JP2022061253A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無端状伝達部材の張力の増大を抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】クランクシャフトとカムシャフトが無端状伝達部材で伝達される内燃機関であって、カムシャフトは、バルブカムと、燃料ポンプ用ポンプカムとが設けられ、バルブカムが機関バルブから受ける回転方向に対して逆方向に作用するトルクが最大値をとる際に、ポンプカムは燃料ポンプから回転方向のトルクを受け、バルブカムが回転方向に作用するトルクが最大値をとる際に、ポンプカムは燃料ポンプから逆方向のトルクを受けるように、ポンプカム及びバルブカムの位相が調整されており、運転状態が高回転低負荷以外の場合には、燃料ポンプによって制御される燃圧の目標値である目標燃圧を、運転状態に応じて要求される要求燃圧に設定し、運転状態が高回転低負荷の場合には、目標燃圧を要求燃圧よりも高く設定する。【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

タイミングチェーンによってクランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達する内燃機関において、タイミングチェーンの不適切な張力を減少させる位相器を備えた構成が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５－０３６８０４号公報

上記特許文献のように位相器を設けると、構成が複雑化する恐れがある。

そこで本発明は、構成の複雑化を招くことなく無端状伝達部材の張力の増大を抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、クランクシャフトと、所定の回転方向に回転するカムシャフトと、前記クランクシャフトの回転を前記カムシャフトに伝達する無端状伝達部材と、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記カムシャフトは、前記内燃機関の機関バルブを開閉駆動するバルブカムと、燃料を加圧する燃料ポンプを駆動するポンプカムとが設けられ、前記バルブカムが前記機関バルブから受ける前記回転方向に対して逆方向に作用するトルクが最大値をとる際に、前記ポンプカムは前記燃料ポンプから前記回転方向のトルクを受け、前記バルブカムが前記機関バルブから受ける前記回転方向に作用するトルクが最大値をとる際に、前記ポンプカムは前記燃料ポンプから前記逆方向のトルクを受けるように、前記ポンプカム及びバルブカムの位相が調整されており、前記内燃機関の運転状態が高回転低負荷以外の場合には、前記燃料ポンプによって制御される燃圧の目標値である目標燃圧を、前記内燃機関の運転状態に応じて要求される要求燃圧に設定し、前記内燃機関の運転状態が前記高回転低負荷の場合には、前記目標燃圧を前記要求燃圧よりも高く設定する、内燃機関の制御装置によって達成できる。

本発明によれば、構成の複雑化を招くことなく無端状伝達部材の張力の増大を抑制できる内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は、本実施例のエンジンシステムの概略構成図である。 図２は、動弁機構の概略構成の説明図である。 図３は、動弁機構の概略構成の説明図である。 図４は、吸気カムシャフトに作用するトルクの推移を示したグラフである。 図５は、タイミングチェーンに作用する張力とエンジンの回転速度との関係を示したグラフである。 図６は、ＥＣＵが実行する燃圧制御の一例を示したフローチャートである。

［エンジンシステムの概略構成］
図１は、本実施例のエンジンシステム１の概略構成図である。エンジンシステム１は、エンジン１０と、エンジン１０を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０とを含む。エンジン１０は、直列に配置された気筒１１１～１１４を含む気筒群１１、筒内噴射弁群３７、及びポート噴射弁群２７を備えた火花点火式の直列４気筒エンジンである。エンジン１０は内燃機関の一例である。ＥＣＵ４０は、内燃機関の制御装置の一例である。

筒内噴射弁群３７は、気筒１１１～１１４内にそれぞれ燃料を噴射する筒内噴射弁３７１～３７４を含む。ポート噴射弁群２７は、気筒１１１～１１４に連通した吸気ポート１３内にそれぞれ燃料を噴射するポート噴射弁２７１～２７４を含む。筒内噴射弁群３７及びポート噴射弁群２７のそれぞれは、所定の通電期間で電磁コイルを通電して弁座から弁体を離隔させることにより燃料噴射量が調整される電磁駆動式の開閉弁である。

エンジン１０には、気筒群１１のそれぞれ対応する複数の吸気ポート１３を有する吸気通路１２と、不図示の複数の排気ポートを有する排気通路とが形成されている。気筒群１１のそれぞれでは、不図示のピストンが収納されて燃焼室が画定される。燃焼室は、吸気バルブ及び排気バルブにより開閉される。更にエンジン１０には、図示しない点火プラグを備えている。また、エンジン１０は、複数のピストンに連動したクランクシャフト１４と、クランクシャフト１４に連動して吸気バルブを駆動する吸気カムシャフト１５を備えている。また、クランクシャフト１４の回転角を検出するクランク角センサ１４ａが設けられている。

