JP2003097329A - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、可変動弁機構を備えた低圧縮比の
圧縮着火式内燃機関にパイロット噴射制御が適用される
場合に、可変動弁機構の制御状態に適した燃料噴射制御
を実現することができる技術を提供することを課題とす
る。 【解決手段】 本発明に係る圧縮着火式内燃機関は、低
負荷時に筒内圧が高く且つ高負荷時に筒内圧が低くなる
よう吸気弁の開閉時期およびまたはリフト量を変更可能
な可変動弁機構１００と、メインの燃料噴射に先立って
複数回のパイロット噴射を実行するパイロット噴射手段
３、１８とを備えた圧縮着火式の内燃機関において、筒
内圧が高くなるよう可変動弁機構１００が制御されてい
るときは、最初のパイロット噴射実行時期から所定期間
内に設定されたパイロット噴射の実行を禁止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両などに搭載さ
れる内燃機関に関し、特に可変動弁機構を備えた圧縮着
火式内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に圧縮着火式の内燃機関（ディーゼ
ルエンジン）では、高負荷時における空気過剰率の低下
を防止、言い換えれば高負荷時における吸気の充填効率
を向上させることを目的として、吸気弁の閉時期が吸気
行程下死点以降に大きく遅角されるとともに、始動性の
向上及び低負荷時における燃焼効率の向上を目的として
圧縮比が高く設定されている。

【０００３】ところで、高圧縮比の内燃機関では、シリ
ンダヘッドやシリンダブロックの強度及び剛性を高くす
る必要があるため、点火式の内燃機関（ガソリンエンジ
ン）に比して排気量当たりの質量が大きくなり易く、そ
の結果、車両搭載時の重量増加を招き、燃料消費量を向
上させる上で不利になる可能性があった。

【０００４】これに対し、内燃機関の圧縮比を低下させ
る方法が考えられるが、燃料噴射時期（圧縮行程上死点
近傍）における筒内雰囲気温度、いわゆる圧縮端温度が
低下するため、始動時や低負荷時に不完全燃焼となり易
く、白煙や粒子状物質（Particulate Matter:PM）の排
出量増加や燃料消費率の悪化などを招く虞がある。

【０００５】そこで、従来では、圧縮比を低下させると
同時に可変動弁機構を組み込んだ圧縮着火式内燃機関の
開発が進められている。

【０００６】このような低圧縮比の圧縮着火式内燃機関
は、例えば、低負荷時において吸気弁開弁時期を吸気行
程上死点以降まで遅角させるとともに吸気弁閉弁時期を
吸気行程下死点近傍に設定し、中高負荷時において吸気
弁開弁時期を吸気行程上死点の直前まで進角させるとと
もに吸気弁閉弁時期を吸気行程下死点以降まで遅角させ
ている。

【０００７】ここで、低負荷時は、吸気の慣性効果が得
られにくいため、吸気の充填効率が低下する虞がある
が、吸気弁開弁時期を吸気行程上死点以降まで遅角させ
ることにより、気筒内が負圧となった状態で吸気弁が開
弁されることとなり、その結果、吸気が気筒内へ勢いよ
く流入し、吸気の充填効率が向上する。

【０００８】更に、低圧縮比の内燃機関では、低負荷時
に圧縮端温度が低くなり易いが、吸気弁閉弁時期を吸気
行程下死点の近傍に設定することにより、有効圧縮スト
ローク長を十分に確保することが可能となる。

【０００９】従って、低負荷時において吸気弁開弁時期
が吸気行程上死点以降まで遅角されるとともに吸気弁閉
弁時期が吸気行程下死点近傍に設定されると、吸気の充
填効率が向上すると同時に有効圧縮ストローク長が増加
するため、圧縮端温度を高めることが可能となり、以て
ＰＭの発生量や燃料消費率の悪化が抑制される。

【００１０】一方、中高負荷時は、吸気の慣性効果を得
ることが容易であるため、吸気弁開弁時期を吸気行程上
死点近傍に設定することにより、吸気のポンピングロス
を抑制しつつ吸気の充填効率を向上させることができ
る。

【００１１】更に、中高負荷時は、吸気の充填効率向上
により圧縮端温度が過剰に高くなり易いが、吸気弁閉弁
時期を吸気行程下死点以降まで遅角することにより、有
効圧縮ストローク長を短縮することが可能となる。

【００１２】従って、中高負荷時において吸気弁開弁時
期が吸気行程上死点近傍に設定されるとともに吸気弁閉
弁時期が吸気行程下死点以降まで遅角されると、吸気の
充填効率を低下させることなく有効圧縮ストローク長が
短縮されるため、圧縮端温度の過剰な上昇を抑制するこ
とが可能となり、以て燃料の過早着火が防止される。

【００１３】また、近年の圧縮着火式内燃機関では、燃
焼騒音の低減や排気エミッションの向上などを目的とし
て、通常の燃料噴射（主噴射）に先だって少量の燃料噴
射（パイロット噴射）を複数回行う技術が提案されてい
る。

【００１４】このように主噴射に先だってパイロット噴
射が複数回行われると、噴射燃料がシリンダ壁面に到達
して付着するボアフラッシング等を防止しつつ、気筒内
に可燃雰囲気を生成することが可能となる。

【００１５】主噴射が行われる前の気筒内に可燃雰囲気
が生成されると、主噴射が開始された後の早い時期に予
混合燃焼が行われるようになるため、着火遅れ期間が短
縮され、予混合燃焼に供される燃料量を減少させること
が可能となる。

【００１６】この結果、燃焼騒音を低下させることが可
能になるとともに、煤や窒素酸化物（ＮＯx）の発生量
を抑制することが可能になる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うな低圧縮比の内燃機関に対してパイロット噴射制御が
適用された場合には、可変動弁機構の制御状態に応じて
筒内圧が変化するため、可変動弁機構の制御状態に応じ
たパイロット噴射制御を行う必要がある。

【００１８】例えば、筒内圧を高めるべく可変動弁機構
が制御されているときは、パイロット噴射された燃料が
比較的短い期間で可燃混合気を形成するため、その可燃
混合気がメイン噴射の実行開始前に着火したり、メイン
噴射の実行開始後に即座に着火してしまう場合がある。
このような場合には、メイン噴射された燃料が空気と混
合する期間（着火遅れ期間）が短くなるため、煤などの
発生量が増加する虞がある。

【００１９】一方、筒内圧を低めるべく可変動弁機構が
制御されているときは、パイロット噴射された燃料が可
燃混合気を形成するまでに時間がかかるため、メイン噴
射の実行開始までに気筒内に可燃混合気を形成すること
ができなくなる場合がある。このような場合には、着火
遅れ期間が長くなるため、予混合燃焼に供される燃料量
が多くなり、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が増加する
虞がある。

【００２０】従って、可変動弁機構の制御状態を考慮せ
ずにパイロット噴射制御が実行されると、排気エミッシ
ョンの悪化が誘発される虞がある。

【００２１】また、圧縮着火式内燃機関では、排気の一
部を内燃機関に再循環させることにより窒素酸化物（Ｎ
Ｏx）の発生量を抑制するＥＧＲ機構を備える場合があ
る。その際、ＥＧＲ機構は、内燃機関のトルク発生に寄
与した燃料量と機関回転数とを主たるパラメータとして
制御される。

【００２２】ところで、可変動弁機構により筒内圧が高
められた状況下ではパイロット噴射及びメイン噴射によ
る燃料の全てが内燃機関のトルクに反映され易いが、可
変動弁機構により筒内圧が低められた状況下ではパイロ
ット噴射された燃料が内燃機関のトルクに反映され難く
なる。

【００２３】このため、内燃機関のトルクに反映された
燃料量をパラメータとして用いるＥＧＲ制御では、可変
動弁機構の制御状態を考慮して制御を行う必要がある。
つまり、パイロット噴射された燃料が内燃機関のトルク
に反映されていないときに、パイロット噴射及びメイン
噴射の総燃料噴射量をパラメータとしてＥＧＲ制御が行
われると、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量に対して排気
の再循環量が過剰に多くなり、燃焼性の悪化や排気エミ
ッションの悪化が誘発される虞がある。

