部18の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、図2に示すように、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大,縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁11の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。なお、図3は、制御軸12(図にはC/SFTと略記してある)の回転角度とリフト・作動角との関係を示す。
【0029】
次に、位相可変機構21は、図1に示すように、上記駆動軸2の前端部に設けられたスプロケット22と、このスプロケット22と上記駆動軸2とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ23と、から構成されている。上記スプロケット22は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用アクチュエータ23は、例えば油圧式、電磁式などの回転型アクチュエータからなり、エンジンコントロールユニット19からの制御信号によって制御されている。この位相制御用アクチュエータ23の作用によって、スプロケット22と駆動軸2とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この位相可変機構21の実際の制御状態は、駆動軸2の回転位置に応答する駆動軸センサ16によって検出され、これに基づいて、上記アクチュエータ23がクローズドループ制御される。
【0030】
このような可変動弁装置を吸気弁側に備えた本実施例の内燃機関は、スロットル弁に依存せず、吸気弁11の可変制御によって吸気量が制御される。なお、実用機関では、ブローバイガスの還流等のために吸気系に若干の負圧が存在していることが好ましいので、後述するように、吸気通路の上流側に、スロットル弁に代えて、負圧生成用の適宜な絞り機構を設けることが望ましい。
【0031】
上記リフト・作動角可変機構1と上記位相可変機構21とを用いた吸入空気量制御について説明すると、図4は、代表的な運転条件における吸気弁のバルブリフト特性を示したもので、図示するように、アイドル等の極低負荷域においては、リフト量が極小リフトとなる。これは特に、リフト中心角の位相が吸気量に影響しない程度にまで小さなリフト量となる。そして、位相可変機構21によるリフト中心角の位相は、最も遅角した位置となり、これによって、閉時期は、下死点直前位置となる。
【0032】
このように極小リフトとすることによって、吸気流が吸気弁11の間隙においてチョークした状態となり、極低負荷域で必要な微小流量が安定的に得られる。そして、閉時期が下死点近傍となることから、有効圧縮比は十分に高くなり、極小リフトによるガス流動の向上と相俟って、比較的良好な燃焼を確保できる。
【0033】
一方、アイドル等の極低負荷域よりも負荷の大きな低負荷領域(補機負荷が加わっているアイドル状態を含む)においては、リフト・作動角が大きくなり、かつリフト中心角は進角した位置となる。このときには、バルブタイミングをも考慮して吸気量制御が行われることになり、吸気弁閉時期を早めることで、吸気量が比較的少量に制御される。この結果、リフト・作動角はある程度大きなものとなり、吸気弁11によるポンピングロスが低減する。
【0034】
なお、アイドル等の極低負荷域における極小リフトでは、前述したように、位相を変更しても吸気量は殆ど変化しないので、極低負荷域から低負荷域へと移行する場合には、位相変更よりも優先して、リフト・作動角を拡大する必要がある。空調用コンプレッサ等の補機の負荷が加わった場合も同様である。
【0035】
一方、さらに負荷が増加し、燃焼が安定してくる中負荷域では、図4に示すように、リフト・作動角をさらに拡大しつつ、リフト中心角の位相を進角させる。リフト中心角の位相は、中負荷域のある点で、最も進角した状態となる。これにより、内部EGRが利用され、一層のポンピングロス低減が図れる。
【0036】
また、最大負荷時には、さらにリフト・作動角を拡大し、かつ最適なバルブタイミングとなるように位相可変機構21を制御する。なお、図示するように、機関回転数によっても最適なバルブリフト特性は異なるものとなる。
【0037】
図5および図6は、この内燃機関の燃料供給系の構成を示したもので、上記吸気弁11によって開閉される吸気ポート51の上流側に、電磁式燃料噴射弁52が配置され、吸気弁11へ向けて燃料を噴射供給している。なお、53は、上流側の吸気通路55に設けられた前述した負圧生成用の負圧調整弁、54はエアクリーナ、56は排気通路、57は触媒コンバータ、58は点火プラグ、である。上記燃料噴射弁52は、図6に示すように、一対の吸気弁11に対応して一対の円錐状噴霧Fを形成するようになっており、かつ各噴霧Fの外周部が、吸気弁11の傘部外周のシール部に重なるように、その噴霧の拡がりが設定されている。
【0038】
次に、上記燃料噴射弁52による燃料噴射時期について説明する。
【0039】
上記のようなリフト・作動角可変機構1を用いて吸気弁11のリフト量を小さくしていくと、吸気弁11のシール部付近の流速が上昇する。そのため、その時点で燃料を供給すれば、上昇した空気流速により燃料の微粒化が図れることになる。従って、吸気弁11の極低リフト時には、待ち時間噴射による二次微粒化に依存せずに、吸気行程噴射を比較的容易に使用できることになり、リフト量に応じて、噴射時期を吸気行程噴射と待ち時間噴射とに切り替えること可能である。また、極低リフト時に待ち時間噴射を行うと、燃料液滴がバルブシート付近に付着し、流速発達前に筒内に燃料が供給されて、供給初期の燃料粒径が大きくなることや、この燃料液滴の付着度合のサイクルばらつきにより、吸気弁11における流路面積が変化して供給空気量のばらつきが生じるおそれもある。そこで、本発明では、基本的に、参考例として示す図7に示すように、吸気弁11のリフト量で、吸気行程噴射と待ち時間噴射とを設定することにした。すなわち、所定のリフト量以下では、吸気行程噴射とし、所定のリフト量以上では、待ち時間噴射とする。なお、リフト量は、制御軸12の回動角度に基づいて判別される。
【0040】
図8は、噴射時期を制御軸12の回動角度に基づいて制御する参考例のフローチャートである。以下、このフローチャートに従って、処理の流れを説明する。
【0041】
まずステップ101で制御軸12(図中、C/SFTと略記する)の回動角度を読み込み、ステップ102で、所定リフト量に対応する所定の回動角度X以下であるかを判断する。回動角度X以下である場合には、ステップ103へ進み、吸気行程噴射とする。続くステップ104では位相可変機構21による進角量(位相制御量)を読み込む。上記の制御軸角度と位相制御量とから、吸気弁11の実際の開弁時期ならびに開弁期間が算出される。続くステップ105では、確実に吸気行程噴射とするために、燃料噴射開始時期を概略ステップ104で算出された吸気弁開弁開始時期として求め、空気量に応じた燃料噴射期間だけ、燃料を吸気ポート内に噴射する。
【0042】
一方、ステップ102で所定の回動角度Xよりも大と判断された場合は、ステップ106へ進み、待ち時間噴射とする。続くステップ107では位相可変機構21による位相制御量を読み込み、上記の制御軸角度と位相制御量とから、吸気弁11の実際の開弁時期ならびに開弁期間を算出する。続くステップ108では、確実に待ち時間噴射とするために、燃料噴射終了時期をステップ107で算出された吸気弁開弁開始時期よりも前とし、かつ空気量に応じた必要な燃料噴射期間だけ遡った時期を噴射開始時期として、燃料噴射を実行する。