また、エンジンシステム１は、燃料タンク２１、低圧燃料ポンプ２２、プレッシャレギュレータ２３、低圧燃料配管２５、低圧デリバリパイプ２６、及び燃圧センサ２８を含む。燃料タンク２１には、燃料であるガソリンが貯留されている。低圧燃料ポンプ２２は、燃料を加圧して低圧燃料配管２５内に吐出する。プレッシャレギュレータ２３は、低圧燃料配管２５内に吐出される燃料を予め設定された低圧側の供給圧に調圧する。低圧燃料ポンプ２２は、ＥＣＵ４０により駆動が制御される。

低圧燃料配管２５及び低圧デリバリパイプ２６は、低圧燃料ポンプ２２から吐出された燃料をポート噴射弁群２７に供給する。低圧燃料ポンプ２２により所定の圧力レベルまで加圧されプレッシャレギュレータ２３により低圧側の供給圧に調圧された燃料は、低圧燃料配管２５を介して低圧デリバリパイプ２６に導入される。

ポート噴射弁群２７は、低圧デリバリパイプ２６に接続されており、気筒群１１にそれぞれ対応した吸気ポート１３内に燃料を噴射する。燃圧センサ２８は、低圧デリバリパイプ２６内の燃圧値を検出する。

また、エンジンシステム１は、高圧燃料ポンプ３１、高圧燃料配管３５、高圧デリバリパイプ３６、及び燃圧センサ３８を含む。高圧燃料ポンプ３１は、低圧燃料配管２５から分岐した分岐配管２５ａから燃料を吸入して、低圧燃料ポンプ２２からの供給圧レベルより高圧の高圧レベルに加圧する。分岐配管２５ａには、分岐配管２５ａ内の燃圧脈動を抑制するパルセーションダンパ２９が設けられている。

高圧燃料ポンプ３１は、具体的には、ポンプハウジング３１ｈと、ポンプハウジング３１ｈ内を摺動可能なプランジャ３１ｐと、ポンプハウジング３１ｈ及びプランジャ３１ｐ間で画定される加圧室３１ａとを含む。加圧室３１ａの容積は、プランジャ３１ｐの変位に応じて変化する。加圧室３１ａには、電磁弁３２が開いた状態で、低圧燃料ポンプ２２により加圧された燃料が分岐配管２５ａを介して導入される。加圧室３１ａ内の燃料は、プランジャ３１ｐにより高圧に加圧されて高圧燃料配管３５内に吐出される。

エンジン１０の吸気カムシャフト１５には、プランジャ３１ｐを駆動するポンプカム１９が装着されている。高圧燃料ポンプ３１は、ポンプカム１９により昇降されるフォロアリフタ３１ｆと、フォロアリフタ３１ｆをポンプカム１９側に付勢するポンプスプリング３１ｇとを有している。フォロアリフタ３１ｆにプランジャ３１ｐが連動し、フォロアリフタ３１ｆと共にプランジャ３１ｐも昇降する。

高圧燃料ポンプ３１の加圧室３１ａの燃料導入口部には、電磁弁３２が設けられている。電磁弁３２は、弁体３２ｖと、弁体３２ｖを駆動するコイル３２ｃと、弁体３２ｖを常に開方向に付勢するスプリング３２ｋとを有している。コイル３２ｃへの通電は、ＥＣＵ４０により制御される。コイル３２ｃが通電されると、弁体３２ｖは、スプリング３２ｋの付勢力に抗して低圧燃料配管２５の分岐配管２５ａと加圧室３１ａとを遮断する。コイル３２ｃが非通電の状態では、弁体３２ｖは、スプリング３２ｋの付勢力により開状態が維持される。

高圧燃料ポンプ３１と筒内噴射弁群３７との間の高圧燃料配管３５には、ばね付の逆止弁３４が設けられている。逆止弁３４は、高圧燃料ポンプ３１内の燃圧が高圧燃料配管３５内の燃圧より所定の分だけ高くなったときに開く。

高圧燃料ポンプ３１の吸入行程では、電磁弁３２が開きプランジャ３１ｐが下降して、燃料が低圧燃料配管２５の分岐配管２５ａから加圧室３１ａに充填される。加圧行程では、電磁弁３２が閉じプランジャ３１ｐの上昇に伴い加圧室３１ａの容積が減少し、加圧室３１ａ内の燃料が昇圧される。吐出行程では、加圧室３１ａ内の燃圧による力が逆止弁３４のばねの付勢力より大きくなったときに逆止弁３４が開き、昇圧された燃料が高圧燃料配管３５及び高圧デリバリパイプ３６へ供給される。上述したようにプランジャ３１ｐの昇降は、ポンプカム１９の回転により実現され、ポンプカム１９は吸気カムシャフト１５を介してクランクシャフト１４に連動しているため、高圧燃料ポンプ３１はクランクシャフト１４に連動して駆動される。

