JP2000073800A - 電磁駆動式吸排気バルブを備えたエンジンの制御装置 - Google Patents

電磁駆動式吸排気バルブを備えたエンジンの制御装置

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武士 阿田子
Toshio Hori
俊夫 堀
Shigeyuki Nonomura
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Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空燃比制御を行うエンジンにおいて、電磁駆
動式の吸気バルブの開閉弁タイミング、開弁時間、開弁
リフトを制御することで、エンジンのシリンダ内に吸入
される吸入空気量とその吸入速度を調整して、安定した
超希薄燃焼を可能にする電磁駆動式吸排気バルブを備え
たエンジンの制御装置を提供する。 【解決手段】 電磁駆動式吸排気バルブを備えたエンジ
ンの制御装置であってアクセル開度量から要求空気量を
算出する手段と、エンジンの運転条件により目標空燃比
を算出する手段と、吸気弁の開弁タイミング・開弁時間
・リフト量を算出する手段とを有し、前記開弁タイミン
グ・開弁時間・リフト量算出手段が、前記目標空燃比算
出手段で算出した目標空燃比に応じて吸気弁の開弁タイ
ミング及び／又は開弁リフト量を算出してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁駆動式給排気
バルブを備えたエンジンの制御装置に係り、特に電磁駆
動式の吸気バルブ側の開弁タイミング等を操作すること
で、超希薄燃焼の制御を可能とした電磁駆動式吸排気バ
ルブを備えたエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電磁駆動式バルブのバルブ開
閉タイミングを変化させることにより、エンジンブレー
キ効果を得ると共に、トルクショック及びポンピングロ
スを低減させる技術が知られている（例えば、特開昭６
３−１４７９５７号公報参照）。該技術は、減速フュエ
ルカット中は、吸気バルブのバルブタイミングをノーマ
ルタイミングとし、フュエルカット終了（燃料供給再
開）直前に、早閉じタイミングに切換えるようにしたも
のである。
【０００３】そして、このような技術は、バルブの切換
えタイミングが、ノーマルタイミングと早閉じタイミン
グの２段階に設定されているため、フュエルカット中、
常に早閉じタイミングとすると、ポンピングロスが減少
しすぎてエンジンブレーキ効果が不十分となるといった
不具合を生じる。そこで、特開平９−８８６４５号公報
に所載の技術は、前記不具合を解消すべく、フュエルカ
ットを行う所定運転状態において、吸気弁の開弁期間
を、よりきめ細かく行うことにより、ポンピングロスを
低減させると共に、適度なエンジンブレーキを得る技術
を提案している。
【０００４】しかし、前記従来の技術は、電磁駆動式バ
ルブのバルブ開閉タイミング、開弁時期を変化させるこ
とで、フュエルカット等を考慮したトルクショック、ポ
ンピングロスの低減について提案しているものの、エン
ジンの効率を改良するためのメニューとして注目されて
いる希薄燃焼法やその制御システムに関しては、特に配
慮されているとは言えない。
【０００５】昨今の自動車用等のエンジンの分野におい
ては、更なる燃料使用量の減少をさせることが望まれて
いることから、エンジンに希薄燃焼法を採用するべく、
エンジンの空燃比を制御する技術が種々提案されてお
り、該空燃比制御と吸排気バルブとを関連させた技術と
しては、吸排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを
空燃比に応じて変更するバルブタイミング手段を設けた
技術（特開平１０−８２３３３号公報参照）、あるい
は、吸排気バルブの開閉タイミングに合わせてエンジン
空燃比を変えて燃料供給量を補正することで、バルブタ
イミングの切換えによる新気率の変化に対応した技術
（特開平３−７４５４７号公報）が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一方、エンジンの空燃
比を制御するに当たっては、運転条件に応じて最適な空
気量を得るために、エンジン回転数、負荷等に応じて吸
排気弁の開閉時期を調節することが必要であり、エンジ
ンの出力に影響を与える燃焼性を改善させるためには、
シリンダ内に流入する吸気の速度、即ち、シリンダ内に
