JP2004036410A

JP2004036410A - エンジンの燃料噴射装置

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Publication number: JP2004036410A
Application number: JP2002191034A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Saruwatari; 猿渡　匡行
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: DE10329065B4; DE10329065A1; US20040134467A1; JP4108386B2; US7013875B2

Abstract

【課題】吸気バルブのリフト量が作動角と共に変更されるエンジンにおいて、シリンダ内に燃焼安定性に優れた均一の混合気を形成させる。
【解決手段】吸気バルブのリフト量及びエンジン回転速度に応じて目標燃料圧力を設定することで、たとえ吸気バルブの閉時期が下死点前に設定されるリフト量（及び作動角）が小さい状態であっても、吸気バルブの開弁時間内で要求燃料量を噴射することができるように、単位時間当たりの噴射量を変化させる。そして、吸気バルブの開期間内で燃料噴射開始から終了までの全てを行わせるようにし、これにより、吸気流れによって燃料を微粒化し、かつ、吸気行程中に継続的に燃料をシリンダ内に供給することで、均一な混合気を形成させる。
【選択図】　図１７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射装置に関し、吸気バルブの閉弁タイミングが下死点前でかつ低リフト量である低リフト領域が設定されるエンジンにおける燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アクセル開度及びエンジン回転速度から目標トルクを設定し、前記目標トルクに相当する目標吸入空気量が得られるように、吸気バルブの作動特性及び／又はスロットルバルブの開度を変化させる構成のエンジンが知られている（特開平６−２７２５８０号公報等参照）。
【０００３】
また、吸・排気バルブのバルブリフト量を作動角と共に連続的に変化させる可変バルブ機構が知られている（特開２００１−０１２２６２号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば特開２００１−０１２２６２号公報に開示される可変バルブ機構を用い、吸気バルブの閉タイミングを下死点（ＢＤＣ）前に早めることで吸気を絞る場合には、作動角と共に吸気バルブのリフト量が通常よりも大幅に小さい状態（以下、低リフト状態という）となる。
【０００５】
上記のような低リフト状態では、吸気行程時の吸気流れが強くなるため、燃料の微粒化効果が得られる反面、作動角が小さいため噴射開始から終了までの全てを吸気バルブの開期間内に設定することができず、吸気バルブの開時期よりも前に燃料噴射を開始させる必要が生じる場合があった。
しかし、吸気バルブの開時期よりも前に噴射された燃料は、吸気バルブの上流側に滞留することになり、これが吸気バルブの開弁直後に一挙にシリンダ内に吸引されることになるため、シリンダ内の混合気が均一にならないという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、前記低リフト状態において、シリンダ内に燃焼安定性に優れた均一の混合気を形成できるエンジンの燃料噴射装置を提供し、燃費及びエミッションを低減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、少なくとも低リフト領域で、燃料噴射弁による燃料噴射開始から終了までの全てが吸気バルブの開期間内になるように、燃料噴射弁の噴射タイミング及び噴射特性が設定される構成とした。
上記構成によると、吸気バルブが下死点（ＢＤＣ）前に閉じられる低リフトで作動角の小さい領域であっても、燃料の噴射開始から終了までの全てが吸気バルブの開期間内になるように、燃料噴射タイミング及び噴射特定（単位時間当たりの噴射量など）が設定される。
【０００８】
従って、燃料噴射弁から噴射される燃料が、低リフト状態で発生する強い吸気流れによって微粒化されると共に、微粒化された燃料が吸気行程中に徐々にシリンダ内に吸引されることで、シリンダ内に均一な混合気が形成される。
請求項２記載の発明では、燃料噴射弁の単位時間当たりの噴射量を、吸気バルブの開時間に基づいて可変に設定して、燃料噴射弁の噴射時間が吸気バルブの開時間以下になるようにする構成とした。
【０００９】
上記構成によると、吸気バルブの開時間に応じて燃料噴射弁の単位時間当たりの噴射量を変化させることで、要求燃料量に対応する噴射時間が吸気バルブの開時間以下となって、燃料の噴射開始から終了までの全てを吸気バルブの開期間内で行わせることができるようにする。
従って、吸気バルブの開時間が吸気バルブのリフト量（作動角）に応じて変化しても、燃料の噴射開始から終了までの全てを吸気バルブの開期間内で行わせ、シリンダ内に均一な混合気を形成させることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明では、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を変化させることで、燃料噴射弁の単位時間当たりの噴射量を可変に設定する構成とした。