【0043】
図9は、吸気行程噴射と待ち時間噴射とを対比して示す、タイミングチャートである。
【0044】
このように、吸気弁低リフトに吸気行程噴射とすることで、吸気弁11のシール部付近での高い吸気流速による燃料微粒化効果を有効に利用でき、未燃燃料の低下が図れるとともに、吸気ポート51内への燃料付着が抑止され、過渡時の燃料到達遅れ減少や、設定空燃比に対するサイクルばらつき減少が図れ、排気性能の向上、運転性向上が得られる。しかも、円錐状の燃料噴霧を吸気弁11の外径に対応させることで、燃料付着が一層抑制される。また、シール部付近の流速が低くなる吸気弁高リフト時には、待ち時間噴射とすることで、吸気ポート51や吸気弁11の熱を利用した二次微粒化が図れ、均質な混合気を得ることができる。
【0045】
次に、請求項に対応する本発明の第1の実施形態について、図10および図11に基づいて説明する。
【0046】
この実施形態は、参考例のものに加えて、機関回転速度を考慮して、燃料噴射時期の切換を行うようにしたものであって、図10に示すように、吸気弁リフト量と機関回転速度とをパラメータとして、吸気行程噴射と待ち時間噴射とが選択的に設定される。すなわち、基本的に、所定のリフト量以下では吸気行程噴射とし、所定のリフト量以上では待ち時間噴射とするが、回転速度が上昇するに従い、切換点となる所定リフト量の値が増加する。
【0047】
これは、回転速度の上昇に伴い、同一リフト量であっても、ピストン速度の上昇により、吸気弁11の前後差圧が増加し、その結果、空気流速が上昇する、ということを考慮したためである。言い換えれば、機関回転速度上昇に伴って、空気流速が同一となるバルブリフト量が増加できることになる。なお、吸気弁11とバルブシートとの隙間における流れが既にチョークしているような領域では、この部分での流れの流速は変わらないが、シリンダ内での流速は筒内密度低下により増加するので、やはり微粒化が図れる。
【0048】
図11のフローチャートに従って説明すると、ステップ111で制御軸12(C/SFT)の回動角度と機関回転速度とを読み込み、ステップ112で、吸気行程噴射を行うべき領域を示す判断用マップを参照する。このマップは、図10に示したような特性に設定されている。そして、ステップ113で、このマップに基づき、吸気行程噴射を行う領域であるかを判断する。吸気行程噴射とすべき領域である場合には、ステップ114へ進み、吸気行程噴射とする。続くステップ115では、位相可変機構21による位相制御量を読み込み、上記制御軸角度と位相制御量とから、吸気弁開弁時期ならびに開弁期間を算出する。続くステップ116では、確実に吸気行程噴射とするために、燃料噴射開始時期を概略ステップ115で算出された吸気弁開弁開始時期として求め、空気量に応じた燃料噴射期間だけ、燃料を吸気ポート内に噴射する。
【0049】
一方、ステップ113で吸気行程噴射とすべき領域ではないと判断された場合は、ステップ117へ進み、待ち時間噴射とする。続くステップ118では位相可変機構21による位相制御量を読み込み、上記の制御軸角度と位相制御量とから、吸気弁11の実際の開弁時期ならびに開弁期間を算出する。続くステップ119では、確実に待ち時間噴射とするために、燃料噴射終了時期をステップ118で算出された吸気弁開弁開始時期よりも前とし、かつ空気量に応じた必要な燃料噴射期間だけ遡った時期を噴射開始時期として、燃料噴射を実行する。
【0050】
従って、図10に示すように、回転速度上昇とともに吸気行程噴射ができる限界リフト量が増加し、高い流速による微粒化効果が得られる運転領域が増すこととなる。
【0051】
次に請求項に対応する第の実施形態について、図12、図13に従って説明する。
【0052】
この実施形態は、吸気弁リフト量に加え、位相可変機構21による吸気弁リフト中心角の進角量を考慮して、燃料噴射時期の設定を行うようにしたものである。すなわち、図12に示すように、基本的に、所定のリフト量以下では吸気行程噴射とし、所定のリフト量以上では待ち時間噴射としており、さらに、吸気行程噴射の場合には、位相制御量とリフト量とから、噴射開始時期を、概略吸気弁開弁開始時期とするか、ピストンの吸気上死点時とするか、を選択するようにしている。図示するように、吸気弁リフト中心角が大きく進角した領域では、概略吸気上死点に噴射開始時期が設定される。
【0053】
これは、吸気弁11が排気行程中に開弁すると、既燃ガスがシリンダ内から吸気ポート51に吹き返すことになり、そのときに、燃料が吸気弁11へ向けて噴射されると、吹き返したガスとともに、燃料噴霧が上流側に吹き戻されるおそれがあるためである。燃料が吹き戻されると、待ち時間噴射と同様に、燃料のポート内壁面への付着や、サイクルバラツキ等を招きやすい。そこで本実施形態では、吸気弁リフト量と吸気弁リフト中心角の位相制御量(進角量)とから、バルブオーバラップを求め、バルブオーバラップ中には、燃料を噴射しないようにしているのである。
【0054】
図13のフローチャートに従って説明すると、まずステップ131で制御軸12(C/SFT)の回動角度を位相可変機構21の位相制御量とともに読み込み、ステップ132で所定の回動角度X以下であるかを判断する。所定の回動角度X以下である場合には、ステップ133へ進み、吸気行程噴射とする。
【0055】
続くステップ134では、噴射開始時期補正マップを参照する。併せて上記の制御軸角度と位相制御量とから、吸気弁開弁時期ならびに開弁期間を算出する。続くステップ135では、図12のような特性に設定された噴射開始時期補正マップに基づき、燃料噴射開始時期を吸気上死点に補正すべき条件かを判断する。補正が不必要と判断した場合、ステップ137へ進み、第1実施形態と同じく、燃料噴射開始時期を吸気弁開弁開始時期として、噴射を実行する。また、ステップ135で、燃料噴射開始時期の補正が必要と判断した場合には、ステップ136へ進み、燃料噴射開始時期を各気筒の吸気上死点として、噴射を実行する。
【0056】
一方、ステップ132で、所定回動角度X以上と判断された場合には、ステップ138へ進み、待ち時間噴射とするとともに、上記制御軸角度と位相制御量とから、吸気弁開弁時期ならびに開弁期間を算出する。続くステップ139では、確実に待ち時間噴射とするために、燃料噴射終了時期をステップ138で算出された吸気弁開弁開始時期よりも前とし、かつ空気量に応じた必要な燃料噴射期間だけ遡った時期を噴射開始時期として、燃料噴射を実行する。
【0057】
従って、図12に示すように、所定のリフト量以下では、吸気行程噴射となり、また、バルブオーバラップによる吹き返しガスが発生する場合には、吸気上死点より燃料噴射を開始することで、吸気行程噴射における噴霧の吹き戻しを回避できる。なお、噴霧の吹き戻しを回避しつつ、吹き返しガスの熱を燃料の微粒化に利用することができる。
【0058】
次に請求項の内容を開示する第の実施形態について、図14、図15に基づいて説明する。この第の実施形態は、第の実施形態を基礎とし、かつ位相可変機構21の位相制御量に応じて、吸気行程噴射を行う限界リフト量を変化させたものである。
【0059】