生起されるスワールの勢力を調節することも必要であ
る。
【０００７】ところで、前記提案の技術は、空燃比制御
と吸排気バルブとを関連させた技術ではあるが、前記シ
リンダ内に生起されるスワールに着目したものではな
く、空燃比制御における吸排気バルブの作動とスワール
との間の関係について配慮されたものではない。本発明
は、前記点に鑑みてなされたものであって、その目的と
するところは、空燃比制御を行うエンジンにおいて、電
磁駆動式の吸排気バルブの開閉弁タイミング、開弁時
間、開弁リフトを制御することで、エンジンのシリンダ
内に吸入される吸入空気量とその吸入速度を調整して、
安定した超希薄燃焼を可能にする電磁駆動式吸排気バル
ブを備えたエンジンの制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明の電磁駆動式吸排気バルブを備えたエンジンの制
御装置は、基本的には、アクセル開度量から要求空気量
を算出する手段と、エンジンの運転条件により目標空燃
比を算出する手段と、吸気弁の開弁タイミング・開弁時
間・リフト量を算出する手段とを有し、前記開弁タイミ
ング・開弁時間・リフト量算出手段が、前記目標空燃比
算出手段で算出した目標空燃比に応じて吸気弁の開弁タ
イミング及び／又は開弁リフト量を算出することを特徴
としている。
【０００９】また、本発明の電磁駆動式吸排気バルブを
備えたエンジンの制御装置の具体的な態様は、前記吸気
弁が、エンジンシリンダに流入する空気に、スワール及
び／又はタンブル等の空気流動させる構造を備え、前記
開弁タイミング・開弁時間・リフト量算出手段が、吸気
弁の開弁及び／又は閉弁タイミングの設定、及び／又
は、開弁リフト量を算出し、エンジンシリンダ内への吸
入空気量を制御し、スワール及び／又はタンブル等の空
気流動の強さを制御することを特徴としている。
【００１０】更に、本発明の他の具体的な態様は、制御
装置が、点火時期制御手段を備え、該点火時期制御手段
が、エンジンシリンダ内に流入する空気のスワール及び
／又はタンブル等の空気流動の強さに応じて点火時期の
補正を行い、エンジンシリンダ内に流入する空気の流量
に応じて点火時期の補正を行うことを特徴としている。
【００１１】更にまた、本発明の更に他の態様は、エン
ジンの運転条件の一つであるエンジンの要求トルクに基
づいて、エンジンシリンダ内に流入する空気のスワール
及び／又はタンブル等の空気流動の強さが決定され、エ
ンジンシリンダ内に流入する空気量が決定されることを
特徴としている。前記の如く構成された本発明の電磁駆
動式吸排気バルブを備えたエンジンの制御装置は、その
開閉が電磁作動で適宜制御することができると共に開弁
リフト量が可変的に制御できる吸排気バルブを備えたこ
とと相まって、エンジンの回転数、アクセル開度等のエ
ンジンの運転条件で算出される目標空燃比や要求吸入空
気量に基づいて、吸気弁の開閉弁タイミング、開弁時
間、及び開弁リフト量を算出して、前記吸気弁を作動さ
せるようにしたことによって、エンジンシリンダ内へ流
入する吸入空気量と、流入する空気のスワールやタンブ
ル等の空気流動の強さを適切に調整することができ、そ
の結果として、エンジンの空燃比制御において、超希薄
燃焼であっても、安定した燃焼を可能にした。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の電磁駆
動式吸排気バルブを備えたエンジン制御装置の一実施形
態について説明する。図１は、本実施形態の特徴となる
電磁駆動式吸排気バルブを備えた筒内噴射エンジンシス
テムの全体構成図であって、エンジン１に吸入される空
気流量は、電磁駆動式バルブ（ＥＭＶ）である吸気バル
ブ（ＩＶ）２及び排気バルブ（ＥＶ）３のうち、吸気バ
ルブ（ＩＶ）２の開閉量に応じて制御される構成とされ
ており、電子制御式スロットル弁（即ち、ＥＴＣ）４
は、吸入空気量制御を補助するために設定されている。
【００１３】図１において、エンジン１に吸入される空
気は、エアクリーナ５の入口部６から取り入れられ、吸
入空気量Ｑａを計測する手段であるエアフローメータ７
を通り、コレクタ８に入る。該コレクタ８に吸入された
空気は、エンジン１の各シリンダ９内に接続された各吸
気管１０に分配され、前記シリンダ９の燃焼室内に導か
れる。
【００１４】一方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク
１１から燃料ポンプ１２により吸引加圧され、インジェ
クタ１３が配管されている燃料系に供給される。加圧さ
