JP3527629B2 - 燃料噴射タイミングの制御方法 - Google Patents
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Description
ング機構を有する内燃機関に適用される燃料噴射タイミ
ングの制御方法に関する。 【0002】 【従来の技術】近時、特開平5−156972号公報に
記載されているように、排気バルブおよび吸気バルブの
開閉タイミングの少なくとも一方を自在に変化させ得る
可変バルブタイミング機構を有する内燃機関が開発され
ている。この可変バルブタイミング機構は、通常、クラ
ンク角度基準信号等の基準となる位相に対し常に一定の
相対位相差をもって開閉していた排気および吸気バルブ
について、その少なくとも一方の相対位相差を自在に変
化させて開閉させ得る機能を有するもので、この可変バ
ルブタイミング機構を利用して、前記開閉タイミングを
内燃機関の吸気管圧力や機関回転数等の運転状況に応じ
た最適な値となるように制御し、内燃機関の出力や、ア
イドル安定性の向上等を図ることを狙いとしたものであ
る。 【0003】しかして従来、このような可変バルブタイ
ミング機構を有する内燃機関において、燃料噴射の開始
若しくは終了時点である燃料噴射タイミングは、通常の
可変バルブタイミング機構を有さない内燃機関と同様、
バルブ開閉タイミングの変化を考慮にいれず、基準とな
るクランクシャフトの所定位相に対し、常に一定位相差
で行っているか、もしくは内燃機関の負荷状況のみに応
じてその位相差を設定していた。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
可変バルブタイミング機構を有した内燃機関において
は、燃料噴射の開始若しくは終了時点である燃料噴射タ
イミングのベストタイミング、すなわち、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に最も適した
燃料噴射タイミングは、可変バルブタイミング機構を有
さない通常の内燃機関と異なり、吸気または排気バルブ
の開閉タイミングの位相変化量に応じて変化する。した
がって上述のように、燃料噴射タイミングをバルブ開閉
タイミングの変化を考慮にいれず設定すると、例えば、
吸気バルブの開閉タイミングを進角させた場合、吸気の
後半まで燃料噴射が続くことになる。しかして、これら
に起因する燃焼の悪化、あるいは排気ガス中の有害成分
の増大等を引き起こすという問題点があった。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、可変バルブタイミング機構を有する
内燃機関において、排気若しくは吸気バルブの開閉タイ
ミングを考慮に入れて燃料噴射タイミングの設定を行う
ことにより、内燃機関の出力性能向上や、排気ガスの有
害成分の低減等を図ったものである。 【0006】 【発明の実施の形態】すなわち、本発明は、吸気バルブ
の開閉タイミングを、基準となる位相に対し自在に変化
させ得る可変バルブタイミング機構を有した内燃機関に
適用される燃料噴射タイミングの制御方法であって、前
記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、燃料噴射の開始若しく
は終了時点である燃料噴射タイミングを設定し、検出し
た位相変化量だけ開閉タイミングが進角側に移動する以
上に燃料噴射タイミングを進角側に移動させることを特
徴とする燃料噴射タイミングの制御方法である。 【0007】このようなものであれば、燃料噴射タイミ
ングを、排気バルブ若しく吸気バルブの開閉タイミング
の位相変化量に応じて設定でき、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させることが
可能になる。 【0008】 【実施例】以下本発明の一実施例を図1から図10を参
照して説明する。図1は、概略的に示した内燃機関たる
エンジン1の構成図(1気筒のみを示す)であり、本発
明を適用したものである。このエンジン1は例えば自動
車用の3気筒のもので、図示しないアクセルペダルに連
動して開閉するスロットルバルブ5、サージタンク6、
吸気管7等を備えた吸気系と、この吸気系の末端近傍に
配設され燃料噴射を行う燃料噴射弁8と、スパークプラ