バルブオーバラップがマイナス設定であると、吸気行程に筒内は断熱膨張し、圧力が下がる。前述したように低リフト時には同時に小作動角となるので、位相可変機構21の制御状態が遅角側となると、バルブオーバラップがマイナスとなって断熱膨張することになる。このような場合、吸気ポート51と筒内との差圧が増加し、吸気弁リフト開始時の流速が大となるため、図14に示すように、吸気行程噴射とできるリフト量を、遅角側で高く設定できる。
【0060】
また、位相可変機構21がある程度進角した領域ではバルブオーバラップがプラスとなるが、このようにバルブオーバラップがある場合、更に吸気弁リフトの位相を進角させると、内部EGRとなる既燃ガス量が増加するため、吸気に供給される熱が増加する。従って、図14のように、進角側ほど燃料の気化が促進されて、吸気行程噴射できるリフト量を高く設定できる。
【0061】
本実施形態の処理の流れの概略を図15のフローチャートに基づいて説明すると、ステップ151において制御軸12の回動角度と位相可変機構21の位相制御量とを読み込み、ステップ152において、この制御軸12の回動角度と位相制御量とから、燃料噴射時期を決定する所定のマップを参照する。なお、このマップは、基本的に図14のような特性に沿って予め作成されている。続くステップ153では、参照したマップに基づき、燃料噴射時期を決定し、噴射を実行する。なお、前述した各実施形態と同じく、待ち時間噴射の場合には、噴射終了時期から噴射開始時期が求められる。この実施の形態によれば、図12に示すように、位相可変機構21の進角量増加とともに、吸気行程噴射ができる限界リフト量が可及的に高く与えられる。
【0062】
なお、本発明における噴射開始時期は、噴射弁駆動時に生じる無効パルス幅を考慮したものであることが望ましい。また燃料噴霧の吸気弁到達時期が最も重要であるので、噴霧が噴射弁取付位置から吸気弁に至るまでの到達時間を加味して、燃料噴射開始時期を設定すれば、より望ましいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の内燃機関に用いられる可変動弁装置全体の構成を示す斜視図。
【図2】 リフト・作動角の変化の状態を示すリフト特性図。
【図3】 制御軸の回転角度とリフト・作動角との関係を示す特性図。
【図4】 代表的な運転条件でのバルブリフト特性を示す特性図。
【図5】 燃料供給系を示す内燃機関の説明図。
【図6】 燃料噴射弁の噴霧の形状を示す説明図。
【図7】 参考例におけるリフト量に対する吸気行程噴射と待ち時間噴射との切換の特性を示す特性図。
【図8】 参考例における処理の流れを示すフローチャート。
【図9】 吸気行程噴射と待ち時間噴射とを対比して示すタイムチャート。
【図10】 第の実施形態における吸気行程噴射と待ち時間噴射との切換の特性を示す特性図。
【図11】 第の実施形態における処理の流れを示すフローチャート。
【図12】 第の実施形態における吸気行程噴射と待ち時間噴射との切換の特性を示す特性図。
【図13】 第の実施形態における処理の流れを示すフローチャート。
【図14】 第の実施形態における吸気行程噴射と待ち時間噴射との切換の特性を示す特性図。
【図15】 第の実施形態における処理の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
1…リフト・作動角可変機構
2…駆動軸
3…偏心カム
6…ロッカアーム
8…リンク部材
9…揺動カム
11…吸気弁
12…制御軸
14…制御軸センサ
16…駆動軸センサ
19…エンジンコントロールユニット
21…位相可変機構
52…燃料噴射弁
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine that includes a variable valve mechanism that variably controls the lift amount or operating angle of an intake valve, and that includes a fuel injection valve upstream of the intake valve.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine that includes a variable valve mechanism that can change the lift characteristics of the intake valve and that injects and supplies fuel into an intake passage upstream of the intake valve, the fuel injection timing according to the control state of the variable valve mechanism Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-221083 discloses a technique for adjusting the above.
[0003]
In this prior art, when the valve overlap amount becomes large by changing the lift center angle phase of the intake valve on the premise that the fuel injection is terminated before the intake valve is opened, and the lift center angle phase of the intake valve is changed, The fuel injection timing is retarded.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-260923 discloses a variable valve mechanism that continuously and variably controls the lift amount of an intake valve.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of an internal combustion engine provided with a variable valve mechanism that can change the lift amount of the intake valve, the flow velocity of intake air in the vicinity of the intake valve varies greatly depending on the control state of the variable valve device. For example, when the lift amount is small, the flow velocity in the annular flow path of the intake valve becomes large. Therefore, it is important to perform fuel injection that effectively utilizes this change in flow velocity.
