JP2001164978A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電磁式吸気弁の閉鎖時に応じて燃料の噴射開始
時期を制御することにより、混合気を良好に形成するこ
とである。 【解決手段】電磁式吸気弁制御装置を使用して、目標出
力から目標空気量を求め、目標空気量から目標吸気バル
ブ閉時期を求め、一方、目標空気量から目標燃料量を求
め、目標燃料量から燃料噴射時間を求め、それと燃料噴
射から吸気弁までの到達時間を求め、その合計時間が吸
気弁閉前となるよう燃料噴射開始時期を求め、吸気弁と
燃料噴射弁を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の制御装
置に関し、特に電磁式吸気弁を備えた内燃機関の吸気弁
および燃料噴射弁の制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平10−39140 号公報には、吸入空気
量を先に決定し、燃料供給量をこれに追従させて空燃比
を制御する空気量先行，燃料供給量追従制御方式を採用
し、電子制御スロットル弁装置に本質的に内在するスロ
ットル弁開度の目標値に対する実際の制御値の遅れ、或
いはスロットル弁開度の目標値に対して積極的に設定し
た制御の遅れを利用し、この遅れに対して燃料供給時期
を対応させることにより、常に正確な空燃比を得ること
ができる内燃機関の制御装置が記載されている。

【０００３】特公平7−33781号公報には、アクセルペダ
ルの操作位置に応じて燃料供給量と絞り弁の開度を制御
するようにした燃料供給量先行制御方式のエンジン制御
装置において、吸気管内に噴射された燃料が実際にシリ
ンダ内に吸入されるまでの時間をアクセルペダルの操作
位置とエンジンの回転速度に応じて所定の遅れ時間とし
て演算する手段を設け、上記絞り弁の開度制御に上記所
定の遅れ時間が設定されるように構成したことを特徴と
するエンジン制御装置が記載されている。

【０００４】また、特開平9−280092 号公報には、火花
点火式内燃機関の燃焼室に吸入空気を導くための吸気通
路を開閉する吸気弁と、前記吸気弁の作動タイミングを
調整するための可変バルブタイミング機構と、開弁時間
に応じた量の燃料を前記燃焼室へ直接噴射する燃料噴射
弁と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出
手段と、前記吸気弁が前記運転状態検出手段による運転
状態に応じた目標作動タイミングで吸気通路を開閉する
ように、前記可変バルブタイミング機構を制御する第１
の制御手段と、ピストンの移動にともなう負圧により吸
入空気が燃焼室へ吸入される吸気行程において、前記燃
料噴射弁が前記運転状態検出手段による運転状態に応じ
た目標噴射時期に開弁した燃料を噴射するように、同燃
料噴射弁を制御する第２の制御手段と、前記第２の制御
手段での目標噴射終了時期が、前記第１の制御手段での
吸気弁による吸気通路の閉鎖時期に対応する所定時期よ
りも遅いときには、前記目標噴射時期を補正することに
より、前記目標噴射終了時期を前記所定時期よりも早め
る噴射時期補正手段とを備えた内燃機関の制御装置が記
載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関運転状態に応
じて吸気弁の作動タイミングを変化させることにより性
能向上を狙った可変バルブタィミング機構を備えた内燃
機関に適用した場合、吸気通路の閉鎖時期が変化するた
め、吸気通路の閉鎖後にも燃料が噴射され、その結果、
排気エミッションや出力が悪化するおそれがある。

【０００６】その対策として、高回転・高負荷域でも噴
射期間が十分短くなるように燃料噴射弁の噴射率（単位
時間当たりの噴射流量）を大きくすることが考えられ
る。このようにすれば、吸気弁による吸気通路の閉鎖時
よりも前に燃料噴射を終了させることが可能である。し
かし、この方法では必要燃料量が少ないときに、その量
の燃料を精度より噴射することが難しい。

【０００７】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は内燃機関の運転状態に応じて変化
する電磁式吸気弁の作動タイミング、特にその吸気弁に
よる吸気通路の閉鎖時に応じて燃料の噴射開始時期を制
御することにより、混合気を良好に形成することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、電磁式吸気弁
制御装置を用い、目標出力から目標空気量を求め、目標
空気量から目標吸気バルブ閉時期を求め、一方、目標空
気量から目標燃料量を求め、目標燃料量から燃料噴射時
間を求め、それと燃料噴射から吸気弁までの到達時間を
求め、その合計時間が吸気弁閉前となるよう燃料噴射開
始時期を求め、吸気弁と燃料噴射弁を駆動することを特
徴とする。

【０００９】上記計算結果を同一の角度起動タイミング
でセットする。これによって直近の角度タイミング（最
速の応答可能タイミング）で、所定の気筒の吸気弁操
作，燃料噴射操作を整合して行えることを特徴とする。

