JP2015227639A

JP2015227639A - エンジンの燃料噴射時期制御装置

Info

Publication number: JP2015227639A
Application number: JP2014113753A
Authority: JP
Inventors: 貴史西尾; Takashi Nishio
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2034-06-02
Also published as: JP6213379B2

Abstract

【課題】吸気弁の開閉タイミングの変更過渡時でも、燃料噴射開始時期を適正時期に設定する。
【解決手段】エンジンの燃料噴射時期制御装置は、ＢＴＤＣ３６０°ＣＡ時点で、吸気弁１４の開閉タイミングの実進角量に基づいて、燃料噴射弁２４による燃料噴射開始時期を設定して、この設定された燃料噴射開始時期における、吸気弁１４の開閉タイミングの進角量を予測して、この予測された進角量に基づいて、燃料噴射開始時期を再設定するコントローラ１００を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンの燃料噴射時期制御装置に関するものである。

吸気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンの燃料噴射時期制御装置が従来技術として知られている。

特許文献１のものでは、吸気バルブの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、燃料噴射弁による燃料噴射タイミングを設定する。これにより、吸気の後半まで燃料噴射が続くことや燃料の吹き抜け等を防止して、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することができる。

特開平１１−１４１３８７号公報

しかしながら、特許文献１のものでは、吸気バルブの開閉タイミングの変更時に、燃料噴射タイミングが設定されると、その燃料噴射タイミング設定時から設定された燃料噴射タイミングによる燃料噴射開始までの間、吸気バルブの開閉タイミングが変更される。この変更により、吸気バルブの開閉タイミングに基づく燃料噴射タイミングが適正時期とならず、燃焼安定性が確保できない虞がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、吸気弁の開閉タイミングの変更過渡時でも、吸気弁の開閉タイミングに基づく燃料噴射開始時期を適正時期に設定することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、設定された燃料噴射開始時期における、吸気弁の開閉タイミングの進角量を予測して、この予測された進角量に基づいて、燃料噴射弁による燃料噴射開始時期を再設定することを特徴とする。

具体的には、本発明は、吸気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンの燃料噴射時期制御装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、所定タイミングで、上記吸気弁の開閉タイミングの実進角量に基づいて、燃料噴射弁による燃料噴射開始時期を設定する設定手段と、上記設定手段により設定された燃料噴射開始時期における、上記吸気弁の開閉タイミングの進角量を予測する予測手段とを備えており、上記設定手段は、上記予測手段により予測された進角量に基づいて、上記燃料噴射開始時期を再設定するように構成されていることを特徴とするものである。

これによれば、予測手段が、設定手段により設定された燃料噴射開始時期における、吸気弁の開閉タイミングの進角量を予測する。そして、設定手段が、予測手段により予測された進角量に基づいて、燃料噴射弁による燃料噴射開始時期を再設定する。このため、吸気弁の開閉タイミングの変更過渡時でも、吸気弁の開閉タイミングに基づく燃料噴射開始時期を適正時期に設定することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記予測手段による進角量の予測及び上記設定手段による燃料噴射開始時期の再設定は、複数回繰り返し行われることを特徴とするものである。

これによれば、予測手段による進角量の予測及び設定手段による燃料噴射開始時期の再設定が、複数回繰り返し行われるので、吸気弁の開閉タイミングの変更過渡時でも、吸気弁の開閉タイミングに基づく燃料噴射開始時期を適正時期に収束させることができる。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記予測手段による進角量の予測及び上記設定手段による燃料噴射開始時期の再設定は、該燃料噴射開始時期が上記エンジンの燃焼安定性の要求基準を満たすまで行われることを特徴とするものである。

これによれば、予測手段による進角量の予測及び設定手段による燃料噴射開始時期の再設定が、その燃料噴射開始時期がエンジンの燃焼安定性の要求基準を満たすまで行われるので、吸気弁の開閉タイミングの変更過渡時でも、エンジンの燃焼安定性を確保することができる。

第４の発明は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、上記予測手段による進角量の予測及び上記設定手段による燃料噴射開始時期の再設定は、上記エンジンの始動時に吸入空気量を増量するＡＷＳの作動時に行われることを特徴とするものである。

