JP4125919B2 - エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射装置に関し、詳しくは、燃料噴射弁の噴霧パターンの改善技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸気バルブの上流側に燃料噴射弁を配設し、吸気行程中に吸気バルブの傘部背面に向けて燃料を噴射させる構成とした燃料噴射装置が知られている（特開平６−０１０８０７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気バルブのリフト量を変化させる可変バルブリフト機構を備えたエンジンにおいて、吸気バルブのリフト量が小さい状態では、吸気行程時の流れがバルブ外周方向に強い流れとなるため、吸気バルブの上流側から噴射された燃料が、シリンダ壁面に付着し易くなり、燃焼の悪化を招くという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、たとえ吸気バルブのリフト量が小さくなっても、シリンダ壁面に燃料が付着することを抑止でき、以って、燃焼性を改善できるエンジンの燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、吸気バルブの傘部背面に当たる燃料噴射弁の噴霧パターンを、シリンダ壁面から離れた側に偏らせ、かつ、可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる構成とした。
上記構成によると、吸気バルブの傘部背面の全体に燃料噴霧が当たるのではなく、傘部背面のうちのシリンダ壁面から離れた側に噴霧が偏るようにしてあり、主に吸気バルブのシリンダ壁面から離れた側から燃料がシリンダ内に吸引される。
【０００６】
従って、吸気バルブのリフト量が小さく、吸気行程時の流れがバルブ外周方向に強い流れとなる場合であっても、シリンダ壁面に燃料が付着することを抑止できるので、バルブリフト量に応じて噴射タイミングを設定して、低負荷域での燃焼性を改善し、燃費及びエミッションを低減させることができる。更に、低リフト状態で、吸気バルブが開いている間に燃料を噴射させることで、燃料噴射弁から噴射される燃料が、低リフト状態での強い吸気流れによって微粒化されると共に、吸気行程中に徐々にシリンダ内に燃料が吸引されることで、低負荷域でシリンダ内に均一な混合気を形成することができる。
尚、請求項２〜４記載の発明も、上記請求項１と同様な効果を発揮する。
【０００７】
請求項２記載の発明では、吸気バルブの傘部背面に当たる燃料噴射弁の噴霧パターンを、燃焼室の中央寄りに偏らせ、かつ、可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる構成とした。
上記構成によると、燃料噴射弁から噴射された燃料は、吸気バルブの傘部背面のうちの燃焼室中央に近い側に偏って当たるようにしてあり、主に吸気バルブの燃焼室中央に近い側から燃料がシリンダ内に吸引される。
【０００８】
請求項３記載の発明では、吸気バルブの傘部背面に当たる燃料噴射弁の噴霧パターンを、対向する排気バルブに近い側に偏らせ、かつ、可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる構成とした。
上記構成によると、燃料噴射弁から噴射された燃料は、吸気バルブの傘部背面のうち、当該吸気バルブが対向する排気バルブに近い側に偏って当たるようにしてあり、主に吸気バルブの排気バルブに近い側から燃料がシリンダ内に吸引される。
【０００９】
請求項４記載の発明では、２つの吸気バルブの傘部背面にそれぞれ当たる燃料噴射弁の噴霧パターンを、隣接する吸気バルブに近い側に偏らせ、かつ、前記可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる構成とした。
上記構成によると、燃料噴射弁から噴射された燃料は、吸気バルブの傘部背面のうち隣接する吸気バルブに近い側に偏って当たるようにしてあり、主に吸気バルブが隣り合っている側から燃料がシリンダ内に吸引される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る燃料噴射装置を含んでなる車両用エンジンのシステム構成図である。
図１において、エンジン１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１１】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ１０５には、バルブリフト量を作動角と共に連続的に可変制御するＶＥＬ（Variable valve Event and Lift）機構１１２、及び、バルブタイミングを連続的に可変制御するＶＴＣ（Variable valve Timing Control）機構１１３が設けられる。
【００１２】
尚、吸気バルブ１０５と共に、排気バルブ１０７のバルブ作動特性を変化させる可変機構が設けられる構成であっても良い。
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４は、スロットルバルブ１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の作動特性によってアクセル開度に対応する目標吸入空気量が得られるように、アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６で検出されるアクセルペダルの開度ＡＰＯ等に応じて前記電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３を制御する。
【００１３】
前記ＥＣＵ１１４には、前記アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６の他、エンジン１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランク軸１２０から回転信号を取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８，エンジン１０１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１１９等からの検出信号が入力される。
【００１４】
尚、前記クランク角センサ１１７から出力される回転信号に基づいてＥＣＵ１１４においてエンジン回転速度Ｎｅが算出される。
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、前記ＥＣＵ１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料を噴射する。
【００１５】
図２〜図４は、前記ＶＥＬ機構１１２の構造を詳細に示すものである。
但し、吸気バルブ１０５のバルブリフト量及び作動角を連続的に可変制御する機構の構造を、図２〜図４に示したものに限定するものではない。
図２〜図４に示すＶＥＬ機構１１２は、一対の吸気バルブ１０５，１０５と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸１３（駆動軸）と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５，１５（駆動カム）と、前記カム軸１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８，１８と、各吸気バルブ１０５，１０５の上端部にバルブリフター１９，１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０，２０とを備えている。
【００１６】
前記偏心カム１５，１５とロッカアーム１８，１８とは、リンクアーム２５，２５によって連係され、ロッカアーム１８，１８と揺動カム２０，２０とは、リンク部材２６，２６によって連係されている。
上記ロッカアーム１８，１８，リンクアーム２５，２５，リンク部材２６，２６が伝達機構を構成する。
【００１７】
前記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。
また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されている。
【００１８】
前記ロッカアーム１８は、図４に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自在に支持されている。
また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００１９】
前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
