JP3147770B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の制御装置
に係り、より詳しくは、燃焼室へ燃料を直接噴射する燃
料噴射弁と、吸気弁の作動タイミングを調整する可変バ
ルブタイミング機構とを備えた火花点火式の内燃機関に
おいて、前記吸気弁の作動タイミングに応じて燃料噴射
弁による燃料の噴射時期を制御するようにした内燃機関
の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料噴射弁の噴孔から燃料（ガソ
リン)を燃焼室内へ直接噴射する、いわゆる筒内噴射式
の内燃機関が知られている（例えば特開平５−２４８２
７７号公報参照）。この内燃機関では、燃料が吸気行程
で噴射される場合、噴射時期と排気エミッション（Ｈ
Ｃ、スモーク等の量）との間に一定の関係がみられ、噴
射時期と出力との間に一定の関係がみられる。

【０００３】前者においては、クランクシャフトの回転
（クランク角）に関し、ＨＣ及びスモークの量の少ない
角度範囲があり、その範囲よりも早いタイミングで燃料
が噴射されても、遅いタイミングで燃料が噴射されても
ＨＣ及びスモークの量が増加し、排気エミッションが悪
化する。特に、前記角度範囲よりも遅いタイミングに関
しては、吸気弁による吸気通路の閉鎖時を境にＨＣ及び
スモークの量が急に増加する。また、後者においては、
クランク角に関し出力の高い角度範囲があり、その範囲
よりも遅いタイミングで燃料が噴射されると出力が低下
する。特に、吸気弁による吸気通路の閉鎖時を境に出力
が急に低下する。

【０００４】吸気通路の閉鎖時よりも遅く燃料が噴射さ
れた場合に、排気エミッション及び出力がともに急激に
悪化するのは次の理由によるものと考えられる。この時
期に燃料が噴射されると、点火までの時間が短く、十分
に燃料が気化されない。特に、吸気弁によって吸気通路
が閉鎖された後には吸入空気の乱れが急速に弱まる。こ
のため、吸入空気と燃料とのミキシングが不十分とな
り、燃料が偏在し、排気エミッションや出力が悪化す
る。従って、前記角度範囲内、特に吸気通路の閉鎖時よ
りも前のタイミングで燃料を噴射することが、排気エミ
ッションや出力の観点から望ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した技
術を、機関運転状態に応じて吸気弁の作動タイミングを
変化させることにより性能向上を狙った可変バルブタイ
ミング機構（ＶＶＴ）を搭載した内燃機関に適用した場
合、吸気通路の閉鎖時期が変化するため次に示す不具合
が生ずる。それは、吸気弁による吸気通路の閉鎖時期が
早められた場合、それに従いＨＣ及びスモークの量が急
に増大する際の時期も早められる。この時期の変化を考
慮しないと、吸気通路の閉鎖後にも燃料が噴射され、そ
の結果、排気エミッションや出力が悪化するおそれがあ
る。

【０００６】なお、前述した不具合の対策として、高回
転・高負荷域でも噴射期間が十分短くなるように燃料噴
射弁の噴射率（単位時間当たりの噴射流量）を大きくす
ることが考えられる。このようにすれば、吸気弁による
吸気通路の閉鎖時よりも前に燃料噴射を終了させること
が可能である。しかし、この方法では必要燃料量が少な
いときに、その量の燃料を精度よく噴射することが難し
い。

【０００７】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は内燃機関の運転状態に応じて変化
する吸気弁の作動タイミング、特にその吸気弁による吸
気通路の閉鎖時に応じて燃料の噴射終了時期を制御する
ことにより、混合気を良好に形成することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の第１の発明は、火花点火式内燃機関
の燃焼室に吸入空気を導くための吸気通路を開閉する吸
気弁と、前記吸気弁の作動タイミングを調整するための
可変バルブタイミング機構と、開弁時間に応じた量の燃
料を前記燃焼室へ直接噴射する燃料噴射弁と、前記内燃
機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記吸
気弁が前記運転状態検出手段による運転状態に応じた目
標作動タイミングで吸気通路を開閉するように、前記可
変バルブタイミング機構を制御する第１の制御手段と、
ピストンの移動にともなう負圧により吸入空気が燃焼室
へ吸入される吸気行程において、前記燃料噴射弁が前記
運転状態検出手段による運転状態に応じた目標噴射時期
に開弁して燃料を噴射するように、同燃料噴射弁を制御
する第２の制御手段と、前記第２の制御手段での目標噴
射終了時期が、前記第１の制御手段での吸気弁による吸
気通路の閉鎖時期に対応する所定時期よりも遅いときに
は、前記目標噴射時期を補正することにより、前記目標
噴射終了時期を前記所定時期よりも早める噴射時期補正
手段とを備えている。

【０００９】上記第１の発明によると、運転状態検出手
段は内燃機関の運転状態を検出する。第１の制御手段
は、検出された運転状態に応じた目標作動タイミングに
従い、吸気弁が吸気通路を開閉するように可変バルブタ
イミング機構を制御する。また、第２の制御手段は、吸
気行程において、燃料噴射弁が運転状態検出手段による
運転状態に応じた目標噴射時期に開弁して燃料を噴射す
るように同燃料噴射弁を制御する。さらに、目標噴射終
了時期が吸気弁による吸気通路の閉鎖時期に対応する所
定時期よりも遅いとき、噴射時期補正手段は目標噴射時
期を補正することにより、目標噴射終了時期を所定時期
よりも早める。従って、可変バルブタイミング機構によ
って吸気弁の作動タイミングが変更されて、吸気通路の
閉鎖時期が変化しても、混合気形成が急激に悪化する所
定時期よりも前に、燃料噴射を終了させることが可能と
なる。

【００１０】請求項２に記載の第２の発明は、前記第１
の発明における噴射時期補正手段が、前記目標噴射終了
時期の前記所定時期に対する遅延量を算出し、前記目標
噴射時期をその遅延量だけ早めるようにしている。