【００１０】また、筒内噴射エンジンの場合、吸気行程
または圧縮行程の正規噴射量に加算することを特徴とす
る。筒内噴射では吸気行程噴射で間に合うからである。

【００１１】本発明は、具体的には次に掲げる装置を提
供する。

【００１２】本発明は、電磁式吸気弁の制御によって吸
気弁開閉時期の制御を行う内燃機関の制御装置におい
て、目標出力から目標空気量を求め、目標空気量から電
磁式吸気弁の閉弁時期を演算する電磁式吸気弁の閉弁時
期演算手段と、かつ目標空気量から目標燃料量を求めて
燃料噴射時間を設定し、燃料噴射から電磁式吸気弁まで
の燃料到達時間を求めて燃料噴射時間と燃料到達時間と
の合計を演算し、合計された時間が電磁式吸気弁の閉弁
時期前になるように燃料噴射開始時期を設定する演算手
段とからなり、以って、電磁式吸気弁と燃料噴射弁とを
制御する内燃機関の制御装置を提供する。

【００１３】本発明は、更に前記演算した結果を同一の
角度起動タイミングに基づいて設定し、所定の気筒の電
磁式吸気弁操作および燃料噴射操作を整合した内燃機関
の制御装置を提供する。

【００１４】本発明は、更に燃料噴射開始時期のタイミ
ングは、角度起動タイミングとした内燃機関の制御装置
を提供する。

【００１５】本発明は、更に目標燃料量が、燃料噴射弁
の供給可能な燃料量より小さいときは、該目標燃料量を
供給可能最小燃料量とし、目標空気量を目標空燃比と供
給可能最小燃料に基づく空気量とする内燃機関の制御装
置を提供する。

【００１６】本発明は、更に燃料噴射量演算に用いる１
吸気当り吸入空気量認識値は、吸気管を流れる実際測定
値に実際測定値の応答遅れ推定値を合計して求め、応答
遅れ推定値は、目標空気量増分から求める内燃機関の制
御装置を提供する。

【００１７】本発明は、更に目標出力に基づいて電磁式
吸気弁の閉弁時期が演算されたときに、その時点ですで
に供給した燃料量に対応した吸入空気量が今回演算され
た吸気弁の閉弁時期に対応する吸入空気量より大きいこ
とを条件としてその気筒には該演算された閉弁時期をキ
ャンセルする内燃機関の制御装置を提供する。

【００１８】本発明は、電磁式吸気弁の制御によって吸
気弁開閉時期の制御を行う内燃機関の制御装置におい
て、目標出力から目標空気量を求め、目標空気量から電
磁式吸気弁の閉弁時期を演算する電磁式吸気弁の閉弁時
期演算手段と、かつ目標空気量から目標燃料量を求め
て、第１の燃料噴射時間を設定し、吸気行程の正規噴射
量から求まる第２の燃料噴射時間を求め、第１の燃料噴
射時間と第２の燃料噴射時間との合計を演算し、合計さ
れた時間が電磁式吸気弁の閉弁時期前になるように燃料
噴射開始時期を設定する演算手段とからなり、以って、
電磁式吸気弁と燃料噴射弁とを制御する内燃機関、例え
ば筒内噴射式の内燃機関の制御装置を提供する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる実施例を図
面に基づいて説明する。

【００２０】図１は、本発明の適用される内燃機関の一
例を示す。図１において内燃機関１に吸入される空気
は、エアクリーナ５の入口部６から取り入れられ、吸入
空気量Ｑａを計測する手段であるエアフローメータ７を
通り、コレクタ８に入る。該コレクタ８に吸入された空
気は、内燃機関１の各シリンダ９内に接続された各吸気
管１０に分配され、前記シリンダ９の燃焼室内に導かれ
る。

【００２１】一方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク
１１から燃料ポンプ１２により吸引力圧され、燃料噴射
弁（インジェクタ）１３が配管されている燃料系に供給
される。加圧された燃料は、燃圧レギュレータ１４によ
り一定の圧力（例えば３kg／cm^２ ）に調圧され、それ
ぞれのシリンダ９に設けられている燃料噴射弁１３から
吸気管１０の中に噴射される。噴射された燃料は、点火
コイル１５で高電圧化された点火信号により点火プラグ
１６で着火される。

【００２２】前記コントロールユニット１７には、前記
エアフローメータ７からの吸気流量を示す信号と、クラ
ンク角センサ１８からのクランク軸１９の角度信号ＰＯ
Ｓと、排気管２０中の触媒２１の前に設けたＡ／Ｆセン
サ２２からの排ガスの検出信号とが入力されるようにな
っている。

【００２３】エアフローメータ７で検出した吸入空気量
信号は、フィルタ処理手段等の処理を施し空気量を換算
演算された後、前記吸入空気量をエンジン回転数で割っ
て、空燃比がストイキ（Ａ／Ｆ＝１４.７)となるような
係数ｋを乗じて１シリンダ当たりの基本燃料噴射パルス
幅、即ち、基本燃料噴射量が求められる。その後、該基
本燃料噴射量をもとにエンジンの運転状態に応じた様々
な燃料量補正を施して燃料噴射量を求めた後、燃料噴射
弁を駆動し各気筒に燃料を供給する。また、排気管２０
に備えられたＡ／Ｆセンサ２２の出力から排気ガスの実
際の空燃比を知ることができるので、所望の空燃比を得
たいときには該Ａ／Ｆセンサの信号により供給燃料量を
調整する閉ループ制御を行うことで所望の空燃比状態を
得ることができるようになっている。

