JP2007016626A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関において、要求される燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁に許容される最小噴射量を下回るときに、該内燃機関が適切に運転されるための内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置であって、運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出結果の要求負荷に基づき、燃料噴射量および点火時期を決定する決定手段と、該決定手段で得られた燃料噴射量が、前記燃料噴射弁の最小噴射量を下回るとき、該燃料噴射量を該最小噴射量以上にまで増量補正する燃料量補正手段と、該燃料量補正手段による燃料の増量補正分に対応させて、吸入空気量調整手段を吸入空気量が多くなるように補正制御すると共に、前記決定手段で得られた点火時期を遅角補正する補正制御手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関においては、一般に、運転状態に応じて燃料噴射量が求められ、該燃料噴射量に対応する所定の期間開弁するように燃料噴射弁が制御されている。しかしながら、要求される燃料噴射量が少なくなると、燃料噴射量が燃料噴射弁において制御可能な最小噴射量を下回ることがあるので、このような場合には、該内燃機関が適切に運転されるべく、最小噴射量を下回らないように、燃料噴射量を調整することが行われる。

例えば、特許文献１によれば、アイドル時に、燃料タンク等の燃料経路内に発生した蒸発燃料を捕獲して吸気系にパージし、そのパージ分を差し引いた燃料噴射量を吸気ポートに供給するポート噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関において、要求された燃料噴射量が最小噴射量を下回ることになった場合には、燃料噴射量を最小噴射量とし、これに対応して点火時期を最適点火時期から所定角遅角し、そして閉じられているスロットルバルブのバイパス通路の開度を大きくすることが提案されている。

特開平０８−１６５９７３号公報

ところで、一般に、筒内噴射用燃料噴射弁において制御可能な最小噴射量は、ポート噴射用燃料噴射弁において制御可能な最小噴射量よりも、筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力がポート噴射用燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力よりも高いが故に、大きくなる。それ故、例えば運転者からの要求負荷が低いとき、要求される燃料噴射量が最小噴射量を下回ることが想定されるが、このようなときには上記特許文献１に記載のものは対応していない。

そこで、本発明は、筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関において、要求される燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁に許容される最小噴射量を下回るときに、該内燃機関が適切に運転されるための内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による内燃機関の制御装置は、筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置であって、運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出結果の要求負荷に基づき、燃料噴射量および点火時期を決定する決定手段と、該決定手段で得られた燃料噴射量が、前記燃料噴射弁の最小噴射量を下回るとき、該燃料噴射量を該最小噴射量以上にまで増量補正する燃料量補正手段と、該燃料量補正手段による燃料の増量補正分に対応させて、吸入空気量調整手段を吸入空気量が多くなるように補正制御すると共に、前記決定手段で得られた点火時期を遅角補正する補正制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、燃料噴射量が最小噴射量を下回るとき、燃料噴射量が最小噴射量以上にまで増量補正される。これに伴い、燃料の増量補正分に対応させて、吸入空気量が多くなるように吸入空気量調整手段が補正制御されるので、空燃比の変動を小さくすることが可能になる。これにより、例えば所定の空燃比となれば、燃料の燃焼が適切に行われ、例えば不燃や不完全燃焼が生じてエミッション（炭化水素やすすなど）が大幅に生じるのが防止される。また、これと共に、燃料の増量補正分に対応させて、点火時期が遅角補正されるので、出力トルクの向上やエンジン回転数の上昇などが生じるのを防げて、要求負荷が達成されることになる。以上より、当該内燃機関は、要求される燃料噴射量が最小噴射量を下回っても、すなわち要求される燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁に許容されるものでなくても、該内燃機関が適切に運転されるようになる。

また、前記吸入空気量調整手段は、吸気通路に配置されたスロットルバルブであることを特徴とすると好ましい。

あるいは、前記吸入空気量調整手段は、吸気通路に開口して該吸気通路に空気を噴射するエアーインジェクタであることを特徴としても良い。

さらにあるいは、前記吸入空気量調整手段は、吸気バルブの開時期、閉時期、リフト量の少なくともいずれかを可変可能とする動弁機構であることを特徴としても良い。

上記本発明による内燃機関の制御装置によれば、筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関において、要求される燃料噴射量が筒内噴射用燃料噴射弁に許容される最小噴射量を下回っても、内燃機関の適切な運転が可能になる。

本発明による内燃機関の制御装置を火花点火機関に応用した実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。

本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料であるガソリンを燃料噴射弁１２から燃焼室１４内に直接噴射し、点火プラグ１６によって着火させる筒内噴射型式のものであるが、アルコールやＬＰＧ(液化天然ガス)などを燃料として使用することも可能である。