[0006]
In the above prior art, no study is made on the fuel injection timing control when changing the lift amount of the intake valve.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The internal combustion engine according to the present invention includes a variable valve mechanism that variably controls the lift amount (maximum lift amount) of the intake valve. This variable valve mechanism can be further combined with a second variable valve mechanism that can change the phase of the lift central angle of the intake valve.
[0008]
The fuel injection valve is disposed on the upstream side of the intake valve, and injects fuel into the intake passage. Desirably, this fuel injection valve has a conical spray form, and is configured such that the outer peripheral portion of the spray overlaps the seal portion on the outer periphery of the intake valve.
[0009]
The fuel injection timing of the fuel injection valve is controlled by the control device. In the present invention, the fuel injection timing is terminated before the intake valve opens, and the fuel injection is performed during the intake valve opening period. The second injection timing to be performed is selected according to the control state of the variable valve mechanism.
[0010]
More specifically, the first injection timing is selected when the lift amount of the intake valve is larger than a predetermined lift amount, and the second injection timing is selected when the lift amount of the intake valve is smaller than the predetermined lift amount. Then, the value of the predetermined lift amount increases as the rotational speed of the internal combustion engine increases.
[0011]
When the lift amount is large, the fuel injection is terminated before the intake valve opens as the first injection timing (hereinafter referred to as waiting time injection), so that the heat of the intake valve and the intake port Vaporization can be promoted. That is, secondary atomization of the fuel can be achieved. On the other hand, when the lift amount is small, the fuel injection is performed during the intake valve opening period as the second injection timing (hereinafter referred to as intake stroke injection), thereby causing a variation in the degree of fuel adhesion to the intake port, As a result, variation in intake air amount due to the influence can be avoided. In other words, in a state where the lift amount is small and the flow passage area of the opening is small, the substantial flow passage area changes greatly when the fuel adhesion degree changes. Cycle variation is suppressed.
[0012]
When the lift amount is large, even if the degree of fuel adhesion varies, the change in the flow path area of the opening due to this is a slight ratio from the overall flow path area, and the influence on the intake air amount is a problem. Don't be. Also, when the lift amount is small, the intake flow velocity when passing through the intake valve increases, and the fuel is atomized by the flow, so there is no problem even if the secondary atomization effect due to heat such as waiting time injection is not given Absent.
[0013]
【The invention's effect】
According to the present invention, the waiting time injection that enables secondary atomization by heat and the intake stroke injection that can suppress the variation in the degree of fuel adhesion are optimized in accordance with the variable control of the intake valve lift amount. be able to.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is configured as a spark ignition gasoline engine for an automobile will be described.
[0015]
FIG. 1 is a configuration explanatory view showing the configuration of an intake valve side variable valve operating device of an internal combustion engine. This variable valve operating device serves as a variable valve operating mechanism for changing the lift / operating angle of an intake valve. A variable angle mechanism 1 and a phase variable mechanism 21 (corresponding to a second variable valve mechanism) that advances or retards the phase of the center angle of the lift (phase with respect to a crankshaft (not shown)). Yes.
[0016]
First, the lift / operating angle variable mechanism 1 will be described. The lift / operating angle variable mechanism 1 has been previously proposed by the applicant of the present application. However, since it has been publicly known, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-107725, only the outline thereof will be described.
[0017]
The variable lift / operating angle mechanism 1 includes an intake valve 11 slidably provided on a cylinder head (not shown) and a drive shaft 2 rotatably supported by a cam bracket (not shown) on the cylinder head. And an eccentric cam 3 fixed to the drive shaft 2 by press-fitting or the like, and a control shaft 12 that is rotatably supported by the same cam bracket at a position above the drive shaft 2 and arranged in parallel with the drive shaft 2. And a rocker arm 6 that is swingably supported by the eccentric cam portion 18 of the control shaft 12, and a swing cam 9 that contacts the tappet 10 disposed at the upper end of each intake valve 11. The eccentric cam 3 and the rocker arm 6 are linked by a link arm 4, and the rocker arm 6 and the swing cam 9 are linked by a link member 8.
[0018]
As will be described later, the drive shaft 2 is driven by a crankshaft of an engine via a timing chain or a timing belt.
[0019]
The eccentric cam 3 has a circular outer peripheral surface, and the center of the outer peripheral surface is offset from the shaft center of the drive shaft 2 by a predetermined amount, and the annular portion of the link arm 4 is rotatable on the outer peripheral surface. It is mated.
[0020]
The rocker arm 6 has a substantially central portion supported by the eccentric cam portion 18 so as to be swingable, and an arm portion of the link arm 4 is linked to one end portion thereof via a connecting pin 5. The upper end portion of the link member 8 is linked to the end portion via the connecting pin 7. The eccentric cam portion 18 is eccentric from the axis of the control shaft 12, and accordingly, the rocking center of the rocker arm 6 changes according to the angular position of the control shaft 12.
[0021]
The rocking cam 9 is fitted to the outer periphery of the drive shaft 2 and is rotatably supported, and the lower end portion of the link member 8 is linked to the end portion extending sideways via a connecting pin 17. ing. On the lower surface of the swing cam 9, a base circle surface concentric with the drive shaft 2 and a cam surface extending in a predetermined curve from the base circle surface are continuously formed. These base circle surface and cam surface are in contact with the upper surface of the tappet 10 according to the swing position of the swing cam 9.
[0022]
That is, the base circle surface is a section where the lift amount becomes 0 as a base circle section, and when the swing cam 9 swings and the cam surface comes into contact with the tappet 10, it gradually lifts. A slight ramp section is provided between the base circle section and the lift section.
[0023]
As shown in FIG. 1, the control shaft 12 is configured to rotate within a predetermined angle range by a lift / operation angle control actuator 13 provided at one end. The lift / operating angle control actuator 13 includes, for example, a servo motor that drives the control shaft 12 via the worm gear 15 and is controlled by a control signal from an engine control unit 19 (control device). Here, the rotation angle of the control shaft 12 is detected by a control shaft sensor 14 formed of an analog sensor, and the actuator 13 is closed-loop controlled based on the detected actual control state.
