JP4499643B2

JP4499643B2 - 多段燃料噴射式内燃機関

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Publication number: JP4499643B2
Application number: JP2005286668A
Authority: JP
Inventors: 信中村; 富夫穂刈; 誠之助原; 聖治菅; 正彦渡辺
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2010-07-07
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Also published as: CN1940255A; KR100829324B1; US7520260B2; KR20070037390A; JP2007092724A; CN100529336C; EP1770269A2; US20070074702A1

Description

本発明は、吸気弁、排気弁の可変動弁システム（ＶＶＣ）と１サイクルに複数回のタイミングにおいて燃料を噴射する多段燃料噴射システムを具備した内燃機関に係り、特に４ストロークおよび２ストロークのディーゼルエンジン、予混合圧縮着火によるガソリンエンジンなどを含めた圧縮着火エンジンに用いるのに好適なものである。

内燃機関の吸気弁、排気弁のリフト、タイミングを運転状態によって変える可変動弁システム（ＶＶＣ）は、内燃機関の充填効率、有効圧縮比、残留ガスの量を制御し、内燃機関の燃焼性能、動力性能、エミッション性能を向上するため、近年、広く利用されている。ガソリンエンジンでは、予混合気を点火プラグで着火しているが、圧縮着火の研究も進められている。ディーゼルエンジン、或いは、ガソリンエンジンも含めた予混合圧縮着火エンジンでは、エンジンの圧縮行程に伴って生じるガスの温度上昇によって、噴射された燃料を自着火している。

燃焼を支配する着火遅れは、混合気の温度、圧力、混合気の状態（乱れの度合い、燃料の性状）によって変化する。ＶＶＣによって、有効圧縮比を加減し、混合気の温度、圧力、混合気の状態の変化による着火遅れの最適値からのずれを補償し、燃焼を常に最適に制御することができる。
燃焼は有効圧縮比の他に、混合気の温度、燃焼室の熱力学的、流体力学的特性（過給圧力、過給温度、冷却系の冷却特性、シリンダ内面への残渣物のデポジット量、燃料の噴霧パターン、混合気のスワールの強さ、残留ガスの量、外部排気還流（ＥＧＲ）量など）に影響される。また、同じ吸気弁の閉じタイミングでも、圧縮始めの混合気の温度、圧力、ＥＧＲ量によって有効圧縮比が異なる。

ディーゼルエンジン、或いは、シリンダ内に直接燃料を噴射するガソリンエンジンにおいて、１サイクルの燃料を数回に分けて噴射し、空気との混合を促進し、燃焼を改善することが行われている。非特許文献２では、高応答の燃料噴射弁を用いて、高速な噴射間隔での微量な燃料噴射を実現し、シリンダあたりの燃焼行程で、最大５回の複数回噴射を可能にしている。
高精度な複数回の噴射によって、エミッションの低減や燃焼騒音を低減することができる。例えば、主噴射の前に、微量の燃料を副噴射することによって、窒素酸化物と粒子状物質の生成を同時に低減することができる。また、主噴射の後に微量の燃料を副噴射することによって、排気の温度を高め、触媒を活性化し、ディーゼルパーティキュレートフィルタに捕集された微粒子を焼却し、フィルタを再生することができる。

副噴射のタイミングは、エンジンの運転状態に応じて、広い範囲にわたって制御される。また、ＶＶＣにおける吸気弁、排気弁の開閉タイミングも、運転状態に応じて、広い範囲にわたって制御される。特に、予混合圧縮着火エンジンにおいては、吸気弁の閉タイミングで、混合気の着火を制御するので、吸気弁の閉タイミングが遅れ、燃料噴射タイミングに近づき、吸気弁の動作と燃料噴射の動作が干渉しやすくなっている。また、前記フィルタの再生のための主噴射の後の副噴射は、排気弁の開タイミングに近づくので、排気弁の開動作と干渉しやすくなっている。

なお、可変動弁システムの従来技術に関する特許文献としては、特開平１-３１５６３１号公報（特許文献１）が挙げられる。また、可変動弁機構としては、非特許文献１に開示されているような、油圧で動作するロータリベーンなどがある。さらに、非特許文献２には、一サイクルに複数回噴射することができる燃料噴射システムが開示されている。
特開平１-３１５６３１号公報赤坂、三浦、ガソリンエンジン：燃費及び排出ガス低減に貢献する可変動弁機構の技術動向、自動車技術Ｖｏｌ．５９，Ｎｏ．２，２００５，ｐｐ３３−３８田中、長田、ディーゼルエンジン用１８００ｂａｒコモンレールシステム、自動車技術、Ｖｏｌ．５８，Ｎｏ．４，２００４，ｐｐ１９−２４Ｈ．Ｋａｋｕｙａ，ｅｔａｌ，ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＧａｓｏｌｉｎｅＨＣＣＩＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ，２００５ＪＳＡＥＡｎｎｕａｌＣｏｎｇｒｅｓｓ，Ｎｏ．２００５５１８４，Ｙｏｋｏｈａｍａ，Ｊａｐａｎ，Ｍａｙ１８，２００５

しかし、従来の可変動弁システムＶＶＣと多段燃料噴射システムを有する内燃機関、特に圧縮着火エンジンでは、副噴射のタイミングは、エンジンの運転状態に応じて、広い範囲にわたって制御され、また、ＶＶＣにおける吸気弁、排気弁の開閉タイミングも、運転状態に応じて、広い範囲にわたって制御されるので、ＶＶＣの動作と噴射の動作がお互いに干渉しやすくなっている。
特に、予混合圧縮着火エンジンにおいては、吸気弁の閉タイミングで、混合気の着火を制御するので、吸気弁の閉タイミングが遅れ、燃料噴射タイミングに近づき、吸気弁の動作と燃料噴射の動作が干渉しやすくなっている。また、フィルタの再生のための主噴射の後の副噴射は、排気弁の開動作と干渉しやすくなっている。

主噴射の前の副噴射のタイミングが、吸気弁の閉タイミングに近づくと、お互いに干渉しあう。干渉の問題には、燃料が噴射されても吸気弁が開いていると、噴射された燃料の一部がシリンダから吸気システムの方に漏れ、燃焼に関与せず、副噴射の効果が低下し、出力、エミッション性能が低下する問題がある。
また、吸気弁が閉じた瞬間は、シリンダの中の混合気の流れが、吸気弁の方に向かって流れているので、燃料噴射弁から噴射された燃料も、この流れに影響を受けて偏向し、副噴射の効果が低下する問題がある。
また、噴射された燃料の蒸発、気化によって、混合気の温度が低下し、ＶＶＣの有効圧縮比の制御の効果に影響を及ぼす。流れが偏向すると、燃料の気化の割合が変化し、同じ吸気弁閉タイミングでも、混合気の温度が異なり、ＶＶＣの制御の効果を狂わす問題がある。
主噴射の後の副噴射によって、排気温度を高めて、フィルタの再生を図る場合、温度を高めるためには、排気弁の開タイミングを進ませ、副噴射のタイミングを遅らせることが行われる。しかし、副噴射のタイミングが遅れすぎると、噴射した燃料の一部が排気システムに漏れ、生の燃料が、触媒、フィルタに到達し、触媒、フィルタで急に燃焼し、触媒、フィルタが破損する恐れがある。