前記揺動カム２０は、図２及び図６，図７に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００２０】
また、揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。
即ち、図８に示すバルブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００２１】
また、前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。
【００２２】
更に、前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ，２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ，２３ａに圧入した各ピン２８，２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ，２６ｄが貫通形成されている。
尚、各ピン２１，２８，２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０，３１，３２が設けられている。
【００２３】
上記構成において、制御軸１６の軸心Ｐ２と制御カム１７の軸心Ｐ１との位置関係によって、図６，７に示すように、バルブリフト量が変化することになり、前記制御軸１６を回転駆動させることで、制御カム１７の軸心Ｐ１に対する制御軸１６の軸心Ｐ２の位置を変化させる。
前記制御軸１６は、図１０に示すような構成により、ＤＣサーボモータ（アクチュエータ）１２１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、前記制御軸１６の作動角を前記アクチュエータ１２１で変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する（図９参照）。
【００２４】
図１０において、ＤＣサーボモータ１２１は、その回転軸が制御軸１６と平行になるように配置され、回転軸の先端には、かさ歯車１２２が軸支されている。
一方、前記制御軸１６の先端に一対のステー１２３ａ，１２３ｂが固定され、一対のステー１２３ａ，１２３ｂの先端部を連結する制御軸１６と平行な軸周りに、ナット１２４が揺動可能に支持される。
【００２５】
前記ナット１２４に噛み合わされるネジ棒１２５の先端には、前記かさ歯車１２２に噛み合わされるかさ歯車１２６が軸支されており、ＤＣサーボモータ１２１の回転によってネジ棒１２５が回転し、該ネジ棒１２５に噛み合うナット１２４の位置が、ネジ棒１２５の軸方向に変位することで、制御軸１６が回転されるようになっている。
【００２６】
ここで、ナット１２４の位置をかさ歯車１２６に近づける方向が、バルブリフト量が小さくなる方向で、逆に、ナット１２４の位置をかさ歯車１２６から遠ざける方向が、バルブリフト量が大きくなる方向となっている。
前記制御軸１６の先端には、図１０に示すように、制御軸１６の作動角を検出するポテンショメータ式の作動角センサ１２７が設けられており、該作動角センサ１２７で検出される実際の作動角が目標作動角に一致するように、前記ＥＣＵ１１４が前記ＤＣサーボモータ１２１をフィードバック制御する。
【００２７】
次に、前記ＶＴＣ機構１１３の構成を、図１１に基づいて説明する。
但し、ＶＴＣ機構１１３を、図１１に示したものに限定するものではなく、クランク軸に対するカム軸の回転位相を連続的に変化させる構成のものであれば良い。
本実施形態におけるＶＴＣ機構１１３は、ベーン式の可変バルブタイミング機構であり、クランク軸１２０によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）と、吸気側カム軸１３の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構６０とを備えている。
【００２８】
前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の前後開口を閉塞するフロントカバー，リアカバー（図示省略）とから構成される。
【００２９】
前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられる４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。
前記回転部材５３は、吸気側カム軸１４の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で４つのベーン７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。
【００３０】
前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部６３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン７８ａ〜７８ｄの両側と各隔壁部６３の両側面との間に、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３を構成する。
前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、回転部材５３の最大遅角側の回動位置（基準作動状態）において係合孔（図示省略）に係入するようになっている。
【００３１】
前記油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧を給排する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧を給排する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１，９２には、供給通路９３とドレン通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。
【００３２】
前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送するエンジン駆動のオイルポンプ９７が設けられている一方、ドレン通路９４ａ，９４ｂの下流端がオイルパン９６に連通している。
前記第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。
【００３３】
前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１，９２と供給通路９３及びドレン通路９４ａ，９４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっている。
前記ＥＣＵ１１４は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
【００３４】
例えば、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が、第１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイルパン９６内に排出される。
【００３５】
従って、遅角側油圧室８３の内圧が高、進角側油圧室８２の内圧が低となって、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が遅くなる。
一方、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、作動油は、第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂを通ってオイルパン９６に排出され、遅角側油圧室８３が低圧になる。
【００３６】
このため、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が早くなる。
尚、可変バルブタイミング機構は、上記のベーン式のものに限定されず、特開２００１−０４１０１３号公報や特開２００１−１６４９５１号公報に開示されるように、電磁クラッチ（電磁ブレーキ）の摩擦制動によってクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成の可変バルブタイミング機構や、特開平９−１９５８４０号公報に開示される油圧によってヘリカルギヤを作動させる方式の可変バルブタイミング機構であっても良い。
【００３７】
次に、前記ＥＣＵ１１４による前記電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３の制御を、図１２〜図１４のブロック図に従って説明する。
目標体積流量比演算部３０１では、以下のようにしてエンジン１０１の目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（目標吸入空気量）を演算する。