[0024]
The operation of the variable lift / operating angle mechanism 1 will be described. When the drive shaft 2 rotates, the link arm 4 moves up and down by the cam action of the eccentric cam 3, and the rocker arm 6 swings accordingly. The swing of the rocker arm 6 is transmitted to the swing cam 9 via the link member 8, and the swing cam 9 swings. The tappet 10 is pressed by the cam action of the swing cam 9, and the intake valve 11 is lifted.
[0025]
Here, when the angle of the control shaft 12 changes via the lift / operating angle control actuator 13, the center position of the rocker movement of the rocker arm 6 moves to change the initial position of the rocker arm 6. The initial swing position of the is changed.
[0026]
For example, if the eccentric cam portion 18 is positioned upward in the figure, the rocker arm 6 is positioned upward as a whole, and the end of the swing cam 9 on the side of the connecting pin 17 is relatively lifted upward. Become. That is, the initial position of the swing cam 9 is inclined in a direction in which the cam surface is separated from the tappet 10. Therefore, when the swing cam 9 swings as the drive shaft 2 rotates, the base circle surface is kept in contact with the tappet 10 for a long time, and the period during which the cam surface is in contact with the tappet 10 is short. Therefore, the lift amount is reduced as a whole, and the angle range from the opening timing to the closing timing, that is, the operating angle is also reduced.
[0027]
Conversely, assuming that the eccentric cam portion 18 is positioned downward in the figure, the rocker arm 6 is positioned downward as a whole, and the end of the swing cam 9 on the side of the connecting pin 17 is relatively pushed downward. It becomes a state. That is, the initial position of the swing cam 9 is inclined in a direction in which the cam surface approaches the tappet 10. Therefore, when the swing cam 9 swings as the drive shaft 2 rotates, the portion that contacts the tappet 10 immediately shifts from the base circle surface to the cam surface. Therefore, the lift amount is increased as a whole, and the operating angle is increased.
[0028]
Since the initial position of the eccentric cam portion 18 can be continuously changed, the valve lift characteristic is continuously changed accordingly. That is, as shown in FIG. 2, the lift and the operating angle can be continuously expanded and contracted simultaneously. Depending on the layout of each part, for example, the opening timing and closing timing of the intake valve 11 change substantially symmetrically as the lift and operating angle change. FIG. 3 shows the relationship between the rotation angle of the control shaft 12 (abbreviated as C / SFT in the drawing) and the lift / operation angle.
[0029]
Next, as shown in FIG. 1, the phase variable mechanism 21 relatively connects the sprocket 22 provided at the front end of the drive shaft 2, and the sprocket 22 and the drive shaft 2 within a predetermined angle range. And a phase control actuator 23 to be rotated. The sprocket 22 is interlocked with the crankshaft via a timing chain or a timing belt (not shown). The phase control actuator 23 is composed of, for example, a hydraulic or electromagnetic rotary actuator, and is controlled by a control signal from the engine control unit 19. The action of the phase control actuator 23 causes the sprocket 22 and the drive shaft 2 to rotate relative to each other, thereby delaying the lift center angle in the valve lift. That is, the lift characteristic curve itself does not change, and the whole advances or retards. This change can also be obtained continuously. The actual control state of the phase variable mechanism 21 is detected by the drive shaft sensor 16 that responds to the rotational position of the drive shaft 2, and based on this, the actuator 23 is closed-loop controlled.
[0030]
In the internal combustion engine of the present embodiment provided with such a variable valve device on the intake valve side, the intake amount is controlled by variable control of the intake valve 11 without depending on the throttle valve. In a practical engine, it is preferable that a slight negative pressure exists in the intake system due to recirculation of blow-by gas, etc. Therefore, as described later, instead of a throttle valve, a negative pressure is provided upstream of the intake passage. It is desirable to provide an appropriate throttle mechanism for generating pressure.
[0031]
The intake air amount control using the lift / operating angle variable mechanism 1 and the phase variable mechanism 21 will be described. FIG. 4 shows the valve lift characteristics of the intake valve under typical operating conditions. As described above, in an extremely low load region such as an idle, the lift amount is a minimum lift. In particular, the lift amount is so small that the phase of the lift center angle does not affect the intake air amount. The phase of the lift center angle by the phase variable mechanism 21 is the most retarded position, so that the closing timing is the position immediately before the bottom dead center.
[0032]
By setting the minimum lift in this way, the intake flow becomes choked in the gap between the intake valves 11, and the necessary minute flow rate can be stably obtained in the extremely low load region. Since the closing time is near the bottom dead center, the effective compression ratio is sufficiently high, and it is possible to ensure relatively good combustion in combination with the improvement of gas flow by the minimal lift.
[0033]
On the other hand, in the low load region where the load is higher than the extremely low load region such as idle (including the idle state where the auxiliary load is applied), the lift / operating angle is large and the lift center angle is the advanced position. It becomes. At this time, the intake air amount control is performed in consideration of the valve timing, and the intake air amount is controlled to a relatively small amount by advancing the intake valve closing timing. As a result, the lift / operating angle becomes somewhat large, and the pumping loss due to the intake valve 11 is reduced.
[0034]
Note that in the case of a minimal lift in an extremely low load range such as idle, the intake air amount hardly changes even if the phase is changed, as described above, so when shifting from the very low load range to the low load range, Prior to the change, it is necessary to enlarge the lift and operating angle. The same applies when a load of auxiliary equipment such as an air conditioning compressor is applied.
[0035]
On the other hand, in the middle load region where the load is further increased and the combustion is stabilized, as shown in FIG. 4, the phase of the lift center angle is advanced while further increasing the lift / operation angle. The phase of the lift center angle is the most advanced state at a certain point in the middle load region. Thereby, internal EGR is utilized and the pumping loss can be further reduced.
[0036]
In addition, at the maximum load, the phase variable mechanism 21 is controlled so that the lift / operation angle is further expanded and the optimum valve timing is obtained. As shown in the figure, the optimum valve lift characteristic varies depending on the engine speed.