これによれば、予測手段による進角量の予測及び設定手段による燃料噴射開始時期の再設定が、エンジンの始動時に吸入空気量を増量することにより触媒暖機を促進して触媒を早期活性化するＡＷＳの作動時に行われる。このＡＷＳの作動は、吸気弁の開閉タイミングを進角方向に変更すること等により行われる。このため、吸気弁の開閉タイミングが進角方向に変更されるＡＷＳ作動時でも、吸気弁の開閉タイミングに基づく燃料噴射開始時期を適正時期に設定することができる。

本発明によれば、設定された燃料噴射開始時期における、吸気弁の開閉タイミングの進角量を予測して、この予測された進角量に基づいて、燃料噴射弁による燃料噴射開始時期を再設定するので、吸気弁の開閉タイミングの変更過渡時でも、吸気弁の開閉タイミングに基づく燃料噴射開始時期を適正時期に設定することができる。

本発明の実施形態に係る燃料噴射時期制御装置における可変バルブタイミング機構が設けられたエンジンの概略構成を示す断面図である。燃料噴射時期制御装置を示すブロック図である。噴射開始タイミング（ＳＯＩ（Start Of Injection））マップを示す図である。ＡＷＳ作動時における燃料噴射開始時期の再設定制御を説明するための図である。ＡＷＳ作動時における燃料噴射開始時期の再設定制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料噴射時期制御装置における可変バルブタイミング機構が設けられたエンジンを示す。このエンジン２は、第１気筒乃至第４気筒が順に図１の紙面に垂直な方向に直列に配置された直列４気筒ガソリンエンジンであって、自動車等の車両に搭載される。エンジン２において、カムキャップ３、シリンダヘッド４、シリンダブロック５、クランクケース（図示せず）及びオイルパン（図示せず）が上下に連結され、シリンダブロック５に形成された４つのシリンダボア７内をそれぞれ摺動可能なピストン８と、上記クランクケースに回転自在に支持されたクランク軸９とがコネクティングロッド１０によって連結され、シリンダブロック５のシリンダボア７とピストン８とシリンダヘッド４とによって燃焼室１１が気筒毎に形成されている。

シリンダヘッド４には、燃焼室１１に開口する吸気ポート１２及び排気ポート１３が設けられ、吸気ポート１２及び排気ポート１３をそれぞれ開閉する吸気弁１４及び排気弁１５が、各ポート１２，１３にそれぞれ装備されている。これら吸気弁１４及び排気弁１５は、それぞれリターンスプリング１６，１７により閉方向（図１上方）に付勢されており、回転するカム軸１８，１９の外周に設けたカム部１８ａ，１９ａによって、スイングアーム２０，２１の略中央部に回転自在に設けられたカムフォロア２０ａ，２１ａが下方に押されて、スイングアーム２０，２１の一端側に設けられたピボット機構２２の頂部を支点にして該スイングアーム２０，２１が揺動することで、スイングアーム２０，２１の他端部で吸気弁１４及び排気弁１５がリターンスプリング１６，１７の付勢力に抗して下方に押されて開動するように構成されている。

カム軸１８には、吸気弁１４の開閉タイミングを変更する（カム軸１８のクランク軸９に対する位相角を変更する）吸気側の、モータ駆動の電動可変バルブタイミング機構２３（以下、ＶＶＴという）が設けられている（図２参照）。カム軸１９には、排気弁１５の開閉タイミングを変更する排気側の可変バルブタイミング機構（図示せず）が設けられている。エンジン２には、吸気ポート１２内に燃料を噴射する燃料噴射弁２４が気筒毎に設けられている。エンジン２には、燃焼室１１で混合気に点火する点火プラグ２５が気筒毎に設けられている。エンジン２の吸気通路には、燃焼室１１に送り込む空気量を調節する電動スロットルバルブ２６（以下、スロットルバルブという）が設けられている。

上記エンジン２の作動は、コントローラ１００（設定手段）（予測手段）によって制御される。コントローラ１００には、エンジン２の運転状態を検出する各種センサからの検出情報が入力される。コントローラは、例えば、カム軸１８の近傍に設けられたカム角センサ３０により、カム軸１８の回転位相を検出し、このカム角に基づいて吸気弁１４の開閉タイミングの進角量（ＶＶＴ２３の位相角。以下、吸気ＶＶＴ進角量という）を検出する。この吸気ＶＶＴ進角量は、吸気弁１４の閉時期が最遅角の時期であるときを基準とする吸気弁１４の閉時期の進角量である。また、クランク角センサ３１によりクランク軸９の回転角度を検出し、この検出信号に基づいてエンジン回転速度を検出する。さらに、エンジン２のエアクリーナの近傍に設けられたエアフローメータ３２により、吸入空気量を検出する。