【００１１】上記第２の発明によると、噴射時期補正手
段は目標噴射終了時期が所定時期に対しどれだけ遅れて
いるか、その遅延量を算出する。そして、目標噴射時期
をその算出した遅延量だけ早めるよう補正する。このよ
うに必要最少量だけ目標噴射時期が早められる。従っ
て、燃料噴射弁による燃料の噴射開始時期が極端に早く
なると混合気の形成が悪化するものの、この悪化を最小
限にとどめることが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、第１，２の発明を具体化し
た一実施の形態を図面に従って説明する。図１に示すよ
うに、車両には内燃機関としてのガソリンエンジン（以
下、単にエンジンという）１１が搭載されている。エン
ジン１１のシリンダブロック１２には複数のシリンダボ
ア１４が並設され、各シリンダボア１４内にピストン１
５が往復動可能に収容されている。各ピストン１５はコ
ネクティングロッド１６を介しクランクシャフト１７に
連結されている。各ピストン１５の往復運動はコネクテ
ィングロッド１６によって回転運動に変換された後、ク
ランクシャフト１７に伝達される。

【００１３】シリンダブロック１２及びシリンダヘッド
１３間において、各ピストン１５の上側には燃焼室１８
が形成されている。シリンダヘッド１３には、各燃焼室
１８に開口する吸気ポート１９及び排気ポート２０がそ
れぞれ設けられている。シリンダヘッド１３には、吸気
弁２１及び排気弁２２がそれぞれ往復動可能に支持され
ている。吸気弁２１はバルブスプリング（図示略）によ
って、吸気ポート１９を閉鎖する方向である斜め右上方
へ付勢され、排気弁２２はバルブスプリング（図示略）
によって、排気ポート２０を閉鎖する方向である斜め左
上方へ付勢されている。シリンダヘッド１３において吸
気弁２１の上方には吸気側カムシャフト２３が回転可能
に設けられ、排気弁２２の上方には排気側カムシャフト
２４が回転可能に設けられている。

【００１４】各カムシャフト２３，２４の端部にそれぞ
れ設けられたタイミングプーリ２５，２６は、タイミン
グベルト２７により前記クランクシャフト１７に駆動連
結されている。タイミングベルト２７はクランクシャフ
ト１７の回転を両タイミングプーリ２５，２６に伝達す
る。タイミングプーリ２５，２６の回転にともないカム
シャフト２３，２４が回転すると、カムの押し下げ力と
バルブスプリングの付勢力とが釣り合うように吸気弁２
１及び排気弁２２が往復動し、ポート１９，２０がその
弁２１，２２により開放及び閉鎖される。

【００１５】吸気ポート１９にはエアクリーナ２８、ス
ロットルバルブ２９、サージタンク３０、吸気マニホー
ルド３１等を備えた吸気通路３２が接続されている。エ
ンジン１１の外部の空気は吸気通路３２の各部材２８，
２９，３０，３１を順に通過して燃焼室１８に取り込ま
れる。

【００１６】スロットルバルブ２９は、吸気通路３２内
に軸２９ａにより回動可能に支持されている。軸２９ａ
はワイヤ等を介して運転席のアクセルペダル（図示略）
に連結されており、運転者によるアクセルペダルの踏み
込み操作に連動してスロットルバルブ２９と一体に回動
する。吸気通路３２を流れる空気（吸入空気）の量は、
スロットルバルブ２９の回動角度に応じて決定される。

【００１７】吸気ポート１９の下方近傍には、気筒数と
同数の燃料噴射弁としてのインジェクタ３３が配設され
ている。各インジェクタ３３は吸気ポート１９に沿って
配置され、シリンダボア１４の中心軸線Ｌ１に対し傾斜
している（図３参照）。各インジェクタ３３はソレノイ
ドコイル及びニードルバルブを備えている。ニードルバ
ルブは、ソレノイドコイルへの通電により作動して噴孔
を開放（開弁）する。すると、噴孔から燃料が吸気ポー
ト１９を通過せず燃焼室１８へ直接噴射される。この際
の噴射量はニードルバルブが開いている間に燃料が噴射
される時間、すなわちニードルバルブを作動させるため
のソレノイドコイルへの通電時間によって決定される。
通電時間が長くなるほど開弁時間が長くなり、噴射燃料
量が多くなる。

【００１８】燃料の噴射方向は、ピストン１５が図３に
示すように下死点まで移動したときにも、燃料噴霧１０
がシリンダボア１４の壁面に直接衝突しないように設定
されている。これは、シリンダボア１４の壁面に燃料が
付着し、その付着燃料によってエンジンオイルが希釈さ
れるのを防止するとともに、同付着燃料が未燃ＨＣとし
て排出され、排気エミッションを悪化させるのを防止す
るためである。

【００１９】また、これに関連して本実施の形態では、
ピストン１５の頂部に凹所１５ａが形成されている。こ
れは、頂面が平らなピストンでは、インジェクタ３３か
ら噴射された燃料噴霧１０がピストンの頂面に衝突した
後、同頂面上を移動しシリンダボア１４の壁面に達し油
膜に吸着されるからである。そのため、ここでは、ピス
トン１５の頂部に凹所１５ａを設けることで、その凹所
１５ａの周囲に環状の壁１５ｂを形成している。そし
て、ピストン１５頂面上の燃料が凹所１５ａの周辺に達
したとき、壁１５ｂによって燃料の移動方向をピストン
１５の上方へ切り替え、燃料がシリンダボア１4の壁面
に達しないようにしている。