[0037]
5 and 6 show the configuration of the fuel supply system of the internal combustion engine. An electromagnetic fuel injection valve 52 is disposed upstream of the intake port 51 opened and closed by the intake valve 11, and the intake valve The fuel is injected to 11. In addition, 53 is the negative pressure adjusting valve for generating negative pressure described above provided in the intake passage 55 on the upstream side, 54 is an air cleaner, 56 is an exhaust passage, 57 is a catalytic converter, and 58 is a spark plug. As shown in FIG. 6, the fuel injection valve 52 forms a pair of conical sprays F corresponding to the pair of intake valves 11, and the outer peripheral portion of each spray F is the intake valve 11. The spread of the spray is set so as to overlap the seal portion on the outer periphery of the umbrella portion.
[0038]
Next, the fuel injection timing by the fuel injection valve 52 will be described.
[0039]
When the lift amount of the intake valve 11 is reduced using the lift / operating angle variable mechanism 1 as described above, the flow velocity near the seal portion of the intake valve 11 increases. Therefore, if fuel is supplied at that time, the fuel can be atomized by the increased air flow velocity. Therefore, when the intake valve 11 is extremely low lifted, the intake stroke injection can be used relatively easily without depending on the secondary atomization by the waiting time injection, and the injection timing is set according to the lift amount. It is possible to switch to the waiting time injection. Also, when waiting time injection is performed during extremely low lift, fuel droplets adhere to the vicinity of the valve seat, fuel is supplied into the cylinder before the flow velocity develops, and the initial fuel particle size increases. Due to cycle variations in the degree of adhesion of fuel droplets, the flow passage area in the intake valve 11 may change, causing variations in the amount of supplied air. Therefore, in the present invention , basically , the intake stroke injection and the waiting time injection are set by the lift amount of the intake valve 11 as shown in FIG. That is, the intake stroke injection is set below the predetermined lift amount, and the waiting time injection is set above the predetermined lift amount. The lift amount is determined based on the rotation angle of the control shaft 12.
[0040]
FIG. 8 is a flowchart of a reference example for controlling the injection timing based on the rotation angle of the control shaft 12. The process flow will be described below according to this flowchart.
[0041]
First, in step 101, the rotation angle of the control shaft 12 (abbreviated as C / SFT in the figure) is read. In step 102, it is determined whether the rotation angle is equal to or less than a predetermined rotation angle X corresponding to a predetermined lift amount. If it is equal to or smaller than the rotation angle X, the routine proceeds to step 103 and intake stroke injection is performed. In the next step 104, the advance amount (phase control amount) by the phase variable mechanism 21 is read. The actual valve opening timing and valve opening period of the intake valve 11 are calculated from the control shaft angle and the phase control amount. In the following step 105, in order to ensure the intake stroke injection, the fuel injection start timing is obtained as the intake valve opening start timing calculated in the general step 104, and the fuel is supplied to the intake port only during the fuel injection period corresponding to the air amount. Inject into.
[0042]
On the other hand, if it is determined in step 102 that the rotation angle is larger than the predetermined rotation angle X, the process proceeds to step 106, and the waiting time injection is performed. In the next step 107, the phase control amount by the phase variable mechanism 21 is read, and the actual valve opening timing and valve opening period of the intake valve 11 are calculated from the control shaft angle and the phase control amount. In the following step 108, in order to ensure the waiting time injection, the fuel injection end timing is set before the intake valve opening start timing calculated in step 107, and the required fuel injection period according to the air amount is traced back. The fuel injection is executed with the injection timing as the injection start timing.
[0043]
FIG. 9 is a timing chart showing the intake stroke injection and the waiting time injection in comparison.
[0044]
Thus, by using the intake stroke injection to the intake valve low lift, the fuel atomization effect due to the high intake flow velocity in the vicinity of the seal portion of the intake valve 11 can be effectively used, and the unburned fuel can be reduced and the intake air can be reduced. Fuel adhering to the port 51 is suppressed, fuel arrival delay at the time of transition can be reduced, and cycle variation with respect to the set air-fuel ratio can be reduced, and exhaust performance and operability can be improved. In addition, fuel adhesion is further suppressed by making the conical fuel spray correspond to the outer diameter of the intake valve 11. In addition, when the intake valve is in a high lift where the flow velocity near the seal portion is low, by using the waiting time injection, secondary atomization using the heat of the intake port 51 and the intake valve 11 can be achieved, and a homogeneous air-fuel mixture can be obtained. Can do.
[0045]
Next, a first embodiment of the present invention corresponding to claim 1 will be described with reference to FIGS.
[0046]
In this embodiment, in addition to the reference example , the fuel injection timing is switched in consideration of the engine rotational speed. As shown in FIG. 10, the intake valve lift amount and the engine speed are changed. With the speed as a parameter, intake stroke injection and waiting time injection are selectively set. That is, basically, intake stroke injection is performed below a predetermined lift amount, and waiting time injection is performed above a predetermined lift amount, but as the rotational speed increases, the value of the predetermined lift amount serving as a switching point increases.
[0047]
This is because the differential pressure across the intake valve 11 increases due to the increase in piston speed and the air flow rate increases as a result of an increase in the piston speed even with the same lift amount. is there. In other words, as the engine speed increases, the valve lift amount at which the air flow rate becomes the same can be increased. In the region where the flow in the gap between the intake valve 11 and the valve seat is already choked, the flow velocity of the flow in this portion does not change, but the flow velocity in the cylinder increases due to a decrease in cylinder density. After all, atomization can be achieved.
[0048]
Referring to the flowchart of FIG. 11, in step 111, the rotation angle of the control shaft 12 (C / SFT) and the engine rotational speed are read, and in step 112, a determination map indicating a region where the intake stroke injection is to be performed is referred to. . This map is set to the characteristics shown in FIG. In step 113, it is determined based on this map whether the region is the region where the intake stroke injection is performed. If it is the region that should be the intake stroke injection, the routine proceeds to step 114 where the intake stroke injection is set. In the following step 115, the phase control amount by the phase variable mechanism 21 is read, and the intake valve opening timing and the valve opening period are calculated from the control shaft angle and the phase control amount. In the following step 116, in order to ensure the intake stroke injection, the fuel injection start timing is obtained as the intake valve opening start timing calculated in the general step 115, and the fuel is supplied to the intake port only during the fuel injection period corresponding to the air amount. Inject into.
