JP4475221B2

JP4475221B2 - エンジン

Info

Publication number: JP4475221B2
Application number: JP2005316541A
Authority: JP
Inventors: 泰之入澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP2006283754A; KR20070090244A; US20080147301A1; EP1856393B1; US20060201152A1; KR100879486B1; US7415966B2; WO2006095515A1; US7707988B2; DE602006002725D1; EP1856393A1

Description

本発明は、エンジンに関し、より詳しくは、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射するポート噴射用インジェクタとを備えると共に、開弁特性変更手段を備えるエンジンに関する。

一般に、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタと吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射するためのポート噴射用インジェクタとを備え，エンジンの運転状態に応じてこれらのインジェクタを切替え使用することにより、例えば低負荷運転領域での成層燃焼と高負荷運転領域での均質燃焼を実現させたり、両者を所定の分担率の下に同時に使用して、燃費特性や出力特性の改善を図った、いわゆるデュアル噴射型のエンジンが知られている。

また、このようなデュアル噴射型のエンジンにターボチャージャ等の過給機を備えたエンジンも知られている。例えば、特許文献１参照。

この特許文献１に記載の過給機付エンジンでは、過給圧に応じて筒内噴射用インジェクタとポート噴射用インジェクタとの燃料噴射量の分担率を変更している。詳しくは、高過給圧領域での定常モードではポート噴射用インジェクタからの燃料噴射量の分担率を大きくすると共に筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量の分担率を小さくし、筒内噴射用インジェクタ先端部の温度が所定値以上となった場合には、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量の分担率を定常モードにおけるのよりも大きくしている。かくて、燃焼室内に均一な混合気を形成することにより燃焼効率を向上させ、筒内噴射用インジェクタへのデポジットの堆積を防止するとしている。
特開平１１−３５１０４１号公報

ところで、開弁特性変更手段を備える過給機付リーンバーンエンジンにおいて、例えば、中・低速且つ中・低負荷領域が対応するリーン領域での出力トルク制御は、燃費の向上や排気エミッション、特に、ＮＯｘの低減等を考慮して、スロットルバルブの開度に応じて吸入空気量を制御するばかりではなく、ポンピングロスを伴わないスロットルバルブの全開状態での吸気バルブのリフト量または作用角や閉じタイミングの制御による吸入空気量の制御や、過給機による過給圧の制御での吸入空気量の制御等によって行うことが考えられている。このスロットルバルブの全開状態での吸気バルブのリフト量または作用角の制御による吸入空気量の制御は、リーン限界の拡大を図るべく燃焼室への吸入空気の大きなタンブル流、すなわち大タンブル比を期待している。

しかしながら、このタンブル比と吸気バルブのリフト量または作用角との関係は図３に示す通りであり、吸気バルブのリフト量または作用角が減少するのにほぼ比例してタンブル比も小さくなる。このように吸気バルブのリフト量または作用角が減少するとリーンバーンに必要なタンブル比が十分に得られない。すると、このタンブル比の低下が原因となって、図４に吸気バルブのリフト量または作用角と必要な空燃比との関係を示すように、制御空燃比をリッチ設定とせざるを得ず、結果として、燃費が悪化すると共に排気エミッション、特に、ＮＯｘが大幅に悪化するという問題がある。

そこで、本発明の課題は、かかる問題を解消し、タンブル比低下によるリーンバーンの悪化を防止し、燃費の向上を図ると共に、ＮＯｘの低減を図ることのできるエンジンを提供することにある。

なお、特許文献１にはかかる課題については何等言及されていない。

そこで、上記課題を解決するための本発明の一形態になるエンジンは、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、吸気通路内に向けて燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、少なくとも吸気バルブのリフト量または作用角を変更可能な開弁特性変更手段と、所定の運転領域において前記開弁特性変更手段により吸気バルブのリフト量または作用角が減少されるとき、該リフト量または作用角の減少量に応じて前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を増大させる燃料噴射制御手段と、を備えることを特徴とする。なお、エンジンは、過給機付リーンバーンエンジンであってもよい。

ここで、過給圧が所定の圧力に達するまでは、過給圧の高さに応じて前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を増大させる燃料噴射制御手段を備えることが好ましい。

また、過給圧が前記所定の圧力を超えるときは、前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を固定させる燃料噴射制御手段を備えることが好ましい。

さらに、所定の運転領域において前記開弁特性変更手段により吸気バルブのリフト量または作用角が減少されるとき、排気バルブの開閉タイミングを変更してオーバーラップ量を増大させるオーバーラップ量変更手段をさらに備えることが好ましい。