れた燃料は、燃圧レギュレータ１４により一定の圧力
（例えば３ｋｇ／ｃｍ２）に調圧され、それぞれのシリ
ンダ９に設けられているインジェクタ１３から吸気管１
０の中に噴射される。噴射された燃料は、点火コイル１
５で高電圧化された点火信号により点火プラグ１６で着
火される。前記コントロールユニット１７には、前記エ
アフローメータ７からの吸気流量を示す信号と、クラン
ク角センサ１８からのクランク軸１９の角度信号ＰＯＳ
と、排気管２０中の触媒２１の前に設けたＡ／Ｆセンサ
２２からの排ガスの検出信号とが入力されるようになっ
ている。
【００１５】エアフローメータ７で検出した吸入空気量
信号は、フィルタ処理手段等の処理を施し空気量に換算
演算された後、前記吸入空気量をエンジン回転数で割っ
て、空燃比がストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．７）となるよう
な係数ｋを乗じて１シリンダ当たりの基本燃料噴射パル
ス幅、即ち、基本燃料噴射量が求められる。その後、該
基本燃料噴射量をもとにエンジン１の運転状態に応じた
様々な燃料量補正を施して燃料噴射量を求めた後インジ
ェクタ１３を駆動し各気筒に燃料を供給する。また、排
気管２０に備えられたＡ／Ｆセンサ２２の出力から排気
ガスの実際の空燃比を知ることができるので、所望の空
燃比を得たいときには該Ａ／Ｆセンサ２２の信号により
供給燃料量を調整する閉ループ制御を行うことで所望の
空燃比状態をえることができるようになっている。
【００１６】図２は、図１の吸気バルブ（ＩＶ）２と排
気バルブ（ＥＶ）３の具体的な構成を示したもので、閉
弁時にオンされる電磁コイル３１と、開弁時にオンされ
る電磁コイル３２と、二つのコイルバネ３４，３５の付
勢力を受けると共に、電磁コイル３１側または電磁コイ
ル３２側に吸引される可動子３３とを備えている。前記
吸気バルブ（ＩＶ）２と排気バルブ（ＥＶ）３は、エン
ジン１の停止時には、電磁コイル３１及び電磁コイル３
２が共に駆動されないために可動子３３は、図２の１点
鎖線で示す中間リフトの状態とされ、弁開時には、電磁
コイル３２の駆動により最大リフトの状態とされ、弁閉
時には、電磁コイ３１の駆動により全閉の状態とされる
ようになっている。
【００１７】図３は、本実施形態に適用される吸気バル
ブ２の一例を示したもので、吸気バルブ２の吸気管側に
は、吸入する空気を遮蔽して方向性を与え、シリンダ内
にスワールやタンブルを与える目的での遮蔽板（シュラ
ウド）２’が設けられている。図４は、本実施形態のエ
ンジンの制御装置（コントロールユニット）１７に内包
されている、インジェクタ１３、電子制御式スロットル
弁４、及び電磁式吸排気弁２，３を制御するための制御
装置（コントロールユニット）１７の基本制御ブロック
図を示している。
【００１８】該制御装置１７は、噴射燃料の制御と吸入
空気量との制御とを含み、燃料噴射制御は、エアフロメ
ータ７からの出力信号に基づき空気量演算手段４１で吸
入空気量を演算し、該吸入空気量に基づき、基本燃料量
演算手段４２と燃料量（補正）演算手段４３とで噴射燃
料量を演算してインジェクタ１３に出力する。一方、エ
ンジン１への吸入空気量を制御するのは、電磁駆動式吸
気バルブ２とＥＴＣ４であり、これらの装置への駆動指
令値は、まず、目標空気量演算手段４４で、運転者が操
作するアクセル踏量２３からの信号に基づき、要求され
る目標空気量を演算し、該目標空気量から目標ＥＴＣ開
度演算手段４５で目標のＥＴＣ開度を演算すると共に、
目標ＥＴＣ開度と前記目標空気量から目標電磁弁開閉タ
イミング演算手段４６で、その環境での目標空気量を達
成するための電磁式吸気バルブの開閉タイミングを演算
する。このように演算されたＥＴＣ，電磁式吸気バルブ
の目標値に従ってＥＴＣ１４，電磁式吸気バルブ２，３
を駆動することにより目標の空気量を得ることができ、
先に述べた吸入空気量に見合った量の燃料を供給するこ
とで、運転者の意図通りのエンジン出力が実現できる。
【００１９】図５は、前記電磁式吸気バルブ２の駆動に
基づくエンジン行程とシリンダ内圧力との関係を示した
ものであり、吸気バルブ２の早閉じ、遅閉じによって、
吸気行程におけるシリンダ内に圧力が変化し、遅閉じの
方が圧力が上昇する。図６は、エンジンのクランク角に
対するエンジンの吸入空気量の一般的な性能を示したも
のである。
【００２０】図７〜図９は、ピストン速度、吸気弁リフ
ト、及びシリンダ内空気量との関係を示したものであ
る。一般的に、ピストン速度、吸気弁リフト、及びシリ
ンダ内空気量との関係は、図７に示すように、横軸をク