また、副噴射によって、膨張行程と、排気行程の排ガスの温度が上昇し、予混合圧縮着火エンジンのように、排気弁閉タイミングで残留ガスの量を制御し、着火を制御するＶＶＣシステムに影響を及ぼす。

従来、ＶＶＣによって燃焼を改善する方法、燃料の多段噴射によって燃焼を改善する方法は独立に進められているので、上記の干渉の問題を解決するまでには至っていない。本発明の目的は、可変動弁システムと燃料多段噴射システムを具備したエンジンにおいて、このような干渉によるエンジンの燃焼の不具合を解決することにある。
非特許文献３に吸排気弁の操作量、燃料噴射システムの操作量を、燃焼状態を計測して制御する方法が開示されているが、両者の操作量が関連づけて制御されていないので、上記の干渉を解決するのは困難である。

上述の課題を解決するため、本発明は、主噴射に加え、主噴射の前に噴射する副噴射も可能な燃料噴射システムと、吸気弁の閉タイミングを変更可能な可変動弁システムとを有する多段燃料噴射式内燃機関において、
前記多段燃料噴射式内燃機関の運転状態に応じて少なくとも前記吸気弁の閉タイミングと前記副噴射のタイミングを関連制御し、
アイドル運転時には、前記吸気弁の閉タイミングを進み変化させ、且つアイドル運転時の主噴射の前に噴射する前記副噴射のタイミングを、この主噴射前の副噴射の回数を変えずに前記吸気弁閉タイミングの進み変化に対応して、遅れ方向に変化させることを特徴とする。

本発明の一実施態様によれば、可変動弁システムと多段燃料噴射システムを具備した内燃機関において、吸気弁閉時期、排気弁開時期と副燃料噴射時期のミスマッチによる弊害、すなわち燃料のシリンダからの漏れの変化、副燃料噴射の効果の目減りによる出力、エミッション性能の低下などを防止することができる。特にアイドル運転などの低負荷運転時のサイクル毎の燃焼変動を抑制し、安定したエンジンの運転を可能にする。燃料の噴霧が吸気システムに逆流する(漏れる)絶対量が極めて小さくなり、従って逆流量の変動が極めて小さくなり、サイクル毎の燃焼の変動が抑制される。

以下、本発明の一実施例について図を用いて説明する。まず、４ストロークエンジンの可変動弁システム（ＶＶＣ）について、図１を参照しながら説明する。エンジン１のクランク軸２は、図中、時計方向に回転している。ピストン３が、最も下に位置する状態が、下死点（ＢＤＣ）の状態で、クランク角度で、１８０度とする。クランク軸２が回転し、ピストン３が、最も高い位置に達したときが、上死点（ＴＤＣ）の状態で、このときのクランク角度は３６０度（０度）である。
通常のディーゼル燃焼の場合は、燃料は、圧縮行程において、燃料噴射弁４から、シリンダ内に噴射され、ガスの高温によって自着火し、燃焼する。予混合圧縮着火の場合は、吸気行程に、噴射弁４から燃料を噴射し、シリンダの充填空気と良く混合しておく。残留ガス分を多くし、混合気の温度を高める。ピストン３が上昇すると、シリンダ内の予混合気の温度、圧力が上昇し、混合気が自着火、燃焼に至る。噴射弁４の、燃料噴射量、燃料噴射タイミングは、クランク角センサ５の信号に応じ、エレクトロニクスコントロールユニット（ＥＣＵ）６によって制御される。

ガソリン予混合燃焼の場合は、補助的に、圧縮着火が困難な運転条件では点火プラグ(図示していない)によって混合気に着火し、火炎伝播によって燃焼が進行する。内燃機関点火式では、点火プラグの点火タイミングは、クランク角センサ５の信号に応じ、エレクトロニクスコントロールユニット（ＥＣＵ）６によって制御される。
始動時には、スタータ７をクランク軸２に結合させ、クランク軸２を回転させる。ハイブリッドエンジンの場合は、スタータ７の代わりに、モータ発電機でエンジン１を回動する。さらに、始動時には、ディーゼル燃焼ではグロープラグ８に電流を印加し、グロープラグ８の温度を高めて、燃料の蒸発を促進し、自着火を支援する。排気の一酸化炭素、炭化水素、すす、窒素酸化物などの有害成分は、触媒コンバータ３０１によって浄化する。
また、排気中の粒子状物質は、ディーゼルパーティキュレートフィルタ３０４によってトラップされる。フィルタ３０４は、セラミック、或いは耐熱合金製で、目詰まりによる、エンジン１の出力の低下を防止するため、時々、混合気の濃度を濃くして、排気の温度を高めて焼却する。または、高負荷時の排気温度が高い運転状態のとき、トラップされた微粒子を焼却して、目詰まりによる排気抵抗の増大を防止する。

吸気弁９と排気弁１０は、エンジン１の上部に配置され、それぞれ、吸気カム１１、排気カム１２によって駆動される。カム１１，１２の代わりに、油圧ピストン、電磁石によって直接、吸気弁９と排気弁１０を駆動するＶＶＣを用いることもできる。吸気カム１１は、リフト位相可変タイプの可変動弁機構（ＶＴＣ）１３aを介し、排気カム１２は、リフト位相可変タイプの可変動弁機構（ＶＴＣ）１３ｂを介して、カム軸タイミングプーリ１４に接続されている。ＶＴＣの代わりに、リフト可変タイプの可変動弁機構（ＶＥＬ）でもよい。ＶＶＣには大別するとＶＴＣとＶＥＬがあるが、これらを組み合わせたものも用いられる。

クランク軸２の回転は、タイミングベルト、或いはタイミングチェーンなどを介して、カム軸タイミングプーリ１４に伝えられる。排気カム１２は、直接、カム軸タイミングプーリ１４に接続されていてもよい。または、ＶＴＣ１３aを介して、カム軸タイミングプーリ１４に接続される。或いは、吸気カム１１とは独立したＶＴＣ１３ｂを介して、カム軸タイミングプーリ１４に接続される。
水温センサ１５の信号は、ＥＣＵ６に入力される。ＶＴＣのカム軸センサ１６の信号もＥＣＵ６に入力される。クランク軸２が回転すると、２分の１の回転で、カム軸タイミングプーリ１４が回転し、ＶＴＣ１３の定められたクランク角センサ５とカム軸センサ１６との位相差でもって、吸気カム１１が回転し、クランク軸２回転に一回、吸気弁９の開動作を行い、空気をシリンダに吸入する。
また、カム軸タイミングプーリ１４が回転すると、それに接続されている排気カム１２が回転し、クランク軸２回転に一回、排気弁１２の開動作を行い、既燃ガスをシリンダから排出する。吸気弁９の上流の吸気システム２０には、吸入空気量を測定するためのエアフローセンサ１７、ターボチャージャ１８、及び排気還流弁（ＥＧＲ）１９が配置されている。