コントローラ１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとする制御装置であって、各種センサ（カム角センサ３０、クランク角センサ３１、エアフローメータ３２等）からの検出信号を入力する信号入力部と、制御に係る演算処理を行う演算部と、制御対象となる装置（ＶＶＴ２３、燃料噴射弁２４、点火プラグ２５、スロットルバルブ２６等）に制御信号を出力する信号出力部と、制御に必要なプログラムやデータ（後述するＳＯＩマップ等）を記憶する記憶部とを備えている。

具体的に、コントローラ１００は、燃料噴射弁２４に対し制御信号を送信して、４サイクル行う間に燃料を２回に分割して噴射する。そして、１回目の燃料噴射が吸気行程中に、２回目の燃料噴射が圧縮行程中に行われる。

また、コントローラ１００は、エンジン２の始動時に、ＶＶＴ２３、点火プラグ２５、スロットルバルブ２６に制御信号を送信して、エンジン２の始動時に吸入空気量を増量することにより触媒暖機を促進して触媒を早期活性化するＡＷＳ（Accelerated Warm-up System）を作動させる。このＡＷＳの作動は、例えば、エンジン２の冷間始動時に、吸気ＶＶＴ進角量を進角方向に、点火プラグ２５による点火時期を遅角方向に変更するとともに、スロットルバルブ２６を開弁することによって吸入空気量を増量することにより行われる。このとき、エンジン回転速度は、例えば、１４００ｒｐｍとなる。このＡＷＳ作動により、排ガスが多量に排気通路へと流れ、この排気通路に設けられた排ガス浄化触媒が暖機されてその活性化が促進される。ここで、吸気ＶＶＴ進角量を進角方向に変更するのは、排ガス浄化触媒を暖機するために、空気を多量に気筒内に封じ込めるためである。

さらに、コントローラ１００は、ＢＴＤＣ３６０°ＣＡ時点（所定タイミング）で、吸気ＶＶＴ進角量及びエンジン回転速度をパラメータとするＳＯＩマップ（図３参照）に従って、現在の吸気ＶＶＴ実進角量及びエンジン回転速度に基づいて、燃料噴射弁２４による燃料噴射の開始時期（以下、燃料噴射開始時期という）を設定する。このＳＯＩマップは、実験データに基づいて求めた吸気ＶＶＴ進角量、エンジン回転速度及び燃料噴射開始時期を用いて作成されており、記憶部に予め記憶されている。

ここで、ＡＷＳ作動時に、燃料噴射開始時期が設定されると、その設定時から設定された燃料噴射開始時期までの間、吸気ＶＶＴ進角量が進角方向に変更される。この変更により、吸気ＶＶＴ進角量に基づく燃料噴射開始時期が適正時期とならず、燃焼安定性が確保できない虞がある。

そこで、本実施形態では、コントローラ１００は、ＡＷＳ作動時には、設定された燃料噴射開始時期における吸気ＶＶＴ進角量を予測して、ＳＯＩマップに従って、その予測された吸気ＶＶＴ進角量及びエンジン回転速度に基づいて、燃料噴射開始時期を再設定するようになっている。

以下、図４を参照しながら、ＡＷＳ作動時における燃料噴射開始時期の再設定制御について詳細に説明する。

コントローラ１００による吸気ＶＶＴ進角量の予測及び燃料噴射開始時期の再設定は、ＢＴＤＣ３６０°ＣＡ時点直後（燃料噴射開始時期の設定直後）に、その燃料噴射開始時期がエンジン２の燃焼安定性の要求基準を満たすまで複数回繰り返し行われる。この要求基準は、実験データに基づいて求めた吸気ＶＶＴ進角量、燃料噴射開始時期及び燃焼安定性指数の関係を用いて作成されており、記憶部に予め記憶されている。