上記本発明の一形態になるエンジンによれば、過給機の有無にかかわらず、前記開弁特性変更手段により吸気バルブのリフト量または作用角が所定の運転領域において減少されると、燃料噴射制御手段は、該リフト量または作用角の減少量に応じて、前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を増大させる。この結果、リフト量または作用角の減少量に応じて筒内燃料噴射量が増大されるので、この増大された噴射流により吸気バルブのリフト量または作用角の減少によるタンブル流が補完されて、燃費の向上およびＮＯｘの低減が図られる。なお、本発明のエンジンは、リーンバーンエンジンに限定されない。

ここで、エンジンが過給機を備える場合、過給圧が所定の圧力に達するまでは、過給圧の高さに応じて前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を増大させる燃料噴射制御手段を備えた形態によれば、所定の過給圧に達するまでは、燃料噴射制御手段は、過給圧の高さに応じて前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を増大させる。この結果、リーンバーンに必要なタンブル比が得られる所定の過給圧に達するまでは過給圧の高さに応じて筒内燃料噴射量が増大されるので、この増大された噴射流により過給圧が低いことによるタンブル流が補完されるので、リーンバーンが維持され、燃費の向上およびＮＯｘの低減が図られる。

また、過給圧が前記所定の圧力を超えるときは、前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を固定させる燃料噴射制御手段を備える形態によれば、過給圧が前記所定の圧力を超えると、燃料噴射制御手段は筒内燃料噴射分担率を固定させる。この結果、筒内燃料噴射量は固定されるが、過給圧が所定の圧力を超えているので十分なタンブル比が得られ、より希薄な空燃比でのリーンバーンを行わせることができる。

さらに、所定の運転領域において前記開弁特性変更手段により吸気バルブのリフト量または作用角が減少されるとき、排気バルブの開閉タイミングを変更してオーバーラップ量を増大させるオーバーラップ量変更手段をさらに備える形態によれば、内部ＥＧＲによるＮＯｘのさらなる低減が可能となると共に、吸気バルブの開閉タイミングを変更することに伴う実圧縮比への影響を回避でき、しかも、排気バルブの遅開きにより高膨張比効果が得られることから、さらなる燃費の向上とＮＯｘの低減とが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される過給機としてターボチャージャを備えた過給機付リーンバーンエンジンの概要を示すシステム構成図であり、１００はエンジン本体である。同図に示されるエンジン１００は、車両用の多気筒エンジン（例えば、４気筒エンジン、ただし、図１には１気筒のみが示されている。）として構成されており、各燃焼室１０２内での混合気の燃焼によりピストン１０３を往復移動させて、図示されないクランクシャフトから動力を得るものである。なお、過給機を備えないエンジンであっても構わない。

エンジン１００の各燃焼室１０２には、吸気ポート１０４と排気ポート１０５とが連通されている。吸気ポート１０４には吸気マニホルド１０６が、排気ポート１０５には排気マニホルド１０７がそれぞれ接続されている。またエンジン１００のシリンダヘッドには、吸気ポート１０４を開閉する吸気バルブＩＮと、排気ポート１０５を開閉する排気バルブＥＸとが、燃焼室１０２ごとに配設されている。更に、エンジン１００は、気筒数に応じた数の点火プラグ１０９を有し、点火プラグ１０９は、対応する燃焼室１０２内に臨むようにシリンダヘッドに設置されている。

本発明に係るエンジン１００には、吸気ポート１０４の内部に向けて燃料を噴射供給するポート噴射用インジェクタ１１０ｐが配置されると共に、燃焼室１０２に向けて燃料を直接噴射供給する筒内噴射用インジェクタ１１０ｃが配置されている。エンジン１００は、筒内噴射用インジェクタ１１０ｃを気筒数に応じた数だけ有し、各筒内噴射用インジェクタ１１０ｃは、ガソリン等の燃料を対応する燃焼室１０２の内部に直接噴射可能なものであり、燃料供給管を介してガソリン等の液体燃料を貯留する燃料タンク（何れも図示省略）に接続されている。また、上述したポート噴射用インジェクタ１１０ｐは、ガソリン等の燃料を対応する吸気ポート１０４の内部に噴射可能なものであり、図示されない燃料供給管を介して前記燃料タンクに接続されている。筒内噴射用インジェクタ１１０ｃは、燃焼室１０２ごとに少なくとも１体ずつ備えられている。