燃焼室１４にそれぞれ臨む吸気ポート１８および排気ポート２０が形成されたシリンダヘッド２２には、吸気ポート１８を開閉する吸気バルブ２４および排気ポート２０を開閉する排気バルブ２６を含む動弁機構２８と、燃焼室１４内の混合気を着火させる前述の点火プラグ１６とが組み込まれ、さらにこの点火プラグ１６に火花を発生させるイグニッションコイル３０が搭載されている。

吸気ポート１８に連通するようにシリンダヘッド２２に連結されて吸気ポート１８と共に吸気通路３２を区画形成する吸気管３４の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路３２に導くためのエアクリーナ３６が設けられている。このエアクリーナ３６よりも下流側に位置すると共に、サージタンク３８よりも上流側に位置する吸気管３４の部分には、運転者によって操作されるアクセルペダル４０の踏み込み量に基づき、スロットルアクチュエータ４２によって開度が調整されるスロットルバルブ４４が組み込まれている。本実施形態では、アクセルペダル４０の踏み込み動作と、スロットルバルブ４４の開閉動作とを切り離して電気的に制御できるようにしている。

排気ポート２０に連通するようにシリンダヘッド２２に連結されて排気ポート２０と共に排気通路４６を区画形成する排気管４８の途中には、燃焼室１４内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化する三元触媒５０が組み込まれている。

従って、エアクリーナ３６を通って吸気管３４から燃焼室１４内に供給される空気は、燃料噴射弁１２から燃焼室１４内に噴射される燃料と混合気を形成し、点火プラグ１６の火花により着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが三元触媒５０を通って排気管４８から大気中に排出される。

本実施形態では、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握して制御装置５２が燃料噴射弁１２からの燃料の噴射量および噴射時期、イグニッションコイル３０を介した点火プラグ１６の点火時期、スロットルアクチュエータ４２の作動などを制御するため、以下に記すような各種センサ類を具えている。すなわち、吸気管３４内の空気の圧力、すなわち吸気圧を検出してこれを制御装置５２に出力する吸気圧センサ５４を備えている。また運転者によって操作されるアクセルペダル４０の踏み込み量を検出してこれを制御装置５２に出力するアクセル開度センサ５６を備えている。また、ピストン５８が往復動するシリンダブロック６０には、連接棒６２を介してピストン５８が連結されるクランク軸６４の回転位相、つまりクランク角を検出してこれを制御装置５２に出力するクランク角センサ６６が取り付けられている。本実施形態においては、このクランク角センサ６６をエンジン回転数センサとしても利用している。

本実施形態における制御装置５２は、上記各種センサを含む運転状態検出手段の検出結果の要求負荷に基づき、燃料噴射量および点火時期を決定する決定手段と、該決定手段で得られた燃料噴射量が、前記燃料噴射弁の最小噴射量を下回るとき、該燃料噴射量を該最小噴射量以上にまで増量補正する燃料量補正手段と、該燃料量補正手段による燃料の増量補正分に対応させて、吸入空気量調整手段を吸入空気量が多くなるように補正制御すると共に、前記決定手段で得られた点火時期を遅角補正する補正制御手段と、を含んでいる。

具体的には、制御装置５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、センサ５４、５６、６６などが電気的に接続されている。これらのセンサ５４、５６、６６などからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、制御装置５２は出力インタフェースから電気的に信号を出力して、燃料噴射弁１２、イグニッションコイル３０、スロットルアクチュエータ４２などの作動を制御するようになっている。

本実施形態のエンジン１０は、通常、吸気圧センサ５４からの出力値に基づく吸気圧や、クランク角センサ６６からの出力値に基づくエンジン回転数など、すなわちエンジン負荷及びエンジン回転数などからなる運転状態に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等が設定される。その際、必要に応じて、アクセル開度センサ５６からの出力値に基づくアクセルペダル４０の踏み込み量等、すなわち要求負荷に応じてそれらの補正がなされる。これらの燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期に基づいて、燃料噴射弁１２や点火プラグ１６等の作動が制御され、例えば定常走行時には理論空燃比で適切に運転が行われるように制御される。

ところで、一般に、筒内噴射用燃料噴射弁において制御可能な最小噴射量は、ポート噴射用燃料噴射弁において制御可能な最小噴射量よりも、筒内噴射用燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力がポート噴射用燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力よりも高いが故に、大きな量となる。従って、走行状態等によっては、例えば運転者からの要求負荷が低いとき、燃料噴射量が最小噴射量を下回ることが想定される。なお、この最小噴射量は、燃料噴射弁１２からの燃料の噴射圧力と、燃料噴射量に対応する燃料噴射弁１２の開弁期間とから自ずと求められる。

しかしながら、そのように燃料噴射量が最小噴射量を下回る状態で、燃料噴射弁１２の制御が行われると、燃料噴射圧が高いため、噴射される燃料量が不安定になり、所定量の燃料が燃焼室１４に適切に噴射されないことが生じる。これでは、運転状態に応じた出力トルクやエンジン回転数が得られず、運転者等に不快感を与え、適切な運転がなされない可能性がある。