ＶＴＣは、クランキングと同時に作動可能な可変位相手段である。ＶＴＣとして油圧ベーン機構を用いるときは、エンジン１のオイルポンプの油圧で動作するので、クランキング時、油圧が低下し、動作が不確定になる場合がある。このときは、キースイッチオンと同時に、別置きの油圧ポンプで油圧をＶＴＣに供給する。
通常運転時の４ストロークディーゼルエンジンでは、排気弁１０は、排気行程の始め、クランク角度１８０度ないし少し手前で開かれる。このタイミングをＥＶＯとする。排気弁１０は、排気行程の終わりに閉じられる。このタイミングをＥＶＣとする。吸気弁９は、吸気行程の始め、クランク角度０度の近くで開かれる。このタイミングをＩＶＯとする。
吸気弁９は吸気行程の終わりのＢＤＣないし少し遅れた時期で、閉じられる。このタイミングをＩＶＣと称する。

燃料噴射システムは、シリンダヘッドに取り付けられた燃料噴射弁４などから構成されている。図２に示すごとく、４シリンダエンジンの場合は、噴射弁４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから、それぞれのシリンダに燃料が噴射される。噴射弁４の上流は、コモンレール８０４に接続されている。コモンレール８０４は、一本のパイプから構成されており、これに噴射弁４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが、共通に接続されている。
コモンレール８０４には、燃料タンク８０１から、フィードポンプ８０２、高圧ポンプ８０３を介して、燃料が供給される。コモンレール８０４の燃料の圧力は、圧力センサ８０５によって検出される。圧力が高くなった場合は、圧力調節器８０６を開き、圧力を一定に維持する。余分の燃料は、圧力調節器８０６から燃料タンク８０１に戻される。
燃料の圧力は、１０００気圧から２５００気圧の間で、一定に維持される。燃料噴射弁４は、図３に示すごとく、弁体８１０、ノズル８１４、プランジャ８１２、アクチュエータ８１３(圧電素子など)、オリフィス８１５、制御室８１６から、構成されている。

アクチュエータ８１３が上方に変位すると、オリフィス８１５が開き、制御室８１６の圧力が低下する。これによって、プランジャ８１２が上方に動き、ノズル８１４が開き、燃料が噴射される。アクチュエータ８１３が下方に変位すると、オリフィス８１５が閉じ、制御室８１６の圧力が上昇し、ばね８１７によってプランジャ８１２が下方におされ、ノズル８１４が閉じ、燃料の噴射が停止する。燃料の圧力が一定の場合、燃料噴射量は、ノズル８１４が開いている時間によって決定される。

このような高応答の燃料噴射システムを用いることによって、圧縮行程において、複数回に分けて燃料を噴射することが可能である。これに伴って、従来ＴＤＣの近くで１回噴射していたものを、圧縮行程の始めから、膨張行程の終わりまでの間で、燃料を複数回に分けて噴射することが可能になった。

ノズル８１４としては、図４に示すごとく、運転状態に応じて、開口面積を可変できるノズル８１４ａ，８１４ｂを用いることもできる。図４において、プランジャ８１２ｂを引き上げると、ノズル８１４ｂが開口する。プランジャ８１２ａを引き上げると、ノズル８１４ｂも開口する。これによって、噴射時間が一定の条件において、噴射量を最適に設定することができる。プランジャ８１２ａを押し下げ、ノズル８１４ａを閉じることによって、ノズルの開口は８１４ｂのみとなる。このようにして、ノズル８１４の開口面積を小さくすることによって、全体的に噴射継続可能時間が伸びるので、燃料を複数回に分けて噴射すると同じような効果が得られる。

図１のＶＴＣ１３としては、図５に示す電動式のものを使用することもできる。カム軸３１０と、カム軸タイミングプーリ１４の間の位相を、リンク機構３１２を用いて変化させる。リンク機構３１２の半径方向外側は、カム軸タイミングプーリ１４の溝３１３および、渦デスク３１１の溝３１４に沿って摺動する。リンク機構３１２の半径方向内側は、カム軸３１０に接続されている。

渦デスク３１１とカム軸タイミングプーリ１４の相対角度が変化すると、リンク機構３１２の外側の半径位置が変化し、カム軸タイミングプーリ１４とカム軸３１０の位相が変化する。渦デスク３１１のカム軸３１０に対する相対角度を変化する方法には、種々の方法があるが、ここでは、ヒステリシスモータ３１５によって、ヒステリシス部材３１６に無接触で回転モーメントを発生させて、カム軸タイミングプーリ１４と渦デスク３１１の相対角度を変化させている。電動式であるので、バッテリの電圧が規定以上であれば、クランキング時から確実に可変動弁システムを動作することができる。
ヒステリシスモータ３１１の印加電流を増すと、ヒステリシス部材３１６のモーメントが増加し、渦デスク３１１を図外の付勢ばねに逆らって回転させ、電流に応じて位相を連続的に変化することができる。カム軸センサ１６の信号をもとに、電流を閉ループ制御し、位相を所定の値に制御する。

ディーゼルエンジン、あるいはガソリンエンジンでも燃焼を改善するため、図６に示すごとく、燃料を数回に分けて噴射する多段燃料噴射システムが採用される場合がある。主噴射（ＩＴ０）に先立って副噴射（ＩＴ１）が行われる。主噴射ＩＴ０の前に燃料を噴射することによって、予混合気を部分的に形成し、主噴射の燃料を燃えやすくすることができる。これによって、主燃料の燃焼での粒子状物質の生成を低減することができる。副噴射の燃料噴射ＩＴ１のタイミングは、エンジン回転速度、負荷に応じて制御される。
また、主噴射の後に、再度、微量の燃料を副噴射（ＩＴ２）して、再度燃焼ガスの温度を高め、燃え残りを燃焼室、触媒３０１、ディーゼルパーティキュレートフィルタ３０４で完全に浄化することが行われる。

一方、運転状態によって、吸気弁の閉タイミング（ＩＶＣ）を変えて、有効圧縮比を最適に維持し、燃焼の速すぎを防止することも行われる。これにより予混合期間を長くし、粒子状物質の生成を抑制できる。さらに、排気弁の開タイミング（ＥＶＯ）を早めて、排気温度を高め、触媒３０１、ディーゼルパーティキュレートフィルタ３０４を活性化することが行われる。吸気弁の開タイミング（ＩＶＯ）、排気弁の閉タイミング（ＥＶＣ）も同時に制御される。

図７において、燃焼、動力性能を改善するための制御のブロック線図を示す。吸気弁、排気弁のリフト特性を変化させる可変動弁システムＶＶＣ５０１において、弁の開閉タイミング、ＩＶC，ＥＶＯなどは、車速（エンジン回転速度）ｖ、アクセルペダル踏み込み量（負荷）Ｌに応じて制御される。また、副噴射のＩＴ１，ＩＴ２のタイミングも、燃料噴射システム５０５で、エンジン回転速度ｖ、負荷Ｌに応じて制御される。エンジンの負荷Ｌとしては、例えば、アクセルペダルの踏み込み量が用いられる。