ここで、本発明に係るエンジン１００においては、吸気バルブＩＮはそのリフト量または作用角および開閉タイミングを含む開弁特性を変化させることができる可変リフトおよび可変バルブタイミング機構を備える吸気動弁機構１１２により開閉される。一方、排気バルブＥＸは、少なくとも開閉タイミングを含む開弁特性を変化させることができる可変バルブタイミング機構を備える排気動弁機構１１４により開閉される。ここで吸気動弁機構１１２は、例えば、特開２００１−２６３０１５号公報に記載された仲介駆動機構を含んで構成される公知の開弁特性制御装置により実現可能であり、排気動弁機構１１４も公知であるので、それらの詳細な説明は避け簡単に説明する。

吸気バルブＩＮは、開弁特性制御装置の仲介駆動機構とロッカーアームとを介して吸気カムによってリフトされる。そして、仲介駆動機構の制御シャフトの位置が制御されることにより、吸気カムによる駆動期間が制御され、吸気バルブＩＮのリフト量且つその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作用角が制御される。さらに、吸気カムは吸気カムシャフトに取付けられ、この吸気カムシャフトの位相が可変されることで、吸気バルブＩＮの開閉タイミングが変えられる。なお、左右対称な吸気カムを用いる限り、リフト量が減少すれば作用角も減少する関係にあるので、以下の説明においては、いずれか一方を用いる場合もある。

同様に、排気バルブＥＸはロッカーアームを介して排気カムによってリフトされ、排気カムは排気カムシャフトに取付けられており、この排気カムシャフトの位相が可変されることで、排気バルブＥＸの開閉タイミングが変えられる。ここで、上述の吸気バルブＩＮおよび排気バルブＥＸの開閉タイミングの変更は、それぞれ吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの位相を変えることにより行なわれるので、基準位置からのそれらの位相の進角または遅角量に応じて作用角は一定のまま開閉タイミングが変更される。

エンジン１００のピストン１０３は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には、凹部１０３ａが形成されている。そして、エンジン１００では、各燃焼室１０２内に空気を吸入させた状態で、各筒内噴射用インジェクタ１１０ｃから各燃焼室１０２内のピストン１０３の凹部１０３ａに向けてガソリン等の燃料を直接噴射することができる。これにより、エンジン１００では、点火プラグ１０９の近傍に、燃料と空気との濃混合気の層が周囲の希薄混合気の層と分離された状態で形成されるので、極めて希薄（リーン）な混合気を用いて安定した燃焼を実行することが可能となる。

本発明に係るエンジン１００は、ターボ過給機１２０を備えている。ターボ過給機１２０は、排気経路中に設置されたタービン１２０Ｔに導入される排気のエネルギーによって、吸気経路中に設置されたコンプレッサ１２０Ｃを駆動することで過給を行うものであり、過給圧制御装置として、タービン１２０Ｔの入口ノズル部に流量可変機構としての可変ノズル１２０ＶＮを有している。この可変ノズル１２０ＶＮは、例えば直流モータ等の電動アクチュエータからなる可変ノズル作動用アクチュエータ１２１により駆動されて、その「全閉」、「全開」およびそれらの間のいずれかの中間位置をとる。ここで、可変ノズルの「全閉」とは、可変ノズルを形成する可動ベーンにより、ノズルが最小流路面積に絞られた状態、可変ノズルの「全開」とは、同じく、ノズルが最大流路面積に開けられた状態を意味する。なお、過給圧制御装置としては、タービン１２０Ｔの入口側と出口側とを連通するバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブによるものであってもよい。

また、吸気マニホルド１０６に連なる吸気経路１２２にはサージタンク１２４が設けられ、その上流に吸入空気量を調節するスロットルバルブ１２６が設置されている。スロットルバルブ１２６はいわゆる電子制御式スロットルバルブであり、スロットルモータ１２８によって駆動される。なお、吸気経路１２２の入口にはエアフィルタ１３２が、その下流には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１３４が、およびコンプレッサ１２０Ｃの下流側には、吸入空気を冷却するためのインタークーラ１３０がそれぞれ設けられている。また、吸気経路１２２のコンプレッサ１２０Ｃの下流には過給圧（吸気圧）センサ１３６が設けられている。