尚、ここでは電磁弁３２は非通電で開いた状態となるが、これに限定されない。例えば電磁弁３２は、コイル３２ｃ及びスプリング３２ｋの付勢方向をそれぞれ逆向きにして、非通電で閉じた状態となるものであってもよい。この場合、燃料の吸入行程でコイル３２ｃが通電され、加圧及び吐出行程で非通電になる。

高圧デリバリパイプ３６には、高圧燃料ポンプ３１により加圧された高圧の燃料が高圧燃料配管３５を介して蓄圧されている。高圧燃料配管３５及び高圧デリバリパイプ３６は、高圧燃料ポンプ３１から筒内噴射弁３７１～３７４に高圧の燃料を供給する。

筒内噴射弁群３７は、高圧デリバリパイプ３６内から気筒１１１～１１４のそれぞれの内部に所定の順序で高圧燃料を直接に噴射する。燃圧センサ３８は、高圧デリバリパイプ３６内の燃圧を検出する。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＥＣＵ４０は、ＲＯＭ内に予め格納された制御プログラムに従って、センサからの情報や予めＲＯＭに格納されている情報等に基づいて、後述する燃圧制御を実行する。詳しくは後述する。ＥＣＵ４０には、アクセル操作量Ａｃｃを検出するためのアクセル操作量センサ４１や、上述した燃圧センサ２８及び３８が電気的に接続されている。

ＥＣＵ４０は、クランク角センサ１４ａによって検出されたエンジン１０の回転速度ＮＥと、アクセル操作量センサ４１によって検出されたアクセル操作量Ａｃｃとに基づいて、筒内噴射弁群３７とポート噴射弁群２７の燃料噴射の分担比率を決定する。次に、分担比率と回転速度ＮＥとアクセル操作量Ａｃｃとに基づいて、筒内噴射弁３７１～３７４の各目標噴射量Ｑｄｔと、筒内噴射弁３７１～３７４のそれぞれから燃料を噴射する際の高圧デリバリパイプ３６の燃圧の目標値である目標燃圧Ｐｄｔとを算出する。目標燃圧Ｐｄｔは、原則的に、回転速度ＮＥが高いときには低いときに比して高くなるように算出され、アクセル操作量Ａｃｃが多いときには小さいときに比して高くなるように算出される。次にＥＣＵ４０は、目標噴射量Ｑｄｔと目標燃圧Ｐｄｔとに基づいて、筒内噴射弁３７１～３７４の各燃料噴射の実行時間である噴射時間Ｆｄｉを算出する。噴射時間Ｆｄｉは、目標噴射量Ｑｄｔが多いときには少ないときに比して長くなるように算出され、目標燃圧Ｐｄｔが高いときには低いときに比して短くなるように算出される。ＥＣＵ４０は、所定のクランク角間隔で筒内噴射弁３７１、３７３、３７４、３７２の順に、算出された噴射時間Ｆｄｉだけ通電する。このようにして、筒内噴射弁３７１～３７４の各燃料噴射量が目標噴射量Ｑｄｔに制御される。

同様にＥＣＵ４０は、上述した分担比率と回転速度ＮＥとアクセル操作量Ａｃｃとに基づいて、ポート噴射弁２７１～２７４の各目標噴射量Ｑｐｔと、ポート噴射弁２７１～２７４のそれぞれから燃料を噴射する際の低圧デリバリパイプ２６の燃圧の目標値である目標燃圧Ｐｐｔとを算出する。次にＥＣＵ４０は、目標噴射量Ｑｐｔと目標燃圧Ｐｐｔとに基づいて、ポート噴射弁２７１～２７４の各燃料噴射の実行時間である噴射時間Ｆｐｉを算出する。ＥＣＵ４０は、所定のクランク角間隔でポート噴射弁２７１、２７３、２７４、２７２の順に、算出された噴射時間Ｆｐｉだけ通電する。このようにして、ポート噴射弁２７１～２７４の各燃料噴射量が目標噴射量Ｑｐｔに制御される。尚、目標燃圧Ｐｄｔ及びＰｐｔは、原則的には高負荷運転時には高い値に設定され、低負荷運転時には低い値に設定される。

