JP2001221083A - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】可変バルブタイミング機構を備えたエンジンに
おいて、燃料の吹き抜けを防止し、かつ、噴射された燃
料の２次微粒化を促進させる。 【解決手段】通常時には、吸気バルブの開時期の所定角
度前を噴射終了タイミングとして燃料噴射を行わせる
（Ｓ３）。一方、吸気バルブの開時期の進角量（バルブ
オーバーラップ量）が所定値以上で（Ｓ１）、かつ、ス
ロットル開度ＴＶＯが所定値以上（Ｓ２）である高負荷
運転時には、燃料の噴射終了タイミングを、排気バルブ
の閉時期以降に遅角する（Ｓ４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの燃料噴射
制御装置に関し、吸・排気バルブのオーバーラップ量を
変化させる可変バルブタイミング機構を備えるエンジン
における燃料噴射タイミングの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、車両用エンジンにおいて、ク
ランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化
させることで、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉
タイミングを作動角一定のまま早めたり遅らせたりする
可変バルブタイミング装置が知られている（特開平７−
２３３７１３号公報，特開平８−２４６８２０号公報等
参照）。

【０００３】また、燃料を吸気バルブの上流側に噴射す
る燃料噴射弁を備えた電子制御燃料噴射装置では、吸気
バルブの開時期前に燃料噴射を行わせれば、シリンダに
吸入される前（吸気バルブの開前）にエンジン熱による
気化（２次微粒化）を促進させることができ、燃焼を改
善することができるため、例えば、吸気バルブの開時期
以前に燃料噴射の終了タイミングを設定し、該終了タイ
ミングで燃料噴射が終了するように、噴射開始タイミン
グを要求噴射量に応じて可変に制御することが行われて
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、可変バルブタ
イミング機構、特に、上記のようにクランクシャフトに
対するカムシャフトの回転位相を変化させる機構では、
回転位相の変化幅を大きく設定できるため、これに伴っ
て大きなオーバーラップ量で運転されることがあり、こ
のようなオーバーラップ量が大きな状態で、然も、吸気
脈動が大きなエンジンの高負荷運転がなされると、吸気
バルブが開かれてシリンダ内に吸引された燃料の一部が
排気側にそのまま吹き抜け、未燃焼成分（ＨＣ）の排出
量が増えてしまうという問題があった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、可変バルブタイミング機構によりオーバーラップ
量が変化するエンジンにおいて、良好な燃焼性を発揮さ
せつつ、未燃焼成分（ＨＣ）の排出量を抑制できる燃料
噴射制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、吸・排気バルブのオーバーラップ量を変化させ
る可変バルブタイミング機構を備えるエンジンにおい
て、吸気バルブの上流側に設けられる燃料噴射弁におけ
る燃料噴射を制御するエンジンの燃料噴射制御装置であ
って、前記オーバーラップ量に応じて前記燃料噴射弁に
よる燃料噴射タイミングを変更するよう構成した。

【０００７】かかる構成によると、オーバーラップ量の
変化が変化すると、これに対応して噴射タイミングが変
更され、オーバーラップ量毎の最適な噴射タイミングで
噴射させる。

【０００８】請求項２記載の発明では、前記オーバーラ
ップ量及びエンジン負荷に応じて前記燃料噴射弁による
燃料噴射タイミングを変更するよう構成した。かかる構
成によると、オーバーラップ量のみではなく、燃料の吹
き抜けに関与するエンジン負荷に応じて燃料噴射タイミ
ングが変更される。

【０００９】請求項３記載の発明では、前記オーバーラ
ップ量が所定値以上であるときに、燃料噴射タイミング
を遅角補正する構成とした。かかる構成によると、オー
バーラップ量が所定値以上であって、吸気バルブを開い
たときの吹き抜けが発生し易い条件のときに、燃料噴射
タイミングを遅角補正することで、オーバーラップ期間
に対して噴射タイミングを後ろにずらすようにする。

【００１０】請求項４記載の発明では、前記オーバーラ
ップ量が所定値以上でかつエンジン負荷が所定値以上で
あるときに、燃料噴射タイミングを遅角補正する構成と
した。

【００１１】かかる構成によると、オーバーラップ量が
所定値以上であって、然も、エンジン負荷が所定値以上
であると、エンジン負荷が小さいときに比べてより吸気
バルブを開いたときの吹き抜けが発生し易くなるので、
燃料噴射タイミングを遅角補正することで、オーバーラ
ップ期間に対して噴射タイミングを後ろにずらすように
する。