上記構成によると、燃料噴射弁に供給される燃料圧力を変えることで、同じ開弁面積であっても、単位時間当たりの噴射量が変化することになる。
従って、ハードウェア構成を変更することなく、簡便な構成で単位時間当たりの噴射量を変化させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る燃料噴射装置を含んでなる車両用エンジンのシステム構成図である。
図１において、エンジン１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１２】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ１０５には、バルブリフト量を作動角と共に連続的に可変制御するＶＥＬ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　ｖａｌｖｅ　Ｅｖｅｎｔ　ａｎｄ　Ｌｉｆｔ）機構１１２、及び、バルブタイミングを連続的に可変制御するＶＴＣ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　ｖａｌｖｅ　Ｔｉｍｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）機構１１３が設けられる。
【００１３】
尚、吸気バルブ１０５と共に、排気バルブ１０７のバルブ作動特性を変化させる可変機構が設けられる構成であっても良い。
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４は、スロットルバルブ１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の作動特性によってアクセル開度に対応する目標吸入空気量が得られるように、アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６で検出されるアクセルペダルの開度ＡＰＯ等に応じて前記電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３を制御する。
【００１４】
前記ＥＣＵ１１４には、前記アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６の他、エンジン１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランク軸１２０から回転信号を取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８，エンジン１０１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１１９等からの検出信号が入力される。
【００１５】
尚、前記クランク角センサ１１７から出力される回転信号に基づいてＥＣＵ１１４においてエンジン回転速度Ｎｅが算出される。
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、前記ＥＣＵ１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料を噴射する。
【００１６】
図２〜図４は、前記ＶＥＬ機構１１２の構造を詳細に示すものである。
但し、吸気バルブ１０５のバルブリフト量及び作動角を連続的に可変制御する機構の構造を、図２〜図４に示したものに限定するものではない。
図２〜図４に示すＶＥＬ機構１１２は、一対の吸気バルブ１０５，１０５と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸１３（駆動軸）と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５，１５（駆動カム）と、前記カム軸１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８，１８と、各吸気バルブ１０５，１０５の上端部にバルブリフター１９，１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０，２０とを備えている。
【００１７】
前記偏心カム１５，１５とロッカアーム１８，１８とは、リンクアーム２５，２５によって連係され、ロッカアーム１８，１８と揺動カム２０，２０とは、リンク部材２６，２６によって連係されている。
上記ロッカアーム１８，１８，リンクアーム２５，２５，リンク部材２６，２６が伝達機構を構成する。
【００１８】
前記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。
また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されている。
【００１９】
前記ロッカアーム１８は、図４に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自在に支持されている。
また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００２０】