【００２４】本発明は、上記したような種々の実情に鑑
みてなされたものであり、可変動弁機構を備えた低圧縮
比の圧縮着火式内燃機関にパイロット噴射制御が適用さ
れる場合において、可変動弁機構の制御状態に適した燃
料噴射制御やＥＧＲ制御などを実現することができる技
術を提供し、内燃機関の燃焼性の悪化や排気エミッショ
ンの悪化を防止することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記したよう
な課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、上記した課題を解決するための第１の発明
は、圧縮着火式内燃機関の吸気弁の開閉時期およびまた
はリフト量を変更する可変動弁機構と、前記内燃機関の
負荷が低いときは高いときに比して気筒内の圧力が高く
なるように可変動弁機構を制御する動弁機構制御手段
と、前記気筒内へ燃料を噴射するメイン噴射手段と、前
記メイン噴射手段による燃料噴射に先立って複数回のパ
イロット噴射を行うパイロット噴射手段と、前記可変動
弁機構が筒内圧を高くすべく制御されているときは、最
初のパイロット噴射の実行時期から所定期間内に設定さ
れたパイロット噴射の実行を禁止するパイロット噴射制
御手段と、を備えた圧縮着火式内燃機関である。

【００２６】この発明は、低負荷時に筒内圧が高く且つ
高負荷時に筒内圧が低くなるよう吸気弁の開閉時期およ
びまたはリフト量を変更する可変動弁機構と、通常の燃
料噴射（メイン噴射）に先立って複数回のパイロット噴
射を実行するパイロット噴射手段とを備えた圧縮着火式
の内燃機関において、筒内圧が高くなるよう可変動弁機
構が制御されているときは、最初のパイロット噴射の実
行時期から所定期間内に設定されたパイロット噴射の実
行を禁止することを最大の特徴としている。

【００２７】かかる圧縮着火式内燃機関では、動弁機構
制御手段は、内燃機関の負荷が低いときは筒内圧が高く
なるように可変動弁機構を制御し、内燃機関の負荷が高
いときは筒内圧が低くなるよう可変動弁機構を制御す
る。

【００２８】ここで、内燃機関の負荷が低いときに筒内
圧が高められると、圧縮行程上死点における筒内圧（所
謂、圧縮端温度）が高くなるため、燃料の着火性及び燃
焼安定性が向上し、その結果、粒子状物質（ＰＭ）の排
出量増加や燃料消費率の悪化が防止されることになる。

【００２９】一方、内燃機関の負荷が高いときに筒内圧
が低められると、圧縮端温度が低くなるため、燃焼温度
が過剰に高くなることがなく、その結果、高負荷時にお
ける窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制されることに
なる。

【００３０】ところで、可変動弁機構により筒内圧が高
められた場合には、パイロット噴射された燃料が比較的
早期に気化して可燃混合気を形成するため、その可燃混
合気がメイン噴射の実行前に着火し、或いはメイン噴射
の実行開始後に即座に着火してしまい、メイン噴射され
た燃料が空気と混合する期間（着火遅れ期間）が過剰に
短くなる虞がある。

【００３１】これに対し、本発明にかかる圧縮着火式内
燃機関では、可変動弁機構により筒内圧が高くされてい
るときには、パイロット噴射制御手段が最初のパイロッ
ト噴射の実行時期から所定期間内に設定されたパイロッ
ト噴射の実行を禁止するようにした。

【００３２】この場合、最初のパイロット噴射の実行時
期から所定期間が経過した後に初めてパイロット噴射が
実行されることになるため、実際に最初のパイロット噴
射が実行される時期からメイン噴射の実行が開始される
時期までの期間が短くなる。

【００３３】この結果、パイロット噴射された燃料が高
い筒内圧に曝される期間が短くなり、パイロット噴射さ
れた燃料がメイン噴射の実行開始前やメイン噴射の実行
開始直後に過早着火することがなくなる。

【００３４】尚、最初のパイロット噴射実行開始時期か
ら所定期間内に設定されたパイロット噴射の実行が禁止
されると、その所定期間内に設定されていたパイロット
噴射の分だけ燃料噴射量が減少するため、その分の燃料
噴射量を所定期間後のパイロット噴射に上乗せするよう
にしてもよい。

【００３５】また、本発明に係る圧縮着火式内燃機関に
おいて、可変動弁機構は、筒内圧が高くなる第１の開閉
時期およびまたはリフト量と、筒内圧が低くなる第２の
開閉時期およびまたはリフト量との何れか一方を選択可
能に構成されるものであってもよく、あるいは前記第１
の開閉時期およびまたはリフト量から第２の開閉時期お
よびまたはリフト量まで連続的に変更可能に構成される
ものであってもよい。

【００３６】この場合、動弁機構制御手段は、内燃機関
の負荷が低いときは第１の開閉時期およびまたはリフト
量を選択し、内燃機関の負荷が高いときは前記第２の開
閉時期およびまたはリフト量を選択するよう可変動弁機
構を制御する。

【００３７】尚、パイロット噴射制御手段は、可変動弁
機構が前記第１の開閉時期およびまたはリフト量から前
記第２の開閉時期およびまたはリフト量へ切り換えられ
る際には、パイロット噴射の総量およびまたは回数を増
加させるようにしてもよい。

【００３８】これは、可変動弁機構が第１の開閉時期お
よびまたはリフト量から第２の開閉時期およびまたはリ
フト量へ切り換えられると、筒内圧が低下し、パイロッ
ト噴射された燃料が可燃混合気を形成し難くなるととも
に内燃機関のトルクに反映され難くなるからである。

【００３９】次に、上記した課題を解決するための第２
の発明は、圧縮着火式内燃機関の吸気弁の開閉時期およ
びまたはリフト量を変更る可変動弁機構と、前記内燃機
関の負荷が低いときは高いときに比して気筒内の圧力が
高くなるように可変動弁機構を制御する動弁機構制御手
段と、前記気筒内へ燃料を噴射するメイン噴射手段と、
前記メイン噴射手段による燃料噴射に先立って複数回の
パイロット噴射を行うパイロット噴射手段と、前記内燃
機関の排気系から吸気系へ排気の一部を還流させる排気
再循環手段と、前記メイン噴射手段及び前記パイロット
噴射手段による総燃料噴射量をパラメータとして前記排
気再循環手段による排気還流量を制御する排気再循環制
御手段と、前記可変動弁機構が筒内圧を低くすべく制御
されているときは、筒内圧を高くすべく制御されている
ときに比して前記排気再循環制御に用いられる総燃料噴
射量を減量補正するパラメータ補正手段と、を備える圧
縮着火式内燃機関である。

【００４０】この発明は、低負荷時に筒内圧が高く且つ
高負荷時に筒内圧が低くなるよう吸気弁の開閉時期およ
びまたはリフト量を変更する可変動弁機構と、メイン噴
射に先立って複数回のパイロット噴射を実行するパイロ
ット噴射手段と、メイン噴射及びパイロット噴射の総燃
料噴射量をパラメータとして制御される排気再循環機構
とを備えた圧縮着火式の内燃機関において、筒内圧が低
くなるよう可変動弁機構が制御されているときは、筒内
圧が高くなるよう可変動弁機構が制御されているときに
比して、排気再循環制御に用いられる総燃料噴射量を減
量補正することを最大の特徴としている。

【００４１】かかる圧縮着火式内燃機関では、動弁機構
制御手段は、内燃機関の負荷が低いときは筒内圧が高く
なるように可変動弁機構を制御し、内燃機関の負荷が高
いときは筒内圧が低くなるよう可変動弁機構を制御す
る。

【００４２】ところで、可変動弁機構により筒内圧が高
められた場合には、パイロット噴射された燃料とメイン
噴射された燃料との全てが内燃機関のトルクに反映され
易いため、パイロット噴射及びメイン噴射による総燃料
噴射量をパラメータとして排気再循環機構が制御されて
も問題ないが、可変動弁機構により筒内が低められた場
合には、パイロット噴射された燃料の一部が内燃機関の
トルクに反映され難くなるため、パイロット噴射及びメ
イン噴射による総燃料噴射量をパラメータとして排気再
循環機構が制御されると、窒素酸化物（ＮＯx）の発生
量に対して排気の再循環量が多くなる虞がある。

【００４３】これに対し、本発明にかかる圧縮着火式内
燃機関では、可変動弁機構により筒内圧が低くされてい
るときには、可変動弁機構により筒内圧が高くされてい
るときに比して排気再循環制御に用いられる総燃料噴射
量を減量補正するようにした。

【００４４】可変動弁機構により筒内圧が低くされてい
るときに、排気再循環機構の制御に用いられる総燃料噴
射量が減量補正されると、窒素酸化物（ＮＯx）の発生
量に対して排気の再循環量が過剰に多くなることがな
く、内燃機関の燃焼性や排気エミッションが悪化しなく
なる。

【００４５】尚、本発明に係る圧縮着火式内燃機関にお
いて、パラメータ補正手段は、各パイロット噴射の実行
時期に応じて前記総燃料噴射量の減量補正量を変更する
ようにしてもよい。これは、パイロット噴射の時期が早
くなるほど、パイロット噴射された燃料が内燃機関のト
ルクに反映され難くなるからである。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧縮着火式内
燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明
する。