そこで、本実施形態では、要求負荷等に応じて求められた燃料噴射量が最小噴射量を下回るとき、すなわち燃料噴射時間が最小噴射時間を下回るときには、燃料噴射時間を最小噴射時間に補正することとしている。しかしながら、単に燃料噴射時間を補正して長くしただけでは、吸入空気量に対して燃料噴射量が増加し、すなわち空燃比が低下して、噴射された燃料が適切に燃焼されなくなる虞がある。具体的には、燃料の不燃や不完全燃焼が生じてエミッション（炭化水素やすすなど）が大幅に生じるなどの問題が生じ得る。そこで、本実施形態では、図２に示すフローチャートに従って、燃料噴射時間、吸入空気量、点火時期をそれぞれ補正することとしている。

まず、制御装置５２は、ステップＳ２１０で、運転状態を知るべく、クランク角センサ６６からエンジン回転数、エンジン負荷として吸気圧センサ５４から吸気圧、要求負荷としてアクセル開度センサ５６からアクセル開度を検出する。そして、ステップＳ２２０で、検出されたこれらの値に基づいて不図示のマップを検索することで点火時期ＳＡｄおよび吸入空気量Ｌｄが導出され決定される。次いで、ステップＳ２３０で、理論空燃比とすべく、吸入空気量Ｌｄに対応する燃料噴射量Ｑｄが導出され、ステップＳ２４０で燃料噴射量Ｑｄに対応する燃料噴射時間ｔａｕｄが導出される。なお、燃料噴射量Ｑｄおよび燃料噴射時間ｔａｕｄはそれぞれ不図示のマップから導き出される。

なお、燃料供給系としては上述の如く燃料噴射弁１２のみを図示しているが、本実施形態では、燃料タンクに貯留されている燃料が燃料ポンプにより圧送され、この圧送された燃料が燃料噴射弁１２を通じて所定の圧力で燃焼室１４に噴射されるように設定されている。

このようにして求められた燃料噴射時間ｔａｕｄは、ステップＳ２５０で最小噴射時間ｔａｕｍｉｎと比較され、燃料噴射時間ｔａｕｄが最小噴射時間ｔａｕｍｉｎ以上のときには、上記値を用いてエンジン１０の運転がなされるべく該ルーチンは終了される。なお、このとき、このように求められた燃料噴射時間ｔａｕｄ、点火時期ＳＡｄに基づき、エンジン１０の制御が行われる。

一方、ステップＳ２５０で燃料噴射時間ｔａｕｄが、最小噴射時間ｔａｕｍｉｎより短い、すなわち下回ると判断されたときには、ステップＳ２６０へ進み、最小噴射時間ｔａｕｍｉｎを燃料噴射時間ｔａｕとして設定する。すなわち、燃料噴射時間ｔａｕが、最小噴射時間ｔａｕｍｉｎとの時間差Δｔａｕ（最小噴射時間ｔａｕｍｉｎ−燃料噴射時間ｔａｕｄ）分、長く補正されて、燃料噴射量が最小噴射量まで増量補正されることになる。なお、燃料噴射時間ｔａｕｄが、最小噴射時間ｔａｕｍｉｎを下回るときは、例えば、運転者からの要求負荷が低いときであり、より具体的には、減速指示がアクセル開度の変化に表れているときである。

そして、燃料噴射時間ｔａｕが補正されて長くなると、次いで、ステップＳ２７０で、吸入空気量Ｌが吸入空気量Ｌｄから増量補正される。増量される補正量ΔＬは、不図示のマップを、燃料噴射時間ｔａｕにおける時間差Δｔａｕやエンジン回転数などの運転状態に基づいて検索することで求められ、その補正量ΔＬは理論空燃比を実現すべく定められる。本実施形態では、吸入空気量Ｌの補正は、吸入空気量調整手段であるスロットルバルブ４４を補正制御すること、すなわちスロットル開度を大きくすることでなされるように設定されているので、別途、補正量ΔＬに対応するスロットル開度の開角度の補正量が、予め実験によって求められたマップ（不図示）を補正量ΔＬなどに基づいて検索することで求められ、この得られた値に基づく出力信号が制御装置５２からスロットルアクチュエータ４２に出力されることになる。

さらに、ステップＳ２８０で、点火時期ＳＡが点火時期ＳＡｄから遅角補正される。遅角される補正量ΔＳＡは、不図示のマップを、燃料噴射時間ｔａｕにおける時間差分Δｔａｕやエンジン回転数などの運転状態に基づいて検索することで求められ、その補正量ΔＳＡは、運転者からの要求負荷を実現すべく定められる。より具体的には燃料噴射時間の延長および吸入空気量の増量に対応して機関出力が増すところ、この機関出力を、アクセルペダル４０のアクセル開度に表れる要求負荷に対応するところに抑制するべく定められる。