【００１２】請求項５記載の発明では、吸気バルブの開
時期前を通常の燃料噴射終了タイミングとし、前記遅角
補正により前記通常の燃料噴射終了タイミングよりも遅
い時期を燃料噴射終了タイミングとする構成とした。

【００１３】かかる構成によると、通常は、吸気バルブ
の開時期前に燃料噴射が終了するように燃料を噴射させ
るが、吸気バルブを開いたときの吹き抜けが発生し易い
条件では、噴射終了タイミングを吸気バルブの開時期前
よりも遅らせ、オーバーラップ期間に対して燃料噴射期
間を後ろにずらす。

【００１４】請求項６記載の発明では、前記遅角補正に
より、燃料噴射の終了タイミングを排気バルブの閉時期
以降に設定する構成とした。かかる構成によると、吸気
バルブを開いたときの吹き抜けが発生し易い条件では、
燃料噴射の終了タイミングを排気バルブの閉時期以降に
設定し、燃料噴射が排気バルブの開期間（オーバーラッ
プ期間）の後期以降に行われるようにする。

【００１５】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、オーバー
ラップ量の変化による燃料吹き抜けの発生を予測して噴
射タイミングを変更するので、燃料の吹き抜けの発生を
未然に回避して、未燃焼成分（ＨＣ）の排出量を抑制で
きるという効果がある。

【００１６】請求項２記載の発明によると、同じオーバ
ーラップ量でもエンジン負荷によって吹き抜けの特性が
異なることに対応して、より適切な噴射タイミングの設
定が可能になるという効果がある。

【００１７】請求項３記載の発明によると、オーバーラ
ップ量が大きく燃料の吹き抜けが発生し易いときに噴射
タイミングを遅らせて、排気バルブの閉時期側に噴射タ
イミングをずらし、燃料の吹き抜け量の抑制を図れると
いう効果がある。

【００１８】請求項４記載の発明によると、オーバーラ
ップ量が大きく然もエンジン負荷が高く燃料の吹き抜け
が特に発生し易いときに噴射タイミングを遅らせるの
で、無用に噴射タイミングを遅らせることなく、噴射燃
料の気化を促進させつつ、燃料の吹き抜け量の抑制を図
れるという効果がある。

【００１９】請求項５記載の発明によると、通常時は吸
気バルブの開前の噴射させてエンジン熱による気化（２
次微粒化）を促進させることができる一方、燃料の吹き
抜けが発生し易いときに噴射タイミングを遅らせて、未
燃焼成分（ＨＣ）の排出量が増大することを回避できる
という効果がある。

【００２０】請求項６記載の発明によると、燃料の吹き
抜けが発生し易いときに噴射終了タイミングを排気バル
ブの閉時期以降に設定するので、燃料の吹き抜けを確実
に抑制できるという効果がある。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、可変バルブタイミング機構
を備えたエンジンのシステム構成を示す図である。

【００２２】この図１において、エンジン１には、スロ
ットルバルブ２で計量された空気が吸気バルブ３を介し
てシリンダ内に供給され、燃焼排気は、排気バルブ４を
介して排出される。前記吸気バルブ３，排気バルブ４
は、吸気側カム軸，排気側カム軸にそれぞれ設けられた
カムによって開閉駆動される。

【００２３】吸気側カム軸５には、クランク軸に対する
カム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ３の
開閉タイミングを作動角一定のまま連続的に早めたり遅
くしたりする可変バルブタイミング機構６が備えられて
いる。

【００２４】前記可変バルブタイミング機構６は、油圧
によって前記回転位相を連続的に変化させる機構であ
り、回転位相の進角方向へ作用する油圧と遅角方向へ作
用する油圧とをそれぞれに制御して、吸気側カム軸５の
回転位相を目標の回転位相に制御するものであり、前記
油圧はコントロールユニット７からの油圧制御信号によ
って調整される構成となっている。

【００２５】尚、本実施の形態では、吸気側カム軸５の
回転位相の遅角方向を、吸気バルブ３の開時期が遅れて
排気バルブ４と吸気バルブ３とのオーバーラップ量が減
少する方向とし、進角方向を、吸気バルブ３の開時期が
早まって排気バルブ４と吸気バルブ３とのオーバーラッ
プ量が拡大する方向とする。

【００２６】前記可変バルブタイミング機構６は、図２
に示すように、吸気側カム軸５のカムスプロケット21に
付設され、クランク軸と吸気側カム軸５との位相を変化
させる位相調整機構22と、該位相調整機構22への動作油
圧の供給を制御するコントロールバルブ23とからなる。