【００４７】＜実施の形態１＞先ず、本発明に係る圧縮
着火式内燃機関の第１の実施の形態について図１〜図９
に基づいて説明する。

【００４８】図１は、本発明に係る圧縮着火式内燃機関
の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、
４つの気筒２を有する水冷式の４ストローク・サイクル
・ディーゼル機関であり、圧縮比が比較的低く設定され
ている。

【００４９】内燃機関１の各気筒２には、吸気弁２０と
排気弁２１とがそれぞれ二つ配設されるとともに、図示
しない燃焼室へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３が配置
されている。更に、各気筒２には、筒内の圧力に対応し
た電気信号を出力する筒内圧センサ４が設けられてい
る。

【００５０】前記した各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧
まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）５と連通してい
る。このコモンレール５には、該コモンレール５内の燃
料の圧力（コモンレール圧）に対応した電気信号を出力
するコモンレール圧センサ５ａが取り付けられている。

【００５１】前記コモンレール５は、燃料供給管６を介
して燃料ポンプ７と連通している。この燃料ポンプ７
は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転ト
ルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポン
プ７の入力軸に取り付けられたポンププーリ７ａが内燃
機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられた
クランクプーリ１ａとベルト８を介して連結されてい
る。

【００５２】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ７の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ７は、クランクシャフトから
該燃料ポンプ７の入力軸へ伝達された回転トルクに応じ
た圧力で燃料を吐出する。

【００５３】前記燃料ポンプ７から吐出された燃料は、
燃料供給管６を介してコモンレール５へ供給され、コモ
ンレール５にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴
射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に所定の駆
動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結
果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。

【００５４】次に、内燃機関１には、吸気枝管９が接続
されており、吸気枝管９の各枝管は、各気筒２の燃焼室
と図示しない吸気ポートを介して連通している。前記吸
気枝管９は、吸気管１０に接続され、この吸気管１０
は、上流にて図示しないエアクリーナボックスやエアダ
クトと接続されている。

【００５５】前記吸気管１０の途中には、該吸気管１０
内を流れる吸気の流量を絞る吸気絞り弁６０が取り付け
られ、この吸気絞り弁６０には、ステップモータなどか
らなり印加電力の大きさに応じて前記吸気絞り弁６０を
開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ６１が取り付け
られている。

【００５６】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックスに流入した吸気が該エアクリーナボック
ス内のエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去さ
れた後に吸気管１０へ導かれる。吸気管１０に導かれた
吸気は、吸気絞り弁６０により必要に応じて流量を絞ら
れた後に吸気枝管９へ流入し、次いで吸気枝管９の各枝
管を介して各気筒２の吸気ポートへ分配される。吸気ポ
ートへ分配された吸気は、吸気弁２０が開弁した際に、
各気筒２の燃焼室内へ吸入されることになる。

【００５７】一方、内燃機関１には、排気枝管１１が接
続され、排気枝管１１の各枝管が図示しない排気ポート
を介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝
管１１は、排気管１２と接続され、その排気管１２は下
流にて排気浄化触媒に接続されている。

【００５８】このように構成された排気系では、内燃機
関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気
ポートを介して排気枝管１１へ排出され、次いで排気枝
管１１から排気管１２へ排出される。排気管１２へ流入
した排気は、該排気管１２下流の排気浄化触媒にて浄化
された後に大気中へ放出されることになる。

【００５９】また、吸気枝管９と排気枝管１１とは、排
気枝管１１内を流れる排気の一部を吸気枝管９へ導く排
気再循環通路（ＥＧＲ通路）１３を介して連通されてい
る。このＥＧＲ通路１３の途中には、電磁弁などで構成
され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１３内
を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変
更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）１４が設けられている。

【００６０】前記ＥＧＲ通路１３においてＥＧＲ弁１４
より上流の部位には、該ＥＧＲ通路１３内を流れるＥＧ
Ｒガスを冷却するＥＧＲクーラ１５が設けられている。

【００６１】このように構成された排気再循環機構で
は、ＥＧＲ弁１４が開弁されると、ＥＧＲ通路１３が導
通状態となり、排気枝管１１内を流れる排気の一部が前
記ＥＧＲ通路１３へ流入し、ＥＧＲクーラ１５を経て吸
気枝管９へ導かれる。

【００６２】その際、ＥＧＲクーラ１５では、ＥＧＲ通
路１３内を流れるＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交
換が行われ、ＥＧＲガスが冷却されることになる。

【００６３】ＥＧＲ通路１３を介して排気枝管１１から
吸気枝管９へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管９の上
流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼
室へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源
として燃焼される。

【００６４】ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ₂Ｏ）や
二酸化炭素（ＣＯ₂）などのように、自らが燃焼するこ
とがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含ま
れているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、
混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯ
x）の発生量が抑制される。

【００６５】更に、ＥＧＲクーラ１５においてＥＧＲガ
スが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下すると
ともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガス
が燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度
が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に
供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少するこ
ともなくなる。

【００６６】また、本実施の形態に係る内燃機関１に
は、吸気弁２０のリフト量及び作用角を変更する可変動
弁機構１００が設けられている。

【００６７】この可変動弁機構１００は、機関始動時及
び低負荷時における内燃機関１の運転性及び排気エミッ
ションの向上と、中高負荷時における内燃機関１の運転
性及び排気エミッションの向上とを両立するために設け
られた機構である。

【００６８】これは、低圧縮比の圧縮着火式ディーゼル
機関は、吸気の慣性効果が得られやすく吸気の充填効率
を高めやすい中高負荷運転領域では圧縮端温度の過剰な
上昇を抑制して窒素酸化物（ＮＯx）や煤の発生量を抑
制しつつ燃焼安定性を確保することが可能となるが、吸
気の慣性効果が得られ難く吸気の充填効率が低下し易い
低負荷運転領域では圧縮端温度を高めることが困難とな
るため、着火性や燃焼安定の低下による運転性の低下及
び排気エミッションの悪化を招く場合があるからであ
る。

【００６９】可変動弁機構１００は、図２に示すよう
に、内燃機関１のシリンダヘッドに回転自在に支持され
たインテークカムシャフト３０と、前記インテークカム
シャフト３０と平行にシリンダヘッドに固定されたロッ
カシャフト３３と、前記ロッカシャフト３３に回転自在
に支持されたロッカアーム３４と、前記ロッカアーム３
４の回動により開閉駆動される吸気弁２０と、前記吸気
弁２０を閉弁方向へ付勢するバルブスプリング２００と
を備えている。

【００７０】前記インテークカムシャフト３０には、カ
ムプロフィールの異なる２種類のカム３１，３２がそれ
ぞれ気筒数と同数（本実施の形態では４つ）設けられて
いる。これら２種類のカム３１，３２は、一方のカム３
１のプロフィールが他方のカム３２のプロフィールに比
してリフト量及び作用角が大きくなるよう形成されてい
る。以下では、カム３１を高リフトカム３１と称し、カ
ム３２を低リフトカム３２と称する。

【００７１】前記インテークカムシャフト３０の斜め下
方には、前記したロッカシャフト３３が配設され、その
ロッカシャフト３３には、前記ロッカアーム３４の基端
部が回転自在に支持されている。その際、ロッカシャフ
ト３３には、気筒数と同数個のロッカアーム３４が取り
付けられているものとする。

【００７２】前記した各ロッカアーム３４の先端部には
アーム３５が突設されている。前記アーム３５の先端部
は二股に分岐しており、分岐した二つの先端部が各気筒
２の二つの吸気弁２０の基端部とそれぞれ当接してい
る。

【００７３】また、各ロッカアーム３４の表面には、図
３に示すように、高リフトカム３１と当接可能な可動カ
ムフォロワ３６と、低リフトカム３２と当接可能なロー
ラカムフォロワ３７とが配設されている。

【００７４】前記ローラカムフォロワ３７は、ロッカア
ーム３４に回転可能に支持されており、低リフトカム３
２と転がり接触しつつ低リフトカム３２の押圧力をロッ
カアーム３４へ伝達するように構成されている。

【００７５】前記可動カムフォロワ３６は、ロッカアー
ム３４に対して上下方向に摺動自在に配設されている。
この可動カムフォロワ３６とロッカアーム３４との間に
は、可動カムフォロワ３６を高リフトカム３１へ向けて
付勢するコイルスプリング３８が介設されている。

【００７６】ここで、前記したロッカアーム３４には、
該ロッカアーム３４に対する前記可動カムフォロワ３６
の相対摺動を選択的に許容または規制（ロック）するロ
ック機構３９が備えられている。