前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
前記揺動カム２０は、図２及び図６，図７に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００２１】
また、揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。
即ち、図８に示すバルブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００２２】
また、前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。
【００２３】
更に、前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ，２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ，２３ａに圧入した各ピン２８，２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ，２６ｄが貫通形成されている。
尚、各ピン２１，２８，２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０，３１，３２が設けられている。
【００２４】
上記構成において、制御軸１６の軸心Ｐ２と制御カム１７の軸心Ｐ１との位置関係によって、図６，７に示すように、バルブリフト量が変化することになり、前記制御軸１６を回転駆動させることで、制御カム１７の軸心Ｐ１に対する制御軸１６の軸心Ｐ２の位置を変化させる。
前記制御軸１６は、図１０に示すような構成により、ＤＣサーボモータ（アクチュエータ）１２１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、前記制御軸１６の作動角を前記アクチュエータ１２１で変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する（図９参照）。
【００２５】
図１０において、ＤＣサーボモータ１２１は、その回転軸が制御軸１６と平行になるように配置され、回転軸の先端には、かさ歯車１２２が軸支されている。
一方、前記制御軸１６の先端に一対のステー１２３ａ，１２３ｂが固定され、一対のステー１２３ａ，１２３ｂの先端部を連結する制御軸１６と平行な軸周りに、ナット１２４が揺動可能に支持される。
【００２６】
前記ナット１２４に噛み合わされるネジ棒１２５の先端には、前記かさ歯車１２２に噛み合わされるかさ歯車１２６が軸支されており、ＤＣサーボモータ１２１の回転によってネジ棒１２５が回転し、該ネジ棒１２５に噛み合うナット１２４の位置が、ネジ棒１２５の軸方向に変位することで、制御軸１６が回転されるようになっている。
【００２７】
ここで、ナット１２４の位置をかさ歯車１２６に近づける方向が、バルブリフト量が小さくなる方向で、逆に、ナット１２４の位置をかさ歯車１２６から遠ざける方向が、バルブリフト量が大きくなる方向となっている。
前記制御軸１６の先端には、図１０に示すように、制御軸１６の作動角を検出するポテンショメータ式の作動角センサ１２７が設けられており、該作動角センサ１２７で検出される実際の作動角が目標作動角に一致するように、前記ＥＣＵ１１４が前記ＤＣサーボモータ１２１をフィードバック制御する。
【００２８】
次に、前記ＶＴＣ機構１１３の構成を、図１１に基づいて説明する。
但し、ＶＴＣ機構１１３を、図１１に示したものに限定するものではなく、クランク軸に対するカム軸の回転位相を連続的に変化させる構成のものであれば良い。
本実施形態におけるＶＴＣ機構１１３は、ベーン式の可変バルブタイミング機構であり、クランク軸１２０によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）と、吸気側カム軸１３の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構６０とを備えている。
【００２９】
前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の前後開口を閉塞するフロントカバー，リアカバー（図示省略）とから構成される。
【００３０】
前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられる４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。
前記回転部材５３は、吸気側カム軸１４の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で４つのベーン７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。
【００３１】
前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部６３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン７８ａ〜７８ｄの両側と各隔壁部６３の両側面との間に、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３を構成する。