【００２７】前記位相調整機構22において、カムスプロ
ケット21に内蔵のプランジャ24のフロント側（図２で左
側）に油圧を供給するフロント側油圧通路25と、前記プ
ランジャ24のリア側（図２で右側）に油圧を供給するリ
ア側油圧通路26とが設けられている。

【００２８】前記プランジャ24は、ヘリカルギヤ27でカ
ムスプロケット21及び吸気側カム軸５と噛み合ってお
り、フロント側に供給される油圧とリア側に供給される
油圧とのバランスによって、プランジャ24は回転しなが
らカム軸５の軸方向に沿って移動する。このとき、カム
スプロケット21は、図示しないタイミングチェーン（又
はタイミングベルト）によって固定されるから、カム軸
５側がプランジャ24と共に回転し、カムスプロケット21
とカム軸５との位相位置が変化することになり、本実施
形態では、プランジャ24をカム軸５に近づける方向（図
２の右方向）に移動させると、カム軸５の回転位相は進
角方向に変化し、逆に、プランジャ24をカム軸５から離
れる方向（図２の左方向）に移動させると、カム軸５の
回転位相は遅角方向に変化するようになっている。

【００２９】また、プランジャ24をカム軸から離れる方
向（遅角側）に付勢するリターンスプリング28が設けら
れている。プランジャ24のフロント側及びリア側に対す
る供給油圧を制御する前記コントロールバルブ23は、リ
ニアソレノイド29とスプール弁30とからなり、リニアソ
レノイド29によってスプール弁30の位置を変化させるこ
とで、フロント側油圧通路25を介してプランジャ24のフ
ロント側に供給される油圧と、リア側油圧通路26を介し
てプランジャ24のリア側に供給される油圧とを制御す
る。

【００３０】前記リニアソレノイド29は、前記コントロ
ールユニット７によってその通電のＯＮ・ＯＦＦがデュ
ーティ制御されるようになっており、デューティ比（Ｏ
Ｎ時間割合）が０％（通電停止時状態）のときには、専
らプランジャ24のリア側に油圧が供給されると共に、フ
ロント側の油圧がドレインされ、カム軸５は最遅角位置
（最小オーバーラップ位置）に制御される一方、デュー
ティ比が100 ％（連続通電状態）のときには、専らプラ
ンジャ24のフロント側に油圧が供給されると共に、リア
側の油圧がドレインされ、カム軸５は最進角位置（最大
オーバーラップ位置）に制御される。

【００３１】そして、デューティを０〜100 ％の間で変
化させることで、フロント側の油圧とリア側の油圧との
バランスが変化し、最遅角位置と最進角位置との間の目
標位置に制御することができるようになっている。

【００３２】尚、図２において、符号「31」は油圧源
（エンジン駆動される油圧ポンプ）を示し、符号「32」
はスプール弁30からのドレイン通路を示す。また、図２
に示すように、カム軸５の所定角度位置で検出信号を出
力するカムセンサ９が設けられている。

【００３３】更に、クランク軸の所定角度位置で検出信
号を出力するクランク角センサ８が設けられていて、コ
ントロールユニット７は、前記クランク角センサ８及び
カムセンサ９からの検出信号に基づいて、クランク軸に
対するカム軸５の回転位相を検出し、以て、吸気バルブ
３の開閉タイミングを検出すると共に、前記クランク角
センサ８からの検出信号に基づいてエンジン１の回転速
度Ｎｅを算出する。

【００３４】前記コントロールユニット７には、前記ク
ランク角センサ８及びカムセンサ９からの検出信号の
他、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメー
タ10、エンジン１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温セン
サ11、スロットルバルブ２の開度ＴＶＯを検出するスロ
ットルセンサ12等からの検出信号が入力される。

【００３５】そして、コントロールユニット７は、エン
ジン負荷，エンジン回転速度Ｎｅ，冷却水温度Ｔｗ等の
情報に基づいて、カム軸５の位相の目標進角値（目標の
回転位相）を決定し、前記クランク角センサ８及びカム
センサ９からの検出信号に基づいて検出される実際の進
角値（回転位相）と前記目標進角値との偏差に基づい
て、前記デューティ制御信号のデューティ比をフィード
バック制御して、前記リニアソレノイド29に出力する。