【００７７】前記ロック機構３９は、図４に示すよう
に、ロッカアーム３４を上下方向に貫通し前記可動カム
フォロワ３６を摺動自在に支持する摺動孔４０と、前記
摺動孔４０と交差するようロッカアーム３４内に形成さ
れたシリンダ孔４１と、前記シリンダ孔４１内に摺動自
在に遊嵌されたロックピン４２と、前記シリンダ孔４１
内に配置され、前記ロックピン４２を前記摺動孔４０か
ら離間する方向へ付勢するコイルスプリング４３と、を
備えている。

【００７８】前記ロックピン４２の摺動孔４０側の端部
には、ストッパ４４が突設されている。このストッパ４
４は、ロックピン４２がシリンダ孔４１の基端に位置す
るときは図４に示すように該ストッパ４４の大部分がシ
リンダ孔４１内に収容され、ロックピン４２がシリンダ
孔４１の先端に位置するときは図５に示すように該スト
ッパ４４の大部分が前記摺動孔４０内に突出するよう構
成されている。

【００７９】また、前記シリンダ孔４１において前記ロ
ックピン４２により区画された基端側の空間４５は、ロ
ックピン４２を摺動させるための作動油が導入される油
圧室となっている。この油圧室４５には、ロッカアーム
３４内に形成されたロッカアーム油通路４６が連通して
いる。このロッカアーム油通路４６は、前記ロッカシャ
フト３３内に形成されたロッカシャフト油通路４７（図
１及び図２参照）と連通している。

【００８０】前記ロッカシャフト油通路４７は、図３に
示すように、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）５０
と油通路４８を介して連通している。前記ＯＣＶ５０に
は、オイル供給通路５１とオイルリターン通路５２とが
接続されている。

【００８１】前記オイル供給通路５１は、内燃機関１の
潤滑油を強制循環させるためのオイルポンプ５３に接続
され、前記オイルリターン通路５２は、内燃機関１の潤
滑油を貯蔵するためのオイルパン５４に接続されてい
る。

【００８２】前記したＯＣＶ５０は、オイル供給通路５
１とオイルリターン通路５２との何れか一方を選択的に
前記油通路４８と導通させるものである。このＯＣＶ５
０は、例えば、ソレノイドバルブで構成され、駆動電流
が印加されていないときにはオイルリターン通路５２と
前記油通路４８と導通させ、駆動電流が印加されたとき
にはオイル供給通路５１と前記油通路４８と導通させ
る。

【００８３】このように構成されたロック機構３９で
は、ＯＣＶ５０に駆動電流が印加されていないときは、
油通路４８とオイルリターン通路５２とが導通するた
め、油圧室４５内の作動油がロッカアーム油通路４６→
ロッカシャフト油通路４７→油通路４８→オイルリター
ン通路５２を経てオイルパン５４へ排出される。

【００８４】前記油圧室４５の作動油がオイルパン５４
へ排出されると、前記油圧室４５の油圧が低下するた
め、ロックピン４２がコイルスプリング４３の付勢力を
受けてシリンダ孔４１の基端へ移動し（図４参照）、そ
れに伴ってストッパ４４がシリンダ孔４１内に収容され
る。

【００８５】この場合、可動カムフォロワ３６が摺動孔
４０内を摺動自在となる。すなわち、ロッカアーム３４
に対する可動カムフォロワ３６の相対摺動が許容される
ことになる。

【００８６】ロッカアーム３４に対する可動カムフォロ
ワ３６の相対摺動が許容された場合には、高リフトカム
３１から可動カムフォロワ３６へ伝達される押圧力はコ
イルスプリング３８を介してロッカアーム３４へ伝達さ
れることになる。

【００８７】その際、コイルスプリング３８の付勢力が
バルブスプリング２００の付勢力に比して十分に小さく
設定されているため、高リフトカム３１から可動カムフ
ォロワ３６へ伝達された押圧力はコイルスプリング３８
の伸縮動作（言い換えれば、可動カムフォロワ３６の摺
動動作）によって吸収されることになる。言い換えれ
ば、高リフトカム３１からロッカアーム３４に対し、バ
ルブスプリング２００の付勢力より大きな力が伝達され
ることはない。

【００８８】この結果、ロッカアーム３４は、低リフト
カム３２からローラカムフォロワ３７へ伝達される押圧
力により揺動されることになり、このロッカアーム３４
の揺動に伴って吸気弁２０が開閉駆動されることにな
る。すなわち、吸気弁２０は、低リフトカム３２のカム
プロフィール形状に従って開閉駆動されることになる。

【００８９】一方、ＯＣＶ５０に駆動電流が印加されて
いるときは、油通路４８とオイル供給通路５１とが導通
するため、オイルポンプ５３から吐出された作動油がオ
イル供給通路５１→油通路４８→ロッカシャフト油通路
４７→ロッカアーム油通路４６を経て油圧室４５へ供給
される。

【００９０】前記オイルポンプ５３から前記油圧室４５
へ作動油が供給されると、前記油圧室４５の油圧が上昇
するため、ロックピン４２がコイルスプリング４３の付
勢力に抗してシリンダ孔４１の先端へ移動し（図５参
照）、それに伴ってストッパ４４が摺動孔４０内に突出
するようになる。

【００９１】この場合、可動カムフォロワ３６が最上位
に変位した状態で該可動カムフォロワ３６の底面がスト
ッパ４４と当接するため、ロッカアーム３４に対する可
動カムフォロワ３６の相対摺動が規制（ロック）される
ことになる。

【００９２】ロッカアーム３４に対する可動カムフォロ
ワ３６の相対摺動が規制（ロック）された場合には、高
リフトカム３１から可動カムフォロワ３６へ伝達される
押圧力がストッパ４４及びロックピン４２を介してロッ
カアーム３４に伝達されるようになる。

【００９３】この結果、ロッカアーム３４は、高リフト
カム３１から可動カムフォロワ３６及びロックピン４２
へ伝達される押圧力によって揺動されることになり、こ
のロッカアーム３４の揺動に伴って吸気弁２０が開閉駆
動される。すなわち、吸気弁２０は、高リフトカム３１
のカムプロフィール形状に従って開閉駆動されることに
なる。

【００９４】ここで、前記した高リフトカム３１のカム
プロフィールは、例えば、図６中の実線で示されるよう
に、吸気弁２０の開弁時期が吸気行程上死点（TDC:TOP
DEADCENTER）より２°早い時期（BTDC 2°, BTDC:BEFOR
E TOP DEAD CENTER）となり、且つ、吸気弁２０の閉弁
時期が吸気行程下死点（BDC:BOTTOM DEAD CENTER）より
３０°遅い時期（ABDC 30°, ABDC:AFTER BOTTOM DEAD
CENTER）となるよう形成されるものとする。

【００９５】このように形成された高リフトカム３１が
選択された場合には、吸気弁２０が吸気行程上死点の直
前で開弁するため、吸気のポンピングロスが少なくなる
とともに、吸気弁が吸気行程下死点より大幅に遅れて閉
弁するため、有効圧縮ストローク長が短くなり、気筒２
内の圧力が比較的低くなる。

【００９６】この場合、各気筒２の圧縮端温度が過剰に
高くなることがなく、それに応じて混合気の燃焼温度も
比較的低くなる。従って、吸気の慣性効果が得られ易く
吸気の充填効率が高くなり易い中高負荷運転領域におい
て高リフトカム３１が選択されれば、ポンピングロスの
低下によって機関出力の低下を防止することが可能にな
るとともに、有効圧縮ストローク長の短縮によって圧縮
端温度及び燃焼温度の過剰な上昇を防止することが可能
となる。

【００９７】一方、低リフトカム３２のカムプロフィー
ルは、例えば、図６中の破線で示されるように、吸気弁
２０の開弁時期が吸気行程上死点より６０°遅い時期
（ATDC60°）となり、且つ、吸気弁２０の閉弁時期が吸
気行程下死点より２０°遅い時期（ABDC 20°）となる
ように形成されるものとする。

【００９８】このように形成された低リフトカム３２が
選択された場合には、吸気弁２０が吸気行程の半ばで開
弁することになるため、吸気弁２０の開弁時に気筒２内
が負圧となり、吸気が勢いよく気筒２内へ流入するよう
になる。また、吸気弁２０が吸気行程下死点後の比較的
早い時期に閉弁されるため、有効圧縮ストローク長が長
くなり、気筒２内の圧力を高めることができる。

【００９９】この場合、各気筒２の圧縮端温度が上昇
し、それに応じて混合気の燃焼温度も比較的高くなる。
従って、吸気の慣性効果が得られ難く吸気の充填効率が
低くなり易い低負荷運転領域において低リフトカム３２
が選択されれば、気筒２内へ流入する吸気の勢いを増大
させることによって吸気の充填効率を高めることが可能
になるとともに、有効圧縮ストローク長の増加によって
圧縮端温度を高めることが可能となる。