【００２０】インジェクタ３３から噴射された燃料噴霧
１０は燃焼室１８内の空気と混ざり合って混合気とな
る。この混合気に着火するために、シリンダヘッド１３
においてシリンダボア１４の中心軸線Ｌ１の近傍には点
火プラグ（点火栓）３４が取り付けられている。図１に
示すように点火プラグ３４は、ディストリビュータ３５
によって分配された点火信号に基づいて駆動される。デ
ィストリビュータ３５は、イグナイタ３６から出力され
る高電圧を、クランクシャフト１７の回転角（クランク
角）に同期して点火プラグ３４に分配して印加する。そ
して、燃焼室１８内の混合気は点火プラグ３４の点火に
よって爆発・燃焼される。このときに生じた高温高圧の
燃焼ガスによりピストン１５が往復動させられ、クラン
クシャフト１７が回転してエンジン１１の駆動力が得ら
れる。

【００２１】排気ポート２０には排気マニホールド３
７、触媒コンバータ３８等を備えた排気通路３９が接続
されている。燃焼室１８で生じた燃焼ガスは、排気通路
３９の各部材３７，３８等を順に通ってエンジン１１の
外部へ排出される。

【００２２】前記エンジン１１においては、混合気が燃
焼室１８内で生成されて燃焼ガスが排出されるまでの期
間、すなわち１サイクルの間に、ピストン１５が２往復
してクランクシャフト１７が２回転する。このサイクル
は吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程の４つの
行程からなる。ここで、燃焼室１８内に供給される燃料
と空気とのミキシング、特に燃料量の多い高負荷時での
ミキシングが重要である。ミキシングが不十分であると
燃焼が悪化し、出力、燃費、排気エミッション等が悪化
する。また、混合気のミキシングには燃焼室１８内での
吸入空気の乱れや、噴射された燃料の微粒化が必要であ
り、これらは燃料の噴射時期の影響を大きく受ける。燃
料が燃焼室１８に直接供給されるため、燃料噴射は排気
弁２２の閉弁時から点火までの期間に行われなければな
らない。そこで、本実施の形態では吸気行程中で燃料を
噴射するようにしている。

【００２３】燃料を吸気行程で噴射する場合、燃料の噴
射時期と排気エミッション（ＨＣ、スモーク等の量）と
の間には図７で示す傾向が見られ、噴射時期と出力との
間には図８で示す傾向が見られる。両図７，８の横軸は
クランク角であり、ＴＤＣは、シリンダボア１４を往復
動するピストン１５が最も上に移動したときの位置（上
死点）である。また、横軸上の数字は、ＴＤＣを基準と
したとき、そのＴＤＣから何度前の角度（ＢＴＤＣ）で
あるかを示している。

【００２４】図７によると、ＨＣ及びスモークの量の少
ない角度範囲があり、その範囲よりも早いタイミングで
燃料が噴射されても、遅いタイミングで燃料が噴射され
てもＨＣ及びスモークの量が増加し、排気エミッション
が悪化する。特に、前記角度範囲よりも遅いタイミング
に関しては、吸気弁２１による吸気通路の閉鎖時期を境
にＨＣ及びスモークの量が急に増加する。なお、図中の
αはＨＣ及びスモークの量が最も少ないときのクランク
角を示している。

【００２５】また、図８によると、出力の高い角度範囲
があり、その範囲よりも遅いタイミングで噴射されると
出力が低下する。特に、吸気弁２１によって吸気通路３
２が閉鎖されたときには、その閉鎖時期を境に出力が急
に低下する。なお、図中のβは出力が最大となるときの
クランク角を示している。

【００２６】前記角度範囲よりも早く燃料が噴射された
場合に、排気エミッション等が悪化するのは次の理由に
よるものと考えられる。このときにはピストン１５が上
死点近傍に位置しており、燃料を噴射する空間が狭く、
燃料は十分に分裂（霧化）される前にピストン１５に衝
突し、微粒化の悪い燃料が発生する。また、ピストン１
５の頂面や燃焼室１８に燃料が付着して燃料が偏在し、
排気エミッションが悪化する。一方、早い時期に燃料が
噴射されるので、点火までの時間が長い。また、燃料噴
射後に燃焼室１８内に入ってくる空気の流れを十分に利
用できるため、燃焼室１８内に広がった燃料と空気との
ミキシングが良く、出力や燃費は比較的良い。

【００２７】吸気通路３２の閉鎖時よりも遅く燃料が噴
射された場合に、排気エミッション及び出力がともに急
激に悪化するのは次の理由によるものと考えられる。ピ
ストン１５が下死点近傍に位置するときに燃料が噴射さ
れると、燃料を噴射する空間が広く、燃料が十分に分裂
し霧化される利点があるものの、点火までの時間が短
く、十分に燃料が気化されない。特に、吸気通路３２が
閉鎖された後には吸入空気の乱れが急速に弱まる。この
ため、吸入空気と燃料とのミキシングが不十分となり、
燃料が偏在し、排気エミッションや出力が悪化する。

【００２８】従って、これらの排気エミッションや出力
の観点から、単に吸気行程で燃料を噴射するだけでな
く、吸気弁２１の作動タイミングを考慮して燃料を噴射
する必要がある。

【００２９】図１に示すように、前記エンジン１１には
運転状態検出手段としてカム角センサ４１、クランク角
センサ４２、水温センサ４３、スロットルセンサ４４、
吸気圧センサ４５等の各種センサが設けられている。カ
ム角センサ４１は図２に示すように、吸気側カムシャフ
ト２３上に取り付けられたロータ４１ａと、その近傍に
対向配置された電磁ピックアップ４１ｂとを備えてい
る。ロータ４１ａは円盤状の磁性体からなり、その外周
に多数の歯を有している。電磁ピックアップ４１ｂは、
吸気側カムシャフト２３の回転にともなってロータ４１
ａが回転して、その歯が同ピックアップ４１ｂの前方を
通過する毎にパルス状のカム角信号ＳＧ２を出力する。

【００３０】クランク角センサ４２の構成は前記カム角
センサ４１と同様であり、クランクシャフト１７上に取
り付けられたロータ（図示略）と、その近傍に対向配置
された電磁ピックアップ（図示略）とを備えている。電
磁ピックアップは、クランクシャフト１７の回転にとも
ないロータが回転してその歯が同ピックアップの前方を
通過する毎にパルス状のクランク角信号ＳＧ１を出力す
る。