【００３６】本実施形態では、前記吸気バルブ３の開時
期が、図３に示すように、上記可変バルブタイミング機
構６により、ＡＴＤＣ５°ＣＡからＢＴＤＣ４５°ＣＡ
の範囲で変化する一方、可変バルブタイミング機構を備
えない排気バルブ４では、閉時期がＢＴＤＣ１０°ＣＡ
の位置に固定され、吸気バルブ３の開時期がＢＴＤＣ１
０°ＣＡよりも進角されると吸・排気バルブ３，４のオ
ーバーラップが生じ、吸気バルブ３の開時期がＢＴＤＣ
４５°ＣＡのときにオーバーラップ量が最大の３５°Ｃ
Ａになる。

【００３７】尚、可変バルブタイミング機構６を、図２
に示したものに限定するものではなく、吸気バルブ３及
び／又は排気バルブ４の開閉タイミングを変化させ、以
って、吸・排気バルブ３，４のオーバーラップ量が変化
する構成のものであれば良い。

【００３８】また、前記吸気バルブ３上流側の吸気通路
には、電磁式の燃料噴射弁１５が各気筒毎に設けられて
いる。該燃料噴射弁１５は、通電されて開弁し、所定圧
力に調整された燃料を噴射するものであり、通電時間
（開弁時間）によって１回の燃料噴射量が制御される。

【００３９】前記コントロールユニット７は、各気筒の
吸気行程にタイミングを合わせて各燃料噴射弁１５にお
ける噴射タイミングを制御する。具体的には、図４のフ
ローチャートに示すようにして、噴射タイミングが決定
される。

【００４０】ステップＳ１では、可変バルブタイミング
機構６（吸気バルブ３の開時期）の進角値が所定値以上
であるか否かを判別する。尚、可変バルブタイミング機
構６（吸気バルブ３の開時期）の進角値が大きいときほ
どオーバーラップ量が大きくなるので、前記判別は、オ
ーバーラップ量が所定値以上であるか否かを判別するこ
とに等しい。

【００４１】進角値が所定値以上であると判別される
と、ステップＳ２へ進み、スロットル開度ＴＶＯが所定
値以上であるか否かを判別して、エンジン１の高負荷状
態を判別する。

【００４２】ステップＳ１で進角値が所定値未満である
と判別された場合、又は、ステップＳ２でスロットル開
度ＴＶＯが所定値未満であると判別された場合には、ス
テップＳ３へ進み、通常の燃料噴射タイミングの設定を
行う。

【００４３】該ステップＳ３における通常の燃料噴射タ
イミングの設定は、吸気バルブ３の開時期の所定角度以
前を燃料噴射の終了タイミングとし、該終了タイミング
で燃料噴射を終了させるべく、噴射開始を要求噴射量に
対応する噴射時間（噴射角度）と前記終了タイミングと
から逆算する。従って、可変バルブタイミング機構６
（吸気バルブ３の開時期）の進角値が増大変化するのに
応じて終了タイミングも進角補正されることになる（図
３参照）。

【００４４】上記のように、吸気バルブ３が開かれる前
にその上流側に要求量の燃料の噴射が完了させれば、吸
気バルブ３が開かれる前に、エンジン熱により燃料の気
化を促進させておくことができ、高い燃焼安定性を実現
できる。

【００４５】前記通常の燃料噴射タイミングは、上記の
ように終了タイミングを吸気バルブ３の開時期以前とす
ることが最も好ましいが、終了タイミングを所定クラン
ク位置（例えばＢＴＤＣ３５°ＣＡ付近）に固定とした
り、エンジン負荷やエンジン回転速度に応じて変化させ
る構成であっても良い。

【００４６】一方、ステップＳ２でスロットル開度ＴＶ
Ｏが所定値以上であると判別され、オーバーラップ量が
所定値以上であってスロットル開度ＴＶＯが所定値以上
であるときには、吸気バルブ３を開いたときに吸気の排
気側への吹き抜けが発生し易い条件であるので、ステッ
プＳ４へ進みで、燃料噴射の終了タイミングを、排気バ
ルブ４の閉時期以降である例えばＢＴＤＣ５°ＣＡに設
定して、噴射タイミングを通常よりも遅らせる補正を行
う（図３参照）。

【００４７】上記のように、吸気バルブ３を開いたとき
に吸気の排気側への吹き抜けが発生し易い条件では、吸
気バルブ３の開時期以前に噴射された燃料や、開時期直
後に噴射された燃料は、排気側へ吹き抜けることになる
ので、排気バルブ４の閉時期付近から閉時期以降で燃料
を噴射させるべく、燃料噴射の終了タイミングを排気バ
ルブ４の閉時期以降に遅らせるものである。