図７の制御ブロック線図において、ＶＶＣ５０１、燃料噴射システム５０５のブロックにアクセルペダルの踏み込み量（負荷）Ｌと車速（回転速度）ｖを取り込み、燃料噴射システムの操作量Ｕｆ（例えば副噴射ＩＴ１の１回目のタイミング）、ＶＶＣの操作量Ｕｖ（例えば吸気弁の閉じタイミングＩＶＣ）を決定し、エンジン５０２に与える。この際、ＶＶＣ５０１、燃料噴射システム５０５のブロックは、テーブルブロック５０４に記憶されたテーブルを参照して、操作量Ｕｆ，Ｕｖを決定する。このテーブル参照に際しては、カム軸センサ１１ｓの信号が利用される。

図７に示すごとく、エンジン５０２の操作量としては、ＶＶＣ５０１の操作量Ｕｖ（ＥＶＯ，ＥＶＣ，ＩＶＯ，ＩＶＣ、及び、それぞれの弁のリフト特性）、燃料噴射システム５０５の操作量Ｕｆ（燃料噴射量、燃料噴射タイミング）がある。これらの操作量Ｕｆ，Ｕｖは、アクセルペダルの踏み込み量Ｌと車速ｖによって決定されるが、個々のエンジンの特性によって修正される。

ディーゼルエンジンでエミッションを改善するためには、大量の残留ガスによって、燃焼を遅らせ、混合気を均一にして、すすの発生、ＮＯｘの生成を抑制するのが効果的である。大量の残留ガスを得る方法としては、図１のＥＧＲ弁１９の開度を大きくする。また、ＥＶＣを早めて、大量の既燃ガスをシリンダに閉じこめる。通常は、ＥＧＲとＥＶＣを運転状態によって協調制御し、残留ガスの量を調節している。残留ガスの量に応じて、空気量も変化する。したがって、燃焼を最適化するためには、燃料の噴射量、噴射タイミング、ＶＶＣの制御を図７のブロック線図で示したように同時に行わなければならない。

ＩＶＣが遅くなると，一旦吸入された空気が吸気系に戻されるので、シリンダ中の空気質量が小さくなる。燃料噴射量をこの空気質量の変化に応じて制御しないと、燃料／空気比が変化し、エミッション特性が劣化する。このため、本発明においては、ＩＶＣを制御すると同時に、燃料噴射量を修正し、動力性能とエミッション性能の両立を図っている。
テーブル参照の概念図を図８に示す。少なくても、回転速度ｖと負荷Ｌに対して、１回目の副噴射ＩＴ１のタイミングを与えるテーブル８Ａ、回転速度ｖと負荷Ｌに対して吸気弁の閉タイミングＩＶＣを与えるテーブル８Ｂが用意されている。補間計算によって、回転速度ｖと負荷Ｌに対するＩＴ１とＩＶＣのタイミングを計算することによって、テーブルの区分の刻みを粗くし、ＥＣＵ６のメモリの容量を低減することができる。

このように、噴射タイミングＩＴ１と、弁の開閉のタイミングＩＶＣを運転状態に応じて制御する場合、圧縮行程の最初の燃料噴射のタイミングＩＴ１が吸気弁の閉タイミングＩＶＣより過度に早まると、噴射燃料の一部がシリンダから吸気システム２０の方に漏れ、熱効率が低下する。また、排気行程の最後の燃料噴射のタイミングＩＴ２が、排気弁の開きタイミングＥＶＯより過度に遅れると、噴射燃料の一部が排気システムに漏れ、熱効率が低下する。

噴射タイミングＩＴ１と吸気弁の閉じタイミングＩＶＣ（排気弁の閉じタイミングはテーブルには図示していない）は、回転速度ｖ、負荷Ｌに応じて変化するが、図９の実施例に示すように、それぞれのマップの区分けは、９Ａ，９Ｂに示したごとく異なる。例えば、回転速度ｖが１０００から２０００ｒｐｍの間において、負荷ＬがＡの領域からＬ０に変化したときを考える。このとき、９Ａと９Ｂの縦軸の変数として、共通のＬを使用する場合は問題が生じないが、変数が異なる場合は、９ＡのＩＴ１のＡ領域と９ＢのＩＶＣのＣの領域との整合が取れず、ＩＶＣよりＩＴ１が過度に早まり、上記の噴射燃料の漏れが生じやすい。ここでは、両テーブルを参照する入力変数として、エンジンの回転速度ｖと負荷Ｌという共通の変数を用いて、ＶＶＣと燃料噴射タイミングＩＴ１，ＩＴ０、ＩＴ２を決定するので、２つのテーブルの参照がずれることはない。したがって、ＶＶＣと燃料噴射タイミングを関連制御することによって、噴射燃料の漏れなどの不具合による熱効率の低下を防止することができる。

図９に示す一実施例の噴射タイミングＩＴ１のテーブル９Ａと吸気弁の閉じタイミングＩＶＣのテーブル９Ｂにおいては、負荷Ｌが例えば６５％から７０％の付近で１回目の噴射ＩＴ１のタイミングが吸気弁の閉じタイミングＩＶＣより過度に早まる可能性がある。つまり、参照のための入力変数として、共通の負荷Ｌと回転速度ｖの信号を使用しないと、テーブルの参照の精度が低下し、吸気弁９から吸気システム２０の方に燃料が漏れやすい。図９の実施例では、共通の変数Ｌ、ｖを使って、テーブルを参照するので、このような場合でも、燃料が所望に反して過度に漏れたりすることはない。

図９のテーブルに示したように、エンジン１の運転状態（回転速度ｖ、負荷Ｌ）に応じて複数個の運転領域が設けられている。例えば、エンジンの運転状態として、第１のＡの運転領域と第二のＢの運転領域が設けられる。この第１の運転領域においては、燃料噴射タイミングの一つ(たとえば、１回目の噴射ＩＴ１のタイミング)が、吸気弁の閉タイミングＩＶＣまたは、排気弁の開タイミングと所定の第１の関係（噴射タイミングのマイナス１９０度に対し、吸気弁閉タイミングＩＶＣのマイナス１８０度）になるように設定される。
また、第二の運転領域においては、燃料噴射タイミングの一つ(たとえば、１回目の噴射ＩＴ１のタイミング)が、吸気弁の閉タイミングＩＶＣまたは、排気弁の開タイミングＥＶＯと所定の第二の関係（噴射タイミングＩＴ１のマイナス１７０度に対し、吸気弁閉タイミングＩＶＣのマイナス１６０度）になるように設定される。これによって、運転状態に対する、両タイミングの関係が明確になり、両者のタイミングはずれることなく、燃料がシリンダから所望に反して過度に漏れたりすることはない。

このように、燃料噴射のタイミングと吸気弁、及び排気弁の動作は、テーブル参照でリアルタイムに制御されるが、弁の制御指令に対して、エンジンのシリンダの混合気の状態の変化は、可変動弁システムの機械的な遅れによって遅れる。これを考慮して、噴射タイミングを決定しないと、混合気の状態に燃料噴射が適合せず、熱効率が低下する。
可変動弁システムに制御信号を送ってから、実際にシリンダの混合気の状態が変化するのは、動弁システムの機械的、電気的な遅れ、吸排気システムの流体的な遅れによって時間的に遅れる。これに対し、図２に示した構成の燃料噴射システムは、時間遅れなく燃料噴射タイミング、噴射量を制御できる。両者の時間的な遅れのずれを解消するためには、可変動弁と燃料噴射の協調制御が不可欠である。