従って、本実施形態では、このように燃料噴射時間ｔａｕｄが、筒内噴射用燃料噴射弁１２に許容される燃料の最小噴射時間ｔａｕｍｉｎを下回るとき、燃料噴射時間ｔａｕが最小噴射時間ｔａｕｍｉｎにまで補正されて長くされ、この補正分Δｔａｕに対応させて、所定の空燃比に維持すべく吸入空気量Ｌが多くなるように吸入空気量調整手段であるスロットルバルブ４４の開度が補正制御されるので、燃料噴射量に合わせて空気の充填効率が上昇し、燃料の燃焼が適切に行われることになり、例えば不燃や不完全燃焼が生じてエミッション（炭化水素やすすなど）が大幅に生じるのが防止される。また、燃料噴射時間ｔａｕを長くして、吸入空気量Ｌを増やすことに対応して、要求負荷に対応させるべく、点火時期ＳＡが遅角補正されるので、出力トルクの向上やエンジン回転数の上昇などが生じるのが防がれて、あたかも運転手が要求したようにエンジンが運転される。それ故、運転者が、車両の走行感に違和感を感じることが低減されることになる。

以上、本発明を上記実施形態に従って説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、燃料噴射時間が最小噴射時間を下回るか否かを判定したが、燃料噴射量が最小噴射量を下回るか否かで判定をして、下回るときには燃料噴射量を最小噴射量まで演算上増量補正して、それに対応する燃料噴射時間を求めるようにしても良い。または、燃料噴射圧を可変可能な燃料噴射機構を有する場合には、要求された燃料噴射量が最小噴射量を下回るとき、燃料噴射弁１２からの燃料噴射圧を高く補正することで、燃料噴射量を増量補正しても良い。なお、燃料噴射量の補正に基づく吸入空気量の補正や点火時期の補正は、上記実施形態の順番に制限されない。

また、上記実施形態では、吸入空気量を増量補正することを、スロットルバルブ４４を補正制御することで行うこととしたが、他に例えば吸気通路３２に空気を噴射するエアーインジェクタを吸気通路３２に開口を有するように設けて、該エアーインジェクタを開弁させる制御を行うことで、該エアーインジェクタから吸気通路３２に所定の量の空気を導入し、実質的に吸入空気量を多くすることも可能である。

また他の代替的なものとしては、吸気バルブ２４の開閉タイミングなどを調整するべく、吸気バルブ２４を制御、すなわち吸気バルブ２４を含む動弁機構を制御することで行っても良い。例えば、吸気バルブ２４の作用角を可変させることができる動弁機構を備える場合には、吸気バルブ２４の作用角を大きくすることで、すなわち吸気バルブ２４の開弁期間を長くすることで行っても良い。あるいは、吸気バルブ２４の位相角を可変させることができる動弁機構を備える場合には、吸気バルブ２４の開時期や閉時期を調整して、例えば慣性過給効果を生かして、吸入空気量を増量することとしても良い。さらにあるいは、吸気バルブ２４のリフト量を調整することができる動弁機構を備える場合には、そのリフト量を大きくして吸入空気量を増量することとしても良い。

例えば、吸入空気量を増量するためには、吸気バルブ２４の開いている期間と排気バルブ２６の開いている期間が重ならないように、すなわちオーバーラップが生じないようにすると共に、吸気行程において、クランク角が上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間に、吸気バルブ２４が開弁して閉弁するようにすると良い。これは、上死点前に吸気バルブ２４の開時期があると、オーバーラップが生じ、排気ガスが排気通路から逆流する可能性があり、排気ガスの逆流により燃焼室１４内の新気の量が減少して吸入空気量の実質的な増加を望めない可能性があるためである。また、下死点後に吸気バルブ２４の閉時期があると、ピストン５８が上昇して一旦吸入された空気が燃焼室１４から押し出されることにつながる可能性があるからである。

ここで、吸気バルブ２４の動きの一例を横軸にクランク角を、縦軸に吸気バルブ２４のリフト量をとった図３のグラフ上に示す。例えば図３に示すように、吸気バルブ２４の開閉タイミングとリフト量が曲線Ｃ１に示すような場合には、リフト量を大きくして開弁期間を長くし、且つ開閉タイミングをずらして、例えば曲線Ｃ２に示すように制御することで吸入空気量を増量することが可能になる。しかしながら、曲線Ｃ２の場合から吸入空気量を増やすときには、同様にリフト量を大きくして開弁期間を長くすると、曲線Ｃ３のように開時期が上死点前に至ることがあり、好ましくない。そのような場合には、曲線Ｃ４として示すように、吸気バルブ２４の位相角を下死点側にずらして上死点と下死点との間に開弁期間を調整するようにするのが望ましい。