ランク軸の回転位相、即ち吸気のＴＤＣから圧縮のＴＤ
Ｃまでとし、上側の縦軸（ｂ）をピストンの速度とし、
下側の縦軸（ｃ）を、吸気弁が開、排気弁が閉であると
きのシリンダ内空気量とすると（説明を簡単にするため
空気慣性によるシリンダ内空気量の変化は無視して記述
する）、吸気ＴＤＣからピストンは、図１の下方向に向
かって移動するため、ピストンの移動した体積分の空気
がシリンダ内に流入する。このため吸入空気量は、図７
（ｄ）に示すようにピストン速度を積分した分布とな
る。吸気ＢＤＣから圧縮ＴＤＣまでの間は、ピストン
は、図１の上方向に向かって移動するため、速度は吸気
行程とは逆の方向となる。このため吸入空気量は吸気Ｂ
ＤＣを最大値として減少方向となり、圧縮ＴＤＣで０と
なる。
【００２１】以上の現象から、吸気ＴＤＣで吸気弁を開
とし、吸入空気量が目標の値となるクランク角度のとき
吸気弁を閉とすることで、目標の空気量をシリンダ内に
供給できる。すなわち吸気ＢＤＣ以前のタイミングで吸
気弁閉とする方法と、図７に示すように、一旦吸気ＢＤ
Ｃを過ぎた後圧縮行程中に吸気弁閉とする方法が可能で
ある。前者を吸気バルブ早閉じ、後者を吸気バルブ遅閉
じと云う。
【００２２】まず、図７は、従来の吸気バルブでの特性
を説明するもので、エンジンの１吸気工程でみれば、ピ
ストンの位置、速度に対して吸排気バルブが通常のタイ
ミングでまた通常のリフトをしているが、この場合にシ
リンダ内に流入される空気量は図７の最下段（ｄ）に、
ＺＺで示した値となる。また、図７には示さなかった
が、この時のシリンダ内の空気流動は、成り行きの値と
なっている。
【００２３】次に、図８は、本実施形態の吸気バルブの
開閉弁タイミングとバルブリフトを変化させた場合のシ
リンダに吸入される空気量を示したもので、開弁タイミ
ング（ＩＶＯ）とリフトＬＩを、例えば、吸気弁リフト
（ｂ）がＡＡのように開弁タイミングＩＶＯを、従来の
開弁タイミングよりもおくらせ、リフトＬＩは、従来の
値とした場合には、シリンダに吸入される空気量は、Ｃ
Ｃで示される従来の空気量に対しては、若干少ない程度
の流量になる。一方、図８の下方（ｄ，ｅ）に記載した
のは、吸入空気量をＣＣを一定の値に設定する別の組合
わせを示したもので、空気量ＢＢで示すように、吸気弁
２の吸気タイミングＩＶＯを（ｂ）のＡＡの場合よりも
更に遅らせる代りに、リフトＬＩを小さく、開弁時間を
長くしたものである。この開弁方法で説明をしたい性能
を、図９を用いて説明する。図９の吸気バルブの動きＡ
Ａ、ＢＢは、図８に示すものと同じである。ここでは、
シリンダ内スワール数に注目して見ると、吸入空気量Ｃ
Ｃが同一でも、シリンダ内スワール数は、ＤＤ，ＥＥで
示すように、吸気バルブの作動のさせ方で、スワール数
を希望の値に近い数値に制御が可能である。
【００２４】次に、エンジンの燃焼に関わる燃焼安定
度、空燃比、スワール数、エンジン負荷、出力トルク、
エンジン回転数、エンジン吸気量、及び吸排気弁の開弁
時期と開弁タイミング等の各因子の関係について説明す
る。図１０、図１１は、エンジンの燃焼空燃比（シリン
ダ内Ａ／Ｆ）と燃焼安定性（エンジンの回転数の安定性
を示す因子）とに関する図であり、図１０に示すよう
に、一般的に同一空燃比では、エンジンの負荷が増加す
るほどエンジンの燃焼安定性は悪化する。図１１は、ス
ワールとの関係を示したもので、スワール数の増加とと
もに、燃焼安定性が高くなるので、一般的にはスワール
数（タンブル数）を適切に選ぶ（通常大きくする方向）
ことで、燃焼は改善される。即ち、エンジンの吸気バル
ブの作動条件を変更操作することで、スワール数が変え
られることから、エンジンの要求Ａ／Ｆに応じて燃焼の
安定性を確保することができる。
【００２５】図１２〜図１５は、エンジン制御のための
エンジン制御装置に、実際に組み込まれる作動定数の観
点からエンジンの燃焼に関わる因子の関係を示したもの
である。図１２は、エンジンの空燃比の設定条件の一例
である、エンジン回転数とエンジンの出力トルクに対す
る空燃比の関係を示したものである。ここでは、空燃比
を１４．７から負荷ごとに、最高で５０までセットする
例を示している。現状の技術では、空燃比を５０で安定
させて燃焼させることは、非常に困難とされているが、
本実施形態では、安定燃焼が可能となる。
【００２６】図１３は、エンジン回転数とエンジンの出
力トルクに対する要求スワール数の関係を示したもので
あり、前記空燃比のもとでエンジンが安定して燃焼する
ようにするための第一手段として、要求スワール数を示