[0049]
On the other hand, if it is determined in step 113 that the region is not to be the intake stroke injection, the routine proceeds to step 117 and the waiting time injection is performed. In the next step 118, the phase control amount by the phase variable mechanism 21 is read, and the actual valve opening timing and valve opening period of the intake valve 11 are calculated from the control shaft angle and the phase control amount. In the following step 119, in order to ensure the waiting time injection, the fuel injection end timing is set before the intake valve opening start timing calculated in step 118, and the required fuel injection period according to the air amount is traced back. The fuel injection is executed with the injection timing as the injection start timing.
[0050]
Therefore, as shown in FIG. 10, the limit lift amount that can perform the intake stroke injection increases with the increase of the rotational speed, and the operation region in which the atomization effect by the high flow velocity can be obtained increases.
[0051]
Next, a second embodiment corresponding to claim 2 will be described with reference to FIGS.
[0052]
In this embodiment, the fuel injection timing is set in consideration of the advance amount of the intake valve lift center angle by the phase variable mechanism 21 in addition to the intake valve lift amount. That is, as shown in FIG. 12, basically, the intake stroke injection is performed below the predetermined lift amount, the waiting time injection is performed above the predetermined lift amount, and further, in the case of the intake stroke injection, the phase control amount and From the lift amount, it is selected whether the injection start timing is the approximate intake valve opening start timing or the intake top dead center of the piston. As shown in the drawing, in the region where the intake valve lift central angle is greatly advanced, the injection start timing is set to the approximate intake top dead center.
[0053]
This is because when the intake valve 11 is opened during the exhaust stroke, the burned gas is blown back from the inside of the cylinder to the intake port 51, and at that time, when the fuel is injected toward the intake valve 11, it is blown back. This is because the fuel spray may be blown back together with the gas. When the fuel is blown back, the fuel is likely to adhere to the inner wall surface of the port, cycle variations, etc., as in the case of the waiting time injection. Therefore, in the present embodiment, the valve overlap is obtained from the intake valve lift amount and the phase control amount (advance amount) of the intake valve lift center angle, and fuel is not injected during the valve overlap. is there.
[0054]
Referring to the flowchart of FIG. 13, first, at step 131, the rotation angle of the control shaft 12 (C / SFT) is read together with the phase control amount of the phase variable mechanism 21, and at step 132 whether the rotation angle is equal to or less than the predetermined rotation angle X. to decide. When the rotation angle is equal to or smaller than the predetermined rotation angle X, the process proceeds to step 133, and the intake stroke injection is performed.
[0055]
In subsequent step 134, the injection start timing correction map is referred to. In addition, the intake valve opening timing and the valve opening period are calculated from the control shaft angle and the phase control amount. In the following step 135, it is determined whether or not the fuel injection start timing should be corrected to the intake top dead center based on the injection start timing correction map set to the characteristics as shown in FIG. If it is determined that the correction is unnecessary, the process proceeds to step 137, and the injection is executed with the fuel injection start timing as the intake valve opening start timing, as in the first embodiment. If it is determined in step 135 that the fuel injection start timing needs to be corrected, the routine proceeds to step 136, where the injection is executed with the fuel injection start timing as the intake top dead center of each cylinder.
[0056]
On the other hand, if it is determined in step 132 that the rotation angle is equal to or greater than the predetermined rotation angle X, the process proceeds to step 138, and the waiting time injection is performed. Calculate the valve period. In the following step 139, in order to ensure the waiting time injection, the fuel injection end timing is set before the intake valve opening start timing calculated in step 138, and the required fuel injection period according to the air amount is traced back. The fuel injection is executed with the injection timing as the injection start timing.
[0057]
Therefore, as shown in FIG. 12, when the lift amount is equal to or less than a predetermined lift amount, intake stroke injection is performed, and when blowback gas is generated due to valve overlap, fuel injection is started from the intake top dead center. It is possible to avoid spray blowback in the stroke injection. Note that the heat of the blown-back gas can be utilized for fuel atomization while avoiding the blowback of the spray.
[0058]
Next, a third embodiment disclosing the contents of claim 3 will be described with reference to FIGS. The third embodiment is based on the second embodiment and changes the limit lift amount for performing the intake stroke injection in accordance with the phase control amount of the phase variable mechanism 21.
[0059]
If the valve overlap is negative, the cylinder expands adiabatically during the intake stroke and the pressure drops. As described above, since the operating angle becomes small at the same time when the lift is low, if the control state of the phase variable mechanism 21 is on the retard side, the valve overlap becomes negative and adiabatic expansion occurs. In such a case, the differential pressure between the intake port 51 and the cylinder increases, and the flow velocity at the start of intake valve lift becomes large. Therefore, as shown in FIG. 14, the lift amount that can be used for intake stroke injection is retarded. Can be set higher on the side.
[0060]
Further, the valve overlap is positive in a region where the phase variable mechanism 21 is advanced to some extent, but when there is such a valve overlap, if the phase of the intake valve lift is further advanced, the burned combustion that becomes the internal EGR As the amount of gas increases, the heat supplied to the intake air increases. Therefore, as shown in FIG. 14, the fuel vaporization is promoted toward the advance side, and the lift amount that can be injected in the intake stroke can be set higher.
[0061]
The outline of the processing flow of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 15. In step 151, the rotation angle of the control shaft 12 and the phase control amount of the phase variable mechanism 21 are read. A predetermined map for determining the fuel injection timing is referred to from the 12 rotation angles and the phase control amount. This map is created in advance basically according to the characteristics shown in FIG. In the subsequent step 153, the fuel injection timing is determined based on the referenced map, and the injection is executed. Note that, in the case of the waiting time injection, the injection start timing is obtained from the injection end timing, as in the above-described embodiments. According to this embodiment, as shown in FIG. 12, as the advance amount of the phase variable mechanism 21 increases, the limit lift amount that allows the intake stroke injection is given as high as possible.
[0062]
In addition, it is desirable that the injection start timing in the present invention takes into account the invalid pulse width generated when the injection valve is driven. In addition, since the fuel spray intake valve arrival timing is the most important, it is more desirable to set the fuel injection start timing in consideration of the arrival time from when the spray reaches the intake valve to the intake valve.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a variable valve operating apparatus used in an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 2 is a lift characteristic diagram showing a state of change in lift and operating angle.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a rotation angle of a control shaft and a lift / operation angle.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing valve lift characteristics under typical operating conditions.