［動弁機構の概略構成］
図２及び図３は、動弁機構の概略構成の説明図である。吸気カムシャフト１５には、吸気バルブ６３を駆動するバルブカムである吸気カム１７１～１７４が設けられている。具体的には、気筒１１１用の２つの吸気バルブをそれぞれ駆動する２つの吸気カム１７１、気筒１１２用の２つの吸気バルブをそれぞれ駆動する２つの吸気カム１７２、気筒１１３用の２つの吸気バルブをそれぞれ駆動する２つの吸気カム１７３、気筒１１４用の２つの吸気バルブをそれぞれ駆動する２つの吸気カム１７４が設けられている。吸気カム１７１～１７４のそれぞれは１つのカム山を有しており、吸気カムシャフト１５が１回転する間に対応する吸気バルブ６３を１回開閉させる。同じ気筒に対して設けられた２つの吸気カムのカム山の位置は、吸気カムシャフト１５に対して同じ角度位置に設けられている。尚、図３では、吸気カム１７１のみを示し、他の吸気カム１７２～１７４については省略してある。

吸気カムシャフト１５の端には、タイミングチェーン５０が巻き掛けられるスプロケットを備えた吸気側バルブタイミング変更機構５１が取り付けられている。吸気側バルブタイミング変更機構５１は、油圧によって吸気カムシャフト１５に対するスプロケットの位相を変更する機構である。吸気側バルブタイミング変更機構５１は、油圧によって吸気カムシャフト１５に対するスプロケットの位相を変更することにより、クランクシャフト１４の回転位相に対して吸気カムシャフト１５の回転位相を進角又は遅角させる。これにより、吸気バルブ６３の開閉タイミングを変更する。

同様に、排気カムシャフト１６には、排気バルブを駆動するバルブカムである排気カム１８１～１８４が設けられている。排気カムシャフト１６の端には、タイミングチェーン５０が巻き掛けられるスプロケットを備えた排気側バルブタイミング変更機構５２が取り付けられている。排気側バルブタイミング変更機構５２は、油圧によって排気カムシャフト１６に対するスプロケットの位相を変更する機構である。排気側バルブタイミング変更機構５２も同様に排気バルブの開閉タイミングを変更する。

吸気側バルブタイミング変更機構５１のスプロケット及び排気側バルブタイミング変更機構５２のスプロケットには、タイミングチェーン５０が巻き掛けられている。タイミングチェーン５０はクランクシャフト１４に設けられたスプロケットにも巻き掛けられている。そのため、この内燃機関では、クランクシャフト１４の回転力がタイミングチェーン５０を介して吸気カムシャフト１５及び排気カムシャフト１６に伝達される。タイミングチェーン５０は、無端状伝達部材の一例である。したがって、クランクシャフト１４が回転するとそれに伴って吸気カムシャフト１５及び排気カムシャフト１６が回転し、吸気カム１７１～１７４によって吸気バルブが開閉され、排気カム１８１～１８４によって排気バルブが開閉される。クランクシャフト１４が２回転する間に、吸気カムシャフト１５及び排気カムシャフト１６はそれぞれ１回転する。

図２に示されているように、ポンプカム１９は、吸気側バルブタイミング変更機構５１から最も離れた位置にある気筒の吸気バルブを駆動する２つの吸気カム１７４の間に設けられているがこれに限定されない。

図３に示されているように、ポンプカム１９は４つのカム山を有している。ポンプカム１９では、４つのカム山が、各々の頂点が吸気カムシャフト１５の回転中心軸Ｃ１を中心に９０°の間隔で並ぶように配置されている。従って、吸気カムシャフト１５が１回転する間に高圧燃料ポンプ３１のフォロアリフタ３１ｆ及びプランジャ３１ｐがポンプカム１９によって４回往復動させられる。

高圧燃料ポンプ３１のフォロアリフタ３１ｆが上方からポンプカム１９に当接しているのに対して、吸気バルブ６３を駆動するロッカアーム６０のローラ６１が下方から吸気カム１７１に当接している。

ロッカアーム６０は、中央にローラ６１を備え、一端がラッシュアジャスタ６２により下方から支持され、他端が吸気バルブ６３のステムの末端により下方から支持されている。吸気バルブ６３はバルブスプリング６４によって閉弁方向、すなわち上方に向かって付勢されている。これにより、ラッシュアジャスタ６２によって支持されている部分を支点にロッカアーム６０が吸気バルブ６３によって吸気カム１７１側に押し上げられており、ローラ６１が吸気カム１７１に押し付けられている。