しものである。該図１３は、スワール数を代表例として
しましたものであるが、タンブル数、或いはスワール＋
タンブル数としても良いものである。
【００２７】図１４と図１５は、吸気弁の操作によっ
て、エンジンに、現実に生成出来る最高のスワール数に
ついて示したもので、図１４は、エンジン吸気量と吸気
バルブ２の開弁時間（ＩＶＯは一定として）による測定
結果を、図１５は、吸気バルブ２のリフトに対する生成
最高スワール数の測定結果を示したものである。即ち、
図１４と図１５に示したデータの範囲（小さい数字であ
れば）内であれば、エンジン１の吸入空気量の最適化を
実行した上で、更に自由にスワール数を制御する事が可
能である。
【００２８】図１６は、以上の説明を３次元的に示した
イメージ図で、エンジンの回転数とエンジンの出力トル
クに対して要求の空燃比を得るための（吸気バルブ開弁
時間×バルブリフト）の最適値が存在をする事を示して
いる。従って、現実には吸気弁操作（吸気バルブ開弁時
間×バルブリフト）の値を最適化するために、吸気バル
ブ開弁時間とバルブリフトを関連付けて操作制御するこ
とになる。
【００２９】また、図１７は、吸気弁操作（吸気バルブ
開弁時間×バルブリフト）に対する吸気バルブの開弁タ
イミング（ＩＶＯ）の関係を示したものであり、通常
（吸気バルブ開弁時間×バルブリフト）の値に対して、
最適なタイミングがあることが判っており、最適値が選
定される。同様に、図１８は、以上の吸気バルブへの要
求性能から決定される吸気バルブ開弁タイミング（ＩＶ
Ｏ）に応じて、バルブリフトが図１８のような形に選定
されることである。
【００３０】次に、図１９〜図２１の制御ブロック図を
用いて、本実施形態の電磁駆動式吸気バルブを備えたエ
ンジンの制御装置の制御フローについて説明する。図１
９は、吸気バルブ駆動指令値を求める演算の流れを示し
たもので、比較的簡素な内容を指向したもので、通常の
電磁駆動式吸排気バルブを備えたエンジンの制御装置の
制御ブロックである。
【００３１】アクセル分要求空気量算出手段１０１で
は、運転者のエンジンに対する操作意志の現れであるア
クセル開度からアクセル開度に見合っただけのエンジン
出力を得るための要求空気量を算出する。その具体的な
算出手段は、例えば従来のアクセルとスロットル弁が機
械的に接続されているシステムと同様の出力を与えたい
ときには、アクセル開度と要求空気量との関係が非線形
であるために、テーブル検索によって求めることが一般
的である。
【００３２】一方、アイドル維持分空気量算出手段１０
２では、アクセルとは関係しないエンジン出力要求から
必要な空気量を算出する。ここでの代表的な例として
は、アイドル維持分を示している。アイドル維持分と
は、エンジンの摩擦トルクに打ち勝ってアイドル状態で
エンジン回転数を目標値に維持するに必要な出力、エン
ジンから動力を得るエアコンや発電機の駆動、パワース
テアリングのオイルポンプなどの出力分がある。他に
は、定速度走行装置からの要求、負の出力要求としてト
ラクションコントロールからの要求値などが考えられ
る。
【００３３】要求空気量算出手段１０３では、前記アク
セル分要求空気量算出手段１０１と前記アイドル維持分
空気量算出手段１０２とからの各要求空気量値を加算し
て、総合の要求空気量を算出する。目標閉弁タイミング
算出手段１０４では、前記総合の要求空気量に基づい
て、吸気弁の目標開弁タイミングを算出する。また、目
標気筒別空燃比差算出手段１０５では、エンジンの冷却
水温から触媒の早期活性化効果が得られる気筒別の目標
空燃比差を算出する。算出値は、触媒がその化学的性能
に基づき複雑な特性を示すので、具体的な手段として
は、冷却水温に基づきテーブル設定値の検索を行うのが
一般的である。
【００３４】目標増減空気量算出手段１０６では、前記
目標気筒別空燃比差に基づき前記要求空気量の増減空気
量を算出する。閉弁タイミングずらし量算出手段１０７
では、前記増減空気量に基づき吸気弁の閉弁タイミング
のずらし量（変更値）を算出する。供給燃料量が一定の
条件では、空燃比の変化は、供給する空気量の変化分
と、もとの空気量の比で求められるため、空燃比差と基
準の空燃比との比を要求空気量に掛けることで、供給空
気量差を求めることができる。吸気弁駆動手段１１１で
は、目標開弁タイミング算出手段１１０で算出した吸気
バルブの開弁タイミングと、目標閉弁タイミング算出手
段１０４で算出した吸気バルブの閉弁タイミングに基づ
いて、吸気弁の駆動制御を行う。
【００３５】また、目標開弁タイミング算出手段１１０
で算出する目標開弁タイミングは、図５で述べたような