【００２４】ここで、燃料の噴射タイミングと点火タイ
ミングは図２のようになっている。この図は４気筒エン
ジンの例である。各気筒の行程に同期して噴射すること
は、各気筒のたとえば燃料気化度合いなどの吸入燃料の
性状を、いずれの気筒も各条件とするために好ましいた
め、図２に示すように、例えば排気行程後半での燃料噴
射を行う。点火は、燃焼の火炎伝播速度に見合って圧縮
行程後半で行う。したがって、コントロールユニット１
７は各気筒の行程を認識し、適切な燃料噴射，点火の信
号を出力する。そのため、コントロールユニット１７は
クランク軸回転センサ１８の信号を入力し、処理を行
う。クランク軸回転センサ１８は、例えば図２に示すよ
うな信号出力形態をしている。すなわち、クランク軸に
予め取り付けられているマークがクランク軸センサ位置
に近づいたときＨＩ信号を出力し、それ以外はＬＯ信号
を出力する。クランク軸のマークを図２のように各気筒
行程別に４気筒の場合４種類設定すれば、それを見分け
ることによって各気筒の行程を認識できる。すなわち、
各気筒の行程毎に異なるＨＩ信号の数を配するのであ
る。

【００２５】電磁式吸気弁は吸気バルブを電磁操作する
ためカム軸が必要ない。また、各気筒は、４気筒の場合
＃１、＃４と＃２、＃３のように、１８０度クランク回
転でピストンが上昇する組、下降する組というように分
れる。コントロールユニットはこの状態を識別できれば
よく、同じ位相の組、例えば＃１、＃４の片方ともう片
方の行程を３６０度クランク角分ずらすようにすればよ
い。例えばこれらのピストンが上昇してくるときは、片
方を圧縮、他方を排気と定めればよい。

【００２６】クランク軸回転センサ１８の信号をコント
ロールユニット１７で読み取るために、コントロールユ
ニット１７の演算素子のなかに予め組み込み、信号の入
力を処理する演算フローの一例を図３に示す。本フロー
は、クランク軸の信号がＬＯからＨＩへ変化したときに
クランク軸信号入力ありとし、起動する。まずステップ
１０１で、前回の信号入力から今回の信号入力までの時
間を計測する。次にステップ１０２で前々回と前回の信
号入力間の時間と、ステップ１０１で求めた前回と今回
の信号入力の時間を比較する。ここで、図２に示すよう
に一連の各気筒信号パターン、例えば図の最上段気筒が
排気行程にあるときの２個の信号集団の２個目の信号入
力時であれば、両者の差、または比はほぼ同等となる。

【００２７】一方、新たな一連の気筒信号パターンの初
回の信号入力時、例えば図の最上段気筒の排気行程から
吸気行程に移ったときの吸気行程の１個の信号集団の１
個めの信号入力時であれば、今回計測の時間を有意に長
くなる。ステップ１０２では上記２つのパターンを識別
する。一連の各気筒信号パターンであるときは、ステッ
プ１０７に進み、カウンタＫに１を加算する。カウンタ
Ｋは、本フロー全体の構造により機能するカウンタで、
一連の各気筒信号パターンの数を数えるものである。ス
テップ１０７へ演算フローが至ったときは、その回のカ
ム信号入力あり処理を終了する。一方、ステップ１０２
で一連の各気筒信号パターンの初回であると判定したと
きは、ステップ１０３へ進む。ここで、例では、カム信
号にクランク軸角度制御の基準位置を示すという機能も
併せ持たせてある。すなわち、各気筒の一連の信号パタ
ーンの１個めの信号入力を、クランク軸位相の所定位
置、たとえばＢＴＤＣ１１０度としておけば、コントロ
ールユニット１７はクランク軸位相も併せ認識すること
ができる。ステップ１０３では、この基準位置を認識す
るものである。

【００２８】次に、フローはステップ１０４からステッ
プ１０６を順に処理していく。ステップ１０４では、ス
テップ１０７で加算したカウンタＫの値を読み、各気筒
の一連の信号パターンの信号数を認識する。この数によ
りステップ１０５で、現在の各気筒の行程と、クランク
軸位相を認識することができる。ステップ１０６では、
カウンタＫを０とする。カウンタＫはステップ１０５で
一連の信号パターンの信号数を記憶しておくという機能
を終了しているので、ステップ１０６では、次の信号パ
ターンの信号数を数える準備のためにその処理を行う。

【００２９】以上説明したように、クランク軸回転セン
サの信号情報をもとにコントロールユニットは各気筒の
位相を認識することができるが、一方それを行うために
はクランク軸が少なくとも１行程分回転する必要があ
る。