【００３１】図１に示すように、水温センサ４３はシリ
ンダブロック１２に取り付けられ、エンジン１１の冷却
水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出する。スロットルセ
ンサ４４は吸気通路３２のスロットルバルブ２９の近傍
に取り付けられ、そのバルブ２９の軸２９ａの回動角度
（スロットル開度ＴＡ）を検出する。吸気圧センサ４５
はサージタンク３０に取り付けられ、真空を基準とした
場合の同タンク３０内の圧力（吸気圧ＰＭ）を検出す
る。

【００３２】前述したエンジン１１には可変バルブタイ
ミング機構（ＶＶＴ）５１が搭載されている。ＶＶＴ５
１はタイミングプーリ２５、ひいてはクランクシャフト
１７の回転に対する吸気側カムシャフト２３の位相を変
化させることにより、吸気弁２１の作動タイミングをク
ランク角に関して連続的に変更するための機構であり、
油圧により駆動される。次に、ＶＶＴ５１の構成を図２
に従って説明する。

【００３３】吸気側カムシャフト２３は、シリンダヘッ
ド１３及びベアリングキャップ５２間で回転自在に支持
されている。吸気側カムシャフト２３の前端部（図２の
左端部）外周には前述したタイミングプーリ２５が相対
回動可能に装着されている。吸気側カムシャフト２３の
前端には、インナキャップ５３が中空ボルト５４及びピ
ン５５により一体回転可能に取り付けられている。

【００３４】タイミングプーリ２５には、ボルト５６及
びピン５７によりハウジング５８が一体回転可能に取り
付けられている。ハウジング５８にはプラグ５９が取り
外し可能に装着されており、両者５８，５９によって吸
気側カムシャフト２３の前端部及びインナキャップ５３
の全体が覆われている。タイミングプーリ２５の外周に
は、タイミングベルト２７を掛装するための外歯２５ａ
が多数形成されている。

【００３５】吸気側カムシャフト２３及びタイミングプ
ーリ２５は、ハウジング５８及びインナキャップ５３間
に介在されたピストン部材６０によって連結されてい
る。ピストン部材６０は略円環形状をなし、タイミング
プーリ２５、ハウジング５８及びインナキャップ５３に
よって囲まれた空間Ｓ内に収容されている。ピストン部
材６０は第１の位置と第２の位置との間で往復動する。
ピストン部材６０は第１の位置に配置されたとき、図２
に示すようにハウジング５８の内底面５８ａに当接す
る。このとき、クランクシャフト１７に対する吸気側カ
ムシャフト２３の回転位相が最も遅れ、吸気弁２１の作
動タイミングがクランクシャフト１７の回転に対して最
も遅くなる。ピストン部材６０は第２の位置に配置され
たとき、タイミングプーリ２５に当接する。このとき、
クランクシャフト１７に対する吸気側カムシャフト２３
の回転位相が最も進み、吸気弁２１の作動タイミングが
最も早くなる。

【００３６】ピストン部材６０の内周及び外周にはそれ
ぞれ多数のスプライン歯６０ａ，６０ｂが形成されてい
る。これに対応して、インナキャップ５３の外周及びハ
ウジング５８の内周にも、それぞれ多数のスプライン歯
５３ａ，５８ｂが形成されている。これらのスプライン
歯６０ａ，６０ｂ，５３ａ，５８ｂは、いずれも吸気側
カムシャフト２３の軸線Ｌ２に対して交差するヘリカル
スプラインからなる。そして、スプライン歯６０ａ，５
３ａが互いに噛合し、スプライン歯６０ｂ，５８ｂが互
いに噛合している。これらの噛合によって、タイミング
プーリ２５の回転はハウジング５８、ピストン部材６０
及びインナキャップ５３を介して吸気側カムシャフト２
３に伝達される。

【００３７】第１圧力室６１は前記空間Ｓにおいてピス
トン部材６０の前側に形成され、第２圧力室６２は後側
に形成されている。各圧力室６１，６２に油圧を供給す
るために、エンジン１１に既設のオイルポンプ６３が利
用されている。オイルポンプ６３はクランクシャフト１
７に駆動連結されており、エンジン１１の運転にともな
い作動し、オイルパン６４内に貯留されているエンジン
オイル６５を吸引及び吐出する。吐出されたエンジンオ
イル６５中の異物、金属粉等はオイルフィルタ６６によ
って除去される。そして、オイルフィルタ６６を通過し
たエンジンオイル６５はベアリングキャップ５２、吸気
側カムシャフト２３、中空ボルト５４等に形成された第
１油路６７を通って第１圧力室６１に供給されるととも
に、ベアリングキャップ５２、吸気側カムシャフト２３
等に形成された第２油路６８を通って第２圧力室６２に
供給される。

【００３８】両油路６７，６８の途中には、各圧力室６
１，６２に供給される油圧の大きさを調整するためのオ
イルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）６９が
設けられている。ＯＣＶ６９のケーシング７０には第１
ポート７０ａ、第２ポート７０ｂ、第３ポート７０ｃ、
第４ポート７０ｄ及び第５ポート７０ｅがそれぞれ設け
られている。第１ポート７０ａはオイルフィルタ６６を
介してオイルポンプ６３に接続され、第２ポート７０ｂ
は第１油路６７に接続され、第３ポート７０ｃは第２油
路６８に接続されている。第４ポート７０ｄ及び第５ポ
ート７０ｅはともにオイルパン６４に接続されている。

【００３９】ケーシング７０内には、円筒状の４つの弁
体７１ａを有するスプール７１が往復動可能に収容され
ている。スプール７１の前側（図２の左側）にはスプリ
ング７２が配設され、後側には電磁ソレノイド７３が配
設されている。そして、単位時間に占める電磁ソレノイ
ド７３への通電時間の割合（デューティ比）を種々変更
する、いわゆるデューティ比制御を行うことにより、ス
プール７１をケーシング７０内の任意の位置へ移動さ
せ、第１圧力室６１及び第２圧力室６２の油圧の大きさ
を調整することが可能である。