［カムシャフトに作用するトルク］
図４は、吸気カムシャフト１５に作用するトルクの推移を示したグラフである。縦軸はトルクを示し、横軸は時間を示す。図４では、吸気カムシャフト１５の回転方向に作用するトルクを正の値として示し、吸気カムシャフト１５の回転方向とは逆方向に作用するトルクを負の値として示している。図４では、低燃圧時での合成トルクを実線で示し、高燃圧時での合成トルクを点線で示し、低燃圧時でのポンプトルクを一点鎖線で示し、高燃圧時でのポンプトルクを二点鎖線で示し、バルブトルクを破線で示している。合成トルクとは、吸気カムシャフト１５の吸気カム１７１～１７４に作用する吸気バルブからのバルブトルクと、ポンプカム１９に作用する高圧燃料ポンプ３１からのポンプトルクとを合成したトルクである。即ち、吸気カムシャフト１５全体には常にこの合成トルクが作用している。また、低燃圧時及び高燃圧時での「燃圧」は、高圧燃料ポンプ３１により制御される高圧デリバリパイプ３６の燃圧を意味し、即ち、筒内噴射弁３７１～３７４から噴射される燃料の圧力を意味する。

ここで、吸気カム１７１～１７４のカム山は、吸気カムシャフト１５の回転中心軸Ｃ１を中心とした９０°の等角度間隔で配置されている。このため吸気カムシャフト１５が一回転する間にバルブトルクは略同じ波形が４つ繰り返される。同様に、ポンプカム１９のカム山も図３に示したように９０°の等角度間隔で４つ設けられているため、吸気カムシャフト１５が一回転する間にほぼ同じ波形が４つ繰り返される。

バルブトルクは以下のようにして作用する。吸気カムシャフト１５が回転することにより、吸気カム１７１とローラ６１との接触地点がカム山の手前の地点からカム山の頂点に至る間に、バルブトルクが負の値となって負の最大値を得て再び上昇する。吸気カム１７１は、バルブスプリング６４の付勢力に抗して吸気バルブ６３が開弁するようにロッカアーム６０のローラ６１を押圧するため、吸気カム１７１への回転の抵抗となり、バルブトルクが負の最大値となる。その後に徐々に吸気カム１７１に作用するバルブスプリング６４からの付勢力が低下するため、バルブトルクが上昇する。

吸気カム１７１とローラ６１との接触地点がカム山の頂点に至ると、吸気カム１７１の回転に対して抵抗となるトルクは略ゼロとなり、バルブトルクは略ゼロとなる。更に吸気カムシャフト１５が回転して、吸気カム１７１とローラ６１との接触地点がカム山の頂点を越えて回転すると、吸気カム１７１にはバルブスプリング６４の付勢力が吸気カムシャフト１５の回転を後押しするようにトルクが作用するため、この期間ではバルブトルクが上昇して正の最大値となる。その後、吸気カム１７１のベース円部とローラ６１を得て再び下降してゼロとなる。次に吸気カム１７１の次には、吸気カム１７３、１７４、及び１７２の順により上記のようなバルブトルクが周期的に作用する。

ポンプトルクは以下のようにして作用する。ポンプカム１９とフォロアリフタ３１ｆとの接触地点がカム山の手前の地点からカム山の頂点に至る間に、ポンプトルクは負の値となって負の最大値を得て再び上昇する。ポンプカム１９はポンプスプリング３１ｇの付勢力に抗してフォロアリフタ３１ｆを押し上げるため、ポンプトルクが負の最大値となり、その後に徐々にポンプカム１９に作用するポンプスプリング３１ｇからの付勢力が低下するからである。ポンプカム１９とフォロアリフタ３１ｆとの接触地点がカム山の頂点に至ると、ポンプカム１９の回転に対して抵抗となるトルクは略ゼロとなり、ポンプトルクは略ゼロとなる。更に吸気カムシャフト１５が回転してポンプカム１９とフォロアリフタ３１ｆとの接触地点がカム山の頂点を越えて回転すると、ポンプカム１９にはポンプスプリング３１ｇの付勢力に従って吸気カムシャフト１５の回転を後押しするようにトルクが作用するため、この期間ではポンプトルクが上昇して正の最大値となって再び下降してゼロとなる。このようにポンプカム１９の１つ目のカム山の次に、２つ目、３つ目、及び４つ目のカム山により、上記のようなポンプトルクが周期的に作用する。

ここで、図４に示すように、バルブトルクとポンプトルクとが正負逆の値となるように位相が調整されている。従って、合成トルクの振幅はバルブトルクの振幅よりも小さくなっており、吸気カムシャフト１５全体に作用するトルクの変動幅が抑制されている。