【００３０】図４は、電磁式吸気弁（ＩＶ）２と排気弁
（ＥＶ）３の具体的な構成例を示すもので、閉弁時にオ
ンされる電磁コイル３１と、閉弁時にオンされる電磁コ
イル３２と、コイルバネの付勢力を受けると共に、電磁
コイル３１側または電磁コイル３２側に吸引される可動
子３３とが設けられている。

【００３１】そして、エンジン停止時には、電磁コイル
３１及び電磁コイル３２が共に駆動されないために可動
子３３は図の１点鎖線で示す中間リフトの状態とされ、
弁開時には、電磁コイル３２の駆動により最大リフトの
状態とされ、弁閉時には、電磁コイル３１の駆動により
全閉の状態とされるようになっている。

【００３２】かく駆動される電磁式吸気弁の駆動方法の
一例を図５に示す。横軸はクランク軸の回転位相で、吸
気のＴＤＣから圧縮のＴＤＣまでを示す。上側の縦軸は
ピストンの速度を表し、下側の縦軸は吸気弁が開、排気
弁が閉であるときのシリンダ内空気量を示す。説明を簡
単にするため空気慣性によるシリンダ内空気量の変化は
無視して記述する。吸気ＴＤＣからピストンは下方向に
向かって移動するため、ピストンの移動した体積分の空
気がシリンダ内に流入する。このため吸入空気量は、図
に示すようにピストン速度を積分した分布となる。吸気
ＢＤＣから圧縮ＴＤＣまでの間はピストンは上方向に向
かって移動するため、速度は吸気行程とは逆の方向とな
る。このため吸入空気量は吸気ＢＤＣを最大値として減
少方向となり、圧縮ＴＤＣで０となる。

【００３３】以上の現象から、吸気ＴＤＣで吸気弁を開
とし、吸入空気量が目標の値となるクランク角度のとき
吸気弁を閉とすることで目標の空気量をシリンダ内に供
給できる。すなわち、図５の目標空気量の横の矢印に沿
って特性曲線と交差したクランク角のタイミングで吸気
弁を閉とすると目標の空気量をシリンダ内に供給でき
る。また、本図の目標出力対応気筒閉タイミングともと
の気筒閉タイミングについては後述する。また、図に示
す吸気弁閉タイミングの他にも目標空気量をシリンダ内
に供給できるタイミングが存在する。すなわち図に示す
ような、一旦吸気ＢＤＣを過ぎた後圧縮行程中に吸気弁
閉とするタイミングである。前者を吸気バルブ早閉じ、
後者を吸気弁遅閉じと称す。

【００３４】以上の原理に基づき、吸気弁の開閉時期を
制御してシリンダの吸入空気量を制御しつつ、燃料供給
量を整合させて空燃比を所望の状態に制御する動作の一
例を図６，図７に示す。

【００３５】図６は燃料噴射開始操作を吸気弁開操作と
同期して行った例を、図７は燃料噴射開始操作を吸気弁
開操作より早く行った例を示す。

【００３６】いずれの場合でも図示するような吸気行程
の中の所定クランク角度で吸気弁を開とすることで、図
５で説明したように所望の空気量をシリンダ内に供給で
きる。一方燃料は、図１に示すように吸気ポート内即ち
吸気弁より上流に燃料噴射する場合は、吸気弁開に伴っ
てシリンダ内に吸入される空気とともにシリンダ内に吸
入されないと燃焼に供されることができない。したがっ
て、各図に示すように、燃料噴射は吸気弁が閉となる前
の時間で噴射を終了している。燃料が意図した量シリン
ダ内に供給されないときのエンジン性能への影響を図
８，図９で説明する。まず、シリンダ内に供給する空気
と燃料の重量比を空燃比と呼び、図８，図９の横軸とし
ている。図８では空燃比と点火時期の次元での、燃焼が
安定する領域を示している。空燃比がリッチな条件で
は、混合気のなかの燃料濃度が濃厚なので、燃焼しやす
く、リーンな条件では希薄なので、燃焼の伝播が遅くな
ることにより燃焼しにくくなる。燃焼の速度に応じて燃
焼しやすい点火時期も変わるため、図中の実線で表され
るような境界で燃焼安定領域と、燃焼不安定領域が現れ
る。したがって、意図した燃料量が全てシリンダ内に供
給されない場合には燃焼の悪化が生じ得る。

【００３７】図９は、空燃比に対する、触媒の浄化率を
示している。排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）
と炭化水素（ＨＣ）は空燃比がリーンなときに高効率で
浄化され、窒素酸化物（ＮＯｘ）は空燃比がリッチなと
きに高効率で浄化される。したがって、空燃比が所望の
状態からずれることにより、触媒の浄化率が低下するこ
とが有り得る。

【００３８】図１０は、燃料噴射量に対する噴射パルス
幅を示す。供給可能最小燃料量に対する燃料供給可能最
小噴射パルス幅（Ｔｓ）が定まる。

【００３９】図１１は、吸気，圧縮，爆発，排気行程に
対する吸気弁，排気弁の操作を示し、燃料噴射の時期を
ＭＰＩ（Multi Point Injection)とＤＩＧ（筒内噴射）
について示す。