このようなことを実現する機構としては、吸気バルブ２４の開閉タイミングのみを、開閉タイミングとリフト量とを、あるいはリフト量のみを可変とした可変バルブタイミング（ＶＶＴ）システムがある。例えば、吸気カムシャフトにベーン式ＶＶＴコントローラを設け、そのカムの位相を連続的に可変させるものがある。これは、例えばカムシャフトに固定されたベーン部と油圧室を設けたハウジング部などからなり、制御装置からの出力信号によりオイルコントロールバルブのスプール弁の位置を制御して、ハウジング部の進角室あるいは遅角室にオイルを供給して、吸気カムの位相を可変させるものである。なお、油圧にかえて磁力で吸気カムの位相を可変制御することとしても良い。

他には、特開２００３−３４３２２８号公報に記載の可変動弁機構が例えばあげられる。これは、この機構を吸気バルブの動弁機構として備えた内燃機関において、内燃機関に対して要求される吸入空気量に応じて、リフト可変手段にてバルブリフトを調整することを可能にするものである。以下に、特開２００３−３４３２２８号公報に記載のこの可変動弁機構の一例を説明する。

概略的に記述すると、これは、回転カムと吸気バルブ（以下、単にバルブと称し得る。）に連動するローラとの間に介在させた仲介駆動機構を用いることでバルブリフトを可変とする可変動弁機構であって、この仲介駆動機構は、回転カムにより駆動される入力部及びこの入力部に連動することでローラを介してバルブを駆動する出力部を有する中間カムと、ローラの回転軸周りでの、中間カムの公転位相位置を調整することでバルブリフトを可変とするリフト可変手段と、を備えるものである。そしてこれは、中間カムが、中間カム自身の回転中心を中心軸とする円筒状外周面を備えたベース部を有し、出力部をベース部から突出して設けたことにより、円筒状外周面に連続する出力部カム面を形成し、ローラは円筒状外周面に接触して配置されていることにより、入力部が回転カムにより駆動された時には円筒状外周面に連続する出力部カム面にローラが接触することでバルブのリフトが実行されるとともに、リフト可変手段による中間カムの公転位相位置の調整により出力部カム面によるローラの駆動開始タイミングが変更されることでバルブリフトが可変とされることを特徴とする。さらには、リフト可変手段は、主軸部及びピン部がクランク状に組み合わされて形成された回動シャフトと、主軸部を回転する回転駆動手段とを備え、主軸部から径方向に離れたピン部に中間カムのベース部を回転可能に配置し、主軸部をローラの回転軸上に配置することにより、回転駆動手段の回転にて、中間カムを、ローラの回転軸を公転軸として公転させるよう構成したことを特徴とするものである。なお、前記ローラは、ローラロッカーアームに設けられているものであるか、バルブリフタに設けられているものである。

上記可変動弁機構の具体例を、図４から図７に基づいて説明する。これは上記本発明に係る実施形態の内燃機関の制御装置に適用され得るものであり、上記実施形態における構成要素と同じものには同様の符号を付すものとする。なお、図４から図７に基づく説明においては、エンジン１０が４バルブエンジンであるとして説明する。

図４は、上記可変動弁機構を、エンジン１０の吸気ポート１８を開閉する吸気バルブ２４の動弁機構に適用したところを示す吸気バルブ２４周辺の縦断面図である。そして、図５から図７は、仲介駆動機構２００の動作に対する吸気バルブ２４の動作を説明するための説明図である。なお、図４において、燃料噴射弁１２を省略してある。
吸気バルブ２４のリフト量及び作用角の調整は、吸気カムシャフト１４８に設けられた吸気カム１５０（「回転カム」に相当）とローラロッカーアーム１５２との間に存在する仲介駆動機構２００の駆動により行われる。

制御装置５２は、アクセル開度センサ５６、クランク角センサ６６、吸気圧センサ５４、シリンダブロック６０に設けられたバルブリフト調整用電動モータ（不図示）に組み込まれた回転位相センサ、などからの各種信号を用いた演算結果に基づいて、燃料噴射弁１２から制御上要求されるタイミングで制御上要求される量の燃料を噴射し、イグニッションコイル３０による点火制御を実行する。また、制御装置５２は、後述するごとくバルブリフト調整用電動モータを回転させて、吸気バルブ２４のバルブリフトを調整することで吸入空気量を制御する。

ここで可変動弁機構について説明する。可変動弁機構は、吸気カム１５０を含む吸気カムシャフト１４８、仲介駆動機構２００、及びローラロッカーアーム１５２にて構成されている。仲介駆動機構２００は、各気筒毎に１つの中間カム２０２が、クランク状に形成された回動シャフト２０４（不図示）にて連結されて構成されている。

中間カム２０２は、円筒状のベース部２０６、入力部２０８及び出力部２１０から構成されている。ベース部２０６の中心部分には、円筒状外周面２０６ａと同軸に形成された軸孔が形成されていて、この軸孔に回動シャフト２０４のピン部２０４ｂが挿入されることで、中間カム２０２は回動シャフト２０４に取り付けられているが、中間カム２０２はピン部２０４ｂに対しては回転可能となっている。