【００３８】
まず、アクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転速度Ｎｅに対応する要求空気量Ｑ０を算出する一方、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）で要求されるＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣ（アイドル時要求空気量）を算出する。
そして、前記要求空気量Ｑ０とＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣと合計を、全要求空気量Ｑとして求め（Ｑ＝Ｑ０＋ＱＩＳＣ）、これを、エンジン回転速度Ｎｅ及び有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で除算することで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（ＴＱＨ０ＳＴ＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））を演算する。
【００３９】
ＶＥＬ目標角度演算部３０２では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、ＶＥＬ機構１１２における制御軸１６の目標作動角ＴＧＶＥＬ（目標リフト量）を演算する。
前記ＶＥＬ機構１１２は、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいて制御される。
ここで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど、リフト量がより大きくなる目標作動角に設定され、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが小さくかつエンジン回転速度Ｎｅが低い低リフト領域では、吸気バルブ１０５の閉タイミングが下死点前となるような目標作動角ＴＧＶＥＬが設定される。
【００４０】
但し、リフト量の最小限界により、低負荷・低回転側では、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに対応する要求値よりも大きなリフト量が設定されるようになっており、この過剰分は、後述するようにスロットルバルブ１０３ｂの絞り制御によって補正される。
尚、本実施形態では、制御軸１６の作動角が大きくなるほど、吸気バルブ１０５のリフト量が大きくなるものとする。
【００４１】
また、ＶＴＣ目標角度演算部３０３では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、ＶＴＣ機構１１３における目標位相角ＴＧＶＴＣ（目標進角量）を演算する。
前記ＶＥＬ機構１１３は、前記目標位相角ＴＧＶＴＣ（目標進角量）に基づいて制御される。
【００４２】
ここで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど、目標バルブタイミングが遅角されるようになっている。
前記目標作動角ＴＧＶＥＬは、バルブ総開口面積演算部３０４に入力され、ここで、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいてＶＥＬ機構１１２を制御したときの吸気バルブ１０５の総開口面積に変換される。
【００４３】
前記総開口面積は、吸気バルブ１０５の開期間におけるバルブ開口面積の積分値である。
前記吸気バルブ１０５の総開口面積は乗算器３１２に出力され、該乗算器３１２では、前記総開口面積に、ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３で演算された補正係数が乗算され、有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０として出力される。
【００４４】
前記ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３は、エンジン回転速度Ｎｅが高いときほどより大きな補正係数（≧1.0）を設定する。
本実施形態におけるＶＥＬ機構１１２では、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど、慣性力によってバルブリフト量が目標よりも大きくなってしまう傾向があり、これによって目標作動角ＴＧＶＥＬ及び目標位相角ＴＧＶＴＣに基づき演算される開口面積と実際の開口面積との間に誤差が生じることになってしまう。
【００４５】
そこで、前記ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３では、エンジン回転速度Ｎｅが高いときほどバルブリフト量が目標よりも大きくなってしまう傾向に対応して、吸気バルブ１０５の開口面積を増大補正すべく補正係数を設定する。
流量損失補正係数演算部３１４では、前記目標作動角ＴＧＶＥＬ（目標バルブリフト量）に基づいて流量損失係数ＣＤを演算する。
【００４６】
そして、乗算器３１５では、前記有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０に流量損失係数ＣＤを乗算して、バルブリフト量による流量損失の違いに対応した補正を施す。
前記流量損失係数ＣＤによる補正が施された有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０は、除算器３１６，３１７において、有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃及びエンジン回転速度Ｎｅで除算されることで状態量ＡＡＮＶに変換され、更に、該状態量ＡＡＮＶが、変換部３１８において吸気バルブ１０５の体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに変換される。
【００４７】
尚、前記吸気バルブ１０５の体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、スロットルバルブ１０３ｂの全開状態を前提とする値である。
除算器３１９では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを前記体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬで除算することで、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを得るためにスロットルバルブ１０３ｂに求められる体積流量比ＱＨ０を算出する。
【００４８】
前記スロットルバルブ１０３ｂに求められる体積流量比ＱＨ０は、変換部３２０で状態量ＡＡＮＶに変換され、更に、乗算器３２１，３２２で有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃及びエンジン回転速度Ｎｅが乗算されることで、スロットルバルブ１０３ｂに求められる開口面積ＡＡに変換される。
そして、前記開口面積ＡＡは、変換部３２３でスロットルバルブ１０３ｂの角度（開度）に変換され、該角度が目標角度ＴＧＴＶＯとして出力され、前記電子制御スロットル１０４が前記目標開度ＴＧＴＶＯに基づいて制御される。
【００４９】
図１５〜図２０は、上記エンジン１０１における燃料噴射弁１３１の噴霧パターンを示す図である。
燃料噴射弁１３１は、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に向けて噴射する２方向噴射弁であり、各気筒に１つ設けられる。
前記燃料噴射弁１３１における噴霧パターンは、図１５〜図２０のいずれかに設定される。
【００５０】
図１５に示す例では、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンが、傘部径の半分程度の径を有する略円形で、かつ、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部中心を結ぶ線が交わる点で共通接線を有するように、傘部の外周に噴霧パターンが内接するように設定される。
即ち、図１５に示す構成では、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンは、隣接する他方の吸気バルブ１０５に近い側に偏るように設定される。
【００５１】
図１６に示す例は、図１５に示した噴霧パターンに対して、吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンの形状を、燃料噴射弁１３１とシリンダ中心との結ぶ方向に長い楕円形状にした例を示す。