FIG. 5 is an explanatory diagram of an internal combustion engine showing a fuel supply system.
FIG. 6 is an explanatory view showing a spray shape of a fuel injection valve.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing characteristics of switching between intake stroke injection and waiting time injection with respect to a lift amount in a reference example .
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing in a reference example .
FIG. 9 is a time chart showing the intake stroke injection and the waiting time injection in comparison.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing characteristics of switching between intake stroke injection and waiting time injection in the first embodiment.
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of processing in the first embodiment.
FIG. 12 is a characteristic diagram showing characteristics of switching between intake stroke injection and waiting time injection in the second embodiment.
FIG. 13 is a flowchart showing the flow of processing in the second embodiment.
FIG. 14 is a characteristic diagram showing characteristics of switching between intake stroke injection and waiting time injection in the third embodiment.
FIG. 15 is a flowchart showing the flow of processing in the third embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lift / operating angle variable mechanism 2 ... Drive shaft 3 ... Eccentric cam 6 ... Rocker arm 8 ... Link member 9 ... Swing cam 11 ... Intake valve 12 ... Control shaft 14 ... Control shaft sensor 16 ... Drive shaft sensor 19 ... Engine control Unit 21 ... Phase variable mechanism 52 ... Fuel injection valve

Claims (5)

吸気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構と、
吸気通路に燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、
吸気弁が開弁する前に燃料噴射を終了させる第1噴射時期と、吸気弁の開弁期間中に燃料噴射を行う第2噴射時期と、を上記可変動弁機構の制御状態に応じて、吸気弁のリフト量が所定リフト量より大きいときに上記第1噴射時期を選択し、吸気弁のリフト量が所定リフト量より小さいときに上記第2噴射時期を選択する制御装置と、
を備え
上記所定リフト量の値が、内燃機関の回転速度の上昇に伴って増加することを特徴とする可変動弁機構付き内燃機関。
A variable valve mechanism that can change the lift amount of the intake valve;
A fuel injection valve that injects fuel into the intake passage;
According to the control state of the variable valve mechanism, a first injection timing for terminating the fuel injection before the intake valve opens and a second injection timing for performing the fuel injection during the valve opening period of the intake valve , A control device for selecting the first injection timing when the lift amount of the intake valve is larger than a predetermined lift amount , and for selecting the second injection timing when the lift amount of the intake valve is smaller than the predetermined lift amount ;
Equipped with a,
An internal combustion engine with a variable valve mechanism , characterized in that the value of the predetermined lift amount increases as the rotational speed of the internal combustion engine increases .
吸気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構と、
吸気通路に燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、
吸気弁が開弁する前に燃料噴射を終了させる第1噴射時期と、吸気弁の開弁期間中に燃料噴射を行う第2噴射時期と、を上記可変動弁機構の制御状態に応じて、吸気弁のリフト量が所定リフト量より大きいときに上記第1噴射時期を選択し、吸気弁のリフト量が所定リフト量より小さいときに上記第2噴射時期を選択する制御装置と、
吸気弁のリフト中心角の位相を変更可能な第2の可変動弁機構と、
を備え、
上記第2噴射時期選択時において、この第2の可変動弁機構の制御状態が所定位相よりも進角側にあるときに燃料噴射開始を吸気上死点以降とすることを特徴とする可変動弁機構付き内燃機関。
A variable valve mechanism that can change the lift amount of the intake valve;
A fuel injection valve that injects fuel into the intake passage;
According to the control state of the variable valve mechanism, a first injection timing for terminating the fuel injection before the intake valve opens and a second injection timing for performing the fuel injection during the valve opening period of the intake valve, A control device for selecting the first injection timing when the lift amount of the intake valve is larger than a predetermined lift amount, and for selecting the second injection timing when the lift amount of the intake valve is smaller than the predetermined lift amount;
A second variable valve mechanism that can change the phase of the lift center angle of the intake valve ;
With
During the second injection timing selected, controllable state of the second variable valve mechanism you characterized in that the intake top dead center after the start of fuel injection when in the advance side of a predetermined phase Internal combustion engine with variable valve mechanism.
上記所定リフト量の値が、上記第2の可変動弁機構の制御状態の進角に伴って増加することを特徴とする請求項に記載の可変動弁機構付き内燃機関。3. The internal combustion engine with a variable valve mechanism according to claim 2 , wherein the value of the predetermined lift amount increases with advance of the control state of the second variable valve mechanism. 上記可変動弁機構は、駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた少なくとも所定角度範囲内で回転可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁を押圧する揺動カムと、上記制御軸の回転位置を変化させるリフト・作動角制御用アクチュエータと、を備え、上記制御軸の偏心カム部の回転位置によって吸気弁のリフトがその作動角とともに増減変化するように構成されていることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の可変動弁機構付き内燃機関。The variable valve mechanism includes an eccentric cam that is rotationally driven by a drive shaft, a link arm that is fitted to the outer periphery of the eccentric cam so as to be relatively rotatable, and an eccentric cam portion that is provided in parallel to the drive shaft. Further, a control shaft that is rotatable within at least a predetermined angle range, a rocker arm that is rotatably attached to an eccentric cam portion of the control shaft, and is pivoted by the link arm, and is rotatably supported by the drive shaft. And a rocking cam that is connected to the rocker arm via a link and rocks with the rocker arm to press the intake valve, and a lift / operating angle control actuator that changes the rotational position of the control shaft, The lift of the intake valve varies with the operating angle according to the rotational position of the eccentric cam portion of the control shaft. Variable valve mechanism with an internal combustion engine according to any one of 1-3. 上記燃料噴射弁は、円錐状の噴霧形態を有し、この噴霧の外周部が吸気弁外周のシール部に重なるように構成されていることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の可変動弁機構付き内燃機関。The fuel injection valve has a conical spray form according to any one of claims 1 to 4, the outer peripheral portion of the spray is characterized by being configured to overlap the sealing portion of the intake valve periphery An internal combustion engine with a variable valve mechanism.
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