JP3527629B2 - 燃料噴射タイミングの制御方法 - 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、可変バルブタイミ
ング機構を有する内燃機関に適用される燃料噴射タイミ
ングの制御方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】近時、特開平５−１５６９７２号公報に
記載されているように、排気バルブおよび吸気バルブの
開閉タイミングの少なくとも一方を自在に変化させ得る
可変バルブタイミング機構を有する内燃機関が開発され
ている。この可変バルブタイミング機構は、通常、クラ
ンク角度基準信号等の基準となる位相に対し常に一定の
相対位相差をもって開閉していた排気および吸気バルブ
について、その少なくとも一方の相対位相差を自在に変
化させて開閉させ得る機能を有するもので、この可変バ
ルブタイミング機構を利用して、前記開閉タイミングを
内燃機関の吸気管圧力や機関回転数等の運転状況に応じ
た最適な値となるように制御し、内燃機関の出力や、ア
イドル安定性の向上等を図ることを狙いとしたものであ
る。 【０００３】しかして従来、このような可変バルブタイ
ミング機構を有する内燃機関において、燃料噴射の開始
若しくは終了時点である燃料噴射タイミングは、通常の
可変バルブタイミング機構を有さない内燃機関と同様、
バルブ開閉タイミングの変化を考慮にいれず、基準とな
るクランクシャフトの所定位相に対し、常に一定位相差
で行っているか、もしくは内燃機関の負荷状況のみに応
じてその位相差を設定していた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
可変バルブタイミング機構を有した内燃機関において
は、燃料噴射の開始若しくは終了時点である燃料噴射タ
イミングのベストタイミング、すなわち、内燃機関の出
力性能向上や排気ガス中の有害成分の低減に最も適した
燃料噴射タイミングは、可変バルブタイミング機構を有
さない通常の内燃機関と異なり、吸気または排気バルブ
の開閉タイミングの位相変化量に応じて変化する。した
がって上述のように、燃料噴射タイミングをバルブ開閉
タイミングの変化を考慮にいれず設定すると、例えば、
吸気バルブの開閉タイミングを進角させた場合、吸気の
後半まで燃料噴射が続くことになる。しかして、これら
に起因する燃焼の悪化、あるいは排気ガス中の有害成分
の増大等を引き起こすという問題点があった。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、可変バルブタイミング機構を有する
内燃機関において、排気若しくは吸気バルブの開閉タイ
ミングを考慮に入れて燃料噴射タイミングの設定を行う
ことにより、内燃機関の出力性能向上や、排気ガスの有
害成分の低減等を図ったものである。 【０００６】 【発明の実施の形態】すなわち、本発明は、吸気バルブ
の開閉タイミングを、基準となる位相に対し自在に変化
させ得る可変バルブタイミング機構を有した内燃機関に
適用される燃料噴射タイミングの制御方法であって、前
記開閉タイミングの位相変化量を検出し、この検出した
位相変化量をパラメータとして、燃料噴射の開始若しく
は終了時点である燃料噴射タイミングを設定し、検出し
た位相変化量だけ開閉タイミングが進角側に移動する以
上に燃料噴射タイミングを進角側に移動させることを特
徴とする燃料噴射タイミングの制御方法である。 【０００７】このようなものであれば、燃料噴射タイミ
ングを、排気バルブ若しく吸気バルブの開閉タイミング
の位相変化量に応じて設定でき、内燃機関の出力性能向
上や排気ガス中の有害成分の低減等に寄与させることが
可能になる。 【０００８】 【実施例】以下本発明の一実施例を図１から図１０を参
照して説明する。図１は、概略的に示した内燃機関たる
エンジン１の構成図（１気筒のみを示す）であり、本発
明を適用したものである。このエンジン１は例えば自動
車用の３気筒のもので、図示しないアクセルペダルに連
動して開閉するスロットルバルブ５、サージタンク６、
吸気管７等を備えた吸気系と、この吸気系の末端近傍に
配設され燃料噴射を行う燃料噴射弁８と、スパークプラ
グ９による点火で混合気を燃焼させる燃焼室１０ａ等を