前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、回転部材５３の最大遅角側の回動位置（基準作動状態）において係合孔（図示省略）に係入するようになっている。
【００３２】
前記油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧を給排する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧を給排する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１，９２には、供給通路９３とドレン通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。
【００３３】
前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送するエンジン駆動のオイルポンプ９７が設けられている一方、ドレン通路９４ａ，９４ｂの下流端がオイルパン９６に連通している。
前記第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。
【００３４】
前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１，９２と供給通路９３及びドレン通路９４ａ，９４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっている。
前記ＥＣＵ１１４は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
【００３５】
例えば、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が、第１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイルパン９６内に排出される。
【００３６】
従って、遅角側油圧室８３の内圧が高、進角側油圧室８２の内圧が低となって、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が遅くなる。
一方、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、作動油は、第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂを通ってオイルパン９６に排出され、遅角側油圧室８３が低圧になる。
【００３７】
このため、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が早くなる。
尚、可変バルブタイミング機構は、上記のベーン式のものに限定されず、特開２００１−０４１０１３号公報や特開２００１−１６４９５１号公報に開示されるように、電磁クラッチ（電磁ブレーキ）の摩擦制動によってクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成の可変バルブタイミング機構や、特開平９−１９５８４０号公報に開示される油圧によってヘリカルギヤを作動させる方式の可変バルブタイミング機構であっても良い。
【００３８】
次に、前記ＥＣＵ１１４による前記電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３の制御を、図１２〜図１４のブロック図に従って説明する。
目標体積流量比演算部３０１では、以下のようにしてエンジン１０１の目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（目標吸入空気量）を演算する。
【００３９】
まず、アクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転速度Ｎｅに対応する要求空気量Ｑ０を算出する一方、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）で要求されるＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣ（アイドル時要求空気量）を算出する。
そして、前記要求空気量Ｑ０とＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣと合計を、全要求空気量Ｑとして求め（Ｑ＝Ｑ０＋ＱＩＳＣ）、これを、エンジン回転速度Ｎｅ及び有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で除算することで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（ＴＱＨ０ＳＴ＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））を演算する。
【００４０】
ＶＥＬ目標角度演算部３０２では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、ＶＥＬ機構１１２における制御軸１６の目標作動角ＴＧＶＥＬ（目標リフト量）を演算する。
前記ＶＥＬ機構１１２は、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいて制御される。