また、図１７に示す例は、図１５又は図１６に示した噴霧パターンと同様に、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンが、隣接する他方の吸気バルブ１０５に近い側に偏るように設定されるものであるが、図１７に示す例では、シリンダ径方向に直交し吸気バルブ１０５，１０５の中心を通る線が傘部外周と交わる点で、前記傘部の接線方向に長い楕円形状の噴霧パターンが傘部外周に内接されるように構成される。
【００５２】
一方、図１８に示す例は、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンが、傘部径の半分程度の径を有する略円形で、かつ、燃焼室の中央に最も近い点で共通接線を有するように、傘部の外周に噴霧パターンが内接するように設定される。
即ち、図１８に示す構成では、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンは、燃焼室の中央寄りに偏るように設定される。
【００５３】
また、図１９に示す例は、図１８に示した噴霧パターンに対して、吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンの形状を、前記傘部の接線方向に長い楕円形状としたものである。
更に、図２０に示す例は、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンが、傘部径の半分程度の径を有する略円形で、かつ、吸気ポートの延設方向でそれぞれの吸気バルブ１０５，１０５に対向する排気バルブ１０７，１０７に最も近い点で共通接線を有するように、傘部の外周に噴霧パターンが内接するように設定される。
【００５４】
即ち、図２０に示す構成では、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンは、対向する排気バルブに近い側に偏るように設定される。
上記噴霧パターンによると、いずれの場合もシリンダ壁面から離れた側に偏って傘部背面に当たることになって、吸気バルブ１０５のシリンダ壁面から離れた側から燃料がシリンダ内に吸引される。
【００５５】
吸気バルブ１０５のリフト量が小さいときには、図２１に示すように、吸気行程時の流れがバルブ外周方向に強い流れとなるが、上記噴霧パターンによると、シリンダ壁から遠い側から燃料がシリンダ内に吸引されるから、燃料がシリンダ壁面に付着することを抑止して燃焼性を改善でき、燃費及びエミッションを低減できる。
【００５６】
尚、図１５〜図２０のいずれの噴霧パターンを選択してもよいが、最適な噴霧パターンは燃焼室形状やバルブ形状などによって異なるから、適用するエンジンの燃焼室形状やバルブ形状に応じて適宜選択すれば良い。
また、前記燃料噴射弁１３１による燃料噴射タイミングは、前記吸気バルブ１０５のリフト量が所定以下の低負荷領域（例えば図２２に示すように吸気バルブ１０５の閉時期がＢＤＣ前に設定される領域）では、図２３に示すように、噴射期間が吸気バルブ１０５の開期間に略同期するように（噴射開始タイミング及び噴射終了タイミングが吸気バルブの開弁タイミング及び閉弁タイミングにそれぞれ同期するように）、噴射タイミングが設定される。
【００５７】
上記のように噴射タイミングを設定すれば、燃料噴射弁１３１から噴射される燃料が、低リフト状態での強い吸気流れによって微粒化されると共に、吸気行程中に徐々にシリンダ内に燃料が吸引されることで、低負荷域でシリンダ内に均一な混合気を形成することができる。
燃料を吸気バルブ１０５の開時期前に噴射すると、吸気バルブ１０５の上流側に滞留した燃料が吸気バルブ１０５の開弁直後にシリンダ内に一挙に流れ込むことになるため、低負荷域では混合気が均一にならないが、吸気バルブ１０５が開いている間に継続的に燃料を噴射させることで、低負荷域であっても均一な混合気を形成することができる。
【００５８】
一方、前記吸気バルブ１０５のリフト量が所定値を超える領域（高負荷領域）では、吸気バルブ１０５の開弁前に燃料を噴射させる。
尚、上記実施形態では、吸気バルブ１０５を各気筒に２つ備える構成としたが、吸気バルブ１０５が各気筒に１つだけ設けられるエンジンであっても、各吸気バルブ１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンが燃焼室の中央寄りに偏るように設定するか、又は、対向する排気バルブに近い側に偏るように設定することで、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンのシステム構成図。
【図２】ＶＥＬ機構（可変バルブリフト機構）を示す断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記ＶＥＬ機構の側面図。
【図４】上記ＶＥＬ機構の平面図。
【図５】上記ＶＥＬ機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記ＶＥＬ機構の低リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記ＶＥＬ機構の高リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】上記ＶＥＬ機構における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図９】上記ＶＥＬ機構のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１０】上記ＶＥＬ機構における制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】ＶＴＣ機構を示す縦断面図。
【図１２】吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１３】吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１４】吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１５】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図１６】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図１７】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図１８】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図１９】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図２０】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図２１】リフト量における流れ方向の違いを示す状態図。
【図２２】吸気バルブの低リフト状態を示す線図。
【図２３】吸・排気バルブのリフト特性と噴射タイミングとの相関を示す線図。
【符号の説明】
１０１…エンジン、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１０７…排気バルブ、１１２…ＶＥＬ機構、１１３…ＶＴＣ機構、１１４…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１１５…エアフローメータ、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１１８…スロットルセンサ、１１９…水温センサ、１２０…クランク軸、１３０…吸気ポート、１３１…燃料噴射弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射装置に関し、詳しくは、燃料噴射弁の噴霧パターンの改善技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸気バルブの上流側に燃料噴射弁を配設し、吸気行程中に吸気バルブの傘部背面に向けて燃料を噴射させる構成とした燃料噴射装置が知られている（特開平６−０１０８０７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気バルブのリフト量を変化させる可変バルブリフト機構を備えたエンジンにおいて、吸気バルブのリフト量が小さい状態では、吸気行程時の流れがバルブ外周方向に強い流れとなるため、吸気バルブの上流側から噴射された燃料が、シリンダ壁面に付着し易くなり、燃焼の悪化を招くという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、たとえ吸気バルブのリフト量が小さくなっても、シリンダ壁面に燃料が付着することを抑止でき、以って、燃焼性を改善できるエンジンの燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、吸気バルブの傘部背面に当たる燃料噴射弁の噴霧パターンを、シリンダ壁面から離れた側に偏らせ、かつ、可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる構成とした。