また、ターボ過給機１２０のタービン１２０Ｔの下流側には排気管１４０が接続されており、排気管１４０の中途には、例えばウォームアップ用の三元触媒１４２とリーンバーン時のＮＯｘ処理用のＮＯｘ触媒１４４とが設けられている。これらの触媒装置によって各燃焼室１０２からの排気ガスが浄化される。本実施の形態では、タービン１２０Ｔの直ぐ下流に排気ガスの空燃比を検出する全域空燃比センサ１４６が設けられると共に、三元触媒１４２の下流に第１の酸素センサ１４７、ＮＯｘ触媒１４４の下流に第２の酸素センサ１４８がそれぞれ設けられている。ここで、本明細書では、これらの排気ガスの性状を検出する全域空燃比センサ１４６、第１および第２の酸素センサ１４７、１４８を排気センサ１４９と総称することもある。

エンジン１００の制御系の構成は、図２に示されるとおりである。エンジン１００は、制御手段として機能する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２００を含む。ＥＣＵ２００は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および、各種情報やマップ等が記憶されるバックアップＲＡＭなどの記憶装置等を含むものである。このＥＣＵ２００の入力ポートには、上述の空燃比センサ１４６を含む排気センサ１４９および過給圧センサ１３６、エンジン１００のクランクシャフトの近傍に設けられたクランク角センサ１５１、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１５２、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１５３、スロットルバルブ１２６の開度を検出するスロットル開度センサ１５４、吸気動弁機構１１２の開弁特性制御のための制御シャフト位置センサ１５５および吸気カム位置センサ１５６、排気動弁機構１１４の制御のための排気カム位置センサ１５７等の各種センサが、不図示のＡ／Ｄ変換器を介して接続されている。ＥＣＵ２００は、これら各センサの検出信号が入力されることによって、各検出値を取得する。また、ＥＣＵ２００の出力ポートには、上述の吸気動弁機構１１２、排気動弁機構１１４、点火プラグ１０９、各インジェクタ１１０ｃ，１１０ｐ、スロットルモータ１２８、可変ノズル作動用アクチュエータ１２１などの各種アクチュエータが、不図示のＤ／Ａ変換器を介して接続されている。

ＥＣＵ２００は、記憶装置に記憶されている各種マップ、基準値、設定値等を用いると共に、これらの情報および各種センサの検出値等に基づいて、各インジェクタ１１０ｃ、１１０ｐによる燃料噴射量および燃料噴射分担率、点火プラグ１０９による点火時期、スロットルモータ１２８によるスロットル開度、可変ノズル作動用アクチュエータ１２１による過給圧、さらには、吸気動弁機構１１２による吸気バルブＩＮのリフト量または作用角および開閉タイミング、排気動弁機構１１４による排気バルブＥＸの開閉タイミング等のエンジン運転パラメータを制御する。特に、ＥＣＵ２００の記憶装置には、図５に示されるような、例えば縦軸にアクセル開度（アクセル開度センサ１５２によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量による要求負荷）をとり、横軸にエンジン回転数（クランク角センサ１５１によって検出されるエンジン回転速度）をとったエンジン１００の運転状態領域を表すマップに、エンジン１００の要求特性等に合わせて実験的に求められている上述の制御のための最適値が設定されており、これらのマップはＥＣＵ２００の記憶装置に保存されている。

ここで、本発明に係るエンジン１００のリーンバーン領域における出力トルク制御の一例を、上記図５のエンジン運転状態領域マップを参照して説明する。このエンジン１００では、例えばアクセル開度大すなわち高負荷およびエンジン高回転数すなわち高速領域における理論空燃比（以下、ストイキと称す）による燃焼領域（図５にストイキ領域「１」として示す）と、それ以外の中・低負荷領域および中・低速領域における希薄空燃比による燃焼（リーンバーン）領域（図５にリーン領域「２」として示す）とに分けて制御が行われるようにされている。そして、このリーン領域「２」においては、基本的に、ポート噴射用インジェクタ１１０ｐからの燃料噴射を行い燃焼室１０２での均質なリーン混合気の形成を図ると共に、上述の出力トルク制御が以下の３つの領域（a）、（b）および（c）、すなわち、極低負荷・極低速である領域（a）、低負荷・低速である領域（b）および中負荷・中速である領域（c）に分けて行われる。