【０１００】ここで図１に戻り、内燃機関１には、該内
燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット
（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１８が併設され
ている。このＥＣＵ１８は、内燃機関１の運転条件や運
転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユ
ニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びバックア
ップＲＡＭ等を備えた算術論理演算回路として構成され
ている。

【０１０１】ＥＣＵ１８には、前述した筒内圧センサ４
やコモンレール圧センサ５ａに加え、内燃機関１のクラ
ンクシャフトが所定角度（例えば、１０°）回転する度
にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ１
６、内燃機関１のウォータジャケットを循環する冷却水
の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ１７、
アクセルペダルの操作量に対応した電気信号を出力する
アクセル開度センサ１９などが電気的に接続され、各種
センサの出力信号がＥＣＵ１８に入力されるようになっ
ている。

【０１０２】また、ＥＣＵ１８には、燃料噴射弁３、Ｅ
ＧＲ弁１４、及び可変動弁機構１００のＯＣＶ５０が電
気的に接続され、ＥＣＵ１８の出力信号が上記した燃料
噴射弁３、ＥＧＲ弁１４、及び可変動弁機構１００に入
力されるようになっている。

【０１０３】このように構成されたＥＣＵ１８は、予め
ＲＯＭに記憶されている各種のアプリケーションプログ
ラムに従って、ＥＧＲ制御や可変動弁制御に加え、本発
明の要旨となる燃料噴射制御を実行する。

【０１０４】ＥＧＲ制御では、ＥＣＵ１８は、先ず、ク
ランクポジションセンサ１６、水温センサ１７の出力信
号（冷却水温度）、及びアクセル開度センサ１９の出力
信号（アクセル開度）を入力する。ＥＣＵ１８は、クラ
ンクポジションセンサ１６の出力信号に基づいて機関回
転数を算出し、その機関回転数とアクセル開度とから内
燃機関１の負荷（機関負荷）を判定する。

【０１０５】次いで、ＥＣＵ１８は、前記した機関負
荷、冷却水温度、アクセル開度からＥＧＲ制御実行条件
が成立しているか否かを判別する。ＥＧＲ制御実行条件
としては、冷却水温度が所定温度以上である、内燃機関
１の運転状態が高負荷運転領域にない、内燃機関１の運
転状態が減速運転領域にない、等の条件を例示すること
ができる。これらの条件は、冷間時における運転性を確
保するとともに、高負荷運転時の黒煙排出量を低減する
ための条件である。

【０１０６】上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立
していると判定された場合には、ＥＣＵ１８は、機関回
転数と１サイクル当たりの総燃料噴射量とをパラメータ
としてＥＧＲ弁１４の目標開度を算出し、ＥＧＲ弁１４
の開度が前記目標開度と一致するようにＥＧＲ弁１４を
制御する。

【０１０７】また、ＥＣＵ１８は、内燃機関１の吸入空
気量が所定の目標吸入空気量となるようにＥＧＲ弁１４
の開度をフィードバック制御するようにしてもよい。例
えば、内燃機関１の実際の吸入空気量が目標吸入空気量
より少ない場合は、ＥＣＵ１８は、ＥＧＲ弁１４を所定
量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路１３から吸気枝管
９へ流入するＥＧＲガス量が減少し、それに応じて内燃
機関１の各気筒２内へ吸入されるＥＧＲガス量が減少す
ることになる。その結果、内燃機関１の気筒２内に吸入
される空気の量は、ＥＧＲガスが減少した分だけ増加す
る。

【０１０８】一方、内燃機関１の実際の吸入空気量が目
標吸入空気量より多い場合は、ＥＣＵ１８は、ＥＧＲ弁
１４を所定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路１３か
ら吸気枝管９へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに
応じて内燃機関１の各気筒２内に吸入されるＥＧＲガス
量が増加する。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入
される空気の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少す
ることになる。

【０１０９】次に、可変動弁制御では、ＥＣＵ１８は、
アクセル開度と機関回転数とから機関負荷を判定する。
機関負荷が低負荷領域にあるときは、ＥＣＵ１８は、低
リフトカム３２により吸気弁２０を開閉駆動すべくＯＣ
Ｖ５０に対する駆動電流の印加を停止する。また、機関
負荷が中高負荷領域にあるときは、ＥＣＵ１８は、高リ
フトカム３１により吸気弁２０を開閉駆動すべくＯＣＶ
５０に対して駆動電流を印加する。

【０１１０】先に述べたように、内燃機関１の中高負荷
運転領域において高リフトカム３１が選択されると、ポ
ンピングロスによる機関出力の低下が防止されるととも
に圧縮端温度の過剰な上昇が防止されるため、内燃機関
１の出力を低下させることなく燃焼温度の低下を図るこ
とが可能となる。その結果、内燃機関１の運転性を確保
しつつ、窒素酸化物（ＮＯx）や煤の発生量を抑制する
ことができる。

【０１１１】また、内燃機関１の始動時や低負荷運転領
域において低リフトカム３２が選択されると、圧縮端温
度の好適に上昇させることが可能となるため、燃料の着
火性及び燃焼安定性を高めることが可能となる。その結
果、内燃機関１の運転性を確保しつつ未燃燃料成分の排
出量を低下させることができる。

【０１１２】次に、燃料噴射制御では、ＥＣＵ１８は、
先ず機関回転数とアクセル開度とをパラメータとして基
本噴射量：Ｑbaseを算出する。その際、機関回転数とア
クセル開度と基本噴射量：Ｑbaseとの関係を予めマップ
化してＲＯＭに記憶しておくようにしてもよい。

【０１１３】更に、ＥＣＵ１８は、現時点の機関回転数
において各気筒２で理論上燃焼可能な燃料量の最大値
（以下、基本最大噴射量と称する）を算出する。次い
で、ＥＣＵ１８は、前記した基本最大噴射量を各種のパ
ラメータ（例えば、吸気圧力、吸気温度、燃料温度、冷
却水温度など）に応じて補正することにより、最大噴射
量：Ｑfullを算出する。

【０１１４】ＥＣＵ１８は、上記したように基本噴射
量：Ｑbaseと最大噴射量：Ｑfullを算出すると、これら
二つの噴射量を比較して少ない方の噴射量を最終の目標
燃料噴射量として決定する。

【０１１５】このようにして目標燃料噴射量が決定され
ると、ＥＣＵ１８は、最終の目標燃料噴射量を総パイロ
ット噴射量とメイン噴射量とに分割する。その際、ＥＣ
Ｕ１８は、機関回転数やアクセル開度などの機関運転状
態を示すパラメータと前記目標燃料噴射量とに従って総
パイロット噴射量を決定し、その総パイロット噴射量を
前記目標燃料噴射量から減算してメイン噴射量を決定す
る。

【０１１６】続いて、ＥＣＵ１８は、前記総パイロット
噴射量と機関運転状態を示すパラメータとに従って、パ
イロット噴射の実行回数を決定するとともに各パイロッ
ト噴射の噴射量を決定する。

【０１１７】このようにしてメイン噴射量と個々のパイ
ロット噴射量とが決定されると、ＥＣＵ１８は、機関回
転数とアクセル開度とをパラメータとして基本となるメ
イン噴射の実行時期（基本メイン噴射時期）及び各パイ
ロット噴射の実行時期（基本パイロット噴射時期）を算
出し、それら基本メイン噴射時期と基本パイロット噴射
時期を各種パラメータ（例えば、吸気圧力、冷却水温
度、コモンレール圧など）に応じて補正して最終の目標
メイン噴射時期及び目標パイロット噴射時期を算出す
る。

【０１１８】目標メイン噴射時期及び目標パイロット噴
射時期が決定されると、ＥＣＵ１８は、クランクポジシ
ョンセンサ１６の出力信号から各気筒２のクランク位置
を求め、目標パイロット噴射時期と各気筒２のクランク
位置とが一致した時点、及び目標メイン噴射時期と各気
筒２のクランク位置とが一致した時点で各気筒２の燃料
噴射弁３へ駆動電流を印加する。

【０１１９】ここで、圧縮着火式内燃機関の燃焼は、燃
料噴射開始から燃料の蒸発拡散により可燃混合気が形成
されるまでの着火遅れ期間と、可燃混合気が自己着火し
て燃焼する予混合燃焼期間と、燃料噴射弁から継続して
噴射される燃料に火炎が拡散する拡散燃焼期間と、燃料
噴射終了後の気筒内に存在する燃料が燃焼する後燃え期
間とから成り立っている。そして、通常の燃料噴射制御
においては、目標メイン噴射時期は、上記した予混合燃
焼期間が圧縮行程上死点付近となるように設定され、目
標パイロット噴射時期は、吸気行程の後半から圧縮行程
の後半までの期間内で適当に設定される。