【００４０】例えば、１００％のデューティ比で電磁ソ
レノイド７３が通電されて、スプール７１が前方へ移動
させられると、第１ポート７０ａ及び第２ポート７０ｂ
間が連通されるとともに、第３ポート７０ｃ及び第５ポ
ート７０ｅが連通される。これらの連通により、オイル
ポンプ６３から吐出されたエンジンオイル６５が第１油
路６７を通って第１圧力室６１に供給され、ピストン部
材６０に前側から加わる油圧が上昇する。また、第２圧
力室６２内のエンジンオイル６５が第２油路６８を通っ
てオイルパン６４に戻され、ピストン部材６０に後側か
ら加わる油圧が低下する。

【００４１】ピストン部材６０に対し前側から加わる油
圧が後側から加わる油圧に打ち勝つと、同ピストン部材
６０は後方ヘ移動しながら回動する。このとき、吸気側
カムシャフト２３及びタイミングプーリ２５に捩じり力
が付与される。その結果、タイミングプーリ２５に対す
る吸気側カムシャフト２３の回転位相が変えられ、吸気
弁２１の作動タイミングが早められる。この動作につい
て、図４（ｂ）のダイヤグラムを参照すると、吸気弁２
１の開放期間全体が、その吸気弁２１の開放のタイミン
グを早めるようにシフトされる。吸気弁２１と排気弁２
２とがともに開いているバルブオーバラップ期間が拡大
される。ピストン部材６０がタイミングプーリ２５に当
接して第２の位置で停止したとき、吸気弁２１の開放及
び閉鎖のタイミングが最も早められる。

【００４２】一方、電磁ソレノイド７３が通電されず
（デューティ比０％となって）、スプリング７２によっ
てスプール７１が後方へ移動させられると、第１ポート
７０ａ及び第３ポート７０ｃ間が連通される。すると、
オイルポンプ６３からのエンジンオイル６５が第２油路
６８を通って第２圧力室６２に供給され、ピストン部材
６０に後側から加わる油圧が上昇する。また、第２ポー
ト７０ｂ及び第４ポート７０ｄ間が連通される。この連
通により、第１圧力室６１内のエンジンオイル６５が第
１油路６７を通ってオイルパン６４に戻され、ピストン
部材６０に前側から加わる油圧が低下する。

【００４３】ピストン部材６０に対し後側から加わる油
圧が前側から加わる油圧に打ち勝つと、同ピストン部材
６０は前方ヘ移動しながら回動する。このとき、吸気側
カムシャフト２３及びタイミングプーリ２５に捩じり力
が付与される。その結果、タイミングプーリ２５に対す
る吸気側カムシャフト２３の回転位相が変えられ、吸気
弁２１の作動タイミングが遅らされる。この動作につい
て、図４（ａ）のダイヤグラムを参照すると、吸気弁２
１の開放期間全体が、その吸気弁２１の開放のタイミン
グを遅らせるようにシフトされ、バルブオーバラップ期
間が縮小される。ピストン部材６０がハウジング５８の
内底面５８ａに当接して第１の位置で停止したとき、吸
気弁２１の開放及び閉鎖のタイミングが最も遅らされ
る。

【００４４】上記のようにＶＶＴ５１が構成されている
ため、ＯＣＶ６９の電磁ソレノイド７３に対するデュー
ティ比を調整することにより、吸気弁２１の作動タイミ
ングを、図４（ａ）に示す状態と、図４（ｂ）に示す状
態との間で連続的に変更することができる。

【００４５】上述した各種センサ４１〜４５による検出
値に基づき、各インジェクタ３３、イグナイタ３６及び
ＯＣＶ６９を制御するために電子制御装置（ＥＣＵとい
う）７４が用いられている。ＥＣＵ７４は図５に示すよ
うに、中央処理装置（ＣＰＵ）７５、読出し専用メモリ
（ＲＯＭ）７６、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７
７、バックアップＲＡＭ７８、外部入力回路７９及び外
部出力回路８０を備えている。これらの各回路７５〜８
０はバス８１によって互いに接続されている。

【００４６】ＲＯＭ７６は所定の制御プログラムや初期
データを予め記憶している。例えば、ＲＯＭ７６は図６
に示すプログラムを記憶している。ＣＰＵ７５はＲＯＭ
７６に記憶された制御プログラム及び初期データに従っ
て各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ７７はＣＰＵ７５
による演算結果を一時的に記憶する。バックアップＲＡ
Ｍ７８はＥＣＵ７４に対する電力供給が停止された後に
も、ＲＡＭ７７内の各種データを保持する。

【００４７】外部入力回路７９には前述したカム角セン
サ４１、クランク角センサ４２、水温センサ４３、スロ
ットルセンサ４４及び吸気圧センサ４５がそれぞれ接続
されている。外部出力回路８０には各インジェクタ３
３、イグナイタ３６及びＯＣＶ６９がそれぞれ接続され
ている。

【００４８】そして、各センサ４１〜４５の検出信号は
外部入力回路７９を介してＣＰＵ７５に入力される。Ｃ
ＰＵ７５はそれらの入力に基づき、エンジン回転速度Ｎ
ｅ、実バルブタイミングＲＣＡＴ等を算出する。さら
に、ＣＰＵ７５はこれらの算出値に基づき、各インジェ
クタ３３、イグナイタ３６及びＯＣＶ６９を作動させ、
燃料噴射制御、点火時期制御、バルブタイミング制御等
を実行する。

【００４９】例えば、ＣＰＵ７５は、クランク角センサ
４２からのクランク角信号ＳＧ１の時間間隔を計測する
ことにより、単位時間当たりのクランクシャフト１７の
回転数であるエンジン回転速度Ｎｅを演算する。