燃料噴射開始時期の１回目の設定（図４では、「ＳＯＩ（１回目）」と記載）は、ＳＯＩマップに従って、ＢＴＤＣ３６０°ＣＡ時点における吸気ＶＶＴ進角量及びエンジン回転速度に基づいて行われる。一方、燃料噴射開始時期の２回目以降の設定（燃料噴射開始時期の再設定。図４では、「ＳＯＩ（２回目）」、「ＳＯＩ（３回目）」と記載）は、ＳＯＩマップに従って、前回設定された燃料噴射開始時期における吸気ＶＶＴ進角量及びエンジン回転速度に基づいて行われる。

１回目に設定された燃料噴射開始時期における吸気ＶＶＴ進角量（図４では、「ＳＯＩ（１回目）時点における吸気ＶＶＴ進角量」と記載）の予測は、ＢＴＤＣ３６０°ＣＡ時点における吸気ＶＶＴ進角量に、ＢＴＤＣ３６０°ＣＡ時点からその燃料噴射開始時期までの間における吸気ＶＶＴ進角変化量を加算することにより行われる。この変化量は、例えば、ＶＶＴ２３の作動速度に、ＢＴＤＣ３６０°ＣＡ時点からその燃料噴射開始時期までの間の時間を乗算することにより算出される。この作動速度は、吸気ＶＶＴ進角量を進角方向に変更するときは、正数となる。

一方、２回目以降に設定された（再設定された）燃料噴射開始時期における吸気ＶＶＴ進角量（図４では、「ＳＯＩ（２回目）時点における吸気ＶＶＴ進角量」と記載）の予測は、例えば、前回設定された燃料噴射開始時期における吸気ＶＶＴ進角量に、前回設定された燃料噴射開始時期から今回設定された燃料噴射開始時期までの間における吸気ＶＶＴ進角変化量を加算することにより行われる。この変化量は、例えば、ＶＶＴ２３の作動速度に、前回設定された燃料噴射開始時期から今回設定された燃料噴射開始時期までの間の時間を乗算することにより算出される。

上記コントローラ１００によるＡＷＳ作動時における燃料噴射開始時期の再設定制御動作について、図５のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１で、エンジン２の運転状態を把握するために、各種センサより検出情報を読み込んで、吸気ＶＶＴ進角量、エンジン回転速度、吸入空気量等を検出する。この検出タイミングは、ＢＴＤＣ３６０°ＣＡ時点である。次のステップＳ２では、ＳＯＩマップに従って、ステップＳ１で検出した吸気ＶＶＴ進角量及びエンジン回転速度から、燃料噴射開始時期（図５では、「ＳＯＩ」と記載）を設定する。次のステップＳ３では、ＡＷＳが作動しているか否かを判定する。

上記ステップＳ３の判定がＮＯであるときには、本制御動作を終了する。一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４に進んで、ステップＳ２で設定した又はステップＳ５で再設定した燃料噴射開始時期における吸気ＶＶＴ進角量を予測する。次のステップＳ５では、ＳＯＩマップに従って、ステップＳ４で予測した吸気ＶＶＴ進角量（図５では、「予測吸気ＶＶＴ進角量」と記載）とエンジン回転速度から、燃料噴射開始時期を再設定する。次のステップＳ６では、ステップＳ５で再設定した燃料噴射開始時期がエンジン２の燃焼安定性の要求基準を満足したか否かを判定する。この要求基準とは、例えば、エンジン回転数の変化を抑制するために必要とされるエンジン負荷の補正量で表され、この値が所定範囲内であれば、安定した燃焼であると判断されるものであって、各燃料噴射開始時期に対して燃焼安定性が予め実験的に測定・記憶され、この記憶データを基に判定される。

上記ステップＳ６の判定がＹＥＳであるときには、本制御動作を終了する。一方、ステップＳ６の判定がＮＯであるときには、ステップＳ４に戻り、ステップＳ５で再設定した燃料噴射開始時期（修正した燃料噴射開始時期）における吸気ＶＶＴ進角量を予測する。

−効果−
以上より、本実施形態によれば、コントローラ１００が、設定された燃料噴射開始時期における吸気ＶＶＴ進角量を予測して、この予測された吸気ＶＶＴ進角量に基づいて、燃料噴射弁２４による燃料噴射開始時期を再設定する。このため、吸気ＶＶＴ進角量の変更過渡時でも、吸気ＶＶＴ進角量に基づく燃料噴射開始時期を適正時期に設定することができる。