上記構成によると、吸気バルブの傘部背面の全体に燃料噴霧が当たるのではなく、傘部背面のうちのシリンダ壁面から離れた側に噴霧が偏るようにしてあり、主に吸気バルブのシリンダ壁面から離れた側から燃料がシリンダ内に吸引される。
【０００６】
従って、吸気バルブのリフト量が小さく、吸気行程時の流れがバルブ外周方向に強い流れとなる場合であっても、シリンダ壁面に燃料が付着することを抑止できるので、バルブリフト量に応じて噴射タイミングを設定して、低負荷域での燃焼性を改善し、燃費及びエミッションを低減させることができる。更に、低リフト状態で、吸気バルブが開いている間に燃料を噴射させることで、燃料噴射弁から噴射される燃料が、低リフト状態での強い吸気流れによって微粒化されると共に、吸気行程中に徐々にシリンダ内に燃料が吸引されることで、低負荷域でシリンダ内に均一な混合気を形成することができる。
尚、請求項２〜４記載の発明も、上記請求項１と同様な効果を発揮する。
【０００７】
請求項２記載の発明では、吸気バルブの傘部背面に当たる燃料噴射弁の噴霧パターンを、燃焼室の中央寄りに偏らせ、かつ、可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる構成とした。
上記構成によると、燃料噴射弁から噴射された燃料は、吸気バルブの傘部背面のうちの燃焼室中央に近い側に偏って当たるようにしてあり、主に吸気バルブの燃焼室中央に近い側から燃料がシリンダ内に吸引される。
【０００８】
請求項３記載の発明では、吸気バルブの傘部背面に当たる燃料噴射弁の噴霧パターンを、対向する排気バルブに近い側に偏らせ、かつ、可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる構成とした。
上記構成によると、燃料噴射弁から噴射された燃料は、吸気バルブの傘部背面のうち、当該吸気バルブが対向する排気バルブに近い側に偏って当たるようにしてあり、主に吸気バルブの排気バルブに近い側から燃料がシリンダ内に吸引される。
【０００９】
請求項４記載の発明では、２つの吸気バルブの傘部背面にそれぞれ当たる燃料噴射弁の噴霧パターンを、隣接する吸気バルブに近い側に偏らせ、かつ、前記可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる構成とした。
上記構成によると、燃料噴射弁から噴射された燃料は、吸気バルブの傘部背面のうち隣接する吸気バルブに近い側に偏って当たるようにしてあり、主に吸気バルブが隣り合っている側から燃料がシリンダ内に吸引される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る燃料噴射装置を含んでなる車両用エンジンのシステム構成図である。
図１において、エンジン１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１１】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ１０５には、バルブリフト量を作動角と共に連続的に可変制御するＶＥＬ（Variable valve Event and Lift）機構１１２、及び、バルブタイミングを連続的に可変制御するＶＴＣ（Variable valve Timing Control）機構１１３が設けられる。
【００１２】
尚、吸気バルブ１０５と共に、排気バルブ１０７のバルブ作動特性を変化させる可変機構が設けられる構成であっても良い。
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４は、スロットルバルブ１０３ｂの開度及び吸気バルブ１０５の作動特性によってアクセル開度に対応する目標吸入空気量が得られるように、アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６で検出されるアクセルペダルの開度ＡＰＯ等に応じて前記電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３を制御する。
【００１３】
前記ＥＣＵ１１４には、前記アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６の他、エンジン１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランク軸１２０から回転信号を取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８，エンジン１０１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１１９等からの検出信号が入力される。
【００１４】
尚、前記クランク角センサ１１７から出力される回転信号に基づいてＥＣＵ１１４においてエンジン回転速度Ｎｅが算出される。
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、前記ＥＣＵ１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料を噴射する。
【００１５】
図２〜図４は、前記ＶＥＬ機構１１２の構造を詳細に示すものである。
但し、吸気バルブ１０５のバルブリフト量及び作動角を連続的に可変制御する機構の構造を、図２〜図４に示したものに限定するものではない。
図２〜図４に示すＶＥＬ機構１１２は、一対の吸気バルブ１０５，１０５と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸１３（駆動軸）と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５，１５（駆動カム）と、前記カム軸１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８，１８と、各吸気バルブ１０５，１０５の上端部にバルブリフター１９，１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０，２０とを備えている。
【００１６】
前記偏心カム１５，１５とロッカアーム１８，１８とは、リンクアーム２５，２５によって連係され、ロッカアーム１８，１８と揺動カム２０，２０とは、リンク部材２６，２６によって連係されている。
上記ロッカアーム１８，１８，リンクアーム２５，２５，リンク部材２６，２６が伝達機構を構成する。
【００１７】
前記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。
また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されている。
【００１８】
前記ロッカアーム１８は、図４に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自在に支持されている。
また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００１９】
前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
前記揺動カム２０は、図２及び図６，図７に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００２０】
また、揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。
即ち、図８に示すバルブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００２１】
また、前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。
【００２２】
更に、前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ，２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ，２３ａに圧入した各ピン２８，２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ，２６ｄが貫通形成されている。
尚、各ピン２１，２８，２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０，３１，３２が設けられている。