備えた気筒１０と、図示しないマフラに至るまでの排気
系とから概略構成されている。 【０００９】そして、この燃焼室１０ａには、カム機構
によりエンジン回転に同期して開閉するように吸気バル
ブ２と排気バルブ３とを設けている。これら吸排気バル
ブ２、３のための動弁機構について詳述すると、これら
吸排気バルブ２、３はそれぞれ上方へ延びるステム２
ａ、３ａを備え、各ステム２ａ、３ａの上部には図示し
ないバルブスプリングおよびバルブリフタ２ｂ、３ｂ等
をそれぞれ組み付けている。各バルブリフタ２ｂ、３ｂ
には、吸気側カムシャフト１１および排気側カムシャフ
ト１２上にそれぞれ形成したカム１３、１４をそれぞれ
当接させている。本実施例では、図２、３に示すよう
に、排気側カムシャフト１２の一端に配設したタイミン
グプーリ１５と、エンジンのクランクシャフトの一端に
配設したタイミングプーリ（図示しない）とをタイミン
グベルト１６により連結している。なおこれらタイミン
グプーリの歯数比は、周知の通りクランクシャフトが２
回転する間に排気側カムシャフト１２が１回転するよう
に設定している。また、吸気側カムシャフト１１は、吸
気バルブ２の開閉タイミングを排気バルブ３の開閉タイ
ミングに対して可変にすべく、可変バルブタイミング機
構４を介して、排気側カムシャフト１２に連結してい
る。 【００１０】可変バルブタイミング機構４は、いわゆる
揺動シリンダ機構を利用したもので、油圧により駆動さ
れ、例えば図３〜５に示すように、排気側カムシャフト
１２に固着したロータ１７と、このロータに外嵌するハ
ウジング１８と、ロータ１７に対してハウジング１８を
回動させるオイルコントロールバルブ１９（以下ＯＣＶ
と称する）と、互いに噛合うように一方をハウジング１
８に固着し他方を吸気側カムシャフト１１に固着した一
対のシザースギヤ２０、２１とを備えてなり、ロータ１
７に対するハウジング１８の相対角度を変えることによ
り、排気側カムシャフト１２と吸気側カムシャフト１１
との間に任意の回転位相差を生じさせることのできる機
能を有するものである。なお、周知のごとくシザースギ
ヤ２０、２１の歯数比は１：１となるように設定し、吸
気側カムシャフト１１と排気側カムシャフト１２との回
転数が同一となるようにしている。 【００１１】具体的には、ロータ１７は、円筒形状をな
し、その内側面１７ａを排気側カムシャフト１２に外嵌
させて固着し、外側面１７ｂから例えば４本のベーン２
２をラジアル方向に突出させたものである。ハウジング
１８は、中央に貫通孔を有する円板状のもので、ロータ
１７に対しこの貫通孔を外嵌して回動自在に取着する。
また、このハウジング１８には、正面視扇形で、貫通孔
の側面に開口する４つの部屋１８ａを軸に点対称に設け
ており、上述のごとくハウジング１８をロータ１７に外
嵌させた際に、各ベーン２２がそれぞれの部屋１８ａを
進角室１８ｂと遅角室１８ｃの２つに仕切るように構成
している。 【００１２】ＯＣＶ１９は、図３に示すようにいわゆる
電磁式の４方向スプール弁で２つの入力ポート１９ａ、
１９ｂと２つの出力ポート１９ｃ、１９ｄとを有し、ス
プール１９ｅの進退により、内部流体経路が切り換わ
り、各出力ポート１９ｃ、１９ｄをそれぞれ入力ポート
１９ａ、１９ｂのいずれかに連通させるものである。ま
た、スプール１９ｅの中立位置においては内部流体経路
を遮断し、出力ポート１９ｃ、１９ｄと入力ポート１９
ａ、１９ｂとを連通させないようにすることもできる。
なお、図３はスプール１９ｅが中立位置にある状態を示
している。このスプール１９ｅの進退は、外部から入力
される電気パルス信号であるＯＣＶ駆動信号ａにより行
うようにしており、このＯＣＶ駆動信号ａのオン／オフ
デューティ比に応じてその進退距離を変化させ得る。 【００１３】次にこの可変バルブタイミング機構４に係
る油圧経路について述べる。図３〜５に示すように、可
変バルブタイミング機構４の動力源であり、エンジン１
によって駆動される油圧ポンプＰの出力は、ＯＣＶ１９
の一方の入力ポート１９ａに接続するようにしており、
ＯＣＶ１９の他方の入力ポート１９ｂを、タンクＴに接
続するようにしている。また、ＯＣＶ１９の出力ポート
１９ｃ、１９ｄは、排気側カムシャフト１２の内部に設