バルブトルクとポンプトルクとが正負逆の値となるようにするために、吸気カム１７１～１７４とポンプカム１９とのカム山の角度位置関係を、例えば以下のように設定することができる。ポンプカム１９の４つのカム山の角度位置をそれぞれ０°、９０°、１８０°、２７０°とする。ポンプカム１９が４５°の位置でフォロアリフタ３１ｆに接触した時点で、吸気カム１７１の一つのカム山の頂点が、対応するロッカアーム６０のローラ６１に接触する。ポンプカム１９が１３５°の位置でフォロアリフタ３１ｆに接触した時点で、吸気カム１７３のカム山の頂点が、対応するロッカアーム６０のローラ６１に接触する。ポンプカム１９が２２５°の位置でフォロアリフタ３１ｆに接触した時点で、次の吸気カム１７４のカム山の頂点が、対応するロッカアーム６０のローラ６１に接触する。ポンプカム１９が３１５°の位置でフォロアリフタ３１ｆに接触した時点で、次の１７２のカム山の頂点が、対応するロッカアーム６０のローラ６１に接触する。このように構成することにより、バルブトルクとポンプトルクとが正負逆の値となるようにすることができる。

尚、バルブトルクとポンプトルクとを厳密に正負逆の値となるようにする必要はなく、即ち、バルブトルクがゼロになるタイミングとポンプトルクがゼロになるタイミングとはずれていてもよい。例えば、バルブトルクが正の最大値となる際にポンプトルクは負の値をとり、バルブトルクが負の最大値となる際にポンプトルクは正の値をとればよい。これにより、合成トルクの振幅はバルブトルクの振幅よりも小さくすることができる。

図４に示すように、高燃圧時のポンプトルクの負の最大値の絶対値は、低燃圧時のポンプトルクの負の最大値の絶対値よりも大きい。この理由は、高燃圧時では、ポンプスプリング３１ｇの付勢力に加えて、加圧室３１ａ内の燃料をプランジャ３１ｐにより高圧燃料配管３５内に吐出される際に大きな圧力が必要となり、これにより、ポンプカム１９の回転に大きな抵抗となるからである。

高燃圧時のポンプトルクの正の最大値は、低燃圧時のポンプトルクと略同じであるか又は僅かに大きい。この理由は、ポンプトルクが正の値となる際には、主にポンプスプリング３１ｇの付勢力により吸気カムシャフト１５の回転を後押しするようにバルブトルクが作用するからであり、この際にはプランジャ３１ｐが下降して加圧室３１ａ内に新たな燃料が吸入されるが、加圧室３１ａ内に新たに導入された燃料の圧力のポンプカム１９への影響は小さいからである。

また、バルブスプリング６４の付勢力はポンプスプリング３１ｇの付勢力よりも大きいため、バルブトルクの正の最大値はポンプトルクの正の最大値よりも大きく、バルブトルクの負の最大値の絶対値は、低燃圧時でのポンプトルクの負の最大値の絶対値よりも大きい。このため、低燃圧時では、合成トルクに対してバルブトルクの方がポンプトルクよりも支配的である。

しかしながら、上述したように高燃圧時でのポンプトルクの負の最大値の絶対値は、低燃圧時でのポンプトルクの負の最大値の絶対値よりも大きい。また、上述したように、ポンプトルクとバルブトルクとは正負逆の値をとる。このため、高燃圧時では合成トルクの正の最大値は、低燃圧時での合成トルクの正の最大値よりも小さく、高燃圧時での合成トルクの負の最大値の絶対値は、低燃圧時での合成トルクの負の最大値の絶対値よりも小さい。このように、高燃圧時での合成トルクの振幅は、低燃圧時での合成トルクよりも振幅が小さい。即ち、吸気カムシャフト１５に作用する合成トルクの変動幅は、高燃圧時での方が低燃圧時よりも抑制されている。

［タイミングチェーンの張力］
図５は、タイミングチェーン５０に作用する張力とエンジン１０の回転速度ＮＥとの関係を示したグラフである。縦軸はタイミングチェーン５０に作用する張力を示し、横軸はエンジン１０の回転速度ＮＥを示している。図５には、低燃圧時での張力を実線で示し、高燃圧時での張力を点線で示している。ここで、「燃圧」は、上述した場合と同様に高圧燃料ポンプ３１により制御される高圧デリバリパイプ３６の燃圧を意味する。

図５に示すようにタイミングチェーン５０に作用する張力は、回転速度ＮＥが大きくなるほど増大する傾向がある。これは、回転速度ＮＥが大きい場合に小さい場合よりも、吸気バルブ６３や高圧燃料ポンプ３１を駆動する際に吸気カムシャフト１５に作用するトルクが大きくなるためと考えられる。また、所定の回転速度でタイミングチェーン５０の張力が顕著に高くなっている。これは、タイミングチェーン５０に応じて定まる共振周波数に、タイミングチェーン５０への入力トルクの周波数が一致するために生じたものと考えられる。ここで、入力トルクとは、吸気カムシャフト１５に加わる合成トルクである。