【００５０】また、点火時期の制御のために、ＲＯＭ７
６にはエンジン１１の運転状態に応じた最適な点火時期
に関するデータが予め記憶されている。ＣＰＵ７５は各
センサからの検出信号によりエンジン１１の運転状態、
例えば、エンジン回転速度Ｎｅ、吸気圧ＰＭ、暖機状態
等を検知する。そして、ＲＯＭ７６内のデータを参照し
て最適な点火時期を割り出し、イグナイタ３６に一次電
流の遮断信号を出力して点火時期を制御する。

【００５１】次に、ＣＰＵ７５によって実行される各種
処理のうち、吸気弁２１の作動タイミングに応じて燃料
噴射時期を変更するためのルーチンの内容を、図６のフ
ローチャートに従って説明する。このルーチンは、吸気
弁２１の作動タイミング（バルブタイミング）を制御す
るための処理（ステップ１００〜１３０）と、燃料の目
標噴射時期を算出するための処理（ステップ１４０，１
５０）と、目標噴射時期を補正するための処理（ステッ
プ１６０〜１８０）とからなる。

【００５２】まず、ステップ１００において目標作動タ
イミングとしての目標バルブタイミングＴＣＡＴを算出
する。この算出に際しては、エンジン回転速度Ｎｅとエ
ンジン負荷と目標バルブタイミングＴＣＡＴとの関係を
予め規定したマップを用いる。そして、このマップを参
照し、そのときのエンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負
荷に対応する目標バルブタイミングＴＣＡＴを求める。
エンジン負荷は例えば１気筒、１サイクル当たりの吸入
空気量Ｇｎで表される。この吸入空気量Ｇｎはエンジン
回転速度Ｎｅ、スロットル開度ＴＡ及び吸気圧ＰＭに基
づき求められる。

【００５３】ステップ１１０において、クランク角信号
ＳＧ１及びカム角信号ＳＧ２に基づき実バルブタイミン
グＲＣＡＴを算出する。例えば、カム角信号ＳＧ２の発
生と同時にクランク角信号ＳＧ１を入力した後、予め設
定された基準のクランク角信号ＳＧ１を入力する迄に入
力された同信号ＳＧ１のパルス数に基づき、吸気側カム
シャフト２３の回転位相、すなわち実バルブタイミング
ＲＣＡＴを演算する。このタイミングＲＣＡＴとは、吸
気弁２１の作動タイミングの調整のためにＶＶＴ５１に
より変更される吸気側カムシャフト２３の角度である。

【００５４】ステップ１２０において、前記目標バルブ
タイミングＴＣＡＴと実バルブタイミングＲＣＡＴとの
偏差ΔＣＡＴを求める。この偏差ΔＣＡＴが零となるよ
うに、すなわち実バルブタイミングＲＣＡＴが目標バル
ブタイミングＴＣＡＴと一致するようにＯＣＶ６９をデ
ューティ比制御する。この制御により、ＶＶＴ５１の両
圧力室６１，６２へ供給される油圧が調整される。そし
て、吸気弁２１の作動タイミングがエンジン１１の運転
状態に応じて連続的に変更される。

【００５５】ステップ１３０において、前記実バルブタ
イミングＲＣＡＴに基づき、所定の演算式又はマップを
用いて、吸気弁２１が吸気通路３２を閉鎖する目標タイ
ミング、すなわち実吸気弁閉弁時期ＲＩＣＴを算出す
る。

【００５６】次に、ステップ１４０において、エンジン
回転速度Ｎｅ、エンジン負荷及び目標空燃比（例えば理
想空燃比）に基づき必要燃料量Ｇｆを算出するととも
に、その燃料量Ｇｆに基づき噴射時間ＴＡＵを算出す
る。噴射時間ＴＡＵはインジェクタ３３のニードルバル
ブを作動させるためのソレノイドコイルへの通電時間で
あり、燃料噴射量に関連するパラメータである。

【００５７】ステップ１５０において燃料の目標噴射開
始時期ＳＯＩを算出する。より詳しくは予め規定したマ
ップを参照し、そのときのエンジン回転速度Ｎｅ及びエ
ンジン負荷に対応する目標噴射開始時期ＳＯＩを求め
る。ここで、目標噴射開始時期ＳＯＩを最初に（目標噴
射終了時期ＥＯＩよりも前の時期に）決定するのは、大
半の領域では噴射期間が後述する限界燃料噴射終了時期
ＥＯＩＬに達するほど長くないからである。また、前述
したように排気エミッションや出力が悪化しなければ、
できるだけ早い時期で燃料を噴射した方が点火までの時
間が長くなり、吸入空気乱れを有効に利用できる。混合
気のミキシングを促進し、性能、燃費を向上できる。そ
のため、吸気行程の早い時期に燃料を噴射できるよう
に、目標噴射開始時期ＳＯＩを最初に設定するようにし
ている。

【００５８】また、ステップ１５０では、エンジン回転
速度Ｎｅ、噴射時間ＴＡＵ及び目標噴射開始時期ＳＯＩ
に基づき、目標噴射終了時期ＥＯＩを算出する。詳しく
は、噴射時間ＴＡＵにエンジン回転速度Ｎｅを乗算する
ことによって、同噴射時間ＴＡＵを角度に換算する。こ
の換算値を前記目標噴射開始時期ＳＯＩに加算し、その
加算結果を目標噴射終了時期ＥＯＩとする。

【００５９】ステップ１６０において、前記ステップ１
３０での実吸気弁閉弁時期ＲＩＣＴに基づき所定時期と
しての限界燃料噴射終了時期ＥＯＩＬを求める。この終
了時期ＥＯＩＬは燃料の噴射終了時期のうち、排気エミ
ッションや出力の急激な悪化を招くことのない最も遅い
ときの値であり、実吸気弁閉弁時期ＲＩＣＴにほぼ一致
する。より正確には、同終了時期ＥＯＩＬは、吸気ポー
ト１９の形状に応じて変化する吸入空気の流れや、イン
ジェクタ３３による燃料の微粒化度合により変化する。
従って、仮に実吸気弁閉弁時期ＲＩＣＴが同一であった
としても、限界燃料噴射終了時期ＥＯＩＬはエンジン１
１毎に微妙に相違する。