【０１２０】ところで、可変動弁機構１００において高
リフトカム３１が選択されている場合は、気筒２内の圧
力（筒内圧）が比較的低くなるため、パイロット噴射さ
れた燃料が気筒２内に可燃雰囲気を形成するまでにある
程度の時間を要するが、可変動弁機構１００において低
リフトカム３２が選択されている場合は、筒内圧が高く
なるため、パイロット噴射された燃料が比較的短期間に
可燃雰囲気を形成することになる。

【０１２１】このため、可変動弁機構１００において低
リフトカム３２が選択されている場合に、可変動弁機構
１００において高リフトカム３１が選択されている場合
と同様の時期に目標パイロット噴射時期が設定される
と、パイロット噴射された燃料がメイン噴射の実行前に
過早着火し、又はメイン噴射の実行開始後に直ちに着火
してしまい、着火遅れ期間が過剰に短くなることが想定
される。

【０１２２】着火遅れ期間が過剰に短くなると、メイン
噴射された燃料が空気不足の状態で燃焼に供されること
となり、煤などの粒子状物質（ＰＭ）が多量に発生する
虞がある。

【０１２３】そこで、本実施の形態では、ＥＣＵ１８
は、可変動弁機構１００において低リフトカム３２が選
択されているときは、複数回のパイロット噴射のうち、
最初のパイロット噴射の目標パイロット噴射時期から所
定期間内に目標パイロット噴射時期が設定されているパ
イロット噴射の実行を禁止するとともに、禁止されたパ
イロット噴射の燃料噴射量を前記所定期間後に目標パイ
ロット噴射時期が設定されているパイロット噴射に上乗
せするようにした。

【０１２４】具体的には、図７に示すように、メイン噴
射：Qmainの前に５回のパイロット噴射：Qsub1〜Qsub5
が設定されている場合には、ＥＣＵ１８は、最初のパイ
ロット噴射：Qsub1の実行開始時期から所定期間（以
下、パイロット噴射禁止期間と称する）：△ｔの間に設
定されたパイロット噴射：Qsub1〜Qsub2の実行を禁止す
るとともに、それらのパイロット噴射量：Qsub1＋Qsub2
を前記パイロット噴射禁止期間：△ｔ後に設定されてい
るパイロット噴射：Qsub3〜Qsub5のうちの最初のパイロ
ット噴射：Qsub3に上乗せする（Qsub3＝Qsub1＋Qsub2＋
Qsub3）。

【０１２５】この場合、実質的に最初のパイロット噴射
となるQsub3の実行開始時期からメイン噴射：Qmainの実
行開始までの期間が短縮されることになるため、パイロ
ット噴射された燃料が高い筒内圧に曝される時間が短く
なり、以てパイロット噴射された燃料がメイン噴射の実
行開始前や実行開始直後に過早着火することがなくな
る。

【０１２６】この結果、メイン噴射：Qmainによる燃料
が空気と混合するための着火遅れ期間が過剰に短縮され
ることがなく、煤などのＰＭが多量に発生することを防
止することができる。

【０１２７】尚、前記したパイロット噴射禁止期間：△
ｔは、予め実験的に求められた固定値であってもよい
が、低リフトカム３２が選択されている場合においても
内燃機関１の運転状態に応じて実際の筒内圧が変化する
ため、各気筒２に設けられた筒内圧センサ４の出力信号
値に基づいて前記した所定期間を決定することが好まし
い。

【０１２８】そこで、本実施の形態では、低リフトカム
３２選択時において基本となるパイロット噴射禁止期間
（以下、基本パイロットパイロット噴射禁止期間と称す
る）：△ｔbaseを予め実験的に求めておき、その基本パ
イロット噴射禁止期間：△ｔbaseを筒内圧センサ４の出
力信号値に基づいて補正することにより、パイロット噴
射禁止期間：△ｔを算出するようにした。

【０１２９】以下、本実施の形態に係る燃料噴射制御に
ついて図８のフローチャートに沿って説明する。

【０１３０】図８に示すフローチャートは、燃料噴射制
御ルーチンを示すフローチャートである。この燃料噴射
制御ルーチンは、予めＲＯＭに記憶されているルーチン
であり、ＥＣＵ１８によって所定時間毎（例えば、クラ
ンクポジションセンサ１６がパルス信号を出力する度）
に繰り返し実行されるようになっている。

【０１３１】燃料噴射制御ルーチンでは、ＥＣＵ１８
は、先ずＳ８０１において、機関回転数、アクセル開
度、吸気圧力、吸気温度、燃料温度、冷却水温度などを
パラメータとして、目標メイン噴射量と目標総パイロッ
ト噴射量とを算出する。

【０１３２】Ｓ８０２では、ＥＣＵ１８は、目標総パイ
ロット噴射量と機関回転数とアクセル開度をパラメータ
として、パイロット噴射の実行回数と各パイロット噴射
の目標パイロット噴射量を算出する。

【０１３３】Ｓ８０３では、ＥＣＵ１８は、機関回転数
とアクセル開度とをパラメータとして、目標メイン噴射
時期と個々のパイロット噴射の目標パイロット噴射時期
とを算出する。

【０１３４】Ｓ８０４では、ＥＣＵ１８は、可変動弁機
構１００において低リフトカム３２が選択されているか
否か、具体的にはＯＣＶ５０に駆動電流が印加された状
態であるか否かを判別する。

【０１３５】前記Ｓ８０４において低リフトカム３２が
選択されていないと判定された場合、言い換えれば、高
リフトカム３１が選択されている場合は、ＥＣＵ１８
は、Ｓ８１２へ進み、前記Ｓ８０２で算出された目標パ
イロット噴射量と、前記Ｓ８０３で算出された目標パイ
ロット噴射時期に従ってパイロット噴射を実行する。

【０１３６】続いて、ＥＣＵ１８は、Ｓ８１１へ進み、
前記Ｓ８０１で算出された目標メイン噴射量と前記Ｓ８
０３で算出された目標メイン噴射時期とに従ってメイン
噴射を実行し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

【０１３７】一方、前記Ｓ８０４において低リフトカム
３２が選択されていると判定された場合は、ＥＣＵ１８
は、Ｓ８０５へ進み、基本パイロット噴射禁止期間：△
ｔbaseをＲＯＭから読み出す。

【０１３８】Ｓ８０６では、ＥＣＵ１８は、筒内圧セン
サ４の出力信号値（筒内圧）を入力する。

【０１３９】Ｓ８０７では、ＥＣＵ１８は、前記Ｓ８０
６で入力した筒内圧をパラメータとして図９に示すよう
なマップへアクセスし、前記筒内圧に対応した筒内圧補
正係数：kvvtを算出する。

【０１４０】ここで、筒内圧補正係数：kvvtは、図９に
示すように、筒内圧が第１の所定圧以上且つ第２の所定
圧（＞第１の所定圧）以下の範囲にあるときは、１未満
の正数の範囲（０＜kvvt＜１）内で筒内圧が高くなるほ
ど大きな値となるよう設定される。更に、筒内圧補正係
数：kvvtは、筒内圧が第１の所定圧未満であるときは
“０”に設定されるとともに、筒内圧が第１の所定圧よ
り高いときは“１”に設定される。

【０１４１】上記したような方法により筒内圧補正係
数：kvvtが算出されると、ＥＣＵ１８は、Ｓ８０８へ進
み、前記Ｓ８０５で読み出された基本パイロット噴射禁
止期間：△ｔbaseと前記Ｓ８０７で算出された筒内圧補
正係数：kvvtとを積算して、パイロット噴射禁止期間：
△ｔを算出する。

【０１４２】Ｓ８０９では、ＥＣＵ１８は、前記Ｓ８０
８で算出されたパイロット噴射禁止期間：△ｔに従っ
て、前記Ｓ８０２で算出された目標パイロット噴射量と
前記Ｓ８０３で算出された目標パイロット噴射時期とを
補正する。

【０１４３】具体的には、ＥＣＵ１８は、前記Ｓ８０３
で設定された複数回のパイロット噴射のうち最初の目標
パイロット噴射時期から前記パイロット噴射禁止期間：
△ｔ内に目標パイロット噴射時期が設定されているパイ
ロット噴射の実行を禁止するとともに、それら禁止され
たパイロット噴射の燃料噴射量を、前記パイロット噴射
禁止期間：△ｔ後の最初のパイロット噴射の目標パイロ
ット噴射量に加算する。

【０１４４】Ｓ８１０では、ＥＣＵ１８は、前記Ｓ８０
９において補正された目標パイロット噴射時期及び目標
パイロット噴射量に従ってパイロット噴射を実行する。

【０１４５】Ｓ８１１では、ＥＣＵ１８は、前記Ｓ８０
１で算出された目標メイン噴射量と前記Ｓ８０３で算出
された目標メイン噴射時期とに従ってメイン噴射を実行
し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