入力部２０８は、ベース部２０６の円筒状外周面２０６ａの軸方向中央付近から突出する２つのアーム、これらアームの先端にベース部２０６の軸方向と平行に掛け渡されているシャフト、及びこのシャフトに回転可能に取り付けられたローラ２０８ｃとから構成されている。出力部２１０は、入力部２０８の軸方向両側において設けられ、ベース部２０６の円筒状外周面２０６ａから突出する略三角形状に形成されている。この出力部２１０の一辺はわずかに凹状に湾曲するカム面２１０ａを形成している。

回動シャフト２０４は、主軸部２０４ａ、ピン部２０４ｂ、及びプレート部２０４ｃから構成されている。シリンダヘッド２２に取り付けられたサーボモータなどのバルブリフト調整用電動モータにより、主軸部２０４ａが回転されることにより回動シャフト２０４全体が回転されるように構成されている。尚、この主軸部２０４ａの回転位相は、前述した回転位相センサにより検出されている。

回動シャフト２０４がシリンダヘッド２２に取り付けられた状態では、主軸部２０４ａは、シリンダヘッド２２上の軸受け部にベアリングキャップにより回転可能に配置されている。尚、このベアリングキャップは吸気カムシャフト１４８用のベアリングキャップと一体化されている。そしてこの各ベアリングキャップ２１４にプレート部２０４ｃが隣接するようにされている。

このプレート部２０４ｃの内で、主軸部２０４ａに取り付けられている基端側とは反対の先端側においては、ピン部２０４ｂがプレート部２０４ｃ間を接続するように設けられている。そしてこのピン部２０４ｂには前述したごとく中間カム２０２が回転（自転）可能に取り付けられている。したがってバルブリフト調整用電動モータにより主軸部２０４ａが回転されると、プレート部２０４ｃの先端側が主軸部２０４ａを中心として振られる。このためピン部２０４ｂと共に中間カム２０２も主軸部２０４ａを中心に回転、すなわち公転することになる。

主軸部２０４ａの回転軸は、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａの回転軸Ａｒ上に配置されている。そしてこの配置状態にて、ベース部２０６の円筒状外周面２０６ａは、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａに接触するように、ベース部２０６の直径が形成されている。このため回動シャフト２０４の主軸部２０４ａが回転すると、中間カム２０２のベース部２０６は、常に円筒状外周面２０６ａがローラ１５２ａと接触した状態を維持して公転することになる。

尚、図示しないが、回動シャフト２０４のプレート部２０４ｃには、中間カム２０２のベース部２０６の端部に設けられた一方の段差部２０６ｃに対抗して、スプリング受け部２０４ｄが形成されている。このスプリング受け部２０４ｄには圧縮スプリング２１３の一端が挿入されて取り付けられる穴部が形成されている。したがって中間カム２０２が回動シャフト２０４に組み込まれて、ローラロッカーアーム１５２と吸気カム１５０との間に配置された状態では、中間カム２０２は、ピン部２０４ｂに対して相対的に回転する付勢力を圧縮スプリング２１３から受ける。このため、入力部２０８が吸気カム１５０の方向に持ち上げられて、入力部２０８のローラ２０８ｃは常に吸気カム１５０に当接するようになる。

このように構成された仲介駆動機構２００は、バルブリフト調整用電動モータにより回動シャフト２０４の主軸部２０４ａを回転させることで中間カム２０２を主軸部２０４ａに対して公転させ、同時にローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａに対して公転させることができる。このことによりローラ１５２ａに対する中間カム２０２の回転位相位置を調整でき、吸気バルブ２４のバルブリフトを調整することが可能となる。以下、バルブリフト調整用電動モータによる中間カム２０２の公転と、吸気バルブ２４のバルブリフトの変化について説明する。

まず、吸気カム１５０が回転しても吸気バルブ２４が全く開かない駆動状態を図５に基づいて説明する。図５（Ａ）の状態は、バルブリフト調整用電動モータにより、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａの回転軸Ａｒに対して図示における反時計回りの限界位相位置Ｌまで、中間カム２０２の回転軸Ａｓを公転させた状態を示している。この限界位相位置Ｌに中間カム２０２の回転軸Ａｓを配置した状態で、吸気カムシャフト１４８の回転により吸気カム１５０のノーズ１５０ａにより最大に入力部２０８のローラ２０８ｃが押し下げられた状態を図５（Ｂ）に示す。