これらの領域では、例えば図６に示すように、（Ａ）スロットル開度、（Ｂ）吸気バルブＩＮのリフト量または作用角（図には、ＩＮ作用角と示されている）や（Ｃ）吸気バルブＩＮの開閉タイミング（図には、ＩＮＶＶＴと示されている）の進角量および（Ｄ）過給圧等のエンジン運転パラメータについて、設定されている。詳しくは、領域（a）においては、アクセル開度の増加すなわち要求出力トルクの増加に応じて、スロットル開度がほぼリニアに増加され吸入空気量が制御される。このとき、吸気バルブＩＮのリフト量または作用角は大リフト量または大作用角状態に維持され、図６の最上部にバルブタイミングとして示すように、その開時期は上死点（ＴＤＣ）後ほぼ直ぐで、閉時期が下死点（ＢＤＣ）後で大幅に遅くされていて、その開閉タイミングの進角量が小さく、換言すると通常よりも遅角されている。かくて、アトキンソンサイクルでの燃費向上が図られている。なお、過給圧は、この領域（a）においては、排気エネルギーが十分でないのでほとんどゼロである。

また、領域（b）においては、アクセル開度の増加にもかかわらずスロットル開度がほぼ全開に維持されたまま、吸気バルブＩＮのリフト量または作用角がアクセル開度の増加に応じて減少されると共に、開閉タイミング（ＩＮＶＶＴ）が上死点後直ぐの開で下死点よりやや遅れ気味の閉じとなるように変更(進角)されて、吸入空気量制御が行われる。さらに、領域（c）においては、領域（b）での制御対象についての状態を維持したまま、アクセル開度の増加に応じて過給圧の増大制御での吸入空気量制御が行われる。

本発明に係るエンジン１００は、上述のような基本的な出力トルク制御に伴い、吸気バルブＩＮのリフト量または作用角の減少によるタンブル比低下に起因するリーン限界の低下を筒内噴射用インジェクタ１０ｃによる噴射流を有効に利用することにより防止し、燃費の向上と排気エミッション、特に、ＮＯｘの低減を図ろうとするものである。

そこで、本発明の第１の実施形態に係る制御について、図７のフローチャートおよび図８を参照して説明する。図７は、本実施形態のＥＣＵ２００において実行されるポート噴射用インジェクタ１１０ｐと筒内噴射用インジェクタ１１０ｃとの燃料噴射分担率の変更制御処理ルーチンを示す。この処理ルーチンは、予め定められた設定クランク角毎の割込みによって繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ２００は、ステップＳ７０１において、上述した各センサのうちのアクセル開度センサ１５２およびクランク角センサ１５１の検出値に基づく、アクセル開度（要求負荷）および回転数Ｎｅ（回転速度）からエンジンの運転領域を求める。さらに、次のステップＳ７０２において、スロットル開度センサ１５４、制御シャフト位置センサ１５５、吸気カム位置センサ１５６および排気センサ１４９の検出値から、スロットル開度、吸気バルブＩＮのリフト量または作用角、吸気バルブＩＮの開閉タイミング進角量および制御空燃比（以下、制御Ａ／Ｆと称す）等のエンジン運転パラメータの現在値が求められる。そして、ステップＳ７０３に進み、ポート噴射用インジェクタ１１０ｐと筒内噴射用インジェクタ１１０ｃとの燃料噴射吹き分け領域にあるか否かが判定される。この判定は、例えば吸気バルブＩＮのリフト量または作用角が所定の判定リフト量または作用角以下であるか否かにより行われる。

ステップＳ７０３で否定（＝「ＮＯ」）判定された、すなわちリフト量または作用角が所定の判定リフト量または作用角より大きいときにはステップＳ７０４に進み、前述の基本制御の通り、ポート噴射用インジェクタ１１０ｐからの１００％燃料噴射、換言すると、筒内噴射用インジェクタ１１０ｃによる燃料噴射が休止される筒内燃料噴射分担率α＝０％の噴射形態が指示され、この処理ルーチンは終了される。なお、運転状態に対応した燃料噴射量および燃料噴射時期を含む燃料噴射制御は他のルーチンにて実行される。

また、ステップＳ７０３で肯定（＝「ＹＥＳ」）判定された、リフト量または作用角が所定の判定リフト量または作用角より小さいときにはステップＳ７０５に進み、筒内燃料噴射分担率α（％）が求められる。具体的には、吸気バルブＩＮのリフト量または作用角に応じた筒内燃料噴射分担率αが求められる（図８の領域（ｂ）、（Ｂ）ＩＮ作用角および（Ｅ）分担率を参照）。かくて、リフト量または作用角の減少量に応じて筒内燃料噴射分担率α延いては筒内燃料噴射量が増大されるので、この増大された噴射流により吸気バルブのリフト量または作用角の減少によるタンブル流の低下が補完される。この結果、リーン限界が高く維持され、制御Ａ／Ｆをリッチ設定する必要性が回避される。なお、エンジンの運転状態に対応して必要な全燃料噴射量を１００％とすれば、筒内燃料噴射分担率がαのときは、ポート噴射用インジェクタ１１０ｐからのポート燃料噴射分担率は（１００−α）（％）であり、筒内燃料噴射分担率が定まるとポート燃料噴射分担率は一義的に定まるので、以下の説明は筒内燃料噴射分担率αのみを用いて行なうこととする。