【００２３】
上記構成において、制御軸１６の軸心Ｐ２と制御カム１７の軸心Ｐ１との位置関係によって、図６，７に示すように、バルブリフト量が変化することになり、前記制御軸１６を回転駆動させることで、制御カム１７の軸心Ｐ１に対する制御軸１６の軸心Ｐ２の位置を変化させる。
前記制御軸１６は、図１０に示すような構成により、ＤＣサーボモータ（アクチュエータ）１２１によって所定回転角度範囲内で回転駆動されるようになっており、前記制御軸１６の作動角を前記アクチュエータ１２１で変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する（図９参照）。
【００２４】
図１０において、ＤＣサーボモータ１２１は、その回転軸が制御軸１６と平行になるように配置され、回転軸の先端には、かさ歯車１２２が軸支されている。
一方、前記制御軸１６の先端に一対のステー１２３ａ，１２３ｂが固定され、一対のステー１２３ａ，１２３ｂの先端部を連結する制御軸１６と平行な軸周りに、ナット１２４が揺動可能に支持される。
【００２５】
前記ナット１２４に噛み合わされるネジ棒１２５の先端には、前記かさ歯車１２２に噛み合わされるかさ歯車１２６が軸支されており、ＤＣサーボモータ１２１の回転によってネジ棒１２５が回転し、該ネジ棒１２５に噛み合うナット１２４の位置が、ネジ棒１２５の軸方向に変位することで、制御軸１６が回転されるようになっている。
【００２６】
ここで、ナット１２４の位置をかさ歯車１２６に近づける方向が、バルブリフト量が小さくなる方向で、逆に、ナット１２４の位置をかさ歯車１２６から遠ざける方向が、バルブリフト量が大きくなる方向となっている。
前記制御軸１６の先端には、図１０に示すように、制御軸１６の作動角を検出するポテンショメータ式の作動角センサ１２７が設けられており、該作動角センサ１２７で検出される実際の作動角が目標作動角に一致するように、前記ＥＣＵ１１４が前記ＤＣサーボモータ１２１をフィードバック制御する。
【００２７】
次に、前記ＶＴＣ機構１１３の構成を、図１１に基づいて説明する。
但し、ＶＴＣ機構１１３を、図１１に示したものに限定するものではなく、クランク軸に対するカム軸の回転位相を連続的に変化させる構成のものであれば良い。
本実施形態におけるＶＴＣ機構１１３は、ベーン式の可変バルブタイミング機構であり、クランク軸１２０によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）と、吸気側カム軸１３の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構６０とを備えている。
【００２８】
前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の前後開口を閉塞するフロントカバー，リアカバー（図示省略）とから構成される。
【００２９】
前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられる４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。
前記回転部材５３は、吸気側カム軸１４の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で４つのベーン７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。
【００３０】
前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部６３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン７８ａ〜７８ｄの両側と各隔壁部６３の両側面との間に、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３を構成する。
前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、回転部材５３の最大遅角側の回動位置（基準作動状態）において係合孔（図示省略）に係入するようになっている。
【００３１】
前記油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧を給排する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧を給排する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１，９２には、供給通路９３とドレン通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。
【００３２】
前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送するエンジン駆動のオイルポンプ９７が設けられている一方、ドレン通路９４ａ，９４ｂの下流端がオイルパン９６に連通している。
前記第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。
【００３３】
前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１，９２と供給通路９３及びドレン通路９４ａ，９４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっている。
前記ＥＣＵ１１４は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。
【００３４】
例えば、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が、第１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイルパン９６内に排出される。
【００３５】
従って、遅角側油圧室８３の内圧が高、進角側油圧室８２の内圧が低となって、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が遅くなる。
一方、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、作動油は、第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂを通ってオイルパン９６に排出され、遅角側油圧室８３が低圧になる。
【００３６】
このため、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が早くなる。
尚、可変バルブタイミング機構は、上記のベーン式のものに限定されず、特開２００１−０４１０１３号公報や特開２００１−１６４９５１号公報に開示されるように、電磁クラッチ（電磁ブレーキ）の摩擦制動によってクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させる構成の可変バルブタイミング機構や、特開平９−１９５８４０号公報に開示される油圧によってヘリカルギヤを作動させる方式の可変バルブタイミング機構であっても良い。
【００３７】
次に、前記ＥＣＵ１１４による前記電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３の制御を、図１２〜図１４のブロック図に従って説明する。
目標体積流量比演算部３０１では、以下のようにしてエンジン１０１の目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（目標吸入空気量）を演算する。
【００３８】
まず、アクセル開度ＡＰＯ及びエンジン回転速度Ｎｅに対応する要求空気量Ｑ０を算出する一方、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ）で要求されるＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣ（アイドル時要求空気量）を算出する。
そして、前記要求空気量Ｑ０とＩＳＣ要求空気量ＱＩＳＣと合計を、全要求空気量Ｑとして求め（Ｑ＝Ｑ０＋ＱＩＳＣ）、これを、エンジン回転速度Ｎｅ及び有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で除算することで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（ＴＱＨ０ＳＴ＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））を演算する。
【００３９】
ＶＥＬ目標角度演算部３０２では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、ＶＥＬ機構１１２における制御軸１６の目標作動角ＴＧＶＥＬ（目標リフト量）を演算する。