【００４０】吸気弁閉タイミング変化による空気量変化
ゲインを一定値として考えることは図１２に示す、吸入
空気量の要求がＡ，Ｂ，Ｃであるような領域では成立す
る。ところが、要求空気量Ｄ，Ｅ，Ｆのような領域に適
用しようとすると不都合が生じる。ここで、各気筒平均
の要求空気量をＡ、リッチ設定気筒の要求空気量をＣ、
リーン設定気筒の要求空気量をＢとすると、それぞれの
要求閉弁タイミングは図の細線で示す関係からａ，ｃ，
ｂとなる。太線で示す空気量と開弁タイミングの関係は
Ａ，Ｂ，Ｃの間でほぼ一定の傾きを有しているため、
（Ｂ−Ａ），（Ａ−Ｃ）が等しいとき（ｂ−ａ），（ａ
−ｃ）も等しい。すなわち吸気弁閉タイミング変化によ
る空気量変化ゲインを一定値として考えてよい。

【００４１】ところが、同様の関係は図１２から分るよ
うに要求空気量Ｄ，Ｅ，Ｆの間では成立しない。これは
吸気弁閉タイミング変化による空気量変化ゲインが該領
域内で変化しているからである。

【００４２】エアフローメータ７で検出した吸入空気量
信号は、図１３に示すようにフィルタ処理手段等の処理
を施し空気量４１に換算演算された後、前記吸入空気量
をエンジン回転数で割って、空燃比がストイキ（Ａ／Ｆ
＝１４.７)となるような係数ｋを乗じて１シリンダ当た
りの基本燃料噴射パルス幅、即ち、基本燃料量演算４２
が求められる。その後、該基本燃料噴射量をもとにエン
ジンの運転状態に応じた様々な燃料量補正を施して燃料
量演算４３を求めた後燃料噴射弁を駆動し各気筒に燃料
を供給する。また、排気管２０に備えられたＡ／Ｆセン
サ２２の出力から排気ガスの実際の空燃比を知ることが
できるので、所望の空燃比を得たいときには該Ａ／Ｆセ
ンサの信号により供給燃料量を調整する閉ループ制御を
行うことで所望の空燃比状態をえることができるように
なっている。

【００４３】一方、吸入空気量を制御するのは電磁吸気
弁２と電子制御式スロットル弁（ＥＴＣ）４であるが、
これらの駆動指令値は、図１３に示すように、運転者が
操作するアクセル踏量から要求される目標の空気量４７
を演算し、該目標空気量から目標のＥＴＣ開度４８を演
算し、該目標ＥＴＣ開度と該目標空気量から、その環境
での目標空気量を達成するための電磁式吸排気弁の開閉
タイミング４９を演算する。このように演算されたＥＴ
Ｃ，電磁式吸気弁の目標値に従ってＥＴＣ，電磁式吸気
弁を駆動することにより目標の空気量を得ることがで
き、吸入空気量に見合った量の燃料を供給する。

【００４４】電磁式吸気弁でシリンダに供給する空気量
を制御した場合は、ＥＴＣで吸入空気量を制御した場合
に比べ、コレクタなどのスロットル弁から吸気弁までの
応答遅れがない分早く空気をシリンダに供給できる。ま
た、図１４の補機負荷信号は、エンストや回転低下を防
止するために速い応答を要求する。したがって、補機負
荷などによる目標空気量の要求には電磁式吸気弁の操作
により空気を供給するのが適している。

【００４５】ところが、前述したように空気を供給する
とともに、目標の空燃比に見合った燃料をも供給するこ
とが必要であるため、例えば図６，図７に示すような、
空気と燃料の量が整合してシリンダに供給されるように
電磁式吸気弁，燃料噴射を制御することが必要である。

【００４６】図１４は、目標開弁タイミングおよび目標
閉弁タイミングを算出し、吸気弁駆動するためのフロー
チャートを示す。図１５は、アクセル開度に対する要求
空気量を示す。本図は、アクセルとスロットル弁がワイ
ヤなどで機械的に結合されている機構の一例であり、運
転者がこのような機構を採用するエンジンと、本実施例
で使用されるエンジンとの間で、運転に違和感を感じな
いようにするために同様の特性を設定することになる。

【００４７】図１４において、補機負荷信号５１には、
エアコンのコンプレッサを駆動する負荷，パワーステア
リングの油圧ポンプを駆動する負荷，オルタネータが発
電するための負荷などの要求に迅速に応えないとエンジ
ン回転の低下やエンストを招くことになるので速い応答
が要求される。この信号に基づいてアイドル維持分空気
量算出５２する。また、アクセル開度５３から図１５に
示すような関係においてアクセル要求空気量算出５４を
行う。アイドル維持分空気量とアクセル分要求空気量を
合計して目標空気量算出５５を行う。次に、目標空気量
に基づいて、目標ＴＥＣ開度，目標電磁式吸気弁空気量
演算５６を行い、その信号はＥＴＣ駆動のために使用
し、かつ目標開弁タイミング算出５７を図１２の関係か
ら求めるために使用する。一方、ＴＤＣ位置を基本と
し、エンジンの充填効率が良好なタイミングを適宜選定
できるようにして目標開弁タイミング算出５８を行う。