ここで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど、リフト量がより大きくなる目標作動角に設定され、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが小さくかつエンジン回転速度Ｎｅが低い低リフト領域では、吸気バルブ１０５の閉タイミングが下死点前となるような目標作動角ＴＧＶＥＬが設定される。
【００４１】
但し、リフト量の最小限界により、低負荷・低回転側では、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに対応する要求値よりも大きなリフト量が設定されるようになっており、この過剰分は、後述するようにスロットルバルブ１０３ｂの絞り制御によって補正される。
尚、本実施形態では、制御軸１６の作動角が大きくなるほど、吸気バルブ１０５のリフト量が大きくなるものとする。
【００４２】
また、ＶＴＣ目標角度演算部３０３では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、ＶＴＣ機構１１３における目標位相角ＴＧＶＴＣ（目標進角量）を演算する。
前記ＶＥＬ機構１１３は、前記目標位相角ＴＧＶＴＣ（目標進角量）に基づいて制御される。
【００４３】
ここで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど、目標バルブタイミングが遅角されるようになっている。
即ち、リフト量（作動角）が大きいときほど、バルブタイミングを遅角することで、開時期を略一定としつつ、作動角及びリフト量が変化するようになっており、低負荷・低回転域では、図１６に示すような開特性で吸気バルブ１０５が開閉される。
【００４４】
前記目標作動角ＴＧＶＥＬは、バルブ総開口面積演算部３０４に入力され、ここで、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいてＶＥＬ機構１１２を制御したときの吸気バルブ１０５の総開口面積に変換される。
前記総開口面積は、吸気バルブ１０５の開期間におけるバルブ開口面積の積分値である。
【００４５】
前記吸気バルブ１０５の総開口面積は乗算器３１２に出力され、該乗算器３１２では、前記総開口面積に、ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３で演算された補正係数が乗算され、有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０として出力される。
前記ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３は、エンジン回転速度Ｎｅが高いときほどより大きな補正係数（≧１．０）を設定する。
【００４６】
本実施形態におけるＶＥＬ機構１１２では、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど、慣性力によってバルブリフト量が目標よりも大きくなってしまう傾向があり、これによって目標作動角ＴＧＶＥＬ及び目標位相角ＴＧＶＴＣに基づき演算される開口面積と実際の開口面積との間に誤差が生じることになってしまう。
そこで、前記ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３では、エンジン回転速度Ｎｅが高いときほどバルブリフト量が目標よりも大きくなってしまう傾向に対応して、吸気バルブ１０５の開口面積を増大補正すべく補正係数を設定する。
【００４７】
流量損失補正係数演算部３１４では、前記目標作動角ＴＧＶＥＬ（目標バルブリフト量）に基づいて流量損失係数ＣＤを演算する。
そして、乗算器３１５では、前記有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０に流量損失係数ＣＤを乗算して、バルブリフト量による流量損失の違いに対応した補正を施す。
前記流量損失係数ＣＤによる補正が施された有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０は、除算器３１６，３１７において、有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃及びエンジン回転速度Ｎｅで除算されることで状態量ＡＡＮＶに変換され、更に、該状態量ＡＡＮＶが、変換部３１８において吸気バルブ１０５の体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに変換される。
【００４８】
尚、前記吸気バルブ１０５の体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、スロットルバルブ１０３ｂの全開状態を前提とする値である。
除算器３１９では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを前記体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬで除算することで、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを得るためにスロットルバルブ１０３ｂに求められる体積流量比ＱＨ０を算出する。