前記ＶＥＬ機構１１２は、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいて制御される。
ここで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど、リフト量がより大きくなる目標作動角に設定され、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが小さくかつエンジン回転速度Ｎｅが低い低リフト領域では、吸気バルブ１０５の閉タイミングが下死点前となるような目標作動角ＴＧＶＥＬが設定される。
【００４０】
但し、リフト量の最小限界により、低負荷・低回転側では、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴに対応する要求値よりも大きなリフト量が設定されるようになっており、この過剰分は、後述するようにスロットルバルブ１０３ｂの絞り制御によって補正される。
尚、本実施形態では、制御軸１６の作動角が大きくなるほど、吸気バルブ１０５のリフト量が大きくなるものとする。
【００４１】
また、ＶＴＣ目標角度演算部３０３では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、ＶＴＣ機構１１３における目標位相角ＴＧＶＴＣ（目標進角量）を演算する。
前記ＶＥＬ機構１１３は、前記目標位相角ＴＧＶＴＣ（目標進角量）に基づいて制御される。
【００４２】
ここで、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど、目標バルブタイミングが遅角されるようになっている。
前記目標作動角ＴＧＶＥＬは、バルブ総開口面積演算部３０４に入力され、ここで、前記目標作動角ＴＧＶＥＬに基づいてＶＥＬ機構１１２を制御したときの吸気バルブ１０５の総開口面積に変換される。
【００４３】
前記総開口面積は、吸気バルブ１０５の開期間におけるバルブ開口面積の積分値である。
前記吸気バルブ１０５の総開口面積は乗算器３１２に出力され、該乗算器３１２では、前記総開口面積に、ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３で演算された補正係数が乗算され、有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０として出力される。
【００４４】
前記ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３は、エンジン回転速度Ｎｅが高いときほどより大きな補正係数（≧1.0）を設定する。
本実施形態におけるＶＥＬ機構１１２では、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど、慣性力によってバルブリフト量が目標よりも大きくなってしまう傾向があり、これによって目標作動角ＴＧＶＥＬ及び目標位相角ＴＧＶＴＣに基づき演算される開口面積と実際の開口面積との間に誤差が生じることになってしまう。
【００４５】
そこで、前記ＶＥＬ開口面積回転補正演算部３１３では、エンジン回転速度Ｎｅが高いときほどバルブリフト量が目標よりも大きくなってしまう傾向に対応して、吸気バルブ１０５の開口面積を増大補正すべく補正係数を設定する。
流量損失補正係数演算部３１４では、前記目標作動角ＴＧＶＥＬ（目標バルブリフト量）に基づいて流量損失係数ＣＤを演算する。
【００４６】
そして、乗算器３１５では、前記有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０に流量損失係数ＣＤを乗算して、バルブリフト量による流量損失の違いに対応した補正を施す。
前記流量損失係数ＣＤによる補正が施された有効開口面積ＴＶＥＬＡＡ０は、除算器３１６，３１７において、有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃及びエンジン回転速度Ｎｅで除算されることで状態量ＡＡＮＶに変換され、更に、該状態量ＡＡＮＶが、変換部３１８において吸気バルブ１０５の体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬに変換される。
【００４７】
尚、前記吸気バルブ１０５の体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬは、スロットルバルブ１０３ｂの全開状態を前提とする値である。
除算器３１９では、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを前記体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬで除算することで、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを得るためにスロットルバルブ１０３ｂに求められる体積流量比ＱＨ０を算出する。
【００４８】
前記スロットルバルブ１０３ｂに求められる体積流量比ＱＨ０は、変換部３２０で状態量ＡＡＮＶに変換され、更に、乗算器３２１，３２２で有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃及びエンジン回転速度Ｎｅが乗算されることで、スロットルバルブ１０３ｂに求められる開口面積ＡＡに変換される。
そして、前記開口面積ＡＡは、変換部３２３でスロットルバルブ１０３ｂの角度（開度）に変換され、該角度が目標角度ＴＧＴＶＯとして出力され、前記電子制御スロットル１０４が前記目標開度ＴＧＴＶＯに基づいて制御される。
【００４９】
図１５〜図２０は、上記エンジン１０１における燃料噴射弁１３１の噴霧パターンを示す図である。
燃料噴射弁１３１は、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に向けて噴射する２方向噴射弁であり、各気筒に１つ設けられる。
前記燃料噴射弁１３１における噴霧パターンは、図１５〜図２０のいずれかに設定される。
【００５０】
図１５に示す例では、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンが、傘部径の半分程度の径を有する略円形で、かつ、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部中心を結ぶ線が交わる点で共通接線を有するように、傘部の外周に噴霧パターンが内接するように設定される。
即ち、図１５に示す構成では、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンは、隣接する他方の吸気バルブ１０５に近い側に偏るように設定される。
【００５１】
図１６に示す例は、図１５に示した噴霧パターンに対して、吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンの形状を、燃料噴射弁１３１とシリンダ中心との結ぶ方向に長い楕円形状にした例を示す。
また、図１７に示す例は、図１５又は図１６に示した噴霧パターンと同様に、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンが、隣接する他方の吸気バルブ１０５に近い側に偏るように設定されるものであるが、図１７に示す例では、シリンダ径方向に直交し吸気バルブ１０５，１０５の中心を通る線が傘部外周と交わる点で、前記傘部の接線方向に長い楕円形状の噴霧パターンが傘部外周に内接されるように構成される。
【００５２】
一方、図１８に示す例は、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンが、傘部径の半分程度の径を有する略円形で、かつ、燃焼室の中央に最も近い点で共通接線を有するように、傘部の外周に噴霧パターンが内接するように設定される。
即ち、図１８に示す構成では、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンは、燃焼室の中央寄りに偏るように設定される。
【００５３】
また、図１９に示す例は、図１８に示した噴霧パターンに対して、吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンの形状を、前記傘部の接線方向に長い楕円形状としたものである。
更に、図２０に示す例は、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンが、傘部径の半分程度の径を有する略円形で、かつ、吸気ポートの延設方向でそれぞれの吸気バルブ１０５，１０５に対向する排気バルブ１０７，１０７に最も近い点で共通接線を有するように、傘部の外周に噴霧パターンが内接するように設定される。