【００４８】ここで、噴射タイミングを通常よりも遅ら
せるほど燃料の吹き抜けを小さくできるが、あまり遅く
なると、噴射された燃料を気化させる余裕時間が少なく
なり、また、燃料の噴射が完了する前に吸気バルブ３が
閉じてしまうことにもなるので、燃料の吹き抜けを抑制
できる範囲内でなるべく早い時期を終了タイミングとし
て設定すると良い。

【００４９】尚、同じ噴射終了タイミングでも要求噴射
量が多くなると、噴射期間が進角側にずれ、吹き抜けが
発生し易くなるので、要求噴射量（噴射パルス幅）が多
いときほど（例えば低温時）、噴射終了タイミングをよ
り遅角させるようにしても良い。

【００５０】また、通常の噴射終了タイミングを所定角
度だけ遅角補正する処理を、ステップＳ４で行わせるよ
うにしても良い、このときに、進角量及び／又は要求噴
射量に応じて遅角補正量を変化させても良い。

【００５１】更に、水温が高い場合には、噴射された燃
料の気化性能が高く、上記のように噴射終了タイミング
を排気バルブ４の閉時期以降に設定しても良いが、水温
が低い場合には、噴射された燃料の気化性能が低くなる
ので、噴射タイミングを遅らせて未燃焼成分（ＨＣ）の
排出量の抑制を図るよりも、燃焼性（気化性能の確保）
を優先すべく、たとえ進角量・エンジン負荷が高い状態
であっても通常の噴射タイミングで燃料を噴射させるよ
うにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態におけるエンジンのシステム構成
図。

【図２】実施の形態における可変バルブタイミング機構
を示す部分断面図。

【図３】実施の形態におけるバルブタイミングを示す
図。

【図４】実施の形態における燃料噴射タイミングの設定
制御を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…エンジン ２…スロットルバルブ ３…吸気バルブ ４…排気バルブ ５…吸気側カム軸 ６…可変バルブタイミング機構 ７…コントロールユニット ８…クランク角センサ ９…カムセンサ 10…エアフローメータ 11…水温センサ 12…スロットルセンサ 15…燃料噴射弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｚ Ｆターム(参考） 3G084 BA15 BA23 CA04 DA10 EA04 EA11 EB12 EC01 EC03 EC06 FA00 FA07 FA10 FA18 FA20 FA33 FA38 3G092 AA05 AA11 BB06 DA01 DA02 DA09 DA12 DF04 DF06 DG02 DG05 DG09 EA04 EA08 EA22 EC01 EC08 FA18 HA01Z HA06Z HA11Z HA13X HA13Z HB02X HE01Z HE03Z HE08Z 3G301 HA19 JA26 KA09 LA07 LB02 LC02 MA18 MA20 NA08 ND02 ND41 NE12 PA01Z PA11Z PA17Z PE01Z PE03Z PE08Z PE10A PE10Z

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸・排気バルブのオーバーラップ量を変化
   させる可変バルブタイミング機構を備えるエンジンにお
   いて、吸気バルブの上流側に設けられる燃料噴射弁にお
   ける燃料噴射を制御するエンジンの燃料噴射制御装置で
   あって、 前記オーバーラップ量に応じて前記燃料噴射弁による燃
   料噴射タイミングを変更するよう構成したことを特徴と
   するエンジンの燃料噴射制御装置。
2. 【請求項２】前記オーバーラップ量及びエンジン負荷に
   応じて前記燃料噴射弁による燃料噴射タイミングを変更
   するよう構成したことを特徴とする請求項１記載のエン
   ジンの燃料噴射制御装置。
3. 【請求項３】前記オーバーラップ量が所定値以上である
   ときに、燃料噴射タイミングを遅角補正することを特徴
   とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
4. 【請求項４】前記オーバーラップ量が所定値以上でかつ
   エンジン負荷が所定値以上であるときに、燃料噴射タイ
   ミングを遅角補正することを特徴とする請求項２記載の
   エンジンの燃料噴射制御装置。
5. 【請求項５】吸気バルブの開時期前を通常の燃料噴射終
   了タイミングとし、前記遅角補正により前記通常の燃料
   噴射終了タイミングよりも遅い時期を燃料噴射終了タイ
   ミングとすることを特徴とする請求項３又は４記載のエ
   ンジンの燃料噴射制御装置。
6. 【請求項６】前記遅角補正により、燃料噴射の終了タイ
   ミングを排気バルブの閉時期以降に設定することを特徴
   とする請求項３〜５のいずれか１つに記載のエンジンの
   燃料噴射制御装置。