グ9による点火で混合気を燃焼させる燃焼室10a等を
備えた気筒10と、図示しないマフラに至るまでの排気
系とから概略構成されている。 【0009】そして、この燃焼室10aには、カム機構
によりエンジン回転に同期して開閉するように吸気バル
ブ2と排気バルブ3とを設けている。これら吸排気バル
ブ2、3のための動弁機構について詳述すると、これら
吸排気バルブ2、3はそれぞれ上方へ延びるステム2
a、3aを備え、各ステム2a、3aの上部には図示し
ないバルブスプリングおよびバルブリフタ2b、3b等
をそれぞれ組み付けている。各バルブリフタ2b、3b
には、吸気側カムシャフト11および排気側カムシャフ
ト12上にそれぞれ形成したカム13、14をそれぞれ
当接させている。本実施例では、図2、3に示すよう
に、排気側カムシャフト12の一端に配設したタイミン
グプーリ15と、エンジンのクランクシャフトの一端に
配設したタイミングプーリ(図示しない)とをタイミン
グベルト16により連結している。なおこれらタイミン
グプーリの歯数比は、周知の通りクランクシャフトが2
回転する間に排気側カムシャフト12が1回転するよう
に設定している。また、吸気側カムシャフト11は、吸
気バルブ2の開閉タイミングを排気バルブ3の開閉タイ
ミングに対して可変にすべく、可変バルブタイミング機
構4を介して、排気側カムシャフト12に連結してい
る。 【0010】可変バルブタイミング機構4は、いわゆる
揺動シリンダ機構を利用したもので、油圧により駆動さ
れ、例えば図3〜5に示すように、排気側カムシャフト
12に固着したロータ17と、このロータに外嵌するハ
ウジング18と、ロータ17に対してハウジング18を
回動させるオイルコントロールバルブ19(以下OCV
と称する)と、互いに噛合うように一方をハウジング1
8に固着し他方を吸気側カムシャフト11に固着した一
対のシザースギヤ20、21とを備えてなり、ロータ1
7に対するハウジング18の相対角度を変えることによ
り、排気側カムシャフト12と吸気側カムシャフト11
との間に任意の回転位相差を生じさせることのできる機
能を有するものである。なお、周知のごとくシザースギ
ヤ20、21の歯数比は1:1となるように設定し、吸
気側カムシャフト11と排気側カムシャフト12との回
転数が同一となるようにしている。 【0011】具体的には、ロータ17は、円筒形状をな
し、その内側面17aを排気側カムシャフト12に外嵌
させて固着し、外側面17bから例えば4本のベーン2
2をラジアル方向に突出させたものである。ハウジング
18は、中央に貫通孔を有する円板状のもので、ロータ
17に対しこの貫通孔を外嵌して回動自在に取着する。
また、このハウジング18には、正面視扇形で、貫通孔
の側面に開口する4つの部屋18aを軸に点対称に設け
ており、上述のごとくハウジング18をロータ17に外
嵌させた際に、各ベーン22がそれぞれの部屋18aを
進角室18bと遅角室18cの2つに仕切るように構成
している。 【0012】OCV19は、図3に示すようにいわゆる
電磁式の4方向スプール弁で2つの入力ポート19a、
19bと2つの出力ポート19c、19dとを有し、ス
プール19eの進退により、内部流体経路が切り換わ
り、各出力ポート19c、19dをそれぞれ入力ポート
19a、19bのいずれかに連通させるものである。ま
た、スプール19eの中立位置においては内部流体経路
を遮断し、出力ポート19c、19dと入力ポート19
a、19bとを連通させないようにすることもできる。
なお、図3はスプール19eが中立位置にある状態を示
している。このスプール19eの進退は、外部から入力
される電気パルス信号であるOCV駆動信号aにより行
うようにしており、このOCV駆動信号aのオン/オフ
デューティ比に応じてその進退距離を変化させ得る。 【0013】次にこの可変バルブタイミング機構4に係
る油圧経路について述べる。図3〜5に示すように、可
変バルブタイミング機構4の動力源であり、エンジン1
によって駆動される油圧ポンプPの出力は、OCV19
の一方の入力ポート19aに接続するようにしており、
OCV19の他方の入力ポート19bを、タンクTに接
続するようにしている。また、OCV19の出力ポート
19c、19dは、排気側カムシャフト12の内部に設
けた2本の貫通孔12a、12bの一端にそれぞれ接続