燃料噴射バルブ４から噴射する燃料質量は、エアフローセンサ１７の空気量、アクセルペダルの踏み込み量、エンジンの回転数の信号に応じて制御される。また、排気還流バルブ１９、ターボチャージャ１８の状態も考慮して、燃料質量、燃料噴射のタイミングが決定される。当然、吸気バルブ９のＩＶＣ，ＩＶＯが変化すると、空気量が変化するので、噴射量、噴射タイミングを変更する必要がある。
このため、カム軸センサ１６の信号が、ＥＣＵ６に入力され、ＶＴＣの位相、すなわち、ＩＶＣの位置によって、燃料噴射量が変更される。ディーゼルエンジンの一ストロークの噴射では、図６に示したように、前（ＩＴ１）、主（ＩＴ０）、後噴射（ＩＴ２）に分けて燃料が噴射される。或いは、パイロット（ＩＴ１）、前、主、後、ポスト噴射（ＩＴ２）に分けて、燃料が噴射される。この噴射のパターンは、運転状態によって変化する。図７の燃料噴射システム５０５において、操作量である燃料噴射パターンは、ＩＶＣの関数として与えられる。ＩＶＣの変化は、即座に、燃料噴射パターン（噴射量、噴射回数など）に反映される。

図７のブロック線図で示したように、燃料噴射システム５０５の制御ブロックと、ＶＶＣ５０１の制御ブロックは、接続されている。吸気弁、排気弁の一方、または双方に開閉態様またはリフト態様を示す角度の情報を取得するセンサ１１ｓ（たとえば、図１のカム軸センサ）を設け、センサ１１ｓから得られた吸気弁の閉タイミングＩＶＣまたは、排気弁の開タイミングＥＶＯの信号を、ＶＶＣ５０１のブロックから、燃料噴射システム５０５のブロックに送り、この１１ｓ信号の変化に応じて、複数回の燃料噴射タイミングの一つが関連制御される。これによって、両者の制御の時間的な遅れによる、タイミングの変化のずれを解消することができるだけでなく、運転状態の遷移に際する特性の劣化を防止することができる。

また、センサ信号１１ｓから得られる吸排気バルブのタイミングと運転状態に応じた所定の吸排気バルブのタイミングとの差が、所定値以上になるときに、上記の副噴射のタイミングを関連制御することによって、両者の制御の時間的な遅れによる、タイミングの変化のずれを解消することができ、運転状態の遷移に伴う頻繁な偽証制御を回避することができる。

図１０にＩＶＣとＩＴ１（１回目の噴射のタイミング）のフローチャートを示す。ステップ１００１でアイドル運転状態が検出された場合、その運転状態にあった目標のＩＶＣ、ＩＴ１がステップ１００２において図９のテーブルなどを参照して演算される。ステップ１００３で、現在の実ＩＶＣを検出し、目標ＩＶＣとの差が所定以上あったときにステップ１０４４，１００５において、ＩＶＣ切換信号が出力される。したがって、頻繁な微小制御が行われるのを回避し、制御が簡素化,安定化される。

また、ステップ１００６において、実際のＩＶＣが、目標のＩＶＣに充分近づいたことを検知してからステップ１００７，１００８において、はじめて、ＩＴ１の切換信号を出力する。これによって、実ＩＶＣと実ＩＴ１のずれを回避し、もって、運転状態の遷移に際する特性の劣化を防止することができる。

なお、この実施例では、アイドル運転が検出された場合の例を示したが、別の運転状態として検出された場合でも、この制御のフローは有効である。また、本実施例では、ＩＶＣとＩＴ１との関連を示したが、ＥＶＯとＩＴ２の関連制御の場合でも同様な効果をあげることができる。

図１１に、運転状態に応じてＩＶＣが制御され、そのＩＶＣに応じてＩＴ１が関連制御されるフローを示した。また、図１２に、エンジン回転数と、図示トルク(負荷)Ｌに対するＩＶＣとＩＴ１の進み、遅れの変化をマップで示した。図１２において、領域（I）は、ＩＶＣが進み、ＩＴ１進む領域である。領域（II）は、ＩＶＣが遅れ、ＩＴ１が進む領域である。領域（III）は、ＩＶＣが遅れ、ＩＴ１が遅れる領域である。領域（IV）は、ＩＶＣが進み、ＩＴ１が遅れる領域である。各運転状態における動作は、
ステップ１１０１で運転状態を取り込み、ステップ１１０２において、アイドル回転で、負荷が小さいときは、ステップ１１０３においてＢＤＣ付近までＩＶＣを進め、ステップ１１０４でＩＴ１を遅らせて、有効圧縮比を高め、燃料の吸気システムへの逆流を最小限とすることで燃焼を安定化させ、アイドル安定性を向上させる。また有効圧縮比向上に伴い始動性も向上する。

アイドル回転数でなく、ステップ１１０５で負荷が小さいときは、ステップ１１０６でＩＶＣを遅らせて、有効圧縮比を下げ、機械的な損失を低減し、燃費を低減する。また、ステップ１１０７でＩＴ１を遅らせて、燃料の吸気システムへの逆流を抑制し混合気の形成を改善し、エミッションを安定化させる。
ステップ１１０５で負荷が大きく、ステップ１１０８で回転が低い場合は、ステップ１１０９でＢＤＣ付近までＩＶＣを進ませて、吸気システムに戻る空気量を減じ、充填空気量を増し、エンジンの出力を高める。ステップ１１１０でＩＴ１は進ませて霧化期間を長くし、燃料の微粒化、霧化を促進し、すすの発生を防止する。
ステップ１１０８で負荷が大きく、回転速度が高い場合には、ステップ１１１１でＩＶＣを遅らせて、慣性過給によって充填空気量を増しエンジンの出力を高め、かつステップ１１２でＩＴ１を進ませて、特に必要燃料量の多い高回転高負荷において霧化期間を確保し、燃料の微粒化、霧化を促進し、すすなどのエミッションを低減させる。

図１３には運転状態に応じて、ＥＶＯが制御され、そのＥＶＯに応じてＩＴ２が関連制御されるフローを示した。図１４は、エンジンの回転数ｖと、図示トルク(負荷)Ｌに対するＥＶＯとＩＴ２の進み、遅れの変化をマップで示した。図１４において、領域（I）は、ＥＶＯが遅れ、ＩＴ２が遅れる領域である。領域（II）は、ＥＶＯが進み、ＩＴ２が進む領域である。領域（III）は、ＥＶＯが進み、ＩＴ２が遅れる領域で、冷機時のみ存在する。また、触媒温度が過度に高い時には、全領域で、ＥＶＯが遅れ、ＩＴ２が進む。
各運転状態における制御動作は、
ステップ１３０１で、触媒の温度が正常で、ステップ１３０２で冷機時でなく、ステップ１３０３で、高回転の場合（暖機後の高回転で）は、ステップ１３０４でＥＶＯを進ませ、排気損失を低減させ、高速トルクを向上、ステップ１３０５でＩＴ２を進ませて触媒、フィルタに適度な生ガスを供給し、エミッションを安定化させる。