けた２本の貫通孔１２ａ、１２ｂの一端にそれぞれ接続
しており、各貫通孔１２ａ、１２ｂの他端は、排気側カ
ムシャフト１２の外側面において周方向に沿って平行に
設けた２本の溝１２ｃ、１２ｄにそれぞれ開口させてい
る。これら溝１２ｃ、１２ｄは、ロータ１７の外嵌して
いる部位に設けており、ロータ１７には、図４に示すよ
うに、一端を他方の溝１２ｄに開口し、他端をベーン２
２により仕切られた進角室１８ｂに開口する第１流体経
路１７ｃと、図５に示すように、一端を一方の溝１２ｃ
に開口し、他端をベーン２２により仕切られた遅角室１
８ｃに開口する第２流体経路１７ｄとを設けている。 【００１４】このように油圧経路を構成することによ
り、ポンプＰが進角室１８ｂに、またタンクＴが遅角室
１８ｃに連通する第１状態と、ポンプＰが遅角室１８ｃ
に、またタンクＴが進角室１８ｂに連通する第２状態
と、ポンプＰおよびタンクＴが遅角室１８ｃにも進角室
１８ｂにも連通しない第３状態とをＯＣＶ１９のスプー
ル１９ｅを進退移動させることで実現している。したが
ってＯＣＶ１９を制御して、第１状態を保持することに
より、進角室１８ｂに油を導きその容量を増大させて図
６に示すようにベーン２２を部屋１８ａの一端に当接す
る最進角位置まで回動させることができる。これは後述
する吸気バルブ２の開閉タイミングを進角側にずらせる
ように作用するものである。また第２状態を保持するこ
とにより、遅角室１８ｃに油を導きその容量を増大させ
て、図７に示すようにベーン２２を部屋１８ａの他端に
当接する最遅角位置まで回動させることができる。これ
は吸気バルブ２の開閉タイミングを遅角側にずらせるよ
うに作用するものである。さらに、その間でベーン２２
を停止させる場合は第３状態に保持すれば良い。このよ
うにベーン２２を図６から図７に示す角度範囲θ間で回
動させて、ハウジング１８のロータ１７に対する相対角
度を角度θの範囲で任意に変えることができるようにし
ている。 【００１５】この一方で、吸気側カムシャフト１１をシ
ザースギヤ２０、２１を介してこのハウジング１８に連
動させているとともに、排気側カムシャフト１２をロー
タ１７と一体に回転するようにしている。したがって、
上述のように、ハウジング１８のロータ１７に対する相
対角度を角度θの範囲で変えることにより吸気側カムシ
ャフト１１と排気側カムシャフト１２の回転位相差を角
度θの間で任意に設定できることになる。すなわち、本
実施例による可変バルブタイミング機構４は、クランク
シャフトの回転に対して排気バルブ３を常に一定のタイ
ミングで開閉させつつ、吸気バルブ２の開閉タイミング
を変化させて、排気バルブ３の開閉タイミングと吸気バ
ルブ２の開閉タイミングとの相対位相差を角度θの間で
自在に変化させることができるものである。 【００１６】なお、さらに本実施例では、図４に示すよ
うにハウジング１８に、スプリング２３ａにより突出方
向に付勢したピン２３を、前述の最遅角位置でロータ１
７に設けた孔１７ｅに係合する位置に設けている。この
孔１７ｅのピン２３に嵌合する反対側は、前記溝１２ｄ
に連通しており、油圧が発生するとスプリング２３ａの
付勢力に逆らってこの油圧がピン２３を没入させて、ロ
ータ１７とハウジング１８の相対回転を禁止しないよう
にしている。 【００１７】上述した構成によるエンジン１の電気的な
制御は、電子制御装置２４により行うようにしている。
次に、この電子制御装置２４をはじめ、本実施例の電気
制御に係る主なセンサ、電気配線等について以下に詳述
する。本実施例に係る主なセンサとしては、図１、２に
示すように、例えば次のようなものを設けている。すな
わち、排気側カムシャフト１２には、クランクシャフト
が７２０°ＣＡ（以降、クランクシャフトの位相を述べ
る場合には、このように角度にＣＡを付して表現する）
回転する毎にパルス信号である気筒判別信号ｃを出力す
ると共に、２４０°ＣＡ回転する毎にパルス信号である
排気カム信号ｂを出力する排気側タイミングセンサ２５
を設けている。そして、吸気側カムシャフト１１には、
２４０°ＣＡ回転する毎にパルス信号である吸気カム信
号ｄを出力する吸気側タイミングセンサ２６を設けてい
る。本実施例では、図２に示すように、例えば１２０°
毎に配設した排気カム信号ｂ出力用の歯と、その他に設
