JP3657749B2 - 可変動弁機構を備えた直噴式火花点火機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可変動弁機構を備えた直噴式火花点火機関の制御装置に関し、詳しくは、バルブタイミングとバルブリフトとの少なくとも一方を可変にする可変動弁機構を備えると共に、圧縮行程での噴射による成層燃焼と、吸気行程での噴射による均質燃焼とのいずれかに燃焼方式が切り換えられる直噴式火花点火機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、カム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉タイミングを早めたり遅らせたりする可変バルブタイミング機構（可変動弁機構）が知られている（特開平７−２３３７１３号公報，特開平８−２４６８２０号公報等参照）。
【０００３】
また、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、機関の低負荷時には、燃料の分散を抑えて点火栓近傍に燃料を供給させるべく、圧縮行程後期に燃料を噴射して成層燃焼を行わせる一方、高負荷時には燃料を積極的に分散化させるべく、吸気行程の初期において燃料を噴射して均質燃焼を行わせる直噴式火花点火機関が知られている（特開昭６０−３０４２０号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記直噴式火花点火機関に前記可変バルブタイミング機構（可変動弁機構）が備えられる場合には、成層燃焼と均質燃焼との違いによって要求されるバルブタイミングが異なる場合があるため、成層燃焼と均質燃焼との切り換え要求時に、同時に、バルブタイミング（カム軸回転位相）の要求が変化する場合がある。
【０００５】
しかし、燃焼切り換えと同時に、バルブタイミング（カム軸回転位相）の切り換えを実行すると、燃焼状態が不安定になって、切り換えショックを発生させてしまうという問題があった（図４参照）。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃焼切り換え時における燃焼状態を安定化して、切り換えショックの発生を回避できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、バルブタイミングとバルブリフトとの少なくとも一方を可変にする可変動弁機構を備えると共に、圧縮行程での噴射による成層燃焼と、吸気行程での噴射による均質燃焼とのいずれかに燃焼方式が切り換えられる可変動弁機構を備えた直噴式火花点火機関の制御装置であって、前記燃焼方式の切り換え要求と前記可変動弁機構によるバルブ特性の切り換え要求とが重なったときに、前記燃焼方式の切換えの実行を保留し、前記可変動弁機構によるバルブ特性の切り換えを実行させ、前記可変動弁機構によるバルブ特性の切り換えが終了したか否かを判別し、前記切換え終了を判別してから前記燃焼方式の切り換えを開始させることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によると、成層燃焼から均質燃焼への切り換え、又は、均質燃焼から成層燃焼への切り換え要求が発生し、かつ、この燃焼切り換え要求に伴ってバルブ特性（バルブタイミングとバルブリフトとの少なくとも一方）についても切り換え要求が発生すると、燃焼切り換えの実行を保留しておいて、まず、バルブ特性の切り換えを先に実行させ、バルブ特性の切り換え終了後に、燃焼の切り換えを実行させる。
【０００８】
請求項２記載の発明では、前記可変動弁機構が、カム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構である構成とした。かかる構成によると、燃焼切り換えと、バルブタイミングの切り換え要求とが重なると、まず、バルブタイミングの切り換えを実行し、バルブタイミングが切り換わってから燃焼切り換えを実行させる。
【０００９】
請求項３記載の発明では、前記回転位相の目標値が変化したときに、変化後の目標値に実際のカム軸の回転位相が略到達した時点を、バルブ特性の切り換え終了時点として判別する構成とした。
かかる構成によると、カム軸の回転位相（バルブタイミング）の目標値が変化し、該変化後の目標値に実際の回転位相が近づいていって略目標値に達すると、その時点でバルブ特性の切り換え終了と判断して、保留しておいた燃焼切り換えを実行する。
【００１０】
請求項４記載の発明では、前記回転位相の切り換え制御の開始から所定時間が経過した時点を、バルブ特性の切り換え終了時点として判別する構成とした。