次に、本実施の形態では、ステップＳ７０５で吸気バルブＩＮのリフト量または作用角に応じた筒内燃料噴射分担率αが求められた後、次のステップＳ７０６において、さらに、過給圧センサ１３６の検出値から過給圧の現在値である実過給圧Ｄｐが求められる。そして、ステップＳ７０７において、この実過給圧Ｄｐがリーンバーンに必要なタンブル比が得られる所定の設定過給圧Ｄｓ（図８の領域（ｃ）参照）を超えているか否かが判定される。実過給圧Ｄｐがこの所定の設定過給圧Ｄｓを超えていない、すなわち肯定（＝「ＹＥＳ」）判定されたときはステップＳ７０８に進み、この実過給圧Ｄｐの高さに応じて筒内噴射用インジェクタ１１０ｃによる筒内燃料噴射分担率αが増大される。換言すると、実過給圧Ｄｐが所定の設定過給圧Ｄｓに達するまでは、実過給圧Ｄｐの高さに応じて筒内噴射用インジェクタ１１０ｃによる筒内燃料噴射分担率αが増大される。かくて、過給圧の不足に対応して筒内燃料噴射分担率α延いては筒内燃料噴射量が増大されるので、この増大された噴射流によりタンブル流の不足が補完される。この結果、リーン限界が高く維持され、制御Ａ／Ｆをリッチ設定する必要性が回避されるのである。

一方、ステップＳ７０７の判定において、実過給圧Ｄｐが所定の設定過給圧Ｄｓを超えている、すなわち否定（＝「ＮＯ」）判定されたときは、この過給圧により十分なタンブル比でもって吸入空気が導入されているので、上述のステップＳ７０８を経ることなくステップＳ７０９に進む。このステップＳ７０９では、図８に示すように、領域（ｃ）における実過給圧Ｄｐが所定の設定過給圧Ｄｓに達するまでの筒内燃料噴射分担率αの増加制御（実過給圧Ｄｐが所定の設定過給圧Ｄｓに達した後は筒内噴射用インジェクタ１１０ｃによる筒内燃料噴射分担率αは固定される）と、実過給圧Ｄｐが所定の設定過給圧Ｄｓを超えたときの過給圧そのものによる高タンブル比により、空燃比のさらなるリーン化が可能となることから、制御Ａ／Ｆがさらにリーン側に修正される。これによって、より希薄なリーンバーンが維持され、燃費の向上およびＮＯｘのさらなる低減が図られる。

さらに、本発明の第２の実施形態に係る制御について、図９のフローチャートおよび再度図８を参照して説明する。図９は、本実施形態のＥＣＵ２００において実行されるポート噴射用インジェクタ１１０ｐと筒内噴射用インジェクタ１１０ｃとの燃料噴射分担率の変更制御およびオーバーラップ量変更制御の処理ルーチンを示す。この処理ルーチンも、予め定められた設定クランク角毎の割込みによって繰り返し実行される。

この第２の実施形態は、上述した第１の実施形態における特に領域（ｂ）において、図１０に示すように、排気バルブＥＸの開閉タイミング進角量（以下、ＥＸＶＶＴ進角量とも称す）をも制御することによりオーバーラップ量（Ｏ／Ｌ量とも称す）を変更制御して、さらなる燃費の向上とＮＯｘの低減とを図ったものである。ここで、図１０の（イ）および（ハ）は前述した図６の領域（a）および（c）におけるバルブタイミングに対応し、図１０の（ロ）が排気バルブＥＸの開閉タイミング進角量を制御することによりオーバーラップ量が変えられた場合のバルブタイミングを示している。