単純な物理現象のときは、吸気の上死点（ＴＤＣ）付近
であるが、エンジンの吸気効率を決定するものとして慣
性過給効果があり、この慣性過給効果は、吸気バルブの
開弁タイミングに影響される。また、エンジンの内部Ｅ
ＧＲの付加を意図するときにも、吸気バルブの開弁タイ
ミングが影響するため、エンジンの目標運転状態に応じ
て吸気バルブの開弁タイミングを制御する必要がある。
これらの要求から吸気バルブの目標開弁タイミングを決
定するのが前記目標開弁タイミング算出手段１１０であ
る。
【００３６】図２０の制御ブロックの目標空燃比算出手
段１４１では、基本となる目標の空燃比をエンジン回転
数とアクセル開度とから決定されるエンジン運転条件に
よって算出する。一方、アイドル維持分空気量算出手段
１４２では、アクセルとは関係しないエンジン出力要求
から必要な空気量を算出する。ここでは、代表的な例と
してアイドル維持分を示しているが、アイドル維持分と
は、エンジンの摩擦トルクに打ち勝ってアイドル状態
で、エンジン回転数を目標値に維持するに必要な出力、
エンジンから動力を得るエアコンや発電機の駆動、パワ
ーステアリングのオイルポンプなどの出力分がある。他
に、定速度走行装置からの要求、負の出力要求としてト
ラクションコントロールからの要求値などが考えられ
る。
【００３７】要求空気量算出手段１４３では、前記目標
空燃比からエンジンのシリンダに吸入するべき空気量を
算出する共に、該空気量にアイドル維持分空気量算出手
段１４２で算出したアイドル維持分等の空気量を加算す
る。累積スワール数算出手段１４５では、エンジン冷却
水温の補正を加味した目標空燃比算出手段１４４からの
算出結果と前記要求吸入空気量とから要求されるスワー
ル数のエンジンの一吸気サイクルの累積数（図９のスワ
ール数ＤＤ、ＥＥ）を算出する。
【００３８】吸気弁の開弁タイミング・開弁時間・リフ
ト算出手段１４７では、前記累積スワール数に基づいて
吸気バルブの開弁タイミング、開弁時間（もしくは所定
クランク角度）、開弁リフトを前記記載した特性が得ら
れるように算出する。該算出結果に基づいて、制御ブロ
ック１４８〜制御ブロック１５０では、吸気バルブ開弁
時期、開弁リフト量、及び開弁タイミングを出力するた
めの電気信号を算出する。吸気弁駆動手段１５１では、
前記算出された電気信号に基づき吸気弁２を作動させ
る。
【００３９】一方、燃料量の算出に関しては、燃料噴射
量演算手段１５２で、前記目標空燃比算出手段１４１で
算出した目標空燃比を前記目標空燃比差算出手段１４４
で補正した値に基づいて基本燃料量を演算する。燃焼効
率補正係数算出手段１５４では、前記制御ブロック１４
７で算出した吸気バルブの開弁タイミング、開弁時間
(もしくは所定クランク角度)、開弁リフトに基づいて補
正係数を算出する。この補正係数は、吸気弁操作に関連
して、エンジンの燃焼性が影響を受ける場合を考慮し
て、特に設けた補正項である。燃料噴射量補正手段１５
６では、前記基本燃料量を前記補正係数で補正し、燃料
噴射弁駆動手段１５８では、燃料の噴射を行う燃料噴射
弁（インジェクタ）１３を駆動する。
【００４０】図２１は、点火時期の計算に関しての制御
ブロック図であるが、該図２１の制御ブロック１６１〜
１７１は、図２０で示した制御ブロック１４１〜１５１
と全く同じであるので違いの部分のみを説明する。点火
時期演算手段１７２では、エンジン１のクランク角セン
サ１８の検出信号等に基づいて、基本点火時期を演算
し、点火時期補正量算出手段１７４では、前記制御ブロ
ック１６７の制御手段で算出された吸気バルブ２の開弁
タイミング、開弁時間(もしくは所定クランク角度)、及
び開弁リフトに基づいて点火時期補正量を算出する。こ
の補正量は、吸気弁操作に関連して、エンジンの燃焼性
が影響を受ける場合に考慮して、特に設けた補正項であ
る。点火時期補正手段１７６では、前記点火時期演算手
段１７２で算出された基本点火時期を前記点火時期補正
量算出手段１７４で算出した点火時期補正量で補正して
補正点火時期を算出し、点火時期出力手段１７８は、前
記補正点火時期に基づいて点火プラグ１６に出力する。
【００４１】以上、本発明の一実施形態について詳述し
たが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しな
い範囲で、設計において種々の変更ができるものであ
る。
【００４２】
【発明の効果】以上の記載から理解されるように、本発
明の電磁駆動式吸排気バルブを備えたエンジン制御装置
は、エンジンの運転条件で算出される目標空燃比や要求