しており、各貫通孔12a、12bの他端は、排気側カ
ムシャフト12の外側面において周方向に沿って平行に
設けた2本の溝12c、12dにそれぞれ開口させてい
る。これら溝12c、12dは、ロータ17の外嵌して
いる部位に設けており、ロータ17には、図4に示すよ
うに、一端を他方の溝12dに開口し、他端をベーン2
2により仕切られた進角室18bに開口する第1流体経
路17cと、図5に示すように、一端を一方の溝12c
に開口し、他端をベーン22により仕切られた遅角室1
8cに開口する第2流体経路17dとを設けている。 【0014】このように油圧経路を構成することによ
り、ポンプPが進角室18bに、またタンクTが遅角室
18cに連通する第1状態と、ポンプPが遅角室18c
に、またタンクTが進角室18bに連通する第2状態
と、ポンプPおよびタンクTが遅角室18cにも進角室
18bにも連通しない第3状態とをOCV19のスプー
ル19eを進退移動させることで実現している。したが
ってOCV19を制御して、第1状態を保持することに
より、進角室18bに油を導きその容量を増大させて図
6に示すようにベーン22を部屋18aの一端に当接す
る最進角位置まで回動させることができる。これは後述
する吸気バルブ2の開閉タイミングを進角側にずらせる
ように作用するものである。また第2状態を保持するこ
とにより、遅角室18cに油を導きその容量を増大させ
て、図7に示すようにベーン22を部屋18aの他端に
当接する最遅角位置まで回動させることができる。これ
は吸気バルブ2の開閉タイミングを遅角側にずらせるよ
うに作用するものである。さらに、その間でベーン22
を停止させる場合は第3状態に保持すれば良い。このよ
うにベーン22を図6から図7に示す角度範囲θ間で回
動させて、ハウジング18のロータ17に対する相対角
度を角度θの範囲で任意に変えることができるようにし
ている。 【0015】この一方で、吸気側カムシャフト11をシ
ザースギヤ20、21を介してこのハウジング18に連
動させているとともに、排気側カムシャフト12をロー
タ17と一体に回転するようにしている。したがって、
上述のように、ハウジング18のロータ17に対する相
対角度を角度θの範囲で変えることにより吸気側カムシ
ャフト11と排気側カムシャフト12の回転位相差を角
度θの間で任意に設定できることになる。すなわち、本
実施例による可変バルブタイミング機構4は、クランク
シャフトの回転に対して排気バルブ3を常に一定のタイ
ミングで開閉させつつ、吸気バルブ2の開閉タイミング
を変化させて、排気バルブ3の開閉タイミングと吸気バ
ルブ2の開閉タイミングとの相対位相差を角度θの間で
自在に変化させることができるものである。 【0016】なお、さらに本実施例では、図4に示すよ
うにハウジング18に、スプリング23aにより突出方
向に付勢したピン23を、前述の最遅角位置でロータ1
7に設けた孔17eに係合する位置に設けている。この
孔17eのピン23に嵌合する反対側は、前記溝12d
に連通しており、油圧が発生するとスプリング23aの
付勢力に逆らってこの油圧がピン23を没入させて、ロ
ータ17とハウジング18の相対回転を禁止しないよう
にしている。 【0017】上述した構成によるエンジン1の電気的な
制御は、電子制御装置24により行うようにしている。
次に、この電子制御装置24をはじめ、本実施例の電気
制御に係る主なセンサ、電気配線等について以下に詳述
する。本実施例に係る主なセンサとしては、図1、2に
示すように、例えば次のようなものを設けている。すな
わち、排気側カムシャフト12には、クランクシャフト
が720°CA(以降、クランクシャフトの位相を述べ
る場合には、このように角度にCAを付して表現する)
回転する毎にパルス信号である気筒判別信号cを出力す
ると共に、240°CA回転する毎にパルス信号である
排気カム信号bを出力する排気側タイミングセンサ25
を設けている。そして、吸気側カムシャフト11には、
240°CA回転する毎にパルス信号である吸気カム信
号dを出力する吸気側タイミングセンサ26を設けてい
る。本実施例では、図2に示すように、例えば120°
毎に配設した排気カム信号b出力用の歯と、その他に設
けた気筒判別信号c出力用の1つの追加歯との、合計4
本の歯を有した歯車25aを、排気側カムシャフト12
のタイミングプーリ15に添設しておき、この歯車25