かかる構成によると、燃焼切り換えに優先してバルブタイミングの切り換えを実行してから所定時間が経過した時点で、バルブタイミングの切り換えが終了したものと見做して、燃焼切り換えを実行させる。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、燃焼切り換え要求とバルブ特性の切り換え要求とが重なっても、切り換えが同時に行われることがなく、バルブ特性切り換え，燃焼切り換えの順に実行されるので、切り換えに伴って燃焼が不安定になることを抑止でき、以て、切り換え時のショック発生を回避できるという効果がある。
【００１２】
請求項２記載の発明によると、燃焼切り換え時に同時にバルブタイミングの切り換えが行われることがなく、バルブタイミングの切り換えの優先的な実行によって、切り換え時のショック発生を回避できるという効果がある。
請求項３記載の発明によると、バルブタイミングの切り換え終了を精度良く判断でき、以て、バルブタイミングの切り換えと燃焼切り換えが同時に行われて、切り換えショックが発生することを確実に回避できるという効果がある。
【００１３】
請求項４記載の発明によると、バルブタイミングの切り換え終了を経過時間に基づいて簡易に判別でき、以て、バルブタイミング切り換えの優先実行を簡単なシステム構成で実現できるという効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態における内燃機関のシステム構成を示す図である。
この図１において、内燃機関１には、スロットルバルブ２で計量された空気が吸気バルブ３を介してシリンダ内に供給され、燃焼排気は、排気バルブ４を介して排出される。前記吸気バルブ３，排気バルブ４は、吸気側カム軸，排気側カム軸にそれぞれ設けられたカムによって開閉駆動される。
【００１５】
吸気側カム軸５には、カム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ３の開閉タイミングを連続的に早めたり遅くしたりする可変バルブタイミング機構６（可変動弁機構）が備えられている。前記可変バルブタイミング機構６は、油圧によって前記回転位相を連続的に変化させる構成であり、油圧を調整するソレノイドバルブ（図示省略）に対してコントロールユニット７から制御信号を出力して回転位相が制御される。
【００１６】
尚、本実施の形態では、可変バルブタイミング機構６が、吸気バルブ３の開閉タイミングを変化させる構成としたが、吸気バルブ３に代えて排気バルブ４の開閉タイミングを変化させる構成であっても良いし、吸気バルブ３と排気バルブ４との両方の開閉タイミングを変化させる構成であっても良い。更に、可変動弁機構として、バルブタイミングを可変とするものの他、バルブリフトを可変とする可変動弁機構を備える構成であっても良いし、バルブタイミングとバルブリフトとの両方を可変とする可変動弁機構を備える構成でも良い。
【００１７】
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット７には、クランク軸の回転信号を出力するクランク角センサ８、吸気側カム軸５の回転信号を出力するカム角センサ９、機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ10等からの検出信号が入力される。
一方、機関１の各気筒には、燃焼室内に直接燃料（ガソリン）を噴射する電磁式の燃料噴射弁11がそれぞれに設けられ、該燃料噴射弁11から噴射された燃料によってシリンダ内に混合気が形成され、シリンダ内の混合気は、点火栓（図示省略）による火花点火によって着火燃焼するようになっており、本実施の形態における機関１は、直噴式火花点火機関を構成する。
【００１８】
前記燃料噴射弁11による燃料噴射量及び噴射時期を制御する前記コントロールユニット７は、運転条件に応じて目標当量比と燃焼方式とを予め設定した目標当量比マップを複数備え、該複数の目標当量比マップを水温，始動後時間，車速，加速度などの条件に応じて切り換えて参照し、目標当量比及び燃焼方式の要求を判別する。
【００１９】
前記燃焼方式としては、吸気行程中に燃料を噴射させることで燃料を拡散させ、シリンダ内に均質の混合気を形成させて均質燃焼を行わせる均質燃焼方式と、圧縮行程中に噴射を行わせることで層状給気を行って点火栓の周囲に濃い混合気を形成させ、成層燃焼を行わせる成層燃焼方式とが切り換え設定される構成となっている。
【００２０】
そして、前記設定された目標当量比の混合気を形成するための燃料噴射量を演算し、この燃料噴射量に相当するパルス幅の噴射パルス信号を、前記設定された燃焼方式に対応するタイミングで前記燃料噴射弁11に出力する。
また、前記コントロールユニット７には、運転条件に応じて目標回転位相（目標バルブタイミング）を記憶したマップ（以下、ＶＴＣマップという）として、成層燃焼用マップと均質燃焼用マップとを備え、そのときの燃焼方式に応じて参照するＶＴＣマップを切り換えて、目標回転位相を設定するようになっている。
【００２１】
従って、燃焼方式の切り換えに伴って目標回転位相を検索するＶＴＣマップが切り換えられ、燃焼方式の切り換え要求と回転位相（バルブタイミング）の切り換え要求とが重なることがあるが、本実施の形態では、図２のフローチャートに示すようにして、前記切り換え制御を実行するようになっている。