【００４８】求められた目標閉弁タイミングおよび目標
開弁タイミングから電磁式の吸気弁駆動５９を行う。

【００４９】この場合、燃料量４３から燃料噴射時間演
算４４を演算して記憶しておく。一方、燃料噴射から燃
料が電磁式吸気弁に到達するまでの移送遅れ(燃料移送
時間)４５を演算して記憶する。両時間を合計演算し、
合計された時間が電磁式吸気弁の閉弁時期前になるよう
に燃料噴射開始時期４６を設定演算し、この燃料噴射開
始時期で燃料噴射弁に燃料を噴射する。このようにし
て、電磁式吸気弁と燃料噴射弁を制御する。

【００５０】図１６は、一般的にエンジンコントロール
ユニットで用いられている演算処理の一例を示したもの
である。ここでは、所定の定時間隔で繰り返し実行する
演算と、クランク軸の角度基準位置が発生する度に繰り
返し実行する演算が実行される様子を時系列で表したも
のである。本例では、定時間隔の演算実行タイミングを
１０ｍＳ毎に実行し、角度基準位置での演算は図３のス
テップ１０３以下で実行するものを示している。

【００５１】ここで、１０ｍＳの定時間隔で演算する内
容は、吸気弁の閉時期，噴射パルス幅，噴射開始時期な
どを含んでいる。これは、エンジンの運転状態を、種々
のセンサ類により種々のタイミングで検出した結果を、
出力アクチュエータ類の駆動に十分な応答性で反映する
ために、十分に短い間隔で繰り返し計算させるものであ
る。

【００５２】一方、角度基準位置での演算は、クランク
角度にまつわるタイミング制御、すなわち燃料噴射開始
のタイミング，終了のタイミング，吸気弁の開タイミン
グ，閉タイミングなどを司る。具体的には、角度基準位
置から次の角度基準位置までの間の燃料噴射開始のタイ
ミング，終了のタイミング，吸気弁の開タイミング，閉
タイミングなどを、定時間隔演算の結果を参照して確定
し、セットする。セットされた値は、該当クランク角と
なったときに実行され、アクチュエータを駆動する。

【００５３】したがって、図１６に示すように、定時間
隔演算で演算された結果のうち、角度基準位置に最も近
い最新の値が実際のアクチュエータ駆動に用いられるこ
ととなる。

【００５４】以上のような構成において、吸気弁の駆動
と燃料噴射を整合させるためには、図１８に示すような
駆動制御を行うのがよい。本図は、横軸を時間とした、
各動作のタイミングを示したチャートである。図の１０
ｍＳジョブ，角度起動タイミング（Ｒｅｆ ｊｏｂ）
は、それぞれの演算が実行されるタイミングを示し、さ
らに、特定気筒の着目した行程，吸気弁，排気弁，燃料
噴射弁の動作を示している。

【００５５】ここで、１０ｍＳジョブの丸印で示した演
算で計算された結果が、角度起動タイミング演算で採用
され、矢印で示した吸気弁，排気弁，燃料噴射のタイミ
ングをセットする。燃料噴射開始のタイミングは、吸気
弁閉のタイミングに対し、燃料の位相遅れ時間と、燃料
を噴射する時間を確保して噴射した燃料がシリンダに供
給できる分先立ってセットする。さらに、図のように次
回の角度起動タイミングが、吸気弁閉のタイミングより
早く訪れた場合にも、その角度起動タイミングで吸気弁
閉タイミングを設定するのでなく、矢印のタイミングで
の駆動を行う。

【００５６】これにより、シリンダに供給する燃料と空
気の量を整合させることができる。

【００５７】次に、図１７は、例えばパワーステアリン
グの油圧ポンプなどの補機負荷の急増に対応して、吸気
弁閉時期の操作で吸入空気量の急増を行ったときの、基
本燃料噴射量ＴＰの演算値の挙動を示したものである。
図中の矢印の点で、補機負荷の急増に対応して目標出力
が増加している。前述のように、ＴＰは、基本的にはエ
アフローメータで計量した吸入空気量から求める。とこ
ろが、吸気弁閉時期により吸入空気量操作を行った場合
には、図１に示すように吸気弁がエアフローメータの下
流にあるため、その空気量を遅れなく測定することがで
きない。そこで、吸気弁の操作に伴う吸入空気量の検出
遅れを推定し、ＴＰに加算することを行う。推定値は、
図に示すように吸気弁操作に伴って急増し、その後エア
フローメータが応答してくるのに合わせて減衰するよう
にする。