【００６０】ステップ１７０において、目標噴射終了時
期ＥＯＩが限界燃料噴射終了時期ＥＯＩＬよりも大きい
か否かを判定する。この判定条件が満たされている（Ｅ
ＯＩ＞ＥＯＩＬ）と、限界燃料噴射終了時期ＥＯＩＬと
なっても燃料噴射が終わらず、排気エミッション及び出
力がともに急激に悪化すると判断し、ステップ１８０に
おいて、両者の偏差（ＥＯＩ−ＥＯＩＬ）を遅延量とし
て、前記ステップ１５０での目標噴射開始時期ＳＯＩか
ら減算する。その減算結果、すなわち前記偏差（ＥＯＩ
−ＥＯＩＬ）分だけ早められた値を新たな目標噴射開始
時期ＳＯＩとして設定する。この時期ＳＯＩに従って燃
料が噴射されると、噴射期間全体が偏差（ＥＯＩ−ＥＯ
ＩＬ）分だけタイミングを早める方向へシフトし、限界
燃料噴射終了時期ＥＯＩＬになるのとほぼ同じに燃料噴
射が終了することになる。このようにして目標噴射開始
時期ＳＯＩを補正すると、このルーチンを終了する。

【００６１】一方、前記ステップ１７０の判定条件が満
たされていない（ＥＯＩ≦ＥＯＩＬ）と、限界燃料噴射
終了時期ＥＯＩＬとなる前に燃料噴射が終了し、排気エ
ミッションや出力の急激な悪化が起きないと判断し、前
述したステップ１８０の補正を行わず、このルーチンを
終了する。

【００６２】このようにして目標噴射開始時期ＳＯＩや
目標噴射終了時期ＥＯＩが設定されると、ＣＰＵ７５は
別途用意されたルーチンにおいて、燃料噴射を実行す
る。すなわち、目標噴射開始時期ＳＯＩになるとインジ
ェクタ３３のソレノイドコイルに通電して開弁させ、同
インジェクタ３３の噴孔から燃焼室１８へ燃料を噴射さ
せる。そして、目標噴射終了時期ＥＯＩになると、前記
通電を停止してインジェクタ３３を閉弁させる。する
と、限界燃料噴射終了時期ＥＯＩＬよりも前に燃料噴射
が終了する。

【００６３】前述したＣＰＵ７５によるステップ１００
〜１３０の処理は第１の制御手段を構成し、ステップ１
４０，１５０の処理は第２の制御手段に相当し、ステッ
プ１６０〜１８０の処理は噴射時期補正手段に相当す
る。

【００６４】このように本実施の形態によると、エンジ
ン１１の運転状態に応じた目標バルブタイミングＴＣＡ
Ｔが求められ、実バルブタイミングＲＣＡＴが目標バル
ブタイミングＴＣＡＴに一致するようにＯＣＶ６９が制
御される（ステップ１００〜１２０）。吸気弁２１の作
動タイミングがエンジン１１の運転状態に応じて連続的
に変更される。一方で、ピストン１５の下降にともなう
負圧により吸入空気が燃焼室１８へ吸入される吸気行程
において、エンジン１１の運転状態に応じた噴射時間Ｔ
ＡＵ、目標噴射開始時期ＳＯＩ、目標噴射終了時期ＥＯ
Ｉがそれぞれ求められ（ステップ１４０，１５０）、そ
れらの時期に基づきインジェクタ３３のソレノイドコイ
ルへの通電が制御される。この通電により、目標噴射開
始時期ＳＯＩから目標噴射終了時期ＥＯＩまでの期間に
わたり燃料が噴射される。

【００６５】さらに、吸気弁２１による吸気通路３２の
閉鎖時期とインジェクタ３３からの燃料の噴射終了時期
との関係が監視される。実バルブタイミングＲＣＡＴに
基づき実吸気弁閉弁時期ＲＩＣＴが求められ（ステップ
１３０）、その時期ＲＩＣＴに対応する限界燃料噴射終
了時期ＥＯＩＬが求められる（ステップ１６０）。目標
噴射終了時期ＥＯＩが限界燃料噴射終了時期ＥＯＩＬよ
りも遅く、そのまま目標噴射開始時期ＳＯＩから目標噴
射終了時期ＥＯＩにわたって燃料を噴射したのでは排気
エミッションや出力が急激に悪化すると予測されるとき
には、燃料噴射時期（この場合、目標噴射開始時期ＳＯ
Ｉ）を補正することにより目標噴射終了時期ＥＯＩが限
界燃料噴射終了時期ＥＯＩＬよりも早められる。

【００６６】従って、ＶＶＴ５１によって吸気弁２１の
作動タイミングが変更されて、吸気通路３２の閉鎖時期
が変化しても、混合気形成が急激に悪化する所定時期
（限界燃料噴射終了時期ＥＯＩＬ）よりも前に、燃料噴
射を終了させることが可能となる。その結果、限界燃料
噴射終了時期ＥＯＩＬになっても燃料噴射が継続される
ことによる不具合、すなわち混合気形成の悪化に起因す
る排気エミッション及び出力の低下を未然に防止するこ
とができる。

【００６７】さらに、本実施の形態では目標噴射終了時
期ＥＯＩが限界燃料噴射終了時期ＥＯＩＬに対しどれだ
け遅れているか、その遅延量（ＥＯＩ−ＥＯＩＬ）が求
められる。そして、目標噴射時期（目標噴射開始時期Ｓ
ＯＩ）がその遅延量だけ早められる。このように必要最
少量だけ目標噴射時期が早められる。従って、インジェ
クタ３３による目標噴射開始時期ＳＯＩが極端に早くな
ると混合気の形成が悪化するものの、この悪化を最小限
にとどめることができる。