また、コントローラ１００による吸気ＶＶＴ進角量の予測及び燃料噴射開始時期の再設定が、複数回繰り返し行われるので、吸気ＶＶＴ進角量の変更過渡時でも、吸気ＶＶＴ進角量に基づく燃料噴射開始時期を適正時期に収束させることができる。

また、コントローラ１００による吸気ＶＶＴ進角量の予測及び燃料噴射開始時期の再設定が、その燃料噴射開始時期がエンジン２の燃焼安定性の要求基準を満たすまで行われるので、吸気ＶＶＴ進角量の変更過渡時でも、エンジン２の燃焼安定性を確保することができる。

また、コントローラ１００による吸気ＶＶＴ進角量の予測及び燃料噴射開始時期の再設定が、エンジン２の始動時に吸入空気量を増量するＡＷＳの作動時に行われる。このＡＷＳの作動は、吸気ＶＶＴ進角量を進角方向に変更すること等により行われる。このため、吸気ＶＶＴ進角量が進角方向に変更されるＡＷＳ作動時でも、吸気ＶＶＴ進角量に基づく燃料噴射開始時期を適正時期に設定することができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、吸気側の可変バルブタイミング機構として、モータ駆動の電動可変バルブタイミング機構を用いたが、これに代えて、油圧作動式の可変バルブタイミング機構を用いてもよい。なお、電動のものの方が作動速度が速いため、本発明は、電動可変バルブタイミング機構を用いたエンジンに特に有用である。

また、上記実施形態では、所定タイミングをＢＴＤＣ３６０°ＣＡとしたが、これ以外のタイミングとしてもよい。

また、上記実施形態では、吸気ＶＶＴ進角量の予測及び燃料噴射開始時期の再設定を複数回繰り返し行ったが、これに限らず、例えば、１回だけ行ってもよい。

また、上記実施形態では、ＡＷＳ作動時に、燃料噴射開始時期の再設定制御を行ったが、これに限らず、例えば、ＡＷＳ作動時以外の、吸気ＶＶＴ進角量の変更時に、燃料噴射開始時期の再設定制御を行ってもよい。

また、上記実施形態では、燃料噴射弁２４が、４サイクル行う間に燃料を２回に分割して噴射したが、これに限らず、例えば、４サイクル行う間に燃料を吸気行程中に１回だけ噴射してもよい。

以上説明したように、本発明に係るエンジンの燃料噴射時期制御装置は、吸気弁の開閉タイミングの変更過渡時でも、燃料噴射開始時期を適正時期に設定することが必要な用途等に適用することができる。

２エンジン
１４吸気弁
２３可変バルブタイミング機構
２４燃料噴射弁
１００コントローラ（設定手段）（予測手段）

Claims

吸気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンの燃料噴射時期制御装置であって、
所定タイミングで、上記吸気弁の開閉タイミングの実進角量に基づいて、燃料噴射弁による燃料噴射開始時期を設定する設定手段と、
上記設定手段により設定された燃料噴射開始時期における、上記吸気弁の開閉タイミングの進角量を予測する予測手段とを備えており、
上記設定手段は、上記予測手段により予測された進角量に基づいて、上記燃料噴射開始時期を再設定するように構成されていることを特徴とするエンジンの燃料噴射時期制御装置。
請求項１記載のエンジンの燃料噴射時期制御装置において、
上記予測手段による進角量の予測及び上記設定手段による燃料噴射開始時期の再設定は、複数回繰り返し行われることを特徴とするエンジンの燃料噴射時期制御装置。
請求項１又は２記載のエンジンの燃料噴射時期制御装置において、
上記予測手段による進角量の予測及び上記設定手段による燃料噴射開始時期の再設定は、該燃料噴射開始時期が上記エンジンの燃焼安定性の要求基準を満たすまで行われることを特徴とするエンジンの燃料噴射時期制御装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの燃料噴射時期制御装置において、
上記予測手段による進角量の予測及び上記設定手段による燃料噴射開始時期の再設定は、上記エンジンの始動時に吸入空気量を増量するＡＷＳの作動時に行われることを特徴とするエンジンの燃料噴射時期制御装置。