【００５８】本推定値を用いることにより、吸気弁操作
に伴う吸入空気量測定遅れをなくし、所望の空燃比とな
る燃料量を供給することができる。

【００５９】図１８に示すように前述した計算結果を角
度起動タイミングで設定（セット）する。

【００６０】角度基準位置は１０ｍｓ毎に求められ、演
算タイミングが決められる。吸気弁（ＩＮＴ.Ｖ)，排気
弁（ＥＸＨ.Ｖ)および燃料噴射についての計算結果は、
同一の角度起動タイミングでセットする。直近の角度タ
イミング（最速の応答可能タイミング）で、所定の気筒
の吸気弁操作，燃料噴射操作を整合して行う。このよう
に、計算を定時間隔で実行することによって、他の多く
の演算の一環として吸気弁閉時期設定，噴射弁噴射時期
設定処理できる。

【００６１】前述したように、目標出力から目標空気量
を求め、目標空気量から目標吸気バルブ閉時期を求め、
一方、目標空気量から目標燃料量を求め、目標燃料量か
ら燃料噴射時間を求め、それと燃料噴射から吸気弁まで
の到達時間を求め、その合計時間が吸気弁閉前となるよ
う燃料噴射開始時期を求め、吸気弁と燃料噴射弁の駆動
を角度起動タイミングで行う。

【００６２】さらに、一旦燃料噴射を終了し、吸気弁が
閉となるまでの間に目標出力の増加がある場合には、そ
れに応える手段がある。その方法を図１８に示す。図中
の排気行程中の燃料噴射は、目標出力増加前に決められ
た値である。その噴射を終了した後の図のタイミングで
目標出力の増加が起こったとき、吸気弁閉のタイミング
は過ぎていないため要求に応えうる。すなわち、新たな
出力要求に応える空気量を実現する吸気弁閉タイミング
を新たに求め、一方出力要求に応える燃料量とするため
追加して供給する燃料量を求め、その量に対応する噴射
パルス幅を求め、さらに追加で噴射する燃料がシリンダ
内に供給される噴射開始タイミングを求め、以上の演算
結果に基づいて燃料噴射と吸気弁駆動を行う。図の例で
は、追加の燃料噴射開始を目標出力増加と同じタイミン
グとした例を示している。

【００６３】ここで、追加すべき燃料量が図８に示すよ
うなインジェクタが供給し得る最小の燃料量より小さい
場合には、所望の燃料量を供給できない。この場合に
は、インジェクタが供給し得る最小の燃料量に対応する
必要空気量を求め、必要空気量に応じた吸気弁閉タイミ
ングで駆動し、図８に示す燃料供給可能最小噴射パルス
幅でインジェクタを駆動すればよい。このとき、シリン
ダには目標出力に対応する空気量と燃料量より多い空気
量と燃料量が供給されることとなり、目標出力より大き
い出力が発生することとなる。しかし前述したように、
目標出力の急激な増大は補機負荷などの対応なしではエ
ンジン回転数低下やエンストを招く事象であり、これら
の事態を招くよりはエンジン回転数を少し高くするほう
が好ましい。

【００６４】次に、例えば補機負荷がＯＮの状態からＯ
ＦＦの状態となったときには、目標出力が急に減少する
こととなる。この要求が発生したときに、図１９に示す
ように既に燃料噴射が終了しているような場合には、新
たな目標出力に対応する空気量は、吸気弁閉タイミング
を操作することにより実現することが可能である。しか
し、新たな目標出力に対応する燃料量は、すでに噴射を
終了した燃料量より少ないので、対応することができな
い。従ってこのような場合には、新たな目標出力に対応
する吸気弁閉タイミングの操作は行わず、燃料噴射量と
ともに決定した吸気弁閉タイミングで駆動するのがよ
い。この場合も前述した例と同様に目標出力に対応する
空気量と燃料量より多い空気量と燃料量が供給されるこ
ととなり、目標出力より大きい出力が発生することとな
る。しかし、エンジン回転数低下やエンストを招くより
はエンジン回転数を少し高くするほうが好ましい。

【００６５】以上説明した例では、目標出力の増減に対
応するエンジンの応答は、１燃焼での出力、すなわちト
ルクでの応答である。一方、補機負荷などの目標出力増
加は、その要求の質によりエンジンからの仕事の率を要
求するものと、エンジンのトルクを要求するものがあ
る。トルクを要求するものである場合は、要求値をその
まま目標出力に変換すればよい。仕事率を要求する場合
は、仕事率はトルクと回転数の積であるから、仕事率の
要求値を回転数で割って要求トルクに変換したうえで目
標出力に変換するのがよい。

【００６６】内燃機関が、筒内噴射方式の内燃機関であ
る場合には、筒内に直接燃料を噴射するため、吸気弁の
動作タイミングによって噴射時期を考慮する必要はな
い。すなわち、吸気行程または圧縮行程で燃料噴射を行
うが、その燃料量は、吸気弁の作動タイミングにより確
定した吸入空気量と、目標空燃比が合致するよう一致し
ておればよい。