【００４９】
前記スロットルバルブ１０３ｂに求められる体積流量比ＱＨ０は、変換部３２０で状態量ＡＡＮＶに変換され、更に、乗算器３２１，３２２で有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃及びエンジン回転速度Ｎｅが乗算されることで、スロットルバルブ１０３ｂに求められる開口面積ＡＡに変換される。
そして、前記開口面積ＡＡは、変換部３２３でスロットルバルブ１０３ｂの角度（開度）に変換され、該角度が目標角度ＴＧＴＶＯとして出力され、前記電子制御スロットル１０４が前記目標開度ＴＧＴＶＯに基づいて制御される。
【００５０】
図１５は、上記エンジン１０１における燃圧制御系を示す図である。
図１５において、燃料タンク２０１には、電動式の燃料ポンプ２０２が内設され、該燃料ポンプ２０２の吐出口に一端が接続される燃料供給管２０３の他端は、エンジン１０１のシリンダヘッド付近にシリンダ列方向に沿って固定される燃料ギャラリーパイプ２０５に接続され、前記燃料ポンプ２０２により燃料タンク２０１から吸い込まれた燃料が、前記燃料ギャラリーパイプ２０５に圧送される。
【００５１】
前記燃料ギャラリーパイプ２０５には、気筒毎に設けられる燃料噴射弁１３１ａ〜１３１ｄ（４気筒エンジンの場合）が接続される。
前記燃料ポンプ２０２は印加電圧に比例して吐出量が変化する特性である。
前記ＥＣＵ１１４は、前記燃料ギャラリーパイプ２０５において燃料噴射弁１３１ａ〜１３１ｄに供給される燃料の圧力Ｐを検出する燃圧センサ２１１からの検出信号を入力し、該燃圧センサ２１１の検出結果が目標燃圧に一致するように、前記燃料ポンプ２０２の印加電圧をフィードバック制御する。
【００５２】
ここで、前記燃料噴射弁１３１ａ〜１３１ｄによる燃料噴射は、図１６に示すように、吸気バルブ１０５の閉タイミングが下死点（ＢＤＣ）前に設定される低リフト状態（リフト量及び作動角の小さい状態）であっても、燃料噴射開始から終了までの全てが前記吸気バルブ１０５の開期間内になるように、燃料噴射タイミング及び単位時間当たりの噴射量が設定される。
【００５３】
即ち、要求燃料量を噴射するのに要する噴射時間が長いと、吸気バルブ１０５の開タイミング前に噴射を開始させる必要が生じるため、吸気バルブ１０５の低リフト量の状態であっても、要求燃料量を吸気バルブ１０５の開期間内で噴射できるだけの大きな流量特性の（単位時間当たりの噴射量の大きな）燃料噴射弁１３１を用いるようにしてある。
【００５４】
そして、上記流量の大きな燃料噴射弁１３１による噴射開始タイミングを吸気バルブ１０５の開タイミングに同期させることで、たとえ吸気バルブ１０５の最小リフト量の状態であっても、燃料噴射開始から終了までの全てを吸気バルブ１０５の開期間内で行わせる（図１６参照）。
低リフト状態で、燃料噴射開始から終了までの全てを吸気バルブ１０５の開期間内で行わせることができれば、燃料噴射弁１３１から噴射される燃料が、低リフトによる強い吸気流れによって微粒化されると共に、吸気行程中に徐々にシリンダ内に燃料が吸引されることで、シリンダ内に均一な混合気が形成される。
【００５５】
従って、低負荷・低回転域（低リフト領域）での混合気形成が改善され、燃費及びエミションの低減を図ることができる。
尚、吸気バルブ１０５の低リフト領域であっても、要求燃料量を吸気バルブ１０５の開期間内で噴射できるだけの単位時間当たりの噴射量を得る方法としては、上記のように流量特性の大きな燃料噴射弁１３１を用いる他、前記図１５に示した燃圧制御系における目標燃圧を高めに設定する方法を用いることができる。
【００５６】
前記燃料噴射弁１３１に供給される燃料の圧力を高くすれば、燃料噴射弁１３１の開弁面積が同じであっても、単位時間当たりの噴射量が多くなり、吸気バルブ１０５の低リフト領域で要求燃料量を吸気バルブ１０５の開期間内で噴射できるだけの単位時間当たりの噴射量とすることができる。
また、燃料噴射弁１３１の流量特性の選択と、燃圧の設定との双方から、吸気バルブ１０５の低リフト領域で要求燃料量を吸気バルブ１０５の開期間内で噴射できるだけの単位時間当たりの噴射量としても良い。
【００５７】
更に、好ましくは、前記目標燃圧を、吸気バルブ１０５のリフト量及びエンジン回転速度Ｎｅに応じて変化する吸気バルブ１０５の開弁時間に応じて可変に設定すると良い。
図１７及び図１８のフローチャートは、前記目標燃圧を吸気バルブ１０５の開弁時間に応じて設定する実施形態を示す。
【００５８】
また、図１７のフローチャートは、前記ＥＣＵ１１４による燃料ポンプ２０２の制御を示すものであり、ステップＳ１１１では、前記ＶＥＬ機構１１２で制御される吸気バルブ１０５のリフト量（作動角）とエンジン回転速度Ｎｅとに応じて予め目標燃圧を記憶したマップを参照し、そのときのリフト量及びエンジン回転速度Ｎｅに対応する目標燃圧を検索する。
【００５９】
尚、前記マップからの目標燃圧の検索においては、マップ格子間の状態に対応する目標燃圧を補間演算によって求めることが好ましい。
吸気バルブ１０５のリフト量（作動角）が一定であるとすると、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど、吸気バルブ１０５の開時間が短くなり、また、リフト量が小さいときほど作動角が小さくなるから、エンジン回転速度Ｎｅを一定とすると、リフト量が小さいときほど吸気バルブ１０５の開時間が短くなる。