このようにノーズ１５０ａにより入力部２０８のローラ２０８ｃが駆動されることにより、中間カム２０２全体は回動シャフト２０４のピン部２０４ｂを軸として反時計回りに自転する。この時、ベース部２０６の円筒状外周面２０６ａがローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａに接触した状態で中間カム２０２が自転する。この自転に連動して出力部２１０のカム面２１０ａがローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａに近づくが、図５（Ｂ）の状態となっても、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａは、ベース部２０６の円筒状外周面２０６ａと出力部２１０のカム面２１０ａとの境界部分に到達するのみである。したがって、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａは、出力部２１０のカム面２１０ａに乗り上げることはなく、ローラロッカーアーム１５２には、アジャスタ２１６の先端支持部分を中心にした回転は生じず、吸気バルブ２４のステムエンド２４ａを押し下げることはない。

このようにして吸気カムシャフト１４８の回転にもかかわらず、吸気バルブ２４を閉じたままにしておくことができる。次に、吸気カム１５０が回転することにより吸気バルブ２４が中程度に開く駆動状態を図６に基づいて説明する。図６（Ａ）の状態は、バルブリフト調整用電動モータにより、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａの回転軸Ａｒに対して反時計回りの限界位相位置Ｌと時計回りの限界位相位置Ｈとの間の中間の位相位置に、中間カム２０２の回転軸Ａｓを公転させた状態を示している。この状態では、図５（Ａ）に比較して入力部２０８のローラ２０８ｃは、吸気カム１５０のベース円部１５０ｂの内で、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａに近い位置に接触している。このため中間カム２０２全体は、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａを基準にすると、少し反時計回りに自転した位相位置に存在する。すなわち出力部２１０のカム面２１０ａは、図５（Ａ）に比較してローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａに近い位置に存在する。

この状態で、吸気カムシャフト１４８の回転により吸気カム１５０のノーズ１５０ａにより最大に入力部２０８のローラ２０８ｃが押し下げられた状態を図６（Ｂ）に示す。この時、ノーズ１５０ａにより中間カム２０２全体が反時計回りに自転する。この自転においては、途中まではベース部２０６の円筒状外周面２０６ａがローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａに接触した状態を維持する。そして途中からはローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａは出力部２１０のカム面２１０ａに乗り上げる。このことによりローラロッカーアーム１５２は出力部２１０のカム面２１０ａにより押し下げられるようにして駆動し、アジャスタ２１６の先端支持部分を中心として回転して、ステムエンド２４ａを押し下げて、吸気バルブ２４を図６（Ｂ）の状態まで押し開く。

そして、更に吸気カムシャフト１４８が回転すると、ノーズ１５０ａが入力部２０８のローラ２０８ｃから離れてゆくことにより、図６（Ｂ）の状態から図６（Ａ）の状態に戻ってゆく。このようにして吸気バルブ２４を中程度に開くことができる。

次に、吸気カム１５０が回転することにより吸気バルブ２４が最大に開く駆動状態を図７に基づいて説明する。図７（Ａ）の状態は、バルブリフト調整用電動モータ２１２により、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａの回転軸Ａｒに対して時計回りの限界位相位置Ｈに中間カム２０２の回転軸Ａｓを公転させた状態を示している。この状態では、図６（Ａ）に比較して入力部２０８のローラ２０８ｃは、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａに更に近い位置にて吸気カム１５０のベース円部１５０ｂに接触している。このため中間カム２０２全体は、ローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａを基準にして、更に反時計回りに自転した位相位置に存在する。この時、出力部２１０のカム面２１０ａは、図６（Ａ）に比較してローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａに更に近い位置に存在する。

この状態で吸気カムシャフト１４８の回転により吸気カム１５０のノーズ１５０ａにより最大に入力部２０８のローラ２０８ｃが押し下げられた状態を図７（Ｂ）に示す。この時、ノーズ１５０ａにより中間カム２０２全体が反時計回りに自転する。この自転においては、初期からあるいは早期にローラロッカーアーム１５２のローラ１５２ａは出力部２１０のカム面２１０ａに乗り上げる。このことによりローラロッカーアーム１５２は出力部２１０のカム面２１０ａにより押し下げられるようにして駆動し、アジャスタ２１６の先端支持部分を中心として回転して、ステムエンド２４ａを押し下げて、吸気バルブ２４を図７（Ｂ）の状態まで押し開く。

そして、更に吸気カムシャフト１４８が回転すると、ノーズ１５０ａが入力部２０８のローラ２０８ｃから離れてゆくことにより、図７（Ｂ）の状態から図７（Ａ）の状態に戻ってゆく。このようにして吸気バルブ２４を最大限度に開くことができる。

このようにして、バルブリフト調整用電動モータによって中間カム２０２の公転における位相位置を調整することにより、吸気バルブ２４のリフト量及び作用角は無断階で連続的に可変とすることができる。

尚、吸入空気量を多くするべく、スロットルバルブの開度を調整すること、エアーインジェクタを用いること、および吸気バルブのバルブタイミングを調整することを上述の如く例示した。本発明は、これらの内、少なくとも二つの組合せにより、吸入空気量を多くすることを含むものである。