ステップ１３０３で暖機後の低速回転では、ステップ１３０６でＥＶＯを遅らせて、膨張仕事を増加させ、低速トルクを向上させ、ステップ１３０７でＩＴ２を遅らせて、触媒、フィルタに適度な生ガスを供給し、エミッションを安定化させる。
ステップ１３０１で触媒の温度が高い場合は、ステップ１３０８でＥＶＯを遅らせ、排気温度を低下させ、ステップ１３０９でＩＴ２を進ませ、或いは、ＩＴ２の噴射を停止し、触媒、フィルタへの生ガスを低減し、触媒、フィルタの焼損を防止する。
ステップ１３０２で冷機時には、ステップ１３０２でＥＶＯを進ませ、かつ、ステップ１３１１でＩＴ２を遅らせて、排気の生ガスを増加させて、触媒、フィルタの温度の上昇を促進する。

２ストロークエンジンの場合は、１回転（３６０度）でサイクルが完了するので、クランク角度１８０度の間に、４ストロークに相当する吸気行程と、圧縮行程が行われる。次の１８０度で、膨張行程と排気行程が行われる。ＴＤＣの前で、自着火が行われる。クランク一回転に一回、吸気弁９と排気弁１０の開動作が行われるので、２ストロークの場合は、図１において、カム軸タイミングプーリ１４は、クランク軸２と同じ回転数で駆動される。
その他の要素は、４ストロークの場合の要素を流用することができる。ＩＶＣをＢＤＣに近づけると、ガスの質量が多い状態で圧縮されるので、有効圧縮比が高くなる。また、ＩＶＣをＢＤＣに対して遅らせると、吸気システム２０の圧力が一定の場合、シリンダに充填されるガスの量が低下し、有効圧縮比が低下する。

ここで、ＩＶＣの値によって、エンジン１の充填空気量が異なる。ＩＶＣが遅れるときは、充填空気量が小さい。したがって、燃料噴射量を、ＩＶＣの値に応じて制御する必要がある。これには、カム軸センサ１６、或いは空気流量センサであるエアフローセンサ１７の信号によって、燃料噴射量を補正し、空燃比を安定させ、すすの発生を抑制する。
燃料噴射弁４から噴射する燃料質量は、エアフローセンサ１７の空気量、アクセルペダルの踏み込み量、エンジンの回転数の信号に応じて制御される。また、排気還流弁１９、ターボチャージャ１８の状態も考慮して、燃料質量、燃料噴射のタイミングが決定される。
当然、吸気弁のＩＶＣ，ＩＶＯが変化すると、噴射量、噴射タイミングを変更する必要がある。

このため、カム軸センサ１６の信号が、ＥＣＵ６に入力され、ＶＴＣの位相、すなわち、ＩＶＣの位置によって、燃料噴射量が変更される。ディーゼルエンジンの一ストロークの噴射では、パイロット、前、主、後、ポスト噴射に分けて、燃料が噴射される。この噴射のパターンは、運転状態によって変化する。図７の燃料噴射システム５０５において、操作量である燃料噴射パターンは、ＩＶＣの関数として与えられる。ＩＶＣの変化は、即座に、燃料噴射パターン（噴射量、噴射回数など）に反映される。

図１５において、過給システム（ＥＧＲシステムを含む）５０６は、燃料噴射システム５０５、ＶＶＣ５０１、エンジンモデル５０４と接続され、協調制御され、過給システム５０６の操作量Ｕｃ（過給機の回転速度、ウェストゲートの開度、タービンノズルの開度など）、ＥＧＲの操作量（図1のＥＧＲ弁１９の開度）が決定される。したがって、ＥＧＲと過給圧力の関係は、ＥＧＲの温度が変化した場合でも、ＶＶＣ制御による、残留ガスの調節と組み合わせて、常に最適に維持される。したがって、エミッションと出力を両立することができる。燃料噴射システム５０５と、ＶＶＣ５０１と過給システム５０６は関連制御される。これによって、広い運転範囲にわたって、例えば燃料のシリンダからの漏れが回避され、熱効率の低下を防止することができる。

エンジンモデル５０４は、シリンダ圧力ｃｐの測定値をベースに、燃焼状態を把握し、ＩＶＣ，ＩＴ１，ＥＶＯ，ＩＴ２が、最適であるかどうかを判定する。最適値よりずれている場合は、図８、図９に示したテーブルの値を修正する。

可変動弁システムとしては、位相角を変えるシステムの他に、例えば、特願２００２−２３５４０に開示されているような、リフトおよび作動角（開閉期間）を連続的に変えるシステム（ＶＥＬ）もある。図１６に示した実施例で、付勢スプリング付きＶＥＬの動作を説明する。図１６において、吸気弁９は、一シリンダに２個配置されている。両者の動きは同じである。駆動軸２０２は、クランク軸２によって、４ストロークエンジンの場合は、クランク軸２の２分の１の回転数で駆動される。２ストロークエンジンの場合は、クランク軸と同じ回転数で駆動される。この駆動軸２０２と、カム軸タイミングプーリ１４の間に、図５に示した位相可変手段ＶＴＣを配設することもできる。この場合は、吸気バルブ９の開閉のタイミング（位相）とリフトおよび作動角を同時に、自在に制御することができる。本発明では、組み合わせて利用することもでき、或いは、それぞれ単独で使用することもできる。

駆動軸２０２の回転は、偏心カム２１２、リンクアーム２１６、ロッカーアーム２０３によって、出力カム２０４の振動運動に変換され、タペット２１３を介して、吸気弁９の開動作を行う。ロッカーアーム２０３には、偏心カム２１１が配置されており、制御軸２０６を回転することにより、ロッカーアーム２０３の支点が変化し、出力カム２０４のリフトが変化する。切換アクチュエータ２１０によってボールネジ軸２０７が回転し、ナット２１４が移動することによって、制御軸２０６が回転する。位置センサ２１５の信号をＥＣＵ６に入力し、切換アクチュエータ２１０を閉ループ制御することによって、吸気弁９を目標の作動角で開くことができる。詳細な動作は、出願中の特願２００４−２４０２６２を参照されたい。

本発明においては、上記の要素に、付勢スプリング２０１が付加されている。この付勢スプリング２０１によって、切換アクチュエータ２１０にモーメントガが作用しないときは、ナット２１４は、矢印の方向に移動する。この矢印の方向に、ナット２１４が動くと、制御軸２０６は、反時計方向に回転し、これによって、制御軸２０６は、制御軸２０６の先端に取り付けられたピン２０８がシリンダヘッドに設けられたストッパ２０９に当接するまで回転する。
始動時の吸気弁のリフト特性は、図１７の曲線１７０３で示される。ピン２０８がストッパ２０９に当接した状態では、図１７に示したように、曲線１７０２のごとく吸気弁９のリフトは小さくなる。この状態はＩＶＣが進んでおり、始動性保証制御（ＶＥＬによるＩＶＣ補正）の状態である。つまりアイドルや始動時の図１２（IV）にしめすＩＶＣ進角を確実に実現できる。