図２のフローチャートにおいて、ステップ１（図中にはＳ１と記してある。以下同様）では、燃焼方式の切り換え要求、即ち、成層燃焼から均質燃焼、又は、均質燃焼から成層燃焼への切り換え要求が発生しているか否かを判別する。燃焼切り換えの要求が発生しているときには、ステップ２へ進み、切り換え前の燃焼方式に対応するＶＴＣマップ上の目標回転位相と、切り換え後の燃焼方式に対応するＶＴＣマップ上での目標回転位相とを比較することで、目標回転位相（バルブタイミング）の切り換え要求があるか否かを判別する。
【００２２】
ステップ２で目標回転位相（バルブタイミング）の切り換え要求があることが判別されたとき、即ち、燃焼切り換え要求とバルブタイミング切り換え要求とが重なったときには、ステップ３へ進んで、燃焼切り換えの実行を保留とする。
そして、ステップ４では、回転位相の切り換え要求に対応して実際の回転位相（バルブタイミング）を変化させるべく、前記可変バルブタイミング機構６を制御する。
【００２３】
ステップ５では、実際の回転位相（バルブタイミング）が切り換え後の目標値に略到達したか否かを、クランク角センサ８とカム角センサ９とに基づいて検出される実際の回転位相と、前記目標値との偏差が所定値以下であるか否かに基づいて判別する。
ここで、略目標に到達したと判断されたときには、ステップ６へ進んで、保留していた燃焼切り換えの実行を行わせ、目標に到達していないと判断されたときには、燃焼切り換えの保留をそのままとして、回転位相（バルブタイミング）の制御を継続させる。
【００２４】
このように、本実施の形態では、燃焼切り換え要求と、バルブタイミング（回転位相）切り換え要求とが重なった場合には、燃焼切り換えを行わずに、まずバルブタイミング（回転位相）切り換えを行わせ、バルブタイミング（回転位相）の切り換えが終了してから燃焼切り換えを行わせる構成としたので（図３参照）、燃焼切り換えとバルブタイミング（回転位相）切り換えとが同時に行われて燃焼が不安定となることがなく、切り換えに伴うショックの発生を回避できる。
【００２５】
尚、上記では、バルブタイミング（回転位相）の切り換えが終了したか否かを、実際の回転位相と目標値との比較に基づいて判断させる構成としたが、切り換え制御の開始から所定時間が経過したときに、実際値が目標値に到達しているものと見做して、燃焼切り換えを開始させる構成としても良く、更に、前記所定時間を、切り換え前後の目標値の偏差等に応じて可変としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】前記実施の形態における燃焼切り換え，バルブタイミング制御の様子を示すフローチャート。
【図３】前記実施の形態における制御特性を示すタイムチャート。
【図４】従来制御における問題点を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ スロットルバルブ
３ 吸気バルブ
４ 排気バルブ
５ 吸気側カム軸
６ 可変バルブタイミング機構
７ コントロールユニット
８ クランク角センサ
９ カム角センサ
10 エアフローメータ
11 燃料噴射弁

Claims (4)

1. バルブタイミングとバルブリフトとの少なくとも一方を可変にする可変動弁機構を備えると共に、圧縮行程での噴射による成層燃焼と、吸気行程での噴射による均質燃焼とのいずれかに燃焼方式が切り換えられる可変動弁機構を備えた直噴式火花点火機関の制御装置であって、
   前記燃焼方式の切り換え要求と前記可変動弁機構によるバルブ特性の切り換え要求とが重なったときに、前記燃焼方式の切換えの実行を保留し、前記可変動弁機構によるバルブ特性の切り換えを実行させ、前記可変動弁機構によるバルブ特性の切り換えが終了したか否かを判別し、前記切換え終了を判別してから前記燃焼方式の切り換えを開始させることを特徴とする可変動弁機構を備えた直噴式火花点火機関の制御装置。
2. 前記可変動弁機構が、カム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構であることを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構を備えた直噴式火花点火機関の制御装置。
3. 前記回転位相の目標値が変化したときに、変化後の目標値に実際のカム軸の回転位相が略到達した時点を、バルブ特性の切り換え終了時点として判別することを特徴とする請求項２記載の可変動弁機構を備えた直噴式火花点火機関の制御装置。
4. 前記回転位相の切り換え制御の開始から所定時間が経過した時点を、バルブ特性の切り換え終了時点として判別することを特徴とする請求項２記載の可変動弁機構を備えた直噴式火花点火機関の制御装置。

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