【０１４６】このようにＥＣＵ１８が燃料噴射制御ルー
チンを実行することにより、可変動弁機構１００におい
て低リフトカム３２が選択されているときには、複数回
のパイロット噴射のうち最初のパイロット噴射の実行時
期から所定期間：△ｔ内に設定されているパイロット噴
射の実行が禁止されるため、実質的にパイロット噴射の
開始時期が遅角されることとなり、最初のパイロット噴
射の開始時期からメイン噴射の実行開始時期までの期間
が短縮されることになる。

【０１４７】この結果、パイロット噴射された燃料がメ
イン噴射の実行前又は実行開始直後に過早着火すること
がなくなるため、着火遅れ期間の過剰な短縮が防止さ
れ、煤の発生を抑制することが可能となる。

【０１４８】従って、本実施の形態によれば、パイロッ
ト噴射制御が行われる圧縮着火式内燃機関に可変動弁機
構１００が適用された場合に、可変動弁機構１００の制
御状態に適したパイロット噴射制御を実行することが可
能となり、以てＰＭの発生量を抑制することが可能とな
る。

【０１４９】また、本実施の形態に係る圧縮着火式内燃
機関において、可変動弁機構１００が低リフトカム３２
選択状態から高リフトカム３１選択状態へ移行する場合
には、ＥＣＵ１８は、パイロット噴射の実行回数及び目
標総パイロット噴射量を増加させるようにすることが好
ましい。

【０１５０】具体的には、ＥＣＵ１８は、可変動弁機構
１００において低リフトカム３２から高リフトカム３１
への切り換え制御が開始された時点（すなわち、ＥＣＵ
１８からＯＣＶ５０へ切り換え信号が送信された時点）
から実際にカムの切り換えが完了する時点までの期間に
おいて、パイロット噴射回数を増加及び目標総パイロッ
ト噴射量を増加させる。

【０１５１】これは、可変動弁機構１００において低リ
フトカム３２から高リフトカム３１へ切り換えられると
きは、筒内圧が低くなり、内燃機関１のトルクに反映さ
れる燃料量が減少するため、内燃機関１のトルクが急激
に変動する虞があるからである。

【０１５２】但し、内燃機関１の筒内圧が過剰に高い状
況下でパイロット噴射回数及目標総パイロット噴射量が
増加されると、燃焼圧（燃焼温度）の過剰な上昇や燃料
の過早着火を誘発する虞があるため、筒内圧センサ４の
出力信号値が所定圧以上のときは、上記の制御を行わな
いようにすることが好ましい。

【０１５３】尚、本実施の形態では、低リフトカム３２
選択時における気筒２内の圧力を考慮してパイロット噴
射禁止期間：△ｔを決定しているが、気筒２内における
燃料の着火性は気筒２内で圧縮された空気と燃料噴射弁
３から噴射される燃料との温度差が大きくなるほど高く
なるため、冷却水温度、吸気温度、潤滑油の温度、吸気
圧力、燃料温度などをパラメータとして圧縮空気と燃料
との温度差を推定し、その推定値と気筒２内の圧力とを
考慮してパイロット噴射禁止期間：△ｔを決定するよう
にしてもよい。

【０１５４】また、本実施の形態では、油圧により高リ
フトカムと低リフトカムとの切り換えを行う可変動弁機
構を例に挙げたが、電磁力や負圧を利用してカムの切換
を行うものであってもよい。

【０１５５】また、本実施の形態では、本発明に係る可
変動弁機構として、高リフトカム３１と低リフトカム３
２との二つのカムを内燃機関の運転状態に応じて切り換
える二段切り換え式の可変動弁機構１００を例に挙げて
説明したが、上記した高リフトカム３１と同様のカムプ
ロフィール（高リフトカムプロフィール）から低リフト
カム３２と同様のカムプロフィール（低リフトカムプロ
フィール）まで連続的にカムプロフィールを変更可能な
三次元カムを備えた可変動弁機構であってもよい。

【０１５６】その場合のパイロット噴射禁止期間：△ｔ
は、高リフトカムプロフィールが選択されているときは
“０”に設定され、選択されたカムプロフィールが低リ
フトカムプロフィール寄りになるほど長くなるようにす
ればよい。

【０１５７】＜実施の形態２＞次に、本発明に係る圧縮
着火式内燃機関の第２の実施の形態について図１０〜図
１１に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実
施の形態と異なる構成について説明し、同一の構成につ
いては説明を省略する。

【０１５８】前述した第１の実施の形態では、可変動弁
機構１００の制御状態に応じてパイロット噴射の制御方
法を変更する例について述べたが、本実施の形態では、
可変動弁機構１００の制御状態に応じてＥＧＲ弁１４の
制御方法を変更する例について述べる。

【０１５９】通常のＥＧＲ制御では、機関回転数と燃料
噴射量とをパラメータとしてＥＧＲ弁１４の開度を制御
しており、その際の燃料噴射量としては内燃機関１のト
ルクに反映される燃料噴射量が用いられる。

【０１６０】ところで、可変動弁機構１００において低
リフトカム３２が選択されているときは、筒内圧が高く
なるため、パイロット噴射及びメイン噴射による燃料噴
射量の全て（総燃料噴射量）が内燃機関１のトルクに反
映され易いが、可変動弁機構１００において高リフトカ
ム３１が選択されているときは、筒内圧が低くなるた
め、総燃料噴射量の一部、特に吸気行程の途中や圧縮行
程の途中でパイロット噴射された燃料が内燃機関１のト
ルクに反映され難くなる。

【０１６１】従って、可変動弁機構１００において低リ
フトカム３２が選択されているときは、パイロット噴射
及びメイン噴射の総燃料噴射量と機関回転数とをパラメ
ータとしてＥＧＲ弁１４が制御されても問題ないが、可
変動弁機構１００において高リフトカム３１が選択され
ているときは、パイロット噴射及びメイン噴射の総燃料
噴射量と機関回転数とをパラメータとしてＥＧＲ弁１４
が制御されると、窒素酸化物（ＮＯx）の発生量に対し
てＥＧＲガス量が過剰となり、内燃機関１の燃焼安定性
が低下するとともに、煤などの粒子状物質（ＰＭ：Part
iculate Matter）の排出量が過剰に増加してしまう虞が
ある。

【０１６２】そこで、本実施の形態では、可変動弁機構
１００の制御状態をパラメータとして、内燃機関１のト
ルクに反映される燃料量（以下、トルク反映燃料量）：
Ｑtrqを推定し、そのトルク反映燃料量：Ｑtrqに従って
ＥＧＲ弁１４を制御するようにした。

【０１６３】以下、本実施の形態に係るＥＧＲ制御につ
いて図１０のフローチャートに沿って説明する。

【０１６４】図１０に示すフローチャートは、ＥＧＲ制
御ルーチンを示すフローチャートである。このＥＧＲ制
御ルーチンは、予めＲＯＭに記憶されているルーチンで
あり、ＥＣＵ１８によって所定時間毎（例えば、クラン
クポジションセンサ１６がパルス信号を出力する度）に
繰り返し実行される。

【０１６５】ＥＧＲ制御ルーチンでは、ＥＣＵ１８は、
先ずＳ１００１において、アクセル開度、機関回転数：
Ne、冷却水温度、目標メイン噴射量、目標パイロット噴
射量、目標メイン噴射時期、目標パイロット噴射時期な
どの各種データをＲＡＭから読み出す。

【０１６６】Ｓ１００２では、ＥＣＵ１８は、前記Ｓ１
００１において読み出されたデータに基づいてＥＧＲ制
御実行条件が成立しているか否かを判別する。

【０１６７】前記Ｓ１００２においてＥＧＲ制御実行条
件が成立していないと判定された場合は、ＥＣＵ１８
は、本ルーチンの実行を一旦終了する。

【０１６８】一方、前記Ｓ１００２においてＥＧＲ制御
実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ１
８は、Ｓ１００３へ進み、可変動弁機構１００において
低リフトカム３２が選択されているか否かを判別する。

【０１６９】前記Ｓ１００３において低リフトカム３２
が選択されてると判定された場合は、ＥＣＵ１８は、Ｓ
１００４へ進み、目標メイン噴射量と全ての目標パイロ
ット噴射量とを加算して総燃料噴射量：Ｑfinを算出
し、その総燃料噴射量：Ｑfinをトルク反映燃料量：Ｑt
rqとしてＲＡＭに記憶する。

【０１７０】Ｓ１００５では、ＥＧＲは、前記Ｓ１００
４で算出されたトルク反映燃料量：Ｑtrqと前記Ｓ１０
０１で読み込まれた機関回転数：Neとをパラメータとし
て目標ＥＧＲ開度：θを算出する。その際、トルク反映
燃料量：Ｑtrqと機関回転数：Neと目標ＥＧＲ開度：θ
との関係を予めマップ化してＲＯＭに記憶しておくよう
にしてもよい。