吸入空気量に基づいて、吸気弁の開閉弁タイミング、開
弁時間、及び開弁リフト量を算出して、前記吸気弁を作
動させるようにしたことによって、エンジンシリンダ内
へ流入する吸入空気量と、流入する空気のスワールやタ
ンブル等の空気流動の強さを適切に調整することがで
き、その結果として、エンジンの空燃比制御において、
エンジンの超希薄な空燃比燃焼の要求を、回転ばらつき
やサージを発生させることなく、安定した燃焼性能で達
成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁駆動式吸排気バルブを備えたエン
ジン制御装置の一実施形態のエンジンシステムの全体構
成図。
【図２】図１の電磁駆動式吸排気バルブの全体の縦断面
図。
【図３】図２の電磁駆動式吸気バルブの弁体部の斜視
図。
【図４】図１のエンジン制御装置の作動を示す基本制御
ブロック図。
【図５】エンジンの吸気バルブの作動に基づくシリンダ
室内の圧力と行程との関連図。
【図６】エンジンの吸気バルブの作動に基づくシリンダ
内への吸入空気量とクランク角との関連図。
【図７】従来の吸排気バルブの作動特性を示す図。
【図８】図１の電磁駆動式吸排気バルブの一実施例の作
動特性を示す図。
【図９】図１の電磁駆動式吸排気バルブの他の実施例の
作動特性を示す図。
【図１０】エンジンのシリンダ内Ａ／Ｆとエンジン燃焼
安定度とに対するエンジン負荷の特性を示す図。
【図１１】エンジンのシリンダ内Ａ／Ｆとエンジン燃焼
安定度とに対するスワール数の特性を示す図。
【図１２】エンジンの出力トルクとエンジン回転数とに
対する要求空燃比の特性を示す図。
【図１３】エンジンの出力トルクとエンジン回転数とに
対するスワール数の特性を示す図。
【図１４】エンジンの吸気弁開弁時間とエンジン吸気量
に対する生成最高スワール数の特性を示す図。
【図１５】エンジンの吸気弁リフトとエンジン吸気量に
対する生成最高スワール数の特性を示す図。
【図１６】要求空燃比に対するエンジン回転数、エンジ
ントルク、及び吸気弁開弁時間×バルブリフトとの関係
特性を示す図。
【図１７】吸気弁開弁タイミングと、吸気弁開弁時間×
バルブリフトとの関係を示す図。
【図１８】バルブリフトと吸気弁開弁タイミングとの関
係を示す図。
【図１９】通常の電磁駆動式吸排気バルブを備えたエン
ジン制御装置の吸気バルブと燃料噴射制御との制御ブロ
ック図。
【図２０】図１の電磁駆動式吸排気バルブを備えたエン
ジン制御装置の吸気バルブと燃料噴射制御との制御ブロ
ック図。
【図２１】図１の電磁駆動式吸排気バルブを備えたエン
ジン制御装置の吸気バルブと点火制御との制御ブロック
図。
【符号の説明】
１ エンジン本体 ２ 電磁式吸気バルブ ３ 電磁式排気バルブ ４ ＥＴＣ ５ エアクリーナ ６ 吸気口 ７ エアフローメータ ８ コレクタ ９ シリンダ １０ 吸気管 １１ 燃料タンク １２ 燃料ポンプ １３ インジェクタ １４ 燃圧レギュレータ １５ 点火コイル １６ 点火プラグ １７ コントロールユニット １８ クランク角センサ １９ クランク軸 ２０ 排気管 ２１ 触媒 ２２ Ａ／Ｆセンサ １４１ 目標空燃比算出手段 １４３ 要求空気量算出手段 １４５ 累積スワール数算出手段 １４７ 開弁タイミング・開弁時間・リフト算出手段 １５１ 吸気弁駆動手段 １７２ 点火時期演算手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｌ 13/00 ３０１ Ｆ０１Ｌ 13/00 ３０１Ｙ Ｆ０２Ｂ 31/00 Ｆ０２Ｂ 31/00 Ｚ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ａ ３２０ ３２０ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｚ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｕ ３０１Ｚ 45/00 ３６４ 45/00 ３６４Ａ ３６４Ｇ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (72)発明者 堀 俊夫 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 野々村 重幸 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 3G022 AA06 GA00 GA06 GA08 3G084 AA04 BA04 BA09 BA17 BA21 BA23 DA02 FA07 FA10 FA32 3G092 AA01 AA05 AA09 AA10 AA11 BA01 BA04 BA09 DA01 DA02 DA07 DC06 DD03 DG02 DG09 FA00 HA01X HA13X HA13Z HE06X HE06Z HF08Z 3G301 HA01 HA15 HA17 HA19 JA00 LA03 LA05 LA07 LB02 LC01 MA01 NA06 NC02 PA01A PE06Z PE08Z PE10A PE10Z PF03Z