ＶＥＬにより、リフトが大きいときには作動角大なのでＩＶＣがＢＤＣより遅れた図１７の実線に設定される。
ＶＥＬでは、切換アクチュエータ２１０の動作によって、エンジン１の運転状態に応じてリフト作動角が加減される。切換アクチュエータ２１０の動作を停止すると、付勢スプリング２０１によって、ＩＶＣ≒ＢＤＣの位置に設定される。したがって、ＶＥＬ単独で使用される場合も、有効圧縮比が高まり、エンジン１の始動性が向上し、アイドル性能も向上する。ＶＥＬ単独でも、リフト１７０１から１７０２まで連続的に変化でき、ＩＶＣを制御することができる。ここで、ＩＶＣはリフト作動角と一対一対応しているので、制御軸位相センサ２１５により容易に検出できる。

次にＶＥＬとＶＴＣを組み合わせることを考える。
ＶＴＣだけだとＩＶＣを進角遅角すると、ＩＶＯも平行して進角遅角してしまう。ＶＥＬだけだとＩＶＣを変化させると、作動角も同時に変化してしまう。すなわち、ＶＴＣ，ＶＥＬ各々単独だと、ＩＶＣを変化させたとき、ＩＶＯが狙い通りにならない可能性がある。

その場合両者を組み合わせればＩＶＣとＩＶＯの両方を理想的に制御することができる。たとえば、ＩＶＣ下死点をＶＥＬだけで実現しようとするとリフト１７０２の様になるが、ＶＴＣも併用すると例えばリフト１７０３の様にＩＶＯを早めることもできる。ＶＥＬの作動角とＶＴＣの位相角を制御することにより同一ＩＶＣに対して任意のＩＶＯを実現できるわけである。

さらに他の例を補足すると、ＩＶＯを上死点付近で略同一としＩＶＣを大きく変化させることもＶＥＬ，ＶＴＣ併用することにより可能となる。圧縮着火エンジンの場合は、機械的圧縮比が大きくなる傾向にあり、バルブとピストンが干渉しやすいという問題があったが、ＩＶＯを上死点付近で略一定とすれば、この問題を回避できる。ここでＩＶＣの検出については、センサ１６によるＶＴＣ位相情報、センサ２１５によるＶＥＬ作動角情報により容易に可能である。

以上本発明の実施例を述べてきたが、本発明においては、ＶＴＣやＶＥＬに限定されるわけではなく、電磁式の可変動弁や特開平８−２６０９２３に示すようなリフト一定で作動角が変化するタイプのものも用いることができる。
また、圧縮着火エンジンの燃料としては、ヂーゼルの軽油の他に、ジメチルエーテルや予混合圧縮着火にあってはガソリンを用いることができる。
また、点火式内燃機関や予混合圧縮着火エンジンの点火プラグによって着火するガソリンエンジンにおいても同様の効果が得られる。
本発明によれば、圧縮による自己着火であるか、点火プラグによる着火であるか、これらを併用した着火によっても同様の効果が得られる。

以上の実施例によれば、次のような技術的手段を含んでいる。
（１）ある局面において、本実施例は、主噴射に加え副噴射も可能な燃料噴射システムと、吸気弁の閉タイミングまたは排気弁の開タイミングを変更可能な可変動弁システムとを有する多段燃料噴射式内燃機関において、前記多段燃料噴射式内燃機関の運転状態に応じて前記吸気弁の閉タイミングまたは前記排気弁の開タイミングと前記副噴射のタイミングを関連制御することを特徴とする。

（２）ある局面において、本実施例は、１サイクルに複数回のタイミングにおいて燃料を噴射する燃料噴射システムと吸気弁および排気弁の一方又は双方のリフト特性または開閉タイミングを変化せしめ前記吸気弁の閉タイミング又は前記排気弁の開タイミングを変化しうる可変動弁システムを備えた多段燃料噴射式内燃機関において、前記多段燃料噴射式内燃機関の運転状態に第１の運転領域と第２の運転領域を設け、前記第１の運転領域においては前記燃料噴射のタイミングの１つが前記吸気弁の閉タイミングまたは前記排気弁の開タイミングと所定の第１の関係にあるようになされ、前記第２の運転領域においては前記複数回の燃料噴射タイミングの１つが前記吸気弁の閉タイミングまたは前記排気弁の開タイミングと所定の第２の関係にあるようになされていることを特徴とする。

噴射タイミングと吸気弁の閉タイミングは、回転速度、負荷に応じて変化するが、従来、それぞれの制御マップの区分けは異なるので、上記の噴射燃料の吸気システムへの漏れなど不具合が生じやすい。ここでは、両テーブルを参照する入力変数として、エンジンの回転速度と負荷という共通の変数を用いて、ＶＶＣと燃料噴射タイミングを決定するので、２つのテーブルがずれることはない。したがって、ＶＶＣと燃料噴射タイミングを関連制御することによって、噴射燃料の漏れなどの不具合による熱効率の低下を防止することができる。
これによって、運転状態に対する、両タイミングの関係が明確になり、タイミングが接近している場合でも、両者のタイミングはお互いにずれることなく、燃料がシリンダから吸気システムへ漏れるのを抑制する。

（３）ある局面において、本実施例は、１サイクルに複数回のタイミングにおいて燃料を噴射する燃料噴射システムと吸気弁および排気弁の一方又は双方のリフト特性または開閉タイミングを変化せしめ前記吸気弁の閉タイミング又は前記排気弁の開タイミングを変化しうる可変動弁システムを備えた多段燃料噴射式内燃機関において、前記吸気弁および排気弁の一方または双方に開閉態様又はリフト態様を検出するセンサを設け、前記センサから得られる前記吸気弁の閉タイミング信号または前記排気弁の開タイミング信号に基づいて前記複数回の燃料噴射タイミングの１つが関連制御されることを特徴とする。

吸気弁、排気弁の一方、または双方に開閉態様又はリフト態様を検出するセンサを設け、センサから得られた吸気弁の閉タイミングまたは、排気弁の開タイミング信号を、ＶＶＣから、燃料噴射システムに送り、この信号の変化に応じて、複数回の燃料噴射タイミングの一つが関連制御される。これによって、両者の制御の時間的な遅れによる、タイミングの変化のずれを解消することができ、運転状態の遷移に際する特性の悪化を防止することができる。

（４）ある局面において、本実施例は、主噴射に加え副噴射も可能な燃料噴射システムと、吸気弁の閉タイミングまたは排気弁の開タイミングを変更可能な可変動弁システムとを有する多段燃料噴射式内燃機関において、前記吸気弁および排気弁の一方または双方に開閉態様またはリフト態様を検出するセンサを設け、前記センサから得られる前記吸気弁の閉タイミング信号または前記排気弁の開タイミング信号と前記エンジンの運転状態に応じた所与の前記吸気弁閉タイミングまたは所与の前記排気弁開タイミングとの差が所定値以上となるときに、前記副噴射のタイミングを関連制御することを特徴とする。