けた気筒判別信号ｃ出力用の１つの追加歯との、合計４
本の歯を有した歯車２５ａを、排気側カムシャフト１２
のタイミングプーリ１５に添設しておき、この歯車２５
ａに近接させて配設したピックアップセンサを排気側タ
イミングセンサ２５として使用している。また同様に、
吸気側カムシャフト１１には、１２０°毎に配設した合
計３本の吸気カム信号ｄ出力用の歯を有した歯車２６ａ
を設けておき、この歯車２６ａに近接させて配設したピ
ックアップセンサを吸気側タイミングセンサ２６として
使用している。その他に、エンジン回転数ＮＥを検出す
る図示しない回転数センサや、スロットル開度がアイド
ル状態になった場合にアイドルスイッチ信号ＩＤＳＷを
出力するアイドルスイッチ２７、スロットル開度が一定
以上になった場合にパワースイッチ信号ＰＳＷを出力す
るパワースイッチ２８、あるいは吸気管圧力ＰＭを検出
し吸気管圧力信号ＰＭを出力する吸気管圧力センサ２９
等を設けている。 【００１８】電子制御装置２４は、図１に示すように中
央演算処理装置２４ａ、記憶装置２４ｂ、入力インター
フェース２４ｃ、出力インターフェース２４ｄ等を備え
るようにした、いわゆるマイコン装置として一般に知ら
れているものである。記憶装置２４ａには、エンジン１
等を制御するための種々のプログラムを記憶させてい
る。また、入力インタフェース２４ｃには排気カム信号
ｂ、吸気カム信号ｄ、気筒判別信号ｃ、アイドルスイッ
チ信号ＩＤＳＷ、パワースイッチ信号ＰＳＷ、吸気管圧
力信号ＰＭ、エンジン回転数信号ＮＥ等を少なくとも入
力するようにしている。また、出力インタフェース２４
ｄからは、可変バルブタイミング機構４の制御信号であ
るＯＣＶ駆動信号ａ、燃料噴射弁７の駆動信号ｆ、スパ
ークプラグの点火信号ｅ等を少なくとも出力するように
している。 【００１９】もちろん、この他に、自動車に一般的に用
いられる各種の部材やセンサ等も構成要素となっている
が本明細書においては省略する。本実施例にかかる燃料
噴射タイミングＩＮＪＴの制御方法とは、上述した構成
により可変バルブタイミング機構４を利用して運転状況
に応じて吸気バルブ２の開閉タイミングを制御している
エンジン１に適用されるものである。概略的には、予め
検出し記憶させた最遅角位置での吸気カム信号ｄ０を基
準となる位相として用い、この記憶した吸気カム信号ｄ
０に対する検出した吸気カム信号ｄの時間差に基づい
て、吸気バルブ２の開閉タイミングの位相変化量ＶＴを
算出した後、この位相変化量ＶＴをパラメータとして燃
料噴射タイミングＩＮＪＴを設定し出力することを特徴
とする。これは、種々のセンサからの情報を、上述した
記憶装置２４ｂに記憶させた燃料噴射タイミング制御プ
ログラムに基づいて、中央演算処理装置２４ａにより判
別処理させ、燃料噴射弁８の駆動信号ｆを出力するタイ
ミングを制御することにより行う。なお、本実施例にお
ける燃料噴射タイミングＩＮＪＴとは、燃料噴射ＴＸの
終了時点と排気カム信号ｂが入力される時点間の位相差
により規定している。 【００２０】この燃料噴射タイミング制御プログラムの
概略を図８に示すフローチャート及び図９に示すタイミ
ングチャートにしたがって説明する。なお、図９におい
ては例えば第１気筒に関する符号であればその符号に
（１）を付すようにし、気筒毎の符号を区別して表記し
ている。まず、ステップＳ１において気筒別（例えば第
１気筒）の排気カム信号ｂと吸気カム信号ｄを検出す
る。 【００２１】次にステップＳ２において、当該気筒にお
ける吸気カム信号ｄと排気カム信号ｂとの位相差ＶＴ２
を算出する。これは、具体的には、例えば検出した吸気
カム信号ｄと排気カム信号ｂとの時間差およびその時の
エンジン回転数ＮＥから算出する。ステップＳ３におい
ては、予め検出し記憶させた最遅角位置での吸気カム信
号ｄ０と排気カム信号ｂとの位相差ＶＴ１に対する上記
算出した位相差ＶＴ２の差を求め、この差を吸気バルブ
２の開閉タイミングの位相変化量ＶＴとする。 【００２２】ステップＳ４においては、エンジン１の負
荷や回転数ＮＥをパラメータとして、最遅角位置（図７
の状態）での燃料噴射タイミングＩＮＪＴ０を設定す
る。そして、ステップＳ５において、次式（１）に基づ
いて、最終的な燃料噴射タイミングＩＮＪＴの設定を行