aに近接させて配設したピックアップセンサを排気側タ
イミングセンサ25として使用している。また同様に、
吸気側カムシャフト11には、120°毎に配設した合
計3本の吸気カム信号d出力用の歯を有した歯車26a
を設けておき、この歯車26aに近接させて配設したピ
ックアップセンサを吸気側タイミングセンサ26として
使用している。その他に、エンジン回転数NEを検出す
る図示しない回転数センサや、スロットル開度がアイド
ル状態になった場合にアイドルスイッチ信号IDSWを
出力するアイドルスイッチ27、スロットル開度が一定
以上になった場合にパワースイッチ信号PSWを出力す
るパワースイッチ28、あるいは吸気管圧力PMを検出
し吸気管圧力信号PMを出力する吸気管圧力センサ29
等を設けている。 【0018】電子制御装置24は、図1に示すように中
央演算処理装置24a、記憶装置24b、入力インター
フェース24c、出力インターフェース24d等を備え
るようにした、いわゆるマイコン装置として一般に知ら
れているものである。記憶装置24aには、エンジン1
等を制御するための種々のプログラムを記憶させてい
る。また、入力インタフェース24cには排気カム信号
b、吸気カム信号d、気筒判別信号c、アイドルスイッ
チ信号IDSW、パワースイッチ信号PSW、吸気管圧
力信号PM、エンジン回転数信号NE等を少なくとも入
力するようにしている。また、出力インタフェース24
dからは、可変バルブタイミング機構4の制御信号であ
るOCV駆動信号a、燃料噴射弁7の駆動信号f、スパ
ークプラグの点火信号e等を少なくとも出力するように
している。 【0019】もちろん、この他に、自動車に一般的に用
いられる各種の部材やセンサ等も構成要素となっている
が本明細書においては省略する。本実施例にかかる燃料
噴射タイミングINJTの制御方法とは、上述した構成
により可変バルブタイミング機構4を利用して運転状況
に応じて吸気バルブ2の開閉タイミングを制御している
エンジン1に適用されるものである。概略的には、予め
検出し記憶させた最遅角位置での吸気カム信号d0を基
準となる位相として用い、この記憶した吸気カム信号d
0に対する検出した吸気カム信号dの時間差に基づい
て、吸気バルブ2の開閉タイミングの位相変化量VTを
算出した後、この位相変化量VTをパラメータとして燃
料噴射タイミングINJTを設定し出力することを特徴
とする。これは、種々のセンサからの情報を、上述した
記憶装置24bに記憶させた燃料噴射タイミング制御プ
ログラムに基づいて、中央演算処理装置24aにより判
別処理させ、燃料噴射弁8の駆動信号fを出力するタイ
ミングを制御することにより行う。なお、本実施例にお
ける燃料噴射タイミングINJTとは、燃料噴射TXの
終了時点と排気カム信号bが入力される時点間の位相差
により規定している。 【0020】この燃料噴射タイミング制御プログラムの
概略を図8に示すフローチャート及び図9に示すタイミ
ングチャートにしたがって説明する。なお、図9におい
ては例えば第1気筒に関する符号であればその符号に
(1)を付すようにし、気筒毎の符号を区別して表記し
ている。まず、ステップS1において気筒別(例えば第
1気筒)の排気カム信号bと吸気カム信号dを検出す
る。 【0021】次にステップS2において、当該気筒にお
ける吸気カム信号dと排気カム信号bとの位相差VT2
を算出する。これは、具体的には、例えば検出した吸気
カム信号dと排気カム信号bとの時間差およびその時の
エンジン回転数NEから算出する。ステップS3におい
ては、予め検出し記憶させた最遅角位置での吸気カム信
号d0と排気カム信号bとの位相差VT1に対する上記
算出した位相差VT2の差を求め、この差を吸気バルブ
2の開閉タイミングの位相変化量VTとする。 【0022】ステップS4においては、エンジン1の負
荷や回転数NEをパラメータとして、最遅角位置(図7
の状態)での燃料噴射タイミングINJT0を設定す
る。そして、ステップS5において、次式(1)に基づ
いて、最終的な燃料噴射タイミングINJTの設定を行
いこれを出力する。ここでkは係数であり、本実施例で
は例えば1.5に設定している。 【0023】 INJT=INJT0+k・VT・・・(1) このように、吸気バルブ2の開閉タイミングの位相変化
量VTを、燃料噴射タイミングINJTの設定の際のパ