上述のように、領域（ｂ）においては、吸気バルブＩＮのリフト量または作用角と開閉タイミング（ＩＮＶＶＴ）の進角量とが制御されて、吸入空気量延いては出力トルクが制御されている。ここで、特に、吸気バルブＩＮの閉タイミングは吸入空気量のみならず、実圧縮比およびタンブル比を制御する上で重要な制御パラメータである。ところで、ＮＯｘのさらなる低減のための内部ＥＧＲ量を、バルブオーバーラップ量を増大することにより制御することが考えられる。このバルブオーバーラップ量を増大させるには、吸気バルブＩＮの開閉タイミング（ＩＮＶＶＴ）を進角させるか、排気バルブＥＸの開閉タイミング（ＥＸＶＶＴ）を遅角させるかによればよい。ところが、吸気バルブＩＮの開閉タイミング（ＩＮＶＶＴ）を進角させることによりオーバーラップ量を増大させようとすると、上述のアトキンソンサイクルにおいて必要以上に実圧縮比が増加することとなり、ノッキング回避のための点火時期遅角や内部ＥＧＲ補正のための点火時期遅角制御の影響で、リーンバーンが不成立となるおそれがある。これに対して、排気バルブＥＸの開閉タイミング（ＥＸＶＶＴ）を遅角制御することによるオーバーラップ量の増大制御は、上述の如き実圧縮比への影響が少なく、点火時期遅角量は内部ＥＧＲ補正のためのみでよいので、リーンバーンには有利である。しかも、排気バルブＥＸの遅開きにより高膨張比効果が得られることから、さらなる燃費の向上とＮＯｘの低減とが達成されるのである。

そこで、この第２の実施形態では、まず、ステップＳ９０１において、アクセル開度センサ１５２およびクランク角センサ１５１の検出値に基づく、アクセル開度および回転数Ｎｅからエンジンの運転領域を求める。さらに、次のステップＳ９０２において、スロットル開度センサ１５４、制御シャフト位置センサ１５５、吸気カム位置センサ１５６および排気センサ１４９の検出値から、スロットル開度、吸気バルブＩＮのリフト量または作用角、吸気バルブＩＮの開閉タイミング進角量および制御Ａ／Ｆ等のエンジン運転パラメータの現在値が求められる。そして、ステップＳ９０３に進み、吸気バルブＩＮのリフト量または作用角が所定の判定リフト量または作用角以下であるか否かにより、ポート噴射用インジェクタ１１０ｐと筒内噴射用インジェクタ１１０ｃとの燃料噴射吹き分け領域にあるか否かが判定される。

ステップＳ９０３で否定（＝「ＮＯ」）判定された、すなわちリフト量または作用角が所定の判定リフト量または作用角より大きいときにはステップＳ９０４に進み、前述の基本制御の通り、ポート噴射用インジェクタ１１０ｐからの１００％燃料噴射、換言すると、筒内燃料噴射分担率α＝０％の噴射形態が指示される。そして、ステップＳ９０５においてオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）量がゼロとなるように、排気バルブＥＸの開閉タイミング（ＥＸＶＶＴ）進角量が決定され、この処理ルーチンは終了される。

一方、ステップＳ９０３で肯定（＝「ＹＥＳ」）判定された、リフト量または作用角が所定の判定リフト量または作用角より小さいときにはステップＳ９０６に進み、吸気バルブＩＮのリフト量または作用角に応じた筒内燃料噴射分担率α（％）が求められる（図８の領域（ｂ）参照）。次に、本実施の形態では、ステップＳ９０７で、吸気バルブＩＮのリフト量または作用角に応じたオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）量を得るべく、排気バルブＥＸの開閉タイミング（ＥＸＶＶＴ）進角量が決定され、このオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）量に対応する内部ＥＧＲ量に適するような点火時期に補正される。さらに、このステップＳ９０７では、筒内噴射用インジェクタ１１０ｃからの燃料噴射時期が排気バルブＥＸの閉時期以降となるように設定される。かくて、排気バルブＥＸが閉じた後の筒内噴射用インジェクタ１１０ｃからの噴射流により高タンブル比が得られる。

さらに、次のステップＳ９０８においては、過給圧センサ１３６の検出値から過給圧の現在値である実過給圧Ｄｐが求められる。そして、ステップＳ９０９において、この実過給圧Ｄｐがリーンバーンに必要なタンブル比が得られる所定の設定過給圧Ｄｓ（図８の領域（ｃ）参照）を超えているか否かが判定される。実過給圧Ｄｐがこの所定の設定過給圧Ｄｓを超えていない、すなわち肯定（＝「ＹＥＳ」）判定されたときはステップＳ９１０に進み、この実過給圧Ｄｐの高さに応じて筒内噴射用インジェクタ１１０ｃによる筒内燃料噴射分担率αが増大されてこのルーチンが終了される。換言すると、実過給圧Ｄｐが所定の設定過給圧Ｄｓに達するまでは、実過給圧Ｄｐの高さに応じて筒内噴射用インジェクタ１１０ｃによる筒内燃料噴射分担率αが増大される。かくて、過給圧の不足に対応して筒内燃料噴射分担率α延いては筒内燃料噴射量が増大されるので、この増大された噴射流によりタンブル流の不足が補完される。この結果、リーン限界が高く維持され、制御Ａ／Ｆをリッチ設定する必要性が回避されるのである。