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アクセル開度量から要求空気量を算出す
    る手段と、エンジンの運転条件により目標空燃比を算出
    する手段と、吸気弁の開弁タイミング・開弁時間・リフ
    ト量を算出する手段と、を有する、電磁駆動式吸排気弁
    を備えたエンジンの制御装置において、 前記開弁タイミング・開弁時間・リフト量算出手段は、
    前記目標空燃比算出手段で算出した目標空燃比に応じて
    吸気弁の開弁タイミング及び／又は開弁リフト量を算出
    することを特徴とする電磁駆動式吸排気バルブを備えた
    エンジンの制御装置。
  2. 【請求項２】 前記吸気弁は、エンジンシリンダに流入
    する空気に、スワール及び／又はタンブル等の空気流動
    させる構造を備えていることを特徴とする請求項１に記
    載の電磁駆動式吸排気バルブを備えたエンジンの制御装
    置。
  3. 【請求項３】 前記開弁タイミング・開弁時間・リフト
    量算出手段は、吸気弁の開弁及び／又は閉弁タイミング
    の設定、及び／又は、開弁リフト量を算出し、エンジン
    シリンダ内への吸入空気量を制御することを特徴とする
    請求項１又は２に記載の電磁駆動式吸排気バルブを備え
    たエンジンの制御装置。
  4. 【請求項４】 前記開弁タイミング・開弁時間・リフト
    量算出手段は、吸気弁の開弁及び／又は閉弁タイミン
    グ、及び／又は、開弁リフト量を算出し、スワール及び
    ／又はタンブル等の空気流動の強さを制御することを特
    徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁駆
    動式吸排気バルブを備えたエンジンの制御装置。
  5. 【請求項５】 点火時期制御手段を備え、該点火時期制
    御手段は、エンジンシリンダ内に流入する空気のスワー
    ル及び／又はタンブル等の空気流動の強さに応じて点火
    時期の補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の電
    磁駆動式吸排気バルブを備えたエンジンの制御装置。
  6. 【請求項６】 点火時期制御手段を備え、該点火時期制
    御手段は、エンジンシリンダ内に流入する空気の流量に
    応じて点火時期の補正を行うことを特徴とする請求項４
    に記載の電磁駆動式吸排気バルブを備えたエンジンの制
    御装置。
  7. 【請求項７】 エンジンの運転条件の一つであるエンジ
    ンの要求トルクに基づいて、エンジンシリンダ内に流入
    する空気のスワール及び／又はタンブル等の空気流動の
    強さを決定することを特徴とする請求項２に記載の電磁
    駆動式吸排気バルブを備えたエンジンの制御装置。
  8. 【請求項８】 エンジンの運転条件の一つであるエンジ
    ンの要求トルクに基づいて、エンジンシリンダ内に流入
    する空気量を決定することを特徴とする請求項３に記載
    の電磁駆動式吸排気バルブを備えたエンジンの制御装
    置。
  9. 【請求項９】 前記開弁タイミング・開弁時間・リフト
    量算出手段は、吸気弁の開弁時間×開弁リフト量を算出
    し、スワール及び／又はタンブル等の空気流動の強さ
    と、シリンダ内への吸入空気量とを制御することを特徴
    とする請求項１又は２に記載の電磁駆動式吸排気バルブ
    を備えたエンジンの制御装置。
  10. 【請求項１０】 前記吸気弁の開弁時間×開弁リフト量
    は、エンジン回転数と要求空燃比とに基づいて算出する
    ことを特徴とする請求項９に記載の電磁駆動式吸排気バ
    ルブを備えたエンジンの制御装置。
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