【００６８】このように本実施の形態によれば、ＶＶＴ
５１によって限界燃料噴射終了時期ＥＯＩＬが変化した
場合でも、目標噴射終了時期ＥＯＩが同終了時期ＥＯＩ
Ｌを越えず、大幅な性能、燃費の悪化を防止することが
できる。

【００６９】なお、本発明は次に示す別の実施の形態に
具体化することができる。 （１）前記実施の形態では演算（図６のステップ１８
０）により目標噴射時期の補正量を求めたが、予めマッ
プを作成しておき、このマップを参照して補正量を求め
るようにしてもよい。

【００７０】（２）本発明はインジェクタ３３をシリン
ダボア１４の中心軸線Ｌ１上、あるいはその近傍に配置
したタイプのエンジン１１にも適用できる。 （３）本発明は吸気圧センサ４５に代えて吸気通路にエ
アフロメータを配設し、そのエアフロメータによって吸
入空気量を直接検出するようにしたエンジンにも適用で
きる。この場合、１気筒、１サイクル当たりの吸入空気
量Ｇｎはエンジン回転速度Ｎｅと、エアフロメータによ
る吸入空気量とに基づき求められる。

【００７１】（４）ＶＶＴ５１は、タイミングプーリ２
５をタイミングスプロケットに変更し、タイミングベル
ト２７をタイミングチェーンに変更した構成を有するも
のであってもよい。また、ピストン部材６０のスプライ
ン歯６０ａ，６０ｂの一方のみをヘリカルスプラインと
した構成のＶＶＴであってもよい。

【００７２】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、各形態から把握できる請求項以外の技術的思想
について、以下にそれらの効果とともに記載する。 （イ）請求項１に記載の制御装置において、前記第２の
制御手段は運転状態検出手段による運転状態に応じた噴
射時間及び目標噴射開始時期を算出し、その後、これら
の噴射時間及び目標噴射開始時期に基づき目標噴射終了
時期を算出するものである内燃機関の制御装置。

【００７３】このように目標噴射終了時期よりも前に目
標噴射開始時期を算出すると、噴射期間が短く所定時期
よりも前に燃料噴射が終了するような場合、例えば内燃
機関が低負荷域で運転されている場合には、排気エミッ
ションが悪化しない範囲内において、できるだけ早いタ
イミングで燃料噴射を行うことが可能となる。すると、
第１の発明の効果に加え、点火までの時間を長くし、吸
入空気乱れを利用できるようになるため、混合気のミキ
シングを促進し、性能や燃費の向上を図ることができ
る。

【００７４】

【発明の効果】第１の発明によれば、可変バルブタイミ
ング機構により吸気弁の作動タイミングが変更されて吸
気通路の閉鎖時期が変化しても、混合気を常に良好に形
成でき、排気エミッション及び出力の急激な悪化を未然
に防止できる。

【００７５】第２の発明によれば、第１の発明の効果に
加え、目標噴射時期の補正量を必要最小限にし、燃料の
噴射開始時期が早められたときの混合気形成の悪化を最
小限にとどめることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジンの制御装置の概略構成図。

【図２】ＶＶＴの概略構成図。

【図３】エンジンにおけるピストン、インジェクタ、吸
気弁等の位置関係を示す部分断面図。

【図４】(a),(b) は吸気弁及び排気弁の開放期間を示す
ダイヤグラム。

【図５】ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図。

【図６】ＣＰＵによって実行される処理を示すフローチ
ャート。

【図７】噴射時期と排気エミッションとの対応関係を示
す線図。

【図８】噴射時期と出力との対応関係を示す線図。

【符号の説明】

１１…内燃機関としてのガソリンエンジン、１５…ピス
トン、１８…燃焼室、２１…吸気弁、３２…吸気通路、
３３…燃料噴射弁としてのインジェクタ、４１…カム角
センサ、４２…クランク角センサ、４３…水温センサ、
４４…スロットルセンサ、４５…吸気圧センサ（４１〜
４５は運転状態検出手段に相当する）、５１…ＶＶＴ
（可変バルブタイミング機構）、７５…第１の制御手
段、第２の制御手段及び噴射時期補正手段として機能す
るＣＰＵ、ＴＣＡＴ…目標作動タイミングとしての目標
バルブタイミング、ＥＯＩ…目標噴射終了時期、ＥＯＩ
Ｌ…限界燃料噴射終了時期。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−248277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−230545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−288333（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−217478（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−143431（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−264140（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−86355（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−506391（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/04 335 F02D 41/04 320 F02D 13/02 F02D 41/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火花点火式内燃機関の燃焼室に吸入空気
   を導くための吸気通路を開閉する吸気弁と、 前記吸気弁の作動タイミングを調整するための可変バル
   ブタイミング機構と、 開弁時間に応じた量の燃料を前記燃焼室へ直接噴射する
   燃料噴射弁と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 前記吸気弁が前記運転状態検出手段による運転状態に応
   じた目標作動タイミングで吸気通路を開閉するように、
   前記可変バルブタイミング機構を制御する第１の制御手
   段と、 ピストンの移動にともなう負圧により吸入空気が燃焼室
   へ吸入される吸気行程において、前記燃料噴射弁が前記
   運転状態検出手段による運転状態に応じた目標噴射時期
   に開弁して燃料を噴射するように、同燃料噴射弁を制御
   する第２の制御手段と、 前記第２の制御手段での目標噴射終了時期が、前記第１
   の制御手段での吸気弁による吸気通路の閉鎖時期に対応
   する所定時期よりも遅いときには、前記目標噴射時期を
   補正することにより、前記目標噴射終了時期を前記所定
   時期よりも早める噴射時期補正手段とを備えた内燃機関
   の制御装置。
2. 【請求項２】 前記噴射時期補正手段は、前記目標噴射
   終了時期の前記所定時期に対する遅延量を算出し、前記
   目標噴射時期をその遅延量だけ早めるものである請求項
   １に記載の内燃機関の制御装置。