図５に示すように、回転速度ＮＥが閾値α未満の領域では、張力は燃圧によらずにほぼ同じである。しかしながら回転速度ＮＥが閾値α以上の領域では、高燃圧時での張力の方が低燃圧時での張力よりも小さい。これは、図４に示したように、吸気カムシャフト１５に作用する合成トルクの変動の振幅が高燃圧時の方が低燃圧時よりも小さいことに起因していると考えられる。このように、回転速度ＮＥが閾値α以上で低燃圧時にタイミングチェーン５０に大きな張力が作用すると、タイミングチェーン５０の強度余裕が減少し、また強度の高いタイミングチェーンを用意する必要があり、またはタイミングチェーン５０の張力を調整するための新たな機構などを設ける必要性が生じる。

［燃圧制御］
そこで、ＥＣＵ４０は、以下のような燃圧制御を実行する。図６は、ＥＣＵ４０が実行する燃圧制御の一例を示したフローチャートである。本制御は繰り返し実行される。ＥＣＵ４０は、エンジン１０の運転状態が高回転低負荷であるか否かを判定する（ステップＳ１）。即ち、エンジン１０の回転速度ＮＥが上述した閾値α以上の高回転状態であって、且つ設定されている目標燃圧Ｐｄｔが図５に示すように低燃圧に制御されているか否かを判定する。ここで、目標燃圧Ｐｄｔは、筒内噴射弁３７１～３７４のそれぞれから燃料を噴射する際の高圧デリバリパイプ３６の燃圧の目標値である。目標燃圧Ｐｄｔが低燃圧であるか否の判定は、目標燃圧Ｐｄｔが回転速度ＮＥに応じて定められた閾値未満であるか否かにより判定される。

ステップＳ１でＮｏの場合、即ち、エンジン１０の運転状態が高回転高負荷や低回転低負荷、又は低回転高負荷の場合には、上述したようにタイミングチェーン５０への張力が増大する恐れは少ないものとみなして、ＥＣＵ４０は目標燃圧Ｐｄｔを、エンジン１０の運転状態に応じて定められる要求燃圧に設定する（ステップＳ２）。即ち、通常時での燃圧制御が実行される。

ステップＳ１でＹｅｓの場合、即ち、エンジン１０の運転状態が高回転低負荷の場合、タイミングチェーン５０の張力が増大するおそれが高いものとみなして、ＥＣＵ４０は目標燃圧Ｐｄｔを、エンジン１０の運転状態に応じて定められる要求燃圧よりも高い値に設定する（ステップＳ３）。これにより、構成の複雑化を招くことなくタイミングチェーン５０の張力の増大を抑制することができる。

尚、ステップＳ３で要求燃圧よりも高く目標燃圧Ｐｄｔを設定した場合には、筒内噴射弁３７１～３７４の各目標噴射量Ｑｄｔが通常時と同様となるように、通電期間を短く設定することが好ましい。これにより、エンジン１０の出力への影響を抑制できる。

［その他］
上記実施例では、吸気カムシャフト１５にポンプカム１９が設けられていたが、これに限定されず、排気カムシャフト１６にポンプカム１９を設けてもよい。上記実施例では、無端状伝達部材の一例としてタイミングチェーン５０を説明したが、これに限定されずタイミングベルトであってもよい。

直列３気筒エンジンでは、角が丸められた３つのカム山を有した略正方形のポンプカムを用いる。ポンプカムの３つのカム山の角度位置をそれぞれ０°、１２０°、２４０°とする。この場合も、本実施例と同様に、バルブトルクとポンプトルクとが正負逆の値となるように位相が設定されていることが好ましい。例えば、以下のようにバルブカムとポンプカムの角度位置関係が設定されていることが好ましい。ポンプカムが６０°の位置で高圧燃料ポンプのフォロアリフタに接触した時点で、位相が異なる３つのバルブカムの一つのカム山の頂点が、対応するロッカアームのローラに接触する。ポンプカムが１８０°の位置でフォロアリフタに接触した時点で、次のバルブカムのカム山の頂点が、対応するロッカアームのローラに接触する。ポンプカムが３００°の位置でフォロアリフタに接触した時点で、次のバルブカムのカム山の頂点が、対応するロッカアームのローラに接触する。このように構成することにより、カムシャフトに作用するトルクの変動幅を抑制できる。