【００６０】
前記目標燃圧は、上記吸気バルブ１０５の開時間の特性に合わせて設定されており、開時間が短くなるときほど目標燃圧がより高い値に設定される。
前記目標燃圧が高くなると、それだけ燃料噴射弁１３１における単位開弁時間当たりの噴射量が多くなり、要求燃料量の噴射に要する噴射時間（噴射パルス幅）が短くなり、前記目標燃圧としては、吸気バルブ１０５の開時間内で要求量の燃料を噴射できる（噴射時間が吸気バルブ１０５の開弁時間以下となる）最小圧に設定される（図１６参照）。
【００６１】
これにより、たとえ、吸気バルブ１０５の閉タイミングが下死点前に設定される作動角の小さい状態（低リフト領域）であって、かつ、エンジン回転速度Ｎｅが高く、吸気バルブ１０５の開弁時間が短い場合であっても、前記燃料噴射弁による燃料噴射開始から終了までの全てを吸気バルブ１０５の開期間内で行わせることが可能となる。
【００６２】
ステップＳ１１２では、前記燃圧センサ２１１で検出される燃圧が前記目標燃圧に一致するように、燃料ポンプ２０２の印加電圧をフィードバック制御する。
図１８のフローチャートは、前記ＥＣＵ１１４による燃料噴射弁１３１の制御を示すものであり、ステップＳ１２１では、基本燃圧での燃料噴射パルス幅Ｔｉ（噴射時間）を、吸入空気量Ｑ，エンジン回転速度Ｎｅ，冷却水温度Ｔｗ，バッテリ電圧等に基づいて算出する。
【００６３】
具体的には、吸入空気量Ｑ，エンジン回転速度Ｎｅに基づいて基本噴射パルス幅Ｔｐを算出し、また、冷却水温度等から補正係数ＣＯを設定し、更に、バッテリ電圧に基づいて無効噴射パルス幅Ｔｓを設定する。
そして、噴射パルス幅Ｔｉを、
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯ＋Ｔｓ
として算出する。
【００６４】
次のステップＳ１２２では、燃圧による噴射パルス幅Ｔｉの補正値ＣＰＦＵＥＬを、そのときの燃圧に応じて設定する。
前記補正値ＣＰＦＵＥＬは、基準燃圧（単位開弁時間当たりの噴射量の基準値）に合わせて算出される燃料噴射パルス幅Ｔｉを、そのときの燃圧での単位開弁時間当たりの噴射量に適合させるためのものであり、単位開弁時間当たりの噴射量が多くなる燃圧の高いときほど、より小さい値に設定される。
【００６５】
即ち、前記基準燃圧よりも高く、単位開弁時間当たりの噴射量が多いときには、噴射パルス幅Ｔｉ（噴射時間）をより小さく修正することで、修正後の噴射パルス幅Ｔｉで要求量の燃料が噴射されるようにする。
ステップＳ１２３では、前記補正値ＣＰＦＵＥＬによって前記噴射パルス幅Ｔｉを補正して最終的な噴射パルス幅ＴＩを設定する。
【００６６】
ＴＩ＝（Ｔｉ−Ｔｓ）×ＣＰＦＵＥＬ＋Ｔｓ
前記噴射パルス幅Ｔｉは、無効噴射パルス幅Ｔｓを含み、要求噴射量に対応する噴射パルス幅（有効噴射パルス幅Ｔｅ）はＴｅ＝Ｔｉ−Ｔｓであるので、前記有効噴射パルス幅Ｔｅ＝Ｔｉ−Ｔｓに補正値ＣＰＦＵＥＬを乗算した後、あらためて無効噴射パルス幅Ｔｓを加算して、最終的な噴射パルス幅ＴＩを求める。
【００６７】
ステップＳ１２４では、前記噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を、各気筒の吸気バルブ１０５の開時期（吸気行程）に合わせて燃料噴射弁１３１に出力する。
具体的には、各気筒の吸気バルブ１０５の開時期に合わせて、噴射パルス信号の出力を開始するか、又は、吸気バルブ１０５の閉時期直前に燃料噴射が終了するように、噴射パルス幅から噴射開始時期を逆算して、噴射パルス信号を出力させる。
【００６８】
ここで、前記燃料噴射弁１３１に供給される燃料の圧力が、ＶＥＬ機構１１２による吸気バルブ１０５のリフト量及びエンジン回転速度Ｎｅに応じて変化する吸気バルブ１０５の開弁時間に基づいて変更され、吸気バルブ１０５の開時間内で要求量の燃料を噴射できるようにしてある。
従って、吸気バルブ１０５の開期間中に、燃料噴射開始〜終了の全てが行われることになる（図１４参照）。
【００６９】
吸気バルブ１０５の開期間内で、噴射開始〜終了させる構成であれば、全ての噴射燃料を吸気行程中の吸気流れによって微粒化させることができ、特に、吸気流れが強くなる、吸気バルブ１０５の閉タイミングが下死点前に設定される低リフト領域では、前記微粒化の効果が大きい。
また、吸気バルブ１０５の開時期に同期して噴射を開始し、その後吸気行程内で継続的に燃料がシリンダ内に吸引されることで、シリンダ内に均一な混合気を形成することができ、前記微粒化効果と共に混合気形成が改善され、燃費及びエミッションを低減させることができる。
【００７０】
尚、上記実施形態では、吸気バルブ１０５のリフト量を連続的に変化させるＶＥＬ機構１１２を用いる構成としたが、カムの切り換えなどによってバルブリフト量を段階的に切り換える構成であっても良い。
また、燃圧を変えずに、燃料噴射弁１３１の弁体のリフト特性を吸気バルブ１０５の開弁時間に応じて変えることで、吸気バルブ１０５の開弁時間に合わせて、燃料噴射弁１３１の単位時間当たりの噴射量を変える構成であっても良い。
【００７１】
また、低負荷領域（低リフト領域）に限定して、吸気バルブ１０５の開期間内で燃料噴射開始から終了までの全てを行わせる構成とし、吸気バルブ１０５の閉時期がＢＤＣ以降となる高負荷領域（高リフト領域）では、吸気バルブ１０５の開時期よりも前に燃料噴射を開始させる構成としても良い。