例えば、目標吸気弁閉タイミングとの差が所定以上あったときに吸気弁閉タイミングの切換信号が出力される。したがって、頻繁な微小制御が行われるのを回避し、制御が簡素化される。また、実際の吸気弁閉タイミングが、目標の吸気弁閉タイミングに充分近づいたことを検知してから、はじめて、燃料噴射タイミングの切換信号を出力する。これによって、実吸気弁閉タイミングと実燃料噴射タイミングのずれを回避し、もって、運転状態の遷移に際する特性の悪化を防止することができる。

（５）ある局面において、本実施例は、主噴射の前に噴射する前記副噴射タイミングを、前記可変動弁システムによる吸気弁閉タイミングの進み変化に対応して、遅れ方向に変化させることを特徴とする。
これによれば、アイドル運転などの低負荷運転時のサイクル毎の燃焼変動を抑制し、安定したエンジンの運転を可能にする。燃料の噴霧が吸気システムに逆流する(漏れる)絶対量が極めて小さくなり、従って逆流量の変動が極めて小さくなり、サイクル毎の燃焼の変動が抑制される。

（６）ある局面において、本実施例は、主噴射の前に噴射する前記副噴射タイミングを、前記可変動弁システムによる吸気弁閉タイミングの遅れ変化に対応して、遅れ方向に変化させることを特徴とする。
高回転時に慣性過給を増し、有効圧縮比を下げて窒素酸化物の生成を抑制するため、吸気弁閉タイミングを遅らせる。このとき、噴射タイミングを遅らせて干渉、すなわち、燃料の吸気システムへの漏れやシリンダ中の混合気流の偏向を抑制する。

（７）ある局面において、本実施例は、主噴射の前に噴射する前記副噴射タイミングを、前記可変動弁システムによる吸気弁閉タイミングの進み変化に対応して、進み方向に変化させることを特徴とする。
これによって、低回転トルクを高めるために吸気弁閉タイミングを早くした場合に、燃料噴射のタイミングを進ませて、燃料の霧化時間を長くし微粒化を促進する。また閉タイミングが早い場合、噴射タイミングがそのままだと、シリンダ内の混合気の流動が減衰したときに燃料が噴射されるので、その点からも微粒化性能が低下する。

（８）ある局面において、本実施例は、主噴射の前に噴射する前記副噴射タイミングを、前記可変動弁システムによる吸気弁閉タイミングの遅れ変化に対応して、進み方向に変化させることを特徴とする。
これによれば、必要燃料の多い高負荷回転において、吸気ガス流動による燃料の微粒化が促進され、予混合が進み、粒子状物質の生成が抑制されると共に、エンジンの出力が向上する。

（９）ある局面において、本実施例は、主噴射の後に噴射する前記副噴射タイミングを、前記可変動弁システムによる排気弁開タイミングの進み変化に対応して、進み方向に変化させることを特徴とする。
これによって、排気損失を抑えることで高トルクを得るために、排気弁開タイミングを早くした場合の燃料の排気システムへの漏れを抑制することができ、触媒温度を安定化できる。

（１０）ある局面において、本実施例は、上述の課題を解決するため、ある局面において、本発明は、主噴射の後に噴射する前記副噴射タイミングを、前記可変動弁システムによる排気弁開タイミングの遅れ変化に対応して、遅れ方向に変化させることを特徴とする。
これによって、膨張仕事を増加させることで低速トルクを高めるために排気弁開タイミングを遅らせた場合、燃料噴射のタイミングを遅らせないと、排気システムで行われる燃焼の割合が少なくなり、触媒の暖機が遅れるという問題を回避することができる。

（１１）ある局面において、本実施例は、主噴射の後に噴射する前記副噴射タイミングを、前記可変動弁システムによる排気弁開タイミングの遅れ変化に対応して、進み方向に変化させることを特徴とする。
これによって、排気システムに漏れる燃料の量を大幅に低減させ、生ガスによる触媒の焼損を防止することができる。

（１２）ある局面において、本実施例は、主噴射の後に噴射する前記副噴射タイミングを、前記可変動弁システムによる排気弁開タイミングの進み変化に対応して、遅れ方向に変化させることを特徴とする。
排気弁開タイミングを早めることによって触媒の急速暖機を行う際に、燃料噴射のタイミングを遅らせることによって、排気システムへの燃料の漏れを増大し、生ガスによって、触媒の暖機を加速することができる。

本発明の一実施例の内燃機関の制御装置の構成図である。本実施例の燃料噴射システムの構成図である。本実施例の燃料噴射システムの噴射弁の構成図である。本実施例の燃料噴射弁のノズルの構成図である。本実施例の可変動弁機構の構成図である。本実施例に用いる燃料噴射のタイミングと吸気弁と排気弁の開閉のタイミングの関係を示す特性図である。本発明の実施例の制御のブロック線図である。本実施例に用いる噴射タイミングと吸気弁閉じタイミングを決定するテーブルの概念図である。本発明の他の実施例の噴射タイミングと吸気弁閉じタイミングを決定するテーブルの実施例である。本発明の実施例の制御のフローを示すチャートである。本実施例に用いる吸気バルブのタイミングと副燃料噴射のタイミングの関連を示すフローチャートである。本実施例に用いる吸気バルブの閉じタイミングと副燃料噴射のタイミングの関連を示すマップである。本発明の一実施例の排気バルブの開タイミングと副燃料噴射のタイミングの関連を示すフローチャートである。本発明の一実施例の排気バルブの開タイミングと副燃料噴射のタイミングの関連を示すマップである。本発明の他の実施例の制御のブロック線図である。本発明の一実施例の可変動弁機構の構成図である。本発明の一実施例の可変動弁機構の動作特性図である。

１…エンジン、２…クランク軸、３…ピストン、４…燃料噴射弁、５…クランク角センサ、６…エレクトロニクスコントロールユニット（ＥＣＵ）、７…スタータ、８…グロープラグ、９…吸気弁、１０…排気弁、１１…吸気カム、１２…排気カム、１３…可変動弁システム（ＶＴＣ）、１４…カム軸タイミングプーリ、１５…水温センサ、１６…カム軸センサ、１７…エアフローセンサ、１８…ターボチャージャ、１９…排気還流弁（ＥＧＲ）２０…吸気システム。

Claims

主噴射に加え、主噴射の前に噴射する副噴射も可能な燃料噴射システムと、吸気弁の閉タイミングを変更可能な可変動弁システムとを有する多段燃料噴射式内燃機関において、
前記多段燃料噴射式内燃機関の運転状態に応じて少なくとも前記吸気弁の閉タイミングと前記副噴射のタイミングを関連制御し、
アイドル運転時には、前記吸気弁の閉タイミングを進み変化させ、且つアイドル運転時の主噴射の前に噴射する前記副噴射のタイミングを、この主噴射前の副噴射の回数を変えずに前記吸気弁閉タイミングの進み変化に対応して、遅れ方向に変化させることを特徴とする多段燃料噴射式内燃機関。