直列６気筒エンジンの場合には、角が丸められた６つのカム山を有した略正六角形のポンプカムを用いる。ポンプカムの６つのカム山の角度位置をそれぞれ０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°とする。この場合、以下のようにポンプカムとバルブカムの角度位置関係を設定することが好ましい。ポンプカムが３０°の位置でフォロアリフタに接触した時点で、位相が異なる６つのバルブカムの一つのカム山の頂点が、対応するロッカアームのローラに接触する。ポンプカムが９０°の位置でフォロアリフタに接触した時点で、次のバルブカムのカム山の頂点が、対応するロッカアームのローラに接触する。ポンプカムが１５０°の位置でフォロアリフタに接触した時点で、次のバルブカムのカム山の頂点が、対応するロッカアームのローラに接触する。ポンプカムが２１０°の位置でフォロアリフタに接触した時点で、次のバルブカムのカム山の頂点が、対応するロッカアームのローラに接触する。ポンプカムが２７０°の位置でフォロアリフタに接触した時点で、次のバルブカムのカム山の頂点が、対応するロッカアームのローラに接触する。ポンプカムが３３０°の位置でフォロアリフタに接触した時点で、次のバルブカムのカム山の頂点が、対応するロッカアームのローラに接触する。このような構成によっても、カムシャフトに作用するトルクの変動幅を抑制できる。

直列２気筒エンジンでは、角が丸められた２つのカム山を有した楕円形のポンプカムを用いる。ポンプカムの２つのカム山の角度位置をそれぞれ０°、１８０°とする。この場合、以下のようにポンプカムとバルブカムの角度位置関係を設定することが好ましい。ポンプカムが９０°の位置でフォロアリフタに接触した時点で、位相が異なる２つのバルブカムの一つのカム山の頂点が、対応するロッカアームのローラに接触する。ポンプカムが２７０°の位置でフォロアリフタに接触した時点で、次のバルブカムのカム山の頂点が対応するロッカアームのローラに接触する。このような構成により、カムシャフトに作用するトルクの変動を抑制できる。

このように、ｎ個の気筒が設けられた直列エンジンに対しては、ｎ個のカム山が等角度間隔で設けられたポンプカムを用いて、バルブトルクとポンプトルクとが正負逆の値となるように位相が設定されていることが好ましい。

本実施例では、図３に示したように動弁機構としてスイングアーム式を例に説明したが、これに限定されず、直接駆動式であってもよい。

また、上記の実施の形態の内燃機関の制御装置は、車両用内燃機関に適用した例について説明したが、動力源として内燃機関を用いるものであれば適用可能であり、例えば、所謂ハイブリッド車や自動二輪車等に搭載される内燃機関はもとより、船舶や建設機械等のように車両以外のものに搭載される内燃機関にも適用可能である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ エンジンシステム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ 気筒群
１１１～１１４ 気筒
１４ クランクシャフト
１４ａ クランク角センサ
１５ 吸気カムシャフト
１６ 排気カムシャフト
１７１～１７４ 吸気カム
１９ ポンプカム
２２ 低圧燃料ポンプ
２５ 低圧燃料配管
２６ 低圧デリバリパイプ
２７ ポート噴射弁群
２７１～２７４ ポート噴射弁
２８ 燃圧センサ
３１ 高圧燃料ポンプ
３１ｆ フォロアリフタ
３１ｇ ポンプスプリング
３５ 高圧燃料配管
３６ 高圧デリバリパイプ
３７ 筒内噴射弁群
３７１～３７４ 筒内噴射弁
４０ ＥＣＵ
５０ タイミングチェーン（無端状伝達部材）
６０ ロッカアーム
６１ ローラ
６２ ラッシュアジャスタ
６３ 吸気バルブ
６４ バルブスプリング

Claims (1)

1. クランクシャフトと、所定の回転方向に回転するカムシャフトと、前記クランクシャフトの回転を前記カムシャフトに伝達する無端状伝達部材と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記カムシャフトは、前記内燃機関の機関バルブを開閉駆動するバルブカムと、燃料を加圧する燃料ポンプを駆動するポンプカムとが設けられ、
   前記バルブカムが前記機関バルブから受ける前記回転方向に対して逆方向に作用するトルクが最大値をとる際に、前記ポンプカムは前記燃料ポンプから前記回転方向のトルクを受け、前記バルブカムが前記機関バルブから受ける前記回転方向に作用するトルクが最大値をとる際に、前記ポンプカムは前記燃料ポンプから前記逆方向のトルクを受けるように、前記ポンプカム及びバルブカムの位相が調整されており、
   前記内燃機関の運転状態が高回転低負荷以外の場合には、前記燃料ポンプによって制御される燃圧の目標値である目標燃圧を、前記内燃機関の運転状態に応じて要求される要求燃圧に設定し、
   前記内燃機関の運転状態が前記高回転低負荷の場合には、前記目標燃圧を前記要求燃圧よりも高く設定する、内燃機関の制御装置。
   

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