いこれを出力する。ここでｋは係数であり、本実施例で
は例えば１．５に設定している。 【００２３】 ＩＮＪＴ＝ＩＮＪＴ０＋ｋ・ＶＴ・・・（１） このように、吸気バルブ２の開閉タイミングの位相変化
量ＶＴを、燃料噴射タイミングＩＮＪＴの設定の際のパ
ラメータとして組み入れ、本実施例の場合であれば、図
１０に示すように、吸気バルブ２の開閉タイミングが進
角側に移動するにしたがって、燃料噴射タイミングＩＮ
ＪＴを進角側に移動させ、吸気バルブ２の開閉タイミン
グが遅角側に移動するにしたがって、燃料噴射タイミン
グＩＮＪＴを遅角側に移動させる制御を行う。なお図１
０における曲線２Ａ、３Ａはそれぞれ吸気バルブ２およ
び排気バルブ３のバルブ開度を示す。 【００２４】その結果、本実施例によれば、係数ｋを１
以上に設定して吸気バルブ２の位相変化量ＶＴ以上に燃
料噴射タイミングＩＮＪＴを変化させているので、吸気
の後半まで燃料噴射が続くこと等を確実に防止でき、こ
れに起因する燃焼の悪化、あるいは排気ガス中の有害成
分の増大等を引き起こすことのないようにできる。 【００２５】なお、本発明は以上示した実施例のみに限
定されるものではない。例えば、可変バルブタイミング
機構は、本実施例のような油圧方式のものに限られず、
ステッピングモータ等を用いた電気方式のものでも構わ
ない。また、燃料噴射タイミングの設定式も、実施例の
ものに限られず、マップ等により求めるなど、本発明を
適用するエンジンに最適なものとなるようにすればよ
い。さらに燃料噴射タイミングを燃料噴射の開始時点と
規定しても本実施例と同様の効果を奏するものである。
もちろん、３気筒以外の気筒数のエンジンに関しても本
実施例を適用可能なのは言うまでもない。 【００２６】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。 【００２７】 【発明の効果】本発明は、以上に説明したような形態で
実施され以下に記載されるような効果を奏する。すなわ
ち、本発明によれば、排気バルブの開閉タイミング若し
くは吸気バルブの開閉タイミングを、基準となる位相に
対し自在に変化させ得る可変バルブタイミング機構を有
した内燃機関に適用され、前記開閉タイミングの位相変
化量を検出し、この検出した位相変化量をパラメータと
して、燃料噴射の開始若しくは終了時点である燃料噴射
タイミングを設定しているので、排気バルブ若しく吸気
バルブの開閉タイミングの位相変化量に応じて設定で
き、吸気の後半まで燃料噴射が続くこと等を防止して、
内燃機関の出力性能向上や排気ガス中の有害成分の低減
等に寄与させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例を示す全体模式図。 【図２】同実施例の吸排気側カムシャフト部分を示す模
式図。 【図３】同実施例の可変バルブタイミング機構を主に示
す概略断面図。 【図４】図３におけるＡ−Ａ線部分断面図。 【図５】図３におけるＢ−Ｂ線部分断面図。 【図６】可変バルブタイミング機構の作動説明図。 【図７】可変バルブタイミング機構の作動説明図。 【図８】同実施例における燃料噴射タイミング制御プロ
グラムのフローチャート。 【図９】同実施例における吸気及び排気カム信号を示す
タイミングチャート。 【図１０】同実施例における燃料噴射タイミングを示す
タイミングチャート。 【符号の説明】 １・・・内燃機関（エンジン） ２・・・吸気バルブ ３・・・排気バルブ ４・・・可変バルブタイミング機構 ＶＴ・・・位相変化量 ＩＮＪＴ・・・燃料噴射タイミング

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】吸気バルブの開閉タイミングを、基準とな
   る位相に対し自在に変化させ得る可変バルブタイミング
   機構を有した内燃機関に適用される燃料噴射タイミング
   の制御方法であって、前記開閉タイミングの位相変化量
   を検出し、この検出した位相変化量をパラメータとし
   て、燃料噴射の開始若しくは終了時点である燃料噴射タ
   イミングを設定し、検出した位相変化量だけ開閉タイミ
   ングが進角側に移動する以上に燃料噴射タイミングを進
   角側に移動させることを特徴とする燃料噴射タイミング
   の制御方法。