【０１７１】Ｓ１００６では、ＥＣＵ１８は、前記Ｓ１
００５で算出された目標ＥＧＲ開度に従ってＥＧＲ弁１
４を制御し、本ルーチンの実行を一旦終了する。

【０１７２】一方、前述したＳ１００３において低リフ
トカム３２が選択されていないと判定された場合、言い
換えれば、可変動弁機構１００において高リフトカム３
１が選択されていると判定された場合は、ＥＣＵ１８
は、目標メイン噴射量と全ての目標パイロット噴射量と
の総和である総燃料噴射量：Ｑfinを減量補正して、ト
ルク反映燃料量：Ｑtrqを算出する。

【０１７３】具体的には、ＥＣＵ１８は、先ず、ＲＯＭ
から基本となる減量補正係数：ｋｆ１を読み出す。この
減量補正係数：ｋｆ１は、予め設定された１未満の正数
である。

【０１７４】続いて、ＥＣＵ１８は、図１１に示すよう
なマップに基づき、各パイロット噴射の目標パイロット
噴射時期に応じた減量補正係数：ｋｆ２を算出するとと
もに、メイン噴射の噴射時期に応じた減量補正係数：；
ｋｆ２を算出する。

【０１７５】ＥＣＵ１８は、メイン噴射の目標メイン噴
射量に前記した減量補正係数：ｋｆ１とｋｆ２を乗算し
て、メイン噴射される燃料のうち内燃機関１のトルクに
反映される燃料量を算出する。さらに、各パイロット噴
射の目標パイロット噴射量に前記した減量補正係数：ｋ
ｆ１とｋｆ２とを乗算して、各パイロット噴射で噴射さ
れる燃料のうち内燃機関１のトルクに反映される燃料量
を算出する。

【０１７６】ＥＣＵ１８は、減量補正後のメイン噴射量
と全てのパイロット噴射量とを加算して、トルク反映燃
料量：Ｑtrqを算出する。

【０１７７】このようにしてトルク反映燃料量：Ｑtrq
が算出されると、ＥＣＵ１８は、Ｓ１００５へ進み、前
記Ｓ１００７で算出されたトルク反映燃料量：Ｑtrqと
前記Ｓ１００１で算出された機関回転数：Neとをパラメ
ータとして目標ＥＧＲ開度：θを算出する。

【０１７８】続いて、ＥＣＵ１８は、Ｓ１００６へ進
み、前記Ｓ１００５で算出された目標ＥＧＲ弁開度：θ
に従ってＥＧＲ弁１４を制御する。

【０１７９】以上述べたようにＥＣＵ１８がＥＧＲ制御
ルーチンを実行することにより、ＥＧＲ制御のパラメー
タとして用いられる燃料噴射量を可変動弁機構１００の
制御状態に応じて最適化することが可能となるため、窒
素酸化物（ＮＯx）の発生量に対してＥＧＲガス量が過
剰に多くなることがなく、以て窒素酸化物（ＮＯx）の
発生量を抑制しつつＰＭの排出量を抑制することが可能
となる。

【０１８０】

【発明の効果】本発明によれば、パイロット噴射制御が
行われる圧縮着火式内燃機関に可変動弁機構を適用した
場合において、可変動弁機構の制御状態に適した燃料噴
射制御やＥＧＲ制御などを行うことが可能となり、内燃
機関の燃焼性の悪化や排気エミッションの悪化を抑制す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施の形態に係る圧縮着火式内燃機関の概
略構成を示す図

【図２】 可変動弁機構の構成を示す（１）

【図３】 可変動弁機構の構成を示す図（２）

【図４】 ロック機構の構成を示す図

【図５】 ロック機構の動作を説明する図

【図６】 高リフトカム及び低リフトカムのカムプロフ
ィールを示す図

【図７】 パイロット噴射時期とパイロット噴射量の補
正方法を示す図

【図８】 燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート
図

【図９】 筒内圧と筒内圧補正係数との関係を示す図

【図１０】 ＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャート
図

【図１１】 燃料噴射時期と減量補正係数との関係を示
す図

【符号の説明】

１・・・・内燃機関 ２・・・・気筒 ３・・・・燃料噴射弁 ４・・・・筒内圧センサ １３・・・ＥＧＲ通路 １４・・・ＥＧＲ通路 １８・・・ＥＣＵ ２０・・・吸気弁 １００・・可変動弁機構

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/08 Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｅ 41/04 ３７０ 41/04 ３７０ ３８０ ３８０Ａ 41/34 41/34 Ｈ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｔ ３０１Ｚ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｈ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｇ ５７０Ｊ Ｆターム(参考） 3G018 AA06 AA11 AA12 AB04 AB18 BA11 CA01 DA10 DA14 DA82 EA02 EA11 EA13 EA21 EA35 FA06 FA07 FA08 FA26 GA06 GA08 GA09 3G062 AA01 BA05 BA09 CA07 DA01 DA02 EA11 FA08 GA01 GA04 GA06 GA08 3G084 AA01 BA04 BA13 BA20 BA23 CA03 DA01 DA28 EB11 FA00 FA13 FA18 FA20 FA33 FA37 3G092 AA02 AA11 AA17 BA01 BB13 DA01 DA04 DC09 DG05 DG08 EA01 EA02 EA03 EA04 EA11 EA26 EA27 EC01 FA01 FA15 GA05 HA01X HA11Z HA13X HA13Z HB02X HD07X HE01Z HE08Z 3G301 HA02 HA13 HA19 JA01 JA21 KA08 LA07 LC03 LC08 MA11 MA23 MA26 MA27 NB11 ND01 NE01 NE06 NE11 NE12 PA17Z PB05Z PD15Z PE01Z PE08Z PE10Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮着火式内燃機関の吸気弁の開閉時期
   およびまたはリフト量を変更する可変動弁機構と、 前記内燃機関の負荷が低いときは高いときに比して気筒
   内の圧力が高くなるように可変動弁機構を制御する動弁
   機構制御手段と、 前記気筒内へ燃料を噴射するメイン噴射手段と、 前記メイン噴射手段による燃料噴射に先立って複数回の
   パイロット噴射を行うパイロット噴射手段と、 前記可変動弁機構が筒内圧を高くすべく制御されている
   ときは、最初のパイロット噴射の実行時期から所定期間
   内に設定されたパイロット噴射の実行を禁止するパイロ
   ット噴射制御手段と、を備えることを特徴とする圧縮着
   火式内燃機関。
2. 【請求項２】 前記可変動弁機構は、気筒内の圧力が高
   くなる第１の開閉時期およびまたはリフト量と、気筒内
   の圧力が低くなる第２の開閉時期およびまたはリフト量
   との何れか一方を選択可能に構成され、 前記動弁機構制御手段は、前記内燃機関の負荷が低いと
   きは前記第１の開閉時期およびまたはリフト量を選択
   し、前記内燃機関の負荷が高いときは前記第２の開閉時
   期およびまたはリフト量を選択するよう前記可変動弁機
   構を制御し、 前記パイロット噴射制御手段は、前記可変動弁機構が前
   記第１の開閉時期およびまたはリフト量から前記第２の
   開閉時期およびまたはリフト量へ切り換えるときは、パ
   イロット噴射による総燃料噴射量およびまたは回数を増
   加させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火式
   内燃機関。
3. 【請求項３】 圧縮着火式内燃機関の吸気弁の開閉時期
   およびまたはリフト量を変更する可変動弁機構と、 前記内燃機関の負荷が低いときは高いときに比して気筒
   内の圧力が高くなるように可変動弁機構を制御する動弁
   機構制御手段と、 前記気筒内へ燃料を噴射するメイン噴射手段と、 前記メイン噴射手段による燃料噴射に先立って複数回の
   パイロット噴射を行うパイロット噴射手段と、 前記内燃機関の排気系から吸気系へ排気の一部を還流さ
   せる排気再循環手段と、 前記メイン噴射手段及び前記パイロット噴射手段による
   総燃料噴射量をパラメータとして前記排気再循環手段に
   よる排気還流量を制御する排気再循環制御手段と、 前記可変動弁機構が筒内圧を低くすべく制御されている
   ときは、筒内圧を高くすべく制御されているときに比し
   て前記排気再循環制御に用いられる総燃料噴射量を減量
   補正するパラメータ補正手段と、を備えることを特徴と
   する圧縮着火式内燃機関。
4. 【請求項４】 前記パラメータ補正手段は、各パイロッ
   ト噴射の実行時期に応じて前記総燃料噴射量の減量補正
   量を変更することを特徴とする請求項３に記載の圧縮着
   火式内燃機関。