【００６７】したがって、図１９の燃料噴射の、破線で
示すＤ１（１）あるいはＤ１（２）と、吸気弁の開閉タ
イミングは、共に排気行程中のREFJOBでセットすること
となる。これにより、吸気弁の開閉時期と、燃料噴射量
は、同一計算タイミングでの値を用いることができるよ
うになり、筒内噴射方式の内燃機関の場合にも目標の空
気量を実現し、かつ目標の空燃比を実現することができ
る。

【００６８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、内燃機
関の運転状態に応じて変化する電磁式吸気弁の作動タイ
ミング、特にその吸気弁による吸気通路の閉鎖時に応じ
て燃料の噴射開始時期を制御することにより、混合気を
良好に形成することができる。

【００６９】また、本発明によれば、前述した計算結果
を同一の角度起動タイミングにセットすることとしてい
るので、最速の応答可能タイミングで、所定の気筒の吸
気弁操作，燃料噴射操作を整合して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用される内燃機関の全体概略構成
図。

【図２】内燃機関の動作説明図。

【図３】制御フローチャート図。

【図４】電磁式吸気弁概略構成図。

【図５】動作説明図。

【図６】吸気弁操作，噴射弁操作図。

【図７】吸気弁操作，噴射弁操作図。

【図８】空燃比と点火時期との関係図。

【図９】空燃比と浄化率との関係図。

【図１０】最小噴射パルス幅説明図。

【図１１】吸気弁，排気弁，燃料噴射タイミング図。

【図１２】吸入空気量と吸気弁開弁タイミングとの関係
図。

【図１３】実施例にかかわるブロック図。

【図１４】電磁式吸気弁駆動フローチャート図。

【図１５】アクセル開度と要求空気量との関係図。

【図１６】起動タイミング図。

【図１７】目標出力増加要求に対する推定値分合計空気
量を示す図。

【図１８】目標出力増加要求に対する吸気弁と噴射弁の
操作図。

【図１９】目標出力減少要求に対する吸気弁と噴射弁の
操作図。

【図２０】タイムチャート図。

【符号の説明】

４１…空気量演算、４２…基本燃料量演算、４３…燃料
量演算、４４…燃料噴射時間演算、４５…燃料移送遅れ
時間、４６…燃料噴射開始時期演算、４７…目標空気量
演算、４８…目標ＥＴＣ開度演算、４９…目標電磁式吸
排気弁開閉タイミング演算。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 俊雄 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 野々村 重幸 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 平澤 崇彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 吉岡 禎明 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 BA04 BA09 BA13 DA01 DA05 DA10 EA01 EB11 FA07 FA10 FA29 FA39 3G092 AA01 AA05 AA06 AA11 AB02 BA04 BB02 BB06 DA01 DA07 DC03 EA01 EA21 EA22 EB07 EC01 FA01 FA03 FA15 GA07 HA01X HA01Z HD05Z HE04Z HE05Z HF03Z HF04Z HF08Z

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁式吸気弁の制御によって吸気弁開閉時
   期の制御を行う内燃機関の制御装置において、 目標出力から目標空気量を求め、目標空気量から電磁式
   吸気弁の閉弁時期を演算する電磁式吸気弁の閉弁時期演
   算手段と、かつ目標空気量から目標燃料量を求めて燃料
   噴射時間を設定し、燃料噴射から電磁式吸気弁までの燃
   料到達時間を求めて燃料噴射時間と燃料到達時間との合
   計を演算し、合計された時間が電磁式吸気弁の閉弁時期
   前になるように燃料噴射開始時期を設定する演算手段と
   からなり、 以って、電磁式吸気弁と燃料噴射弁とを制御することを
   特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記演算した結果を同一の角度起動タイミングに基づい
   て設定し、所定の気筒の電磁式吸気弁操作および燃料噴
   射操作を整合したことを特徴とする内燃機関の制御装
   置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 燃料噴射開始時期のタイミングは、角度起動タイミング
   としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 【請求項４】請求項１から３のいずれかにおいて、 目標燃料量が、燃料噴射弁の供給可能な燃料量より小さ
   いときは、該目標燃料量を供給可能最小燃料量とし、目
   標空気量を目標空燃比と供給可能最小燃料に基づく空気
   量とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 【請求項５】請求項１から３のいずれかにおいて、 燃料噴射量演算に用いる１吸気当り吸入空気量認識値
   は、吸気管を流れる実際測定値に実際測定値の応答遅れ
   推定値を合計して求め、応答遅れ推定値は、目標空気量
   増分から求めることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 【請求項６】請求項１から３のいずれかにおいて、 目標出力に基づいて電磁式吸気弁の閉弁時期が演算され
   たときに、その時点ですでに供給した燃料量に対応した
   吸入空気量が今回演算された吸気弁の閉弁時期に対応す
   る吸入空気量より大きいことを条件としてその気筒には
   該演算された閉弁時期をキャンセルすることを特徴とす
   る内燃機関の制御装置。