ラメータとして組み入れ、本実施例の場合であれば、図
10に示すように、吸気バルブ2の開閉タイミングが進
角側に移動するにしたがって、燃料噴射タイミングIN
JTを進角側に移動させ、吸気バルブ2の開閉タイミン
グが遅角側に移動するにしたがって、燃料噴射タイミン
グINJTを遅角側に移動させる制御を行う。なお図1
0における曲線2A、3Aはそれぞれ吸気バルブ2およ
び排気バルブ3のバルブ開度を示す。 【0024】その結果、本実施例によれば、係数kを1
以上に設定して吸気バルブ2の位相変化量VT以上に燃
料噴射タイミングINJTを変化させているので、吸気
の後半まで燃料噴射が続くこと等を確実に防止でき、こ
れに起因する燃焼の悪化、あるいは排気ガス中の有害成
分の増大等を引き起こすことのないようにできる。 【0025】なお、本発明は以上示した実施例のみに限
定されるものではない。例えば、可変バルブタイミング
機構は、本実施例のような油圧方式のものに限られず、
ステッピングモータ等を用いた電気方式のものでも構わ
ない。また、燃料噴射タイミングの設定式も、実施例の
ものに限られず、マップ等により求めるなど、本発明を
適用するエンジンに最適なものとなるようにすればよ
い。さらに燃料噴射タイミングを燃料噴射の開始時点と
規定しても本実施例と同様の効果を奏するものである。
もちろん、3気筒以外の気筒数のエンジンに関しても本
実施例を適用可能なのは言うまでもない。 【0026】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。 【0027】 【発明の効果】本発明は、以上に説明したような形態で
実施され以下に記載されるような効果を奏する。すなわ
ち、本発明によれば、排気バルブの開閉タイミング若し
くは吸気バルブの開閉タイミングを、基準となる位相に
対し自在に変化させ得る可変バルブタイミング機構を有
した内燃機関に適用され、前記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、燃料噴射の開始若しくは終了時点である燃料噴射
タイミングを設定しているので、排気バルブ若しく吸気
バルブの開閉タイミングの位相変化量に応じて設定で
き、吸気の後半まで燃料噴射が続くこと等を防止して、
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
等に寄与させることが可能になる。
式図。 【図3】同実施例の可変バルブタイミング機構を主に示
す概略断面図。 【図4】図3におけるA−A線部分断面図。 【図5】図3におけるB−B線部分断面図。 【図6】可変バルブタイミング機構の作動説明図。 【図7】可変バルブタイミング機構の作動説明図。 【図8】同実施例における燃料噴射タイミング制御プロ
グラムのフローチャート。 【図9】同実施例における吸気及び排気カム信号を示す
タイミングチャート。 【図10】同実施例における燃料噴射タイミングを示す
タイミングチャート。 【符号の説明】 1・・・内燃機関(エンジン) 2・・・吸気バルブ 3・・・排気バルブ 4・・・可変バルブタイミング機構 VT・・・位相変化量 INJT・・・燃料噴射タイミング
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】吸気バルブの開閉タイミングを、基準とな
る位相に対し自在に変化させ得る可変バルブタイミング
機構を有した内燃機関に適用される燃料噴射タイミング
の制御方法であって、前記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、燃料噴射の開始若しくは終了時点である燃料噴射タ
イミングを設定し、検出した位相変化量だけ開閉タイミ
ングが進角側に移動する以上に燃料噴射タイミングを進
角側に移動させることを特徴とする燃料噴射タイミング
の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30771597A JP3527629B2 (ja) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | 燃料噴射タイミングの制御方法 |
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