ところで、本発明は、上記の如く筒内噴射用燃料噴射弁が燃料噴射手段として一つ設けられている内燃機関に適用が限定されるものではなく、筒内噴射用燃料噴射弁を少なくとも一つ備える内燃機関に適用されるものである。例えば、ポート噴射用の燃料噴射弁と、筒内噴射用の燃料噴射弁とを両方有するデュアル噴射型の内燃機関にも適用可能である。特に、本発明をデュアル噴射型の内燃機関に適用することに意義がある。そこで、デュアル噴射型の内燃機関に本発明を適用したときについて以下に述べるが、その際、ポート噴射用燃料噴射弁を「ポート噴射弁」と、筒内噴射用燃料噴射弁を「筒内噴射弁」と称する。なお、上記実施形態における構成と、デュアル噴射型の内燃機関の構成は、ポート噴射弁を除き、概ね同じであり、図1を参照して以下に説明する。但し、ポート噴射弁を符号「１２Ａ」で表すことにする。

一般に、このようなデュアル噴射型の内燃機関では、筒内噴射弁と、ポート噴射弁とを備え、運転状態に応じて所定の噴き分け率で燃料噴射するようにして、燃費特性や出力特性の改善が図られている。

ところで、このようなデュアル噴射型の内燃機関において、運転状態に応じて所定の噴き分け率で燃料噴射を行なわせるようにした場合、運転状況によっては筒内噴射弁１２からの要求噴射量がその最小噴射量を下回るときがある。このように要求噴射量が最小噴射量を下回ると、開弁時間で設定されている燃料噴射量の制御が不安定となる虞がある。そこで、最小噴射時間を維持したまま要求噴射量を満たすために、上記実施形態の如く制御を行うと良い。なお、この制御については、上記実施形態の制御を参照して省略する。

例えば、デュアル噴射型の内燃機関では、噴き分け率（筒内噴射弁からの燃料噴射量／全燃料噴射量）が例えば「０．５」に設定されているときには、筒内噴射弁１２とポート噴射弁１２Ａの燃料噴射時間の各々をそれぞれの最小噴射時間にすると、上記実施形態の制御(図２参照)を参照して、吸入空気量を倍増する増量補正をする必要性が生じる場合があり得る。

このような吸入空気量の補正量が非常に大きくなり得るため、上記第一実施形態の内燃機関においてよりも、デュアル噴射型の内燃機関ではさらに本発明の意義が感じられる。それ故に、デュアル噴射型の内燃機関では、本発明を適用することが特に重要であることが理解される。

本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した、ガソリンエンジンの概略構成図である。 本実施形態の制御のフローチャートである。 吸気バルブの動作を説明するためのグラフである。 可変動弁機構の、吸気バルブ周辺の縦断面図である。 図４に示した可変動弁機構における仲介駆動機構の動作を説明するための説明図である。 図４に示した可変動弁機構における仲介駆動機構の動作を説明するための説明図である。 図４に示した可変動弁機構における仲介駆動機構の動作を説明するための説明図である。

符号の説明

１０ エンジン
１２ 燃料噴射弁
１４ 燃焼室
１６ 点火プラグ
１８ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２２ シリンダヘッド
２４ 吸気バルブ
２６ 排気バルブ
２８ 動弁機構
３０ イグニッションコイル
３２ 吸気通路
３４ 吸気管
３６ エアクリーナ
３８ サージタンク
４０ アクセルペダル
４２ スロットルアクチュエータ
４４ スロットルバルブ
４６ 排気通路
４８ 排気管
５０ 三元触媒
５２ 制御装置
５４ 吸気圧センサ
５６ アクセル開度センサ
５８ ピストン
６０ シリンダブロック
６２ 連接棒
６４ クランク軸
６６ クランク角センサ

Claims (4)

1. 筒内噴射用燃料噴射弁を備えた内燃機関の制御装置であって、
   運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   該運転状態検出手段の検出結果の要求負荷に基づき、燃料噴射量および点火時期を決定する決定手段と、
   該決定手段で得られた燃料噴射量が、前記燃料噴射弁の最小噴射量を下回るとき、該燃料噴射量を該最小噴射量以上にまで増量補正する燃料量補正手段と、
   該燃料量補正手段による燃料の増量補正分に対応させて、吸入空気量調整手段を吸入空気量が多くなるように補正制御すると共に、前記決定手段で得られた点火時期を遅角補正する補正制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記吸入空気量調整手段は、吸気通路に配置されたスロットルバルブであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記吸入空気量調整手段は、吸気通路に開口して該吸気通路に空気を噴射するエアーインジェクタであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記吸入空気量調整手段は、吸気バルブの開時期、閉時期、リフト量の少なくともいずれかを可変可能とする動弁機構であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
   

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