【００５４】
即ち、図２０に示す構成では、各吸気バルブ１０５，１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンは、対向する排気バルブに近い側に偏るように設定される。
上記噴霧パターンによると、いずれの場合もシリンダ壁面から離れた側に偏って傘部背面に当たることになって、吸気バルブ１０５のシリンダ壁面から離れた側から燃料がシリンダ内に吸引される。
【００５５】
吸気バルブ１０５のリフト量が小さいときには、図２１に示すように、吸気行程時の流れがバルブ外周方向に強い流れとなるが、上記噴霧パターンによると、シリンダ壁から遠い側から燃料がシリンダ内に吸引されるから、燃料がシリンダ壁面に付着することを抑止して燃焼性を改善でき、燃費及びエミッションを低減できる。
【００５６】
尚、図１５〜図２０のいずれの噴霧パターンを選択してもよいが、最適な噴霧パターンは燃焼室形状やバルブ形状などによって異なるから、適用するエンジンの燃焼室形状やバルブ形状に応じて適宜選択すれば良い。
また、前記燃料噴射弁１３１による燃料噴射タイミングは、前記吸気バルブ１０５のリフト量が所定以下の低負荷領域（例えば図２２に示すように吸気バルブ１０５の閉時期がＢＤＣ前に設定される領域）では、図２３に示すように、噴射期間が吸気バルブ１０５の開期間に略同期するように（噴射開始タイミング及び噴射終了タイミングが吸気バルブの開弁タイミング及び閉弁タイミングにそれぞれ同期するように）、噴射タイミングが設定される。
【００５７】
上記のように噴射タイミングを設定すれば、燃料噴射弁１３１から噴射される燃料が、低リフト状態での強い吸気流れによって微粒化されると共に、吸気行程中に徐々にシリンダ内に燃料が吸引されることで、低負荷域でシリンダ内に均一な混合気を形成することができる。
燃料を吸気バルブ１０５の開時期前に噴射すると、吸気バルブ１０５の上流側に滞留した燃料が吸気バルブ１０５の開弁直後にシリンダ内に一挙に流れ込むことになるため、低負荷域では混合気が均一にならないが、吸気バルブ１０５が開いている間に継続的に燃料を噴射させることで、低負荷域であっても均一な混合気を形成することができる。
【００５８】
一方、前記吸気バルブ１０５のリフト量が所定値を超える領域（高負荷領域）では、吸気バルブ１０５の開弁前に燃料を噴射させる。
尚、上記実施形態では、吸気バルブ１０５を各気筒に２つ備える構成としたが、吸気バルブ１０５が各気筒に１つだけ設けられるエンジンであっても、各吸気バルブ１０５の傘部背面に当たる噴霧パターンが燃焼室の中央寄りに偏るように設定するか、又は、対向する排気バルブに近い側に偏るように設定することで、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンのシステム構成図。
【図２】ＶＥＬ機構（可変バルブリフト機構）を示す断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記ＶＥＬ機構の側面図。
【図４】上記ＶＥＬ機構の平面図。
【図５】上記ＶＥＬ機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記ＶＥＬ機構の低リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記ＶＥＬ機構の高リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】上記ＶＥＬ機構における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図９】上記ＶＥＬ機構のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１０】上記ＶＥＬ機構における制御軸の回転駆動機構を示す斜視図。
【図１１】ＶＴＣ機構を示す縦断面図。
【図１２】吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１３】吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１４】吸入空気量制御の詳細を示すブロック図。
【図１５】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図１６】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図１７】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図１８】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図１９】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図２０】燃料噴射弁の噴霧パターンを示す状態図。
【図２１】リフト量における流れ方向の違いを示す状態図。
【図２２】吸気バルブの低リフト状態を示す線図。
【図２３】吸・排気バルブのリフト特性と噴射タイミングとの相関を示す線図。
【符号の説明】
１０１…エンジン、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１０７…排気バルブ、１１２…ＶＥＬ機構、１１３…ＶＴＣ機構、１１４…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１１５…エアフローメータ、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１１８…スロットルセンサ、１１９…水温センサ、１２０…クランク軸、１３０…吸気ポート、１３１…燃料噴射弁
Claims (4)
- 吸気バルブの上流側に燃料噴射弁を備えると共に、前記吸気バルブのバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト機構を備えてなるエンジンの燃料噴射装置において、
前記吸気バルブの傘部背面に当たる前記燃料噴射弁の噴霧パターンを、シリンダ壁面から離れた側に偏らせ、かつ、前記可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせることを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。 - 吸気バルブの上流側に燃料噴射弁を備えると共に、前記吸気バルブのバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト機構を備えてなるエンジンの燃料噴射装置において、
前記吸気バルブの傘部背面に当たる前記燃料噴射弁の噴霧パターンを、燃焼室の中央寄りに偏らせ、かつ、前記可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせることを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。 - 吸気バルブの上流側に燃料噴射弁を備えると共に、前記吸気バルブのバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト機構を備えてなるエンジンの燃料噴射装置において、
前記吸気バルブの傘部背面に当たる前記燃料噴射弁の噴霧パターンを、対向する排気バルブに近い側に偏らせ、かつ、前記可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせることを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。 - 気筒毎に２つの吸気バルブが設けられ、該２つの吸気バルブの上流側に燃料噴射弁を備えると共に、前記２つの吸気バルブのバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト機構を備えてなるエンジンの燃料噴射装置において、
前記２つの吸気バルブの傘部背面にそれぞれ当たる前記燃料噴射弁の噴霧パターンを、隣接する吸気バルブに近い側に偏らせ、かつ、前記可変バルブリフト機構により変化するバルブリフト量が所定値以下の領域では、前記吸気バルブが開いている間に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせ、前記吸気バルブのバルブリフト量が前記所定値を超える領域では、前記吸気バルブの開弁前に前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせることを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。
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