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項２又は３記載のエンジンの燃料供給装置において、前記燃料噴射弁の単位時間当たりの噴射量を、吸気バルブのリフト量及びエンジン回転速度に応じて可変に設定することを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【００７２】
上記構成によると、吸気バルブのリフト量変化による開弁時間の変化と共に、エンジン回転速度による開弁時間の変化に対応して、単位時間当たりの噴射量が設定される。
従って、リフト量及びエンジン回転速度が変化しても、燃料噴射開始から終了までの全てを吸気バルブの開期間内に行わせることができる。
（ロ）請求項２，３又は（イ）のいずれか１つに記載のエンジンの燃料供給装置において、吸気バルブの開時間が短いときほど、単位時間当たりの噴射量を多くすることを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【００７３】
上記構成によると、吸気バルブの開時間が短いときほど、単位時間当たりの噴射量を多くして要求燃料量を噴射するのに要する噴射時間（噴射パルス幅）を短くする。
従って、吸気バルブの開時間が短くなっても、燃料噴射開始から終了までの全てを吸気バルブの開期間内に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンのシステム構成図。
【図２】ＶＥＬ機構（可変バルブリフト機構）を示す断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記ＶＥＬ機構の側面図。
【図４】上記ＶＥＬ機構の平面図。
【図５】上記ＶＥＬ機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記ＶＥＬ機構の低リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記ＶＥＬ機構の高リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】上記ＶＥＬ機構における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図９】上記ＶＥＬ機構のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１０】上記ＶＥＬ機構における制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】ＶＴＣ機構を示す縦断面図。
【図１２】吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１３】吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１４】吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１５】エンジンの燃圧制御系を示すシステム構成図。
【図１６】バルブリフト特性及び吸気行程と噴射期間との相関を示す図。
【図１７】燃圧制御を示すフローチャート。
【図１８】燃料噴射制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０１…エンジン、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１１２…ＶＥＬ機構、１１３…ＶＴＣ機構、１１４…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１１５…エアフローメータ、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１１８…スロットルセンサ、１１９…水温センサ、１２０…クランク軸、１３１ａ〜１３１ｄ…燃料噴射弁、２０１…燃料タンク、２０２…燃料ポンプ、２０３…燃料供給管、２０５…燃料ギャラリーパイプ、２１１…燃圧センサ

Claims

吸気バルブの閉弁タイミングが下死点前でかつ低リフト量である低リフト領域が設定されると共に、前記吸気バルブの上流側に燃料噴射弁を設けてなるエンジンの燃料噴射装置において、
少なくとも前記低リフト領域で、前記燃料噴射弁による燃料噴射開始から終了までの全てが前記吸気バルブの開期間内になるように、前記燃料噴射弁の噴射タイミング及び噴射特性が設定されることを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。
前記燃料噴射弁の単位時間当たりの噴射量を、前記吸気バルブの開時間に基づいて可変に設定して、前記燃料噴射弁の噴射時間が前記吸気バルブの開時間以下になるように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装置。
前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を変化させることで、前記燃料噴射弁の単位時間当たりの噴射量を可変に設定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装置。