一方、ステップＳ９０９の判定において、実過給圧Ｄｐが所定の設定過給圧Ｄｓを超えている、すなわち否定（＝「ＮＯ」）判定されたときは、この過給圧により十分なタンブル比でもって吸入空気が導入されているので、上述のステップＳ９１０を経ることなくステップＳ９１１に進む。このステップＳ９１１では、図８に示すように、領域（ｃ）における実過給圧Ｄｐが所定の設定過給圧Ｄｓに達するまでの筒内燃料噴射分担率αの増加制御（実過給圧Ｄｐが所定の設定過給圧Ｄｓに達した後は筒内噴射用インジェクタ１１０ｃによる筒内燃料噴射分担率αは固定される）と、実過給圧Ｄｐが所定の設定過給圧Ｄｓを超えたときの過給圧そのものによる高タンブル比により、空燃比のさらなるリーン化が可能となることから、上述のオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）量を減少させるべく、排気バルブＥＸの開閉タイミング（ＥＸＶＶＴ）進角量が修正され、このオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）量に対応する内部ＥＧＲ量に適するような点火時期に修正される。また、筒内噴射用インジェクタ１１０ｃからの燃料噴射時期も排気バルブＥＸの閉時期の修正に合わせて修正される。そして、ステップＳ９１２において、前実施の形態と同様に、制御Ａ／Ｆがさらにリーン側に修正される。これによって、より希薄なリーンバーンが維持され、燃費の向上およびＮＯｘのさらなる低減が図られる。

本発明の実施形態に係るエンジンの全体システム構成図である。本発明の実施形態の電気的構成を示すブロック図である。作用角またはリフト量とタンブル比との関係を示すグラフである。作用角またはリフト量と要求空燃比（Ａ／Ｆ）との関係を示すグラフである。本発明の実施形態において用いられるエンジン運転領域マップの一例を示すグラフである。本発明の実施の形態における過給機付リーンバーンエンジンのリーンバーン領域における基本的な出力トルク制御の一例を説明するためのグラフである。本発明の第１の実施形態に係る制御の処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。本発明の第１および第２の実施形態における過給機付リーンバーンエンジンのリーンバーン領域における出力トルク制御を説明するためのグラフである。本発明の第２の実施形態に係る制御の処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係るバルブタイミングを示すグラフであり、（イ）および（ハ）は図６の領域（a）および（c）におけるバルブタイミングに対応し、（ロ）は排気バルブＥＸの開閉タイミング進角量を制御することによりオーバーラップ量が変えられた場合のバルブタイミングを示している。

符号の説明

１００エンジン、ＩＮ吸気バルブ、ＥＸ排気バルブ、１１０ｐポート噴射用インジェクタ、１１０ｃ筒内噴射用インジェクタ、１１２吸気動弁機構、１１４排気動弁機構、１２０ターボ過給機、２００ＥＣＵ。

Claims

筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、
吸気通路内に向けて燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、
少なくとも吸気バルブのリフト量または作用角を変更可能な開弁特性変更手段と、
所定の運転領域において前記開弁特性変更手段により吸気バルブのリフト量または作用角が減少されるとき、該リフト量または作用角の減少量に応じて前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を増大させる燃料噴射制御手段と、
過給機とを備え、
前記燃料噴射制御手段は、過給圧が所定の圧力に達するまでは、過給圧の高さに応じて前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を増大させる、エンジン。
前記燃料噴射制御手段は、過給圧が前記所定の圧力を超えるときは、前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を固定させる、請求項１に記載のエンジン。
筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、
吸気通路内に向けて燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、
少なくとも吸気バルブのリフト量または作用角を変更可能な開弁特性変更手段と、
所定の運転領域において前記開弁特性変更手段により吸気バルブのリフト量または作用角が減少されるとき、該リフト量または作用角の減少量に応じて前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射分担率を増大させる燃料噴射制御手段と、
所定の運転領域において前記開弁特性変更手段により吸気バルブのリフト量または作用角が減少されるとき、排気バルブの開閉タイミングを変更してオーバーラップ量を増大させるオーバーラップ量